CAPÍTULO 52: Proteínas plasmáticas e inmunoglobulinas

Las proteínas que circulan en el plasma sanguíneo desempeñan funciones importantes en la fisiología humana. Las albúminas facilitan el tránsito de ácidos grasos, hormonas esteroides y otros ligandos entre tejidos. La transferrina ayuda a la captación y distribución de hierro, un componente de muchas metaloproteínas de importancia crucial. El fibrinógeno circulante sirve como un bloque de construcción de la red de fibrina, que se moviliza fácilmente y que proporciona el fundamento de los coágulos que se utilizan para sellar vasos lesionados. La formación de coágulo es desencadenada por una cascada de factores de coagulación de la sangre, proteasas latentes que en circunstancias normales circulan como proproteínas inactivas o zimógenos. El plasma también contiene varias proteínas que funcionan como inhibidores de enzimas proteolíticas. La antitrombina ayuda a confinar la formación de coágulos a la vecindad de una herida, mientras que la α₁-antiproteinasa y la α₂-macroglobulina evitan que las proteasas que se usan para destruir agentes patógenos invasores y células muertas o defectuosas dañen tejido sano. Inmunoglobulinas circulantes llamadas anticuerpos forman la línea frontal del sistema inmunitario del cuerpo.

Las perturbaciones de la producción de proteínas plasmáticas pueden tener serias consecuencias para la salud. Las deficiencias en componentes clave de la cascada de coagulación de la sangre pueden dar por resultado equimosis y sangrado excesivos (hemofilia). Las personas que carecen de ceruloplasmina plasmática, el transportador primario de cobre del organismo, están sujetas a degeneración hepatolenticular (enfermedad de Wilson), mientras que el enfisema se asocia con una deficiencia genética en la producción de α₁-antiproteinasa circulante. La producción aberrante de inmunoglobulinas caracteriza los muchos trastornos autoinmunitarios, como la diabetes tipo 1, el asma y la artritis reumatoide, que afectan a más de 1 de cada 30 residentes de la parte no latina de América (cuadro 52-1). Las insuficiencias en la producción de anticuerpos protectores, como ocurre en muchas personas infectadas por el virus de la inmunodeficiencia humana (HIV) o en pacientes a quienes se administran fármacos inmunosupresores, hace que presenten alteraciones inmunitarias y que sean en extremo susceptibles a infección por microbios y virus patógenos, además de vulnerables a su diseminación. Mientras que las causas fundamentales de enfermedades relacionadas con proteínas plasmáticas, como la hemofilia, son relativamente sencillas, otras (en particular muchos trastornos autoinmunitarios) surgen debido a la compleja y crítica interacción de factores genéticos, de la dieta, nutricionales, ambientales y médicos.

Como la avenida primaria mediante la cual los tejidos están conectados entre sí y con el ambiente circundante, la sangre que circula en todo el organismo desempeña diversas funciones. Entre ellas se cuenta suministrar nutrientes y oxígeno, eliminar productos de desecho, transportar hormonas y defender contra microorganismos infecciosos (cuadro 52-2). Estas muchísimas funciones son llevadas a cabo por un conjunto diverso de componentes que incluyen entidades celulares, como eritrocitos, plaquetas y leucocitos (capítulos 53 y 54), y el agua, los electrolitos, los metabolitos, nutrientes, proteínas y hormonas que comprenden el plasma.

El plasma contiene una mezcla compleja de proteínas, muchas de las cuales tienen números altos de enlaces disulfuro, así como carbohidratos o lípidos unidos por enlaces covalentes (glucoproteínas o lipoproteínas). Con base en su solubilidad relativa en presencia de un solvente orgánico como etanol, o agentes para precipitación salina, como el sulfato de amonio, los primeros investigadores separaron las proteínas plasmáticas en tres grupos: fibrinógeno, albúmina y globulinas. Después, científicos clínicos emplearon electroforesis dentro de una matriz de acetato de celulosa para analizar la composición de proteínas del plasma. Después de separación electroforética, reactivos de coloración revelaron cinco bandas principales que se designaron fracciones albúmina, α₁, α₂, β y γ, respectivamente (figura 52-1). En la figura 52-2 se muestran las dimensiones relativas y las masas moleculares de varias proteínas plasmáticas.

Las proteínas plasmáticas ayudan a determinar la distribución de líquido entre sangre y tejidos

La concentración agregada de las proteínas presentes en el plasma típicamente cae dentro del rango de 7.0 a 7.5 g/dL para humanos. La presión osmótica (presión oncótica) ejercida por las proteínas plasmáticas es de alrededor de 25 mmHg. Puesto que la presión hidrostática en las arteriolas es de aproximadamente 37 mmHg, con una presión intersticial (tisular) de 1 mmHg que se opone a ella, una fuerza hacia afuera neta de alrededor de 11 mmHg impulsa líquido hacia afuera, hacia los espacios intersticiales. En las vénulas, la presión hidrostática es de alrededor de 17 mmHg, y las presiones oncótica e intersticial son como ya se describió; de este modo, una fuerza neta de aproximadamente 9 mmHg atrae agua de regreso a la circulación. Las presiones anteriores a menudo se denominan las fuerzas de Starling. Si la concentración de proteínas plasmáticas está notoriamente disminuida (p. ej., debido a malnutrición proteínica grave), el líquido ya no fluirá de regreso hacia el compartimiento intravascular. La acumulación resultante de líquido en los espacios tisulares extravasculares da por resultado un estado conocido como edema.

Casi todas las proteínas plasmáticas son sintetizadas en el hígado

Alrededor de 70 a 80% de las proteínas plasmáticas es sintetizado en el hígado, entre ellas se incluyen albúmina, fibrinógeno, transferrina y casi todos los componentes del complemento y de la cascada de la coagulación de la sangre, con la excepción del factor de Von Willebrand, que es sintetizado en el endotelio vascular. Una excepción notoria son las γ-globulinas, que son sintetizadas en los linfocitos. Casi todas las proteínas plasmáticas son modificadas de manera covalente por la adición de cadenas de oligosacárido N-enlazadas u O-enlazadas, o ambas (capítulo 46). La albúmina es la principal excepción. Estas cadenas de oligosacárido desempeñan diversas funciones (cuadro 46-2). La pérdida de residuos de ácido siálico terminales acelera la depuración de glucoproteínas plasmáticas desde la circulación.

Como sucede con otras proteínas destinadas para secreción desde una célula, los genes que codifican para proteínas plasmáticas codifican para una secuencia señal amino terminal que las dirige al retículo endoplasmático. A medida que esta secuencia líder surge desde el ribosoma, se une a un complejo proteínico transmembrana en el retículo endoplasmático llamado la partícula de reconocimiento de señal. La cadena polipeptídica que está surgiendo es jalada a través de dicha partícula hacia la luz del retículo endoplasmático, proceso durante el cual la secuencia líder es separada por una señal peptidasa (capítulo 49). Las proteínas recién sintetizadas a continuación cruzan la ruta secretora principal en la célula (membrana del retículo endoplasmático rugoso → membrana del retículo endoplasmático liso → aparato de Golgi → vesículas secretoras) antes de entrar al plasma, proceso durante el cual quedan sujetas a diversas modificaciones postraduccionales (proteólisis, glucosilación, fosforilación, etc.). Los tiempos de tránsito por el hepatocito desde el sitio de síntesis al plasma varían de 30 minutos a varias horas para proteínas individuales.

Muchas proteínas plasmáticas muestran polimorfismo

Un polimorfismo es un rasgo mendeliano o monogénico que existe en la población en al menos dos fenotipos, ninguno de los cuales es raro (esto es, ninguno de los cuales ocurre con frecuencia de < 1 a 2%). Las sustancias del grupo sanguíneo ABO (capítulo 53) son los mejores ejemplos conocidos de polimorfismos humanos. Otras proteínas plasmáticas del humano que muestran polimorfismo son la α₁-antitripsina, haptoglobina, transferrina, ceruloplasmina e inmunoglobulinas. Casi todos los polimorfismos son inocuos.

Cada proteína plasmática tiene una vida media característica en la circulación

La vida media de una proteína plasmática es el tiempo que se requiere para que 50% de las moléculas presentes en cualquier momento dado se ha degradado o por lo demás depurado de la sangre. En circunstancias normales, el recambio (o reemplazo) resultante de moléculas de proteína más viejas por otras recién sintetizadas ocurre sin cambio alguno de su concentración total. En otras palabras, los procesos compensatorios de síntesis y depuración alcanzan un estado estable en el cual no hay incremento o decremento neto evidente en el ámbito macroscópico, o macromolecular.

Las vidas medias de la albúmina y de la haptoglobina En adultos sanos normales son de alrededor de 20 y 5 días, respectivamente. En ciertas enfermedades, la vida media de una proteína puede estar notoriamente alterada. Por ejemplo, en algunas enfermedades gastrointestinales, como la ileítis regional (enfermedad de Crohn), pueden perderse cantidades considerables de proteínas plasmáticas, incluso albúmina, hacia el intestino a través de la mucosa intestinal inflamada. Los pacientes que tienen esta enfermedad presentan una gastroenteropatía perdedora de proteína. La vida media de la albúmina en estos sujetos puede estar reducida a tan poco como un día.

El hígado sintetiza alrededor de 12 g de albúmina por día, lo cual representa aproximadamente 25% de la síntesis total de proteína hepática y la mitad de su proteína secretada. Alrededor de 40% de la albúmina del organismo circula en el plasma, donde explica aproximadamente tres quintas partes de la proteína plasmática total por peso (3.4 a 4.7 g/dL). El resto reside en el espacio extracelular. Debido a su masa molecular relativamente baja (aproximadamente 69 kDa) y concentración alta, se cree que 75 a 80% de la presión osmótica del plasma humano depende de la albúmina. Al igual que casi todas las otras proteínas secretadas, la albúmina inicialmente se sintetiza como una preproteína. Su péptido señal es eliminado conforme pasa hacia las cisternas del retículo endoplasmático rugoso y un hexapéptido en el amino terminal resultante después es separado más lejos a lo largo de la vía secretora (figura 49-12).

La albúmina humana madura consta de una cadena polipeptídica única de 585 aminoácidos de longitud que está organizada hacia tres dominios funcionales. Su conformación elipsoidal es estabilizada por un total de 17 enlaces disulfuro intracadena. Una de las principales funciones de la albúmina es unirse a muchos ligandos y, así, facilitar el transporte de los mismos. Éstos incluyen ácidos grasos libres (FFA), calcio, ciertas hormonas esteroides, bilirrubina, cobre y parte del triptófano plasmático. Diversos fármacos, entre ellos sulfonamidas, penicilina G, dicumarol y aspirina, están unidos a albúmina; este dato tiene implicaciones farmacológicas importantes. Preparaciones de albúmina humana se han usado ampliamente en el tratamiento de quemaduras y de choque hemorrágico.

Algunas personas sufren mutaciones genéticas que alteran su capacidad para sintetizar albúmina. Se dice que los individuos cuyo plasma está por completo desprovisto de albúmina muestran analbuminemia. Si bien en circunstancias normales la albúmina es el principal determinante de la presión osmótica del plasma, las personas que sufren de analbuminemia sólo muestran edema moderado. En diversas enfermedades, en particular las del hígado, la síntesis de albúmina está deprimida. El plasma de pacientes con enfermedad hepática a menudo muestra un decremento de la proporción entre albúmina y globulinas (proporción albúmina-globulina disminuida). La síntesis de albúmina disminuye en etapas relativamente tempranas en estados de malnutrición proteínica, como kwashiorkor.

En el cuadro 52-3 se resumen las funciones de muchas de las proteínas plasmáticas. La proteína C reactiva (CRP, así llamada porque reacciona con el polisacárido C de los neumococos), α₁-antiproteinasa, haptoglobina, α₁-glucoproteína ácida, y fibrinógeno, se clasifican como “proteínas de fase aguda”. Se cree que las proteínas de fase aguda desempeñan un papel en la respuesta del organismo a la inflamación. La proteína C reactiva puede estimular la vía del complemento clásica (véase más adelante), mientras que la α₁-antitripsina neutraliza ciertas proteasas liberadas durante el estado inflamatorio agudo.

Las concentraciones de proteínas de fase aguda pueden aumentar desde 50% hasta 1 000 veces (en el caso de la CRP) durante estados inflamatorios crónicos, y en pacientes con cáncer. La interleucina-1 (IL-1), un polipéptido liberado a partir de células fagocíticas mononucleares, es el principal estimulador (aunque no el único) de la síntesis de casi todos los reactivos de fase aguda por hepatocitos. Están involucradas moléculas adicionales, como la IL-6. Dado que su concentración puede aumentar de modo tan notorio, la CRP se usa como un biomarcador de lesión tisular, infección e inflamación.

Las citocinas son proteínas pequeñas, como los interferones, las interleucinas (IL) y los factores de necrosis tumoral, que facilitan la comunicación célula-célula entre los componentes del sistema inmunitario. Pueden ser de naturaleza tanto autocrina como paracrina. Las citocinas IL-1 e IL-6 funcionan en el ámbito de la transcripción de gen. Uno de sus blancos primarios es un factor de transcripción llamado factor nuclear κ-B (NFκB), que también regula la expresión de los genes que codifican para muchas citocinas, quimiocinas, factores de crecimiento y moléculas de adhesión celular. El NFκB, un heterodímero compuesto de un polipéptido de 50 kDa y uno de 65 kDa, normalmente reside en el citosol como un complejo activo con una segunda proteína, inhibidor de NFκB-α, también conocido como IκBa. En el momento de estimulación en respuesta a inflamación, lesión o radiación, el IκBa es fosforilado, y después ubiquitinado y degradado. Una vez liberado de su pareja inhibidora, el NFκB activo se transloca hacia el núcleo donde estimula la transcripción de sus genes blanco.

El hierro en eritrocitos senescentes es reciclado por macrófagos

En circunstancias normales, los eritrocitos tienen un lapso de vida de alrededor de 120 días. Los eritrocitos senescentes o dañados son fagocitados por macrófagos del sistema reticuloendotelial (RES) presente en el bazo y el hígado. Alrededor de 200 mil millones de eritrocitos (en aproximadamente 40 mL de sangre) son catabolizados cada día de esta manera. Dentro del macrófago, el hem derivado de la hemoglobina es desintegrado por la hem oxigenasa, que lo convierte en biliverdina (figura 31-13). El monóxido de carbono y el hierro son liberados como subproductos. El hierro liberado a partir del hem es exportado desde la vesícula fagocítica en el macrófago por NRAMP 1 (proteína de macrófago asociada con resistencia natural 1), un transportador homólogo a DMT1. Después es transportado hacia la circulación por la proteína transmembrana ferroportina (figura 52-3). Por ende, la ferroportina desempeña un papel fundamental, no sólo en la absorción de hierro en el intestino, sino también en la liberación de hierro desde macrófagos. La ceruloplasmina (véase más adelante), una proteína plasmática que contiene cobre sintetizada por el hígado, es una ferrioxidasa requerida para la oxidación de Fe²⁺ a Fe³⁺. A continuación, el Fe³⁺ es unido a la transferrina en la sangre. El hierro liberado a partir de macrófagos de esta manera (alrededor de 25 mg/día) es reciclado y forma la principal fuente de hierro para el organismo. En comparación, la absorción intestinal de hierro contribuye a sólo 1 a 2 mg de las necesidades diarias de hierro del organismo.

La haptoglobina recolecta hemoglobina que ha escapado al reciclado

En el transcurso del recambio de eritrocitos, alrededor de 10% de la hemoglobina de un eritrocito es liberado hacia la circulación. Esta hemoglobina extracorpuscular, libre, es suficientemente pequeña (≈ 65 kDa) para pasar por el glomérulo del riñón hacia los túbulos, donde tiende a formar precipitados perjudiciales. La haptoglobina (Hp) es una glucoproteína plasmática que se une a la hemoglobina (Hb) extracorpuscular para formar un complejo no covalente apretado (Hb-Hp). Dado que el complejo Hb-Hp es demasiado grande (≥ 155 kDa) como para pasar por el glomérulo, esto protege al riñón de la formación de precipitados perjudiciales, y disminuye la pérdida de hierro asociada con hemoglobina extracorpuscular.

La haptoglobina tiene formas polimórficas

La haptoglobina humana existe en tres formas polimórficas, conocidas como Hp 1-1, Hp 2-1, y Hp 2-2. La Hp 1-1 migra durante la electroforesis en un gel de almidón como una banda única, mientras que la Hp 2-1 y Hp 2-2 muestran patrones de banda más complejos. Dos genes, designados Hp¹ y Hp², dirigen estos tres fenotipos; Hp 2-1 es el fenotipo heterocigoto.

La concentración de haptoglobina en el plasma humano típicamente basta para unir 40 a 180 mg de hemoglobina por decilitro. Las variaciones más allá de la norma a veces pueden servir como indicadores diagnósticos útiles. Por ejemplo, la haptoglobina es una proteína de fase aguda y su concentración plasmática está alta en diversos estados inflamatorios. Los pacientes que sufren anemias hemolíticas muestran concentración baja de haptoglobina. Esto se debe a que, mientras que la vida media de la haptoglobina es de alrededor de cinco días, los hepatocitos eliminan con rapidez el complejo Hb-Hp (vida media de 90 minutos). Así, cuando la haptoglobina está unida a hemoglobina, es eliminada del plasma con una rapidez alrededor de 80 veces mayor que lo normal. En consecuencia, la concentración de haptoglobina disminuye con rapidez en situaciones en las cuales se está liberando constantemente hemoglobina desde eritrocitos, como ocurre en las anemias hemolíticas. La concentración de proteína relacionada con haptoglobina, otra proteína plasmática que tiene un alto grado de homología con la haptoglobina, está alta en algunos pacientes con cánceres, aunque no se entiende del todo la importancia de esto.

Algunas otras proteínas plasmáticas se unen al hem, pero no a la hemoglobina. La hemopexina es una β₁-globulina que se une al hem libre. La albúmina se unirá a algo de methem (hem férrico) para formar methemalbúmina, que a continuación transfiere el methem a la hemopexina.

El hierro es un constituyente clave de muchas proteínas del humano, entre ellas hemoglobina, mioglobina, el grupo de enzimas citocromo P450, muchos componentes de la cadena de transporte de electrones, y ribonucleótido reductasa, que cataliza la conversión de ribonucleótidos hacia desoxirribonucleótidos. El hierro corporal, que está distribuido como se muestra en el cuadro 52-4, es altamente conservado. Un adulto sano sólo pierde alrededor de 1.0 a 1.5 mg (< 0.05%) de sus 3 a 4 g de hierro corporal cada día. Sin embargo, una mujer premenopáusica adulta puede experimentar deficiencia de hierro debido a pérdida de sangre durante la menstruación.

La absorción de hierro no hem por enterocitos de la parte proximal del duodeno es un proceso altamente regulado (figura 52-4). El hierro de la dieta inorgánico en el estado férrico (Fe³⁺) es reducido a su forma ferrosa (Fe²⁺) por una ferrirreductasa unida a la membrana del borde en cepillo, el citocromo duodenal b (Dcytb). La vitamina C, el ácido gástrico y varios otros agentes reductores presentes en los alimentos también pueden favorecer la reducción de hierro férrico a ferroso. La transferencia de hierro a través de la membrana apical de los enterocitos se logra por medio del transportador de metal divalente 1 (DMT1 o SLC11A2). El DMT1 es relativamente inespecífico y puede quedar involucrado también en el transporte de otros cationes divalentes, como Mn²⁺, Co²⁺, Zn²⁺, Cu²⁺ y Pb²⁺. Una vez dentro de los enterocitos, el hierro puede ser almacenado unido a la proteína de almacenamiento de hierro ferritina, o ser transferido a través de la membrana basolateral hacia la circulación por la proteína exportadora de hierro, ferroportina o proteína regulada por hierro 1 (IREG1 o SLC40A1). La hefaestina, una ferroxidasa que contiene cobre homóloga a la ceruloplasmina, oxida Fe²⁺ a Fe³⁺ antes de la exportación. El hierro es transportado en el plasma en la forma de Fe³⁺ por la proteína de transporte, transferrina. Cualquier hierro unido a ferritina excesivo retenido por los enterocitos es desechado cuando los enterocitos se desprenden hacia la luz del intestino.

El hierro en la dieta que se ingiere como hem es captado mediante un mecanismo distinto. Después de la absorción por los enterocitos, el hierro es liberado desde el hem por la acción enzimática de la hem oxigenasa (capítulo 31). Una vez liberado, el hierro es almacenado en asociación con ferritina, o transportado hacia la circulación por la ferroportina.

La ferritina puede unirse a miles de átomos de Fe³⁺

El cuerpo humano típicamente puede almacenar hasta 1G de hierro, la mayor parte del cual está unido a ferritina. La ferritina (MW de 440 kDa) está compuesta de 24 subunidades idénticas, que rodean hasta 3 000 a 4 500 átomos férricos. Las subunidades pueden ser de tipo H (pesado, heavy), o L (ligero, light). La subunidad H posee actividad de ferroxidasa, que se requiere para la carga de hierro de ferritina. No se conoce con claridad la función de la subunidad L, pero se propone que está implicado en la nucleación de la ferritina y la estabilidad de la misma. En circunstancias normales, hay una pequeña cantidad de ferritina en el plasma humano (50 a 200 μg/dL), proporcional a las reservas totales de hierro en el organismo. De este modo, se considera que la concentración plasmática de ferritina es un indicador de las reservas corporales de hierro. Empero, se desconoce si la ferritina en el plasma se deriva de células dañadas o de secreción por células sanas.

La hemosiderina, una forma parcialmente degradada de ferritina que contiene hierro, puede detectarse en los tejidos mediante tinciones histológicas (p. ej., azul prusiano), en condiciones de sobrecarga de hierro (hemosiderosis).

La transferrina transborda hierro a donde se necesita

La toxicidad extrema del hierro libre es en su mayor parte una consecuencia de su capacidad para catalizar la formación de especies reactivas de oxígeno perjudiciales (figura 52-5). Los organismos biológicos minimizan la toxicidad potencial de hierro al emplear proteínas de almacenamiento y de transporte especializadas. En humanos, el hierro es transportado por el cuerpo unido estrechamente a la proteína plasmática transferrina (Tf), una glucoproteína sintetizada por el hígado. Esta β₁-globulina tiene una masa molecular de aproximadamente 76 kDa y contiene dos sitios de unión de alta afinidad para Fe³⁺. La forma de la proteína en la cual ambos sitios están ocupados se llama holotransferrina (Tf-Fe). La transferrina es una glucoproteína que es sintetizada en el hígado. La concentración de Tf en el plasma es de aproximadamente 300 mg/dL, suficiente para transportar un total de alrededor de 300 μg de hierro por decilitro de plasma. Esta cifra representa la capacidad total de unión a hierro (TIBC) del plasma. Los sitios de unión en la transferrina en circunstancias normales no están por completo ocupados o saturados. Típicamente, alrededor de 30% de los sitios de unión a hierro en la transferrina está ocupado. La saturación puede disminuir a menos de 16% durante deficiencia grave de hierro y puede aumentar a más de 45% en estados de sobrecarga de hierro.

La glucosilación de transferrina está alterada en trastornos congénitos de la glucosilación (capítulo 46), así como en individuos con alcoholismo crónico. La presencia de transferrina deficiente en carbohidrato (CDT), que puede medirse mediante enfoque isoeléctrico (IEF), se usa como un biomarcador de alcoholismo crónico.

El ciclo de la transferrina facilita la captación celular de hierro

Para el suministro de hierro transportado, la célula receptora debe unirse a la transferrina circulante por medio de un receptor de transferrina 1 (TfR1) de superficie celular. A continuación, el complejo de receptor-transferrina es internalizado mediante endocitosis mediada por receptor (similar a los receptores de LDL descritos en el capítulo 25) y el hierro unido es liberado de la proteína a medida que los endosomas tardíos quedan acidificados. El hierro disociado abandona el endosoma por medio del DMT1 para entrar al citoplasma. A diferencia del componente proteínico de la LDL, la apoTf (Tf sin hierro unido) no es degradada dentro del endosoma. En lugar de eso, permanece asociada con su receptor, y vuelve a la membrana plasmática. La apoTf reciclada a continuación se disocia de su receptor, y vuelve a entrar al plasma, donde capta más hierro para suministro a células. Esto se llama el ciclo de la transferrina (figura 52-6).

El receptor de transferrina 1 puede encontrarse sobre la superficie de casi todas las células. En contraste, el receptor de transferrina 2 (TfR2) es expresado principalmente sobre la superficie de hepatocitos y en las células de criptas del intestino delgado. La afinidad del TfR2 por Tf-Fe es mucho más baja que la del TfR1. La afinidad más baja del TfR2 lo optimiza para su papel en la detección de hierro, más que en la internalización del mismo (véase más adelante).

La oxidación por ceruloplasmina es una característica clave del ciclo del hierro

Después de la destrucción de eritrocitos fagocitados, el hierro liberado desde los macrófagos se encuentra en su mayor parte en el estado ferroso, Fe²⁺. No obstante, para ser recuperado por medio del ciclo de la transferrina, este hierro primero debe ser oxidado al estado férrico, Fe³⁺. En sangre, la oxidación del hierro ferroso es catalizada por la ferroxidasa multicobre ceruloplasmina, una α₂-globulina de 160 kDa sintetizada por el hígado. La ceruloplasmina, que también es expresada en enterocitos y la placenta, es la principal proteína que contiene cobre en el plasma. Sus seis átomos de cobre estrechamente unidos sirven como grupos prostéticos esenciales desde el punto de vista catalítico.

Las deficiencias de ceruloplasmina perturban la homeostasis del hierro

Las personas que carecen de cantidades adecuadas de ceruloplasmina catalíticamente activa en la sangre son incapaces de reciclar de forma apropiada el Fe²⁺, lo que lleva a la acumulación de hierro en el hígado y otros tejidos. La deficiencia de ceruloplasmina puede surgir por causas genéticas, así como por falta de cobre, un micronutriente esencial, en la dieta. Quienes sufren hipoceruloplasminemia, una enfermedad genéticamente hereditaria en la cual la concentración de ceruloplasmina es de alrededor de 50% de lo normal, por lo general no muestran anormalidades clínicas. Sin embargo, las mutaciones genéticas que suprimen la actividad de ferroxidasa de la ceruloplasmina, aceruloplasminemia, pueden tener consecuencias fisiológicas graves. Si se deja sin tratamiento, la acumulación progresiva de hierro en las células de los islotes pancreáticos y los ganglios basales a la larga conduce a la aparición de diabetes dependiente de insulina y degeneración neurológica que puede manifestarse como demencia, disartria y distonía.

La concentración de ceruloplasmina aumenta en la enfermedad de Wilson

Las disminuciones graves de la concentración de proteína ceruloplasmina en el suero también sirven como un biomarcador para enfermedad de Wilson, una enfermedad genética en la cual una mutación en el gen que codifica para una ATPasa tipo P de unión a cobre (proteína ATP7B) bloquea la excreción de cobre excesivo en la bilis. Como consecuencia, se acumula cobre en el hígado, el cerebro, el riñón y los eritrocitos. Paradójicamente, la concentración creciente de cobre dentro de células hepáticas parece interferir con la incorporación de este metal hacia polipéptidos ceruloplasmina recién sintetizados (apoceruloplasmina), lo que da pie a un descenso de la concentración plasmática de ceruloplasmina. Si se dejan sin tratamiento, los pacientes que sufren toxicosis por cobre pueden presentar una anemia hemolítica, enfermedad hepática crónica (cirrosis y hepatitis), y síndromes neurológicos debido a acumulación de cobre en los ganglios basales y otros centros. La enfermedad de Wilson puede tratarse al limitar la ingestión de cobre en la dieta, y eliminar el exceso de cobre del organismo mediante la administración regular de penicilamina, que produce quelación de cobre y después es excretada en la orina.

La síntesis de TfR1 y ferritina está regulada de manera recíproca

Las tasas de síntesis de TfR1 y ferritina están enlazadas de manera recíproca a la concentración intracelular de hierro. Cuando el hierro es bajo, la síntesis de TfR1 aumenta y la de ferritina declina. Sucede lo contrario cuando el hierro es abundante y las necesidades tisulares se han satisfecho. Se ejerce control por medio de la unión de proteínas reguladoras de hierro (IRP) a estructuras bucles horquilla llamadas elementos de respuesta al hierro (IRE) ubicados en las regiones no traducidas (UTR) 5′ y 3′ de los mRNA que codifican para ferritina y TfR1, respectivamente (figura 52-7). Las IRP se unen a los IRE sólo cuando la concentración intracelular de hierro es baja. La unión en la UTR 39 del mRNA que codifica para TfR1 lo estabiliza, lo que aumenta así la síntesis de TfR1 y la expresión del mismo sobre la superficie celular. De manera alternativa, la unión de una IRP al IRE situado en la UTR 5′ del mRNA que codifica para ferritina bloquea la traducción. De modo similar, cuando la concentración de hierro es alta, las IRP se disocian. En estas circunstancias, la traducción de mRNA que codifica para ferritina es facilitada y el mRNA que codifica para TfR1 es degradado con rapidez.

La hepcidina es el principal regulador de la homeostasis de hierro sistémica

El péptido de 25 aminoácidos hepcidina desempeña un papel fundamental en la homeostasis del hierro. Sintetizada en el hígado como un precursor de 84 aminoácidos (prohepcidina), la hepcidina se une al exportador de hierro celular, ferroportina, lo que desencadena su internalización y degradación. El decremento consiguiente de ferroportina da por resultado absorción disminuida de hierro en el intestino (produce un “bloqueo de mucosa”) y reciclado deprimido de hierro por macrófagos (figura 52-8). Juntos, éstos dan por resultado una reducción de la concentración de hierro circulante (hipoferremia), así como transferencia placentaria de hierro reducida durante el embarazo. Cuando la concentración plasmática de hierro es alta, la síntesis hepática de hepcidina aumenta, lo que reduce así la absorción de hierro y el reciclado de hierro por macrófagos. Sucede lo contrario cuando la concentración plasmática de hierro es baja.

La expresión de hepcidina está influida por el hierro, la eritropoyesis, la inflamación y la hipoxia

Las células hepáticas vigilan la concentración de hierro usando un “complejo detector de hierro” multicomponente compuesto de dos receptores transmembrana cuyos centros constan de homodímeros de TfR1 y TfR2, respectivamente. Estos dos complejos son enlazados por una tercera proteína transmembrana, la proteína HFE, que comúnmente está mutada en la hemocromatosis hereditaria (figura 52-9). La proteína HFE es una molécula tipo complejo mayor de histocompatibilidad (MHC) clase I, que es expresada sobre la superficie celular, donde está unida a β₂-microglobulina (un componente de moléculas de MHC clase I, que no se muestra en la figura 52-9) y, normalmente, TfR1. El TfR1 también se une a la forma de transferrina unida a hierro (Tf-Fe) y hace eso en un sitio que se superpone con el sitio para HFE. Cuando el hierro es abundante y la concentración de Tf-Fe es alta, la HFE es desplazada desde el TfR1. La proteína HFE desplazada a continuación se une a TfR2, y forma un complejo que puede estabilizarse más por unión de Tf-Fe. La unión de HFE a TfR2 desencadena una cascada de señalización intracelular que activa la expresión de HAMP, el gen que codifica para hepcidina.

Las proteínas morfogenéticas óseas influyen sobre la expresión de hepcidina

Si bien las proteínas morfogenéticas óseas (BMP) actúan mediante mecanismos que son distintos de la proteína HFE, hay considerable comunicación recíproca entre estas vías. La BMP se une a un receptor de superficie celular (BMPR) cuya afinidad de unión es aumentada por unión a un correceptor, la hemojuvelina (HJV). La activación del complejo BMPR-HJV desencadena la fosforilación de proteínas señalizadoras intracelulares llamadas SMAD, que después da lugar a activación transcripcional de hepcidina (figura 52-9).

Señales eritropoyéticas regulan la concentración de hepcidina

La síntesis de hepcidina está deprimida en personas que sufren talasemia β mayor, que se caracteriza por eritropoyesis ineficaz y sobrecarga de hierro. También se ha mostrado que dos moléculas secretadas por eritroblastos, el factor de diferenciación de crecimiento 15 (GDF15) y gastrulación por invaginación 1 (TWSG1) inhiben la expresión de hepcidina en pacientes con talasemia β.

La síntesis de hepcidina es inducida por citocinas como la interleucina-6 (IL-6) que son liberadas como parte de una respuesta inflamatoria. La unión de IL-6 a su receptor de superficie celular estimula la expresión de gen al activar la vía JAK-STAT (cinasa Janus-transductor de señal y activador de transcripción) (figura 52-9). La anemia que se asocia con inflamación crónica (anemia de inflamación o AI) probablemente se debe a regulación ascendente, mediada por inflamación, de hepcidina. La AI se manifiesta como una anemia microcítica, hipocrómica, que es resistente a la complementación con hierro. La hipoxia suprime la expresión de hepcidina. Dicho efecto está mediado por la eritropoyetina, cuya síntesis está controlada por los factores de transcripción inducibles por hipoxia 1 y 2 (HIF-1 y HIF-2).

La deficiencia de hierro es en extremo común en muchas partes del mundo, especialmente en países en desarrollo. Las principales causas de insuficiencia de hierro son deficiencia en la dieta, malabsorción, sangrado gastrointestinal y pérdida episódica de sangre, como por menstruación. La deficiencia persistente de hierro puede llevar a anemia. El fracaso de la absorción intestinal de hierro para satisfacer las demandas del organismo da por resultado un balance negativo de hierro. Esto lleva a disminución progresiva de las reservas de hierro conforme son movilizadas para satisfacer los requerimientos. A esta etapa, todos los análisis de laboratorio resultan normales, excepto por ferritina sérica baja, un biomarcador de las reservas corporales de hierro. Si la concentración sérica de ferritina disminuye por debajo de 15 μg/dL, la concentración de transferrina aumenta, lo que produce un incremento de la capacidad total de unión a hierro; empero, la saturación de transferrina disminuirá. En el momento en que alcanza 20% o menos, la síntesis de hemoglobina estará alterada, lo que da por resultado eritropoyesis deficiente en hierro. Si la deficiencia de hierro no se corrige, la concentración de hemoglobina en la sangre disminuirá gradualmente, y dará por resultado anemia por deficiencia de hierro. Los pacientes típicamente presentan un cuadro hipocrómico, microcítico en la sangre, que se acompaña de fatiga, palidez y reducción de la capacidad para hacer ejercicio.

Los eritrocitos de personas que sufren anemia por deficiencia de hierro muestran concentración aumentada de receptor de transferrina de superficie-1, y déficit de la incorporación de hierro hacia protoporfirina IX, catalizada por ferroquelatasa. El aumento resultante de las cifras de proteína receptora de transferrina soluble (sTfR) liberada hacia el plasma por proteólisis parcial de receptores de transferrina de superficie celular y la acumulación de protoporfirina en eritrocitos, sirven como biomarcadores diagnósticos para anemia por deficiencia de hierro. La estimación de la concentración sérica de sTfR es en especial útil para distinguir entre anemia debida a inflamación crónica, que no afecta las cifras de receptores de transferrina de eritrocitos y anemia por deficiencia de hierro. En el cuadro 52-5 se resumen las cifras de estos biomarcadores y de otros biomarcadores utilizados en clínica, que se observan típicamente conforme los pacientes progresan por cada etapa de la anemia por deficiencia de hierro.

La hemocromatosis hereditaria se caracteriza por sobrecarga de hierro

La presencia de hierro teñible en los tejidos, hemosiderosis, es característica de individuos que sufren hemocromatosis o sobrecarga de hierro. Las formas hereditarias de hemocromatosis se originan por mutaciones en el gen HFE o, con menor frecuencia, en los genes que codifican para hepcidina, TfR2, HJV o ferroportina, que llevan a la hiperabsorción de hierro por los intestinos (cuadro 52-6). La sobrecarga de hierro secundaria por lo general se asocia con eritropoyesis ineficaz, como se observa en los síndromes de talasemia. Las transfusiones sanguíneas repetidas también pueden dar lugar a sobrecarga de hierro progresiva. En uno u otro caso, la acumulación de hierro en el hígado, el corazón y el páncreas puede llevar a la generación de cifras tóxicas de especies reactivas de oxígeno.

Las proteasas son participantes esenciales en el remodelado de tejidos, la coagulación de la sangre, la eliminación de células viejas o enfermas, destrucción de agentes patógenos invasores, y otras funciones fisiológicas. No obstante, si no se controlan, las enzimas proteolíticas que son secretadas o que escapan hacia la sangre pueden dañar tejido sano. La protección contra proteólisis indiscriminada comprende una batería de proteínas séricas que inhiben y, así, limitan el alcance de acción de la proteasa.

La deficiencia genética de α₁-antiproteinasa (α₁-antitripsina) se asocia con enfisema y un tipo de enfermedad del hígado

La α₁-antiproteinasa, una glucoproteína de 394 residuos que constituye > 90% de la fracción α₁ de proteínas plasmáticas, es el principal inhibidor de serina proteasa (serpina) o Pi en la sangre humana. Antes llamada α₁-antitripsina, la α₁-antiproteinasa inhibe la tripsina, la elastasa y otras serina proteasas al asociarse con ellas y formar un complejo covalente inactivo. Ocurren al menos 75 formas polimórficas. El principal genotipo es MM, y su producto fenotípico es PiM. La α₁-antiproteinasa es sintetizada por hepatocitos y macrófagos. Una deficiencia de esta serpina está implicada en ciertos casos (alrededor de 5%) de enfisema, particularmente en sujetos con el genotipo ZZ (que sintetizan PiZ) y en heterocigotos PiSZ, ambos de los cuales secretan considerablemente menos proteína que los individuos PiMM.

La oxidación de Met₃₅₈ desactiva la α₁-antiproteinasa

El humo producido por productos de la combustión de tabaco y muchas actividades industriales contiene componentes que reaccionan en los pulmones con α₁-antiproteinasa, y oxidan un residuo de metionina clave situado en este dominio de unión a proteasa, Met₃₅₈. La α₁-antiproteinasa oxidada ya no puede unirse a serina proteasas ni puede neutralizarlas. El daño producido por la actividad proteolítica no controlada de elastasa y otras serina proteasas sobre el tejido pulmonar, puede contribuir a la aparición de enfisema. El tabaquismo puede ser en particular devastador para los pacientes (p. ej., fenotipo PiZZ) que ya tienen concentración baja de α₁-antiproteinasa. Se ha usado administración intravenosa de serpinas (terapia de aumento) como un adjunto en el tratamiento de pacientes con enfisema que muestran deficiencia de α₁-antiproteinasa. La disminución adicional de α₁-antiproteinasa desencadenada por fumar da por resultado destrucción proteolítica aumentada de tejido pulmonar, lo cual acelera la aparición de enfisema. Los individuos con deficiencia de α₁-antiproteinasa también tienen mayor riesgo de daño pulmonar bajo condiciones que inducen la acumulación de leucocitos polimorfonucleares en el pulmón, como la neumonía.

La deficiencia de α₁-antiproteinasa también está implicada en la enfermedad hepática por deficiencia de α₁-antiproteinasa, que afecta a personas que poseen el genotipo ZZ. Se acumula α₁-antiproteinasa en hepatocitos de los individuos afectados y forma agregados poliméricos en las cisternas del retículo endoplasmático. La propensión a formar agregados se ha rastreado a la sustitución de Glu342 de la α₁-antiproteinasa por lisina en individuos ZZ. El resultado es hepatitis, con cirrosis consiguiente.

La α₂-macroglobulina neutraliza muchas proteasas y dirige ciertas citocinas a tejidos

La α₂-macroglobulina, un miembro de la familia de proteínas plasmáticas tiol éster, comprende 8 a 10% de la proteína plasmática total en humanos. Esta glucoproteína homotetramérica es el miembro más abundante de un grupo de proteínas plasmáticas que incluyen las proteínas del complemento C3 y C4. La α₂-macroglobulina es sintetizada por monocitos, hepatocitos y astrocitos. Media la inhibición y la depuración de una amplia gama de proteasas “ociosas” por un mecanismo análogo al que utiliza la planta carnívora Dionaea muscipula. Los componentes clave de la trampa comprenden un “dominio carnada” de 35 residuos ubicado cerca de la parte media de su secuencia polipeptídica, y un tiol éster cíclico interno que enlaza un residuo de cisteína y uno de glutamina (figura 52-10). La separación del dominio carnada desencadena un cambio conformacional masivo en la α₂-macroglobulina y hace que la proteasa atacante quede envuelta. El tioéster reactivo reacciona con la proteasa para formar un enlace covalente entre las proteínas. Este cambio conformacional también expone una secuencia en la α₂-macroglobulina que es reconocida por receptores de superficie celular situados en diversos tipos de células, lo cual conduce a la depuración (mediada por receptor) del complejo desde el plasma.

Además de servir como el inhibidor de amplio espectro predominante del plasma, o panproteinasa, la α₂-macroglobulina también se une a alrededor de 10% del cinc en el plasma, y lo transporta (el resto es transportado por la albúmina), así como a citocinas como el factor de crecimiento derivado de plaquetas y el factor de crecimiento transformante-β. Como un transportador de citocina, la α₂-macroglobulina parece estar involucrada en el direccionamiento de estos efectores hacia tejidos o células particulares. Una vez captadas por las células, las citocinas se disocian, lo cual las libera para modular su crecimiento y función.

Amiloidosis se refiere a un deterioro de la función tisular que se produce por la acumulación de agregados insolubles de proteínas entre las células. El término es erróneo, porque originalmente se creyó que las fibrillas insolubles eran de naturaleza tipo almidón. Las fibrillas por lo general se componen de fragmentos proteolíticos de proteínas plasmáticas cuya conformación es rica en hoja β-plegada. Las fibrillas por lo general también contienen un componente P, que se deriva del componente P amiloide sérico, una proteína plasmática estrechamente relacionada con la proteína C reactiva.

Anormalidades estructurales o sobreproducción de al menos 20 proteínas diferentes han quedado implicadas en diversos tipos de amiloidosis. La amiloidosis primaria (cuadro 52-7) típicamente es causada por un trastorno de células plasmáticas monoclonales que lleva a la acumulación de fragmentos generados a partir de las cadenas ligeras (véase más adelante) de una inmunoglobulina. La amiloidosis secundaria se produce por una acumulación de fragmentos de amiloide sérico A (SAA) consiguiente a infecciones crónicas o cáncer. En estas condiciones, cifras altas de citocinas inflamatorias estimulan el hígado para que aumente la síntesis de SAA, lo que conduce a un incremento concomitante de productos de degradación proteolítica derivados del amiloide sérico A. La amiloidosis familiar se produce por acumulación de formas mutadas de ciertas proteínas plasmáticas, en particular transtiretina (cuadro 52-3). Se han documentado más de 80 formas de esta proteína alteradas por mutaciones. En pacientes en quienes se efectúa diálisis crónica a largo plazo, puede acumularse la proteína plasmática β₂-microglobulina, que es retenida en el plasma por las membranas de diálisis.

Los tres componentes principales del sistema inmunitario del cuerpo son: linfocitos B (células B), linfocitos T (células T) y el sistema inmunitario innato. Los linfocitos B se derivan principalmente de células de la médula ósea, mientras que los linfocitos T se originan a partir del timo. Las células B se encargan de la síntesis de anticuerpos humorales circulantes, también conocidos como inmunoglobulinas. Las células T están involucradas en diversos procesos inmunitarios mediados por células, como rechazo de injerto, reacciones de hipersensibilidad y defensa contra células malignas y muchos virus. Las células B y T responden de una manera adaptativa; desarrollan una respuesta dirigida para cada invasor encontrado. El sistema inmunitario innato defiende contra infección de una manera inespecífica. Contiene diversas células, como fagocitos, neutrófilos, células asesinas naturales y otras (capítulo 54).

Las inmunoglobulinas constan de múltiples cadenas polipeptídicas

Las inmunoglobulinas (Ig) son proteínas oligoméricas cuyas subunidades individuales tradicionalmente se han clasificado como pesadas (H) o ligeras (L) con base en su migración durante electroforesis en gel de SDS-poliacrilamida. Las inmunoglobulinas del humano pueden agruparse en cinco clases que se abrevian IgA, IgD, IgE, IgG e IgM (cuadro 52-8). En el cuadro 52-9 se resumen las funciones biológicas de cada clase. La más abundante de las cinco, la IgG, consta de dos cadenas ligeras idénticas (23 kDa) y dos cadenas pesadas idénticas (53 a 75 kDa) enlazadas juntas por una red de enlaces disulfuro. Las cadenas L y H son sintetizadas como polipéptidos separados que después son montados dentro de la célula B o la célula plasmática hacia moléculas de inmunoglobulina maduras, todas las cuales son glucoproteínas.

La configuración en forma de Y de la unidad central de inmunoglobulina se ilustra por el tetrámero de IgG (L₂H₂) (figura 52-11). Algunas inmunoglobulinas, como la IgG inmune sólo existen en la estructura tetramérica básica. Otras, como la IgA y la IgM pueden formar oligómeros superiores compuestos de dos, tres (IgA) o cinco (IgM) copias de la unidad tetramérica central (figura 52-12). El tipo de cadena H determina la clase de inmunoglobulina y, así, su función efectora (véase más adelante): α (IgA), δ (IgD), ε (IgE), γ (IgG) y μ (IgM). Las cadenas γ de la IgG están organizadas hacia cuatro dominios conservados: una región variable amino terminal (V_H) y tres regiones constantes (C_H1, C_H2, C_H). Los cinco tipos de cadenas H se distinguen por diferencias en sus regiones C_H. Las cadenas μ y ε tienen, cada una, cuatro dominios C_H en lugar de los tres habituales.

La cadena ligera de IgG puede dividirse en una región constante C terminal (C_L) y una región variable amino terminal (V_L). Hay dos tipos generales de cadenas ligeras, kappa (κ) y lambda (λ), que pueden distinguirse con base en diferencias estructurales en sus regiones C_L. Una molécula de inmunoglobulina dada siempre contiene dos cadenas ligeras κ o dos cadenas ligeras λ (nunca una mezcla de κ y λ). En humanos, las cadenas κ son más comunes que las cadenas λ en moléculas de inmunoglobulina.

Las moléculas de IgG son divalentes. El extremo de cada Y contiene un sitio de unión a antígeno constituido de dominios V_H y V_L dispuestos juntos para formar dos láminas de aminoácidos antiparalelas. El sitio en el antígeno al cual se une un anticuerpo se denomina un determinante antigénico (o epítopo). La región entre los dominios C_H1 y C_H2, que puede separarse fácilmente usando pepsina o papaína (figura 52-11), se denomina la “región bisagra”. La región bisagra confiere flexibilidad y permite que ambos brazos Fab se muevan de manera independiente. Esto facilita la unión a sitios antigénicos que pueden estar separados distancias variables o que están presentes en dos bacterias o virus diferentes. De esta manera, pueden formarse agrupaciones de anticuerpo-antígeno cuyo tamaño hace que sean más fácilmente reconocidas y desechadas por leucocitos fagocíticos. Este fenómeno comúnmente se demuestra en el laboratorio por la formación de rosetas de eritrocitos.

Las regiones variables confieren especificidad de unión

Las regiones variables de las cadenas ligera y pesada de inmunoglobulina forman los sitios de unión a antígeno que dictan la especificidad asombrosa de los anticuerpos. Como su nombre lo indica, son bastante heterogéneas. De hecho, no hay dos regiones variables de seres humanos diferentes que compartan secuencias de aminoácidos idénticas. Las regiones variables de las cadenas L y H constan de un puñado de islas cortas (5 a 10 residuos) llamadas regiones hipervariables intercaladas dentro de un “mar” de polipéptidos por regiones marco relativamente invariables (figura 52-13). Las regiones hipervariables también se denominan regiones determinantes de complementariedad (CDR). Un sitio de unión a antígeno se forma cuando las regiones hipervariables de las cadenas H y L se alinean juntas en espacio tridimensional (estructura terciaria) como asas que se proyectan desde la superficie del anticuerpo.

Diversas combinaciones de CDR de cadena H y L pueden dar lugar a múltiples anticuerpos que poseen diferentes especificidades, una característica llamada diversidad combinatoria. Los antígenos grandes interactúan con todas las CDR de un anticuerpo, mientras que los ligandos pequeños pueden interactuar con sólo una CDR o con algunas CDR que forman una bolsa o surco en la molécula de anticuerpo. La esencia de las interacciones antígeno-anticuerpo es la complementariedad mutua entre las superficies de CDR y epítopos que involucran múltiples interacciones no covalentes como formación de enlaces de hidrógeno, puentes de sal, interacciones hidrofóbicas, y fuerzas de Van der Waal (capítulo 2).

Las regiones constantes determinan funciones efectoras específicas para clase

Las regiones constantes de las moléculas de inmunoglobulina, en particular la C_H2 y C_H3 (y C_H4 de IgM e IgE) situadas dentro del fragmento Fc, se encargan de las funciones efectoras específicas para clase de las diferentes moléculas de inmunoglobulina (cuadro 52-9, parte inferior), como fijación de complemento o paso transplacentario.

La diversidad de anticuerpos depende de reordenamientos de gen

El genoma humano contiene menos de 150 genes que codifican para inmunoglobulina; sin embargo, cada persona es capaz de sintetizar quizás un millón de anticuerpos diferentes, cada uno específico para un antígeno único. Es evidente que la expresión de inmunoglobulina no sigue el paradigma de “un ejemplo, una proteína”. En lugar de eso, la diversidad de inmunoglobulina es generada por mecanismos combinatorios que se basan en la mezcla y el reordenamiento de múltiples maneras de un fondo común finito de información genética (capítulos 35 y 38).

La primera fuente de diversidad de anticuerpos es la división de la secuencia codificadora para cada cadena de inmunoglobulina entre múltiples genes. Cada cadena ligera es el producto de al menos tres genes estructurales separados que codifican para la región variable (V_L), la región de unión (J) (que no tiene relación con la región J de IgA o IgM) y región constante (C_L), respectivamente. De modo similar, cada cadena pesada es el producto de al menos cuatro genes diferentes que codifican para una región variable (V_H), una región de diversidad (D), una región de unión (J) y una región constante (C_H). Cada gen está presente en el genoma humano en varias versiones, lo que ofrece el potencial del montaje de múltiples combinaciones.

La diversidad aumenta más mediante la acción de la citidina desaminasa inducida por activación (AID). Al catalizar la conversión de citidina en uracilo, la AID aumenta de manera masiva la frecuencia de mutación de genes V que codifican para inmunoglobulina. Estas mutaciones son de naturaleza somática, es decir, singular para una célula diferenciada más que para una célula de la línea germinal. En consecuencia, cada activación de AID genera nuevas subpoblaciones de células B que albergan mutaciones singulares de sus genes V, lo que hace que cada una sintetice inmunoglobulinas de especificidad de antígeno que difiere. En algunos estados patológicos, la acción mutagénica de AID puede llevar a la generación de autoanticuerpos que se dirigen a componentes endógenos del organismo, un fenómeno llamado autoinmunidad.

Un tercer mecanismo para generar anticuerpos que se dirigen a antígenos nuevos es la diversidad de unión. Esto se refiere a la adición o deleción de números al azar de nucleótidos que tiene lugar cuando ciertos segmentos de gen son unidos entre sí. Como sucede con la AID, las mutaciones generadas por diversidad de unión son de naturaleza somática.

El cambio de clase (isotipo) ocurre durante respuestas inmunitarias

En casi todas las respuestas inmunitarias humorales, se generan anticuerpos de diferentes clases que poseen especificidades de antígeno idénticas. Cada clase aparece en un orden cronológico específico en respuesta al inmunógeno (antígeno inmunizante). Por ejemplo, los anticuerpos de la clase IgM normalmente preceden a moléculas de la clase IgG. La transición desde la síntesis de una clase a otra es designada cambio de clase o de isotipo. El cambio comprende la combinación de una cadena ligera de inmunoglobulina dada con diferentes cadenas pesadas. Mientras que una cadena ligera recién sintetizada inicialmente será apareada con una cadena μ para generar una molécula de IgM específica, con el tiempo la misma cadena ligera específica para antígeno será apareada con una cadena γ. Empero, esta cadena γ poseerá una región V_H idéntica a la de la cadena μ, lo que generará así una IgG cuya especificidad de antígeno es idéntica a la de la molécula de IgM original. La misma cadena ligera también puede combinarse con una cadena pesada α, que de nuevo contiene la región V_H idéntica, para formar una molécula de IgA con especificidad de antígeno idéntica. Se dice que moléculas de inmunoglobulina de diferentes clases que poseen dominios variables y especificidad de antígeno idénticos, comparten un idiotipo. (Los idiotipos son los determinantes antigénicos formados por los aminoácidos específicos en las regiones hipervariables).

Los anticuerpos monoclonales son una importante herramienta de investigación

Los anticuerpos han surgido como una herramienta importante en la investigación, el diagnóstico y el tratamiento biomédicos. Originalmente, la producción de anticuerpos contra un antígeno seleccionado requería que el antígeno se inyectara en un animal huésped, como un conejo o una cabra, y que se obtuviera suero que contenía inmunoglobulinas plasmáticas que incluían (se esperaba) anticuerpos contra el antígeno de interés. Cuando se inyecta un antígeno en un animal, los anticuerpos resultantes son producidos por una mezcla de células B que sintetizan anticuerpos dirigidos contra diferentes sitios (epítopos o determinantes) sobre el antígeno. De este modo, los anticuerpos producidos en huéspedes animales son heterogéneos o de naturaleza policlonal. Más aún, a menos que queden sujetos a una costosa purificación de afinidad, las inmunoglobulinas séricas también contienen anticuerpos contra muchos miles de antígenos a los cuales el animal huésped ha quedado expuesto durante su lapso de vida.

Es posible generar en el laboratorio anticuerpos monoclonales homogéneos que se dirigen a un epítopo único y que están libres de otras inmunoglobulinas contaminantes. Típicamente, se obtienen células B del bazo de un ratón (o de otro animal idóneo) en el cual previamente se inyectó un antígeno o una mezcla de antígenos (p. ej., células extrañas). Las células B se mezclan con células de mieloma murinas y se exponen a polietilenglicol, que causa fusión celular. El producto de esta fusión es una línea celular permanente llamada un hibridoma capaz de proporcionar un aporte continuo de anticuerpos monoclonales. En la figura 52-14 se resumen los principios involucrados en la generación de células de hibridoma. Al colocar en placas mezclas de células altamente diluidas sobre un medio selectivo que contiene hipoxantina-aminopterina-timidina (HAT), pueden aislarse líneas de hibridoma clonales, homogéneas, que se originan a partir de una célula única. Al identificar líneas que secretan un anticuerpo monoclonal específico para el antígeno de elección, es posible obtener una batería de anticuerpos monoclonales específicos para componentes individuales de la mezcla inmunogénica o epítopos diferentes en un antígeno único. Las células de hibridoma se pueden congelar y almacenar, y después descongelar cuando se requiere más anticuerpo; esto asegura su aporte a largo plazo.

Para uso terapéutico en humanos, anticuerpos monoclonales producidos mediante líneas de células murinas se pueden humanizar. Esto se logra al fijar los CDR (los sitios que unen antígenos) en sitios apropiados en una molécula de inmunoglobulina humana. Esto produce un anticuerpo que es muy similar a un anticuerpo humano, cuya inmunogenicidad reducida disminuye de manera notoria las probabilidades de una reacción anafiláctica.

Las inmunoglobulinas forman el centro del sistema inmunitario adaptativo del organismo, un nombre que refleja su capacidad para generar anticuerpos con nuevas especificidades de unión a antígeno en el momento en que se encuentra un agente infeccioso nuevo. En contraste, el número, la función y la especificidad de los componentes que comprenden el sistema inmunitario innato son fijos y permanecen constantes durante toda la vida. El extremo transportado por el plasma del sistema inmunitario innato se llama el sistema de complemento, un nombre derivado de la observación de que puede ser activado por complejos de anticuerpo-antígeno y, por ende, actúa como consecuencia de las inmunoglobulinas del sistema inmunitario adaptativo y en apoyo de las mismas.

El sistema de complemento muestra características que recuerdan la cascada de coagulación de la sangre. Ambos constan de grupos de zimógenos (proproteínas) circulantes que permanecen latentes desde el punto de vista catalítico hasta que son activados por división proteolítica. Estas proteínas, llamadas factores de complemento, son sintetizadas por diversos tipos de células, entre ellos hepatocitos, macrófagos, monocitos y células endoteliales intestinales. Como sucede con los factores de la coagulación, casi todos los factores de complemento son proproteasas (capítulo 9) que, en el momento de la activación, se dirigen a otros componentes del sistema, lo que genera así una serie o cascada de eventos de activación proteolítica que amplifican la producción de los productos terminales protectores del sistema.

La vía clásica para la activación del sistema de complemento es desencadenada cuando un complejo de anticuerpo-antígeno se une al factor C1 y estimula su actividad de proteasa. A continuación, C1 divide el factor de complemento C2 para formar dos proteínas más pequeñas, C2a y C2b, y divide el factor de complemento C4 para formar C4a y C4b (figura 52-15). Dos de los fragmentos proteolíticos, C2a y C4b a continuación se asocian para formar una proteasa, la C3 convertasa, que divide el factor de complemento C3 hacia C3a y C3b. C3a ahora se une al heterodímero C2a:C4b para formar un complejo heterotrimérico, la C5 convertasa, que divide el factor de complemento C5 en C5a y C5b. La proteína C5b a continuación se combina con los factores de complemento C6, C7, C8 y C9 para formar el complejo de ataque de membrana (MAC). El MAC mata bacterias invasoras al unirse a su membrana plasmática y abrir un poro en la misma. Después de lisis, los restos de la bacteria son destruidos por macrófagos fagocíticos. Entretanto, las proteínas C3a y C5a sirven como quimioatrayentes que reclutan leucocitos al sitio de infección y estimulan una respuesta inflamatoria.

El direccionamiento del MAC hacia bacterias invasoras es facilitado por la presencia de enlaces tioéster en C3 y C4. Al igual que el enlace tioéster en el inhibidor de proteasa plasmática α₂-macroglobulina, este enlace altamente reactivo queda expuesto como resultado del cambio conformacional que acompaña a la activación. En el caso de C3 y C4, el tioéster reacciona con los grupos hidroxilo de los polisacáridos de superficie de la bacteria, lo cual los ancla (y a los complejos C5 convertasa de los cuales forman parte) de manera covalente a su microorganismo patógeno blanco. En consecuencia, los componentes del MAC se forman y se montan juntos en estrecha proximidad a la membrana bacteriana.

La activación también puede ser desencadenada por medio de la vía de la lectina, en la cual los complejos que se forman cuando un factor de complemento conocido como lectina de unión a manosa (MBL), también conocido como proteína de unión a manano (MBP), se une a polisacáridos bacterianos para generar un complejo que recluta C4 y lo activa (figura 52-15). El término lectina se refiere a cualquier proteína que se une a polisacáridos. Casi todas las lectinas son altamente selectivas. La MBL es específica para las porciones carbohidrato que contienen manosa (mananos) de glucoproteínas y lipopolisacáridos presentes sobre la superficie de bacterias grampositivas, algunos virus y varios hongos. En el momento de unión al complejo de polisacárido-MBL, C4 pasa por autoproteólisis y forma C4a y C4b. Además, divide C2 hacia C2a y C2b. La cascada de activación a continuación procede como se describió para la vía clásica.

La MBL circula como complejos multivalentes grandes, de 400 a 700 kda, que constan de cuatro o más copias de una unidad central homotrimérica constituida de tres copias de un polipéptido de ≈ 30 kda. Cada polipéptido contiene dos dominios principales, un dominio tipo colágeno amino terminal y un dominio de unión a carbohidrato carboxilo terminal. El centro del homotrímero se forma cuando tres dominios tipo colágeno se entrelazan para generar una cola extendida que lleva a una cabeza globular que consta de los tres dominios de unión a carbohidrato. Los homotrímeros se asocian por medio de sus regiones cola amino terminal hacia un “tallo” enlazado a disulfuro a partir del cual las cabezas de unión a carbohidrato individuales se extienden en una disposición ramificada que semeja la de las inmunoglobulinas (figura 52-16).

El sistema de complemento también puede ser activado por la vía alternativa, que comprende la activación de C3 por hidrólisis química, un proceso a veces denominado “en ralentí” (“ticking over”). En la vía alternativa, C3b se une al factor de complemento B, y forma un complejo C3b:B que a continuación es dividido por el factor D. El complejo C3b:Bb resultante posee actividad de C5 convertasa.

Las disfunciones de los sistemas inmunitarios innato y adaptativo pueden tener serias consecuencias fisiológicas. Los déficit en la producción de inmunoglobulinas o factores de complemento pueden dejar al individuo afectado en extremo susceptible a infecciones bacterianas, micóticas o virales, y a la diseminación de las mismas; se dice que esas personas tienen alteración inmunitaria. Muchos factores pueden contribuir a la depresión de la eficacia del sistema inmunitario, entre ellos se incluyen anormalidades genéticas (p. ej., agammaglobulinemia, en la cual la producción de IgG está notoriamente afectada), exposición a toxinas, infecciones virales, malnutrición, transformación neoplásica o tratamiento con fármacos inmunosupresores.

La sobreproducción y activación precoz de los sistemas inmunitario y del complemento también puede ser perjudicial. El fracaso del sistema inmunitario para diferenciar entre células del huésped y un invasor extraño puede desencadenar una respuesta autoinmunitaria en la cual el sistema inmunitario del organismo ataca sus propios tejidos y órganos. El daño resultante puede ser acumulativo, como sucede en la artritis reumatoide y la esclerosis múltiple, o agudo, como la destrucción completa de las células de los islotes pancreáticos que ocurre en la diabetes tipo 1. En la parte no latina de América, la incidencia de trastornos autoinmunitarios es de 3 por cada 100 personas.

En el cuadro 52-1 se listan varios de los trastornos autoinmunitarios más comunes.

• El plasma contiene muchas proteínas con diversas funciones. Casi todas se sintetizan en el hígado y casi todas están glucosiladas.

• La albúmina explica alrededor de 60%, por masa, del contenido de proteína del plasma; por tanto, es el principal determinante de la presión osmótica intravascular. La albúmina también se une a ácidos grasos, bilirrubina, iones metálicos y ciertos fármacos, y los transporta.

• La haptoglobina se une a la hemoglobina extracorpuscular y evita su pérdida hacia el riñón y la orina, lo cual preserva el hierro para reutilización además de que evita la formación de precipitados perjudiciales en los túbulos.

• La ferritina se une a hierro férrico y lo almacena dentro de células.

• La transferrina transporta hierro a los sitios donde se requiere.

• La ceruloplasmina, la principal proteína que contiene cobre en el plasma, es una ferroxidasa que desempeña una función clave en el reciclado del hierro que se libera cuando eritrocitos senescentes son destruidos.

• La hepcidina regula la homeostasis del hierro al bloquear la internalización de la proteína de exportación de hierro celular, ferrocidina.

• La expresión de hepcidina es estimulada cuando la unión de complejos de transferrina-hierro a receptores de transferrina tipo 1 desplaza la proteína HFE, que a continuación se une a receptores de transferrina tipo 2 y los activa.

• La hemocromatosis hereditaria es una enfermedad genética que comprende absorción excesiva de hierro.

• La α₁-antitripsina es el principal inhibidor de serina proteasa del plasma. La deficiencia genética de esta proteína puede llevar a enfisema y enfermedad del hígado.

• La α₂-macroglobulina es una proteína plasmática importante que neutraliza muchas proteasas y dirige ciertas citocinas a órganos específicos.

• El organismo humano puede sintetizar inmunoglobulinas específicas para hasta un millón de diferentes blancos, llamados antígenos.

• La estructura central de las inmunoglobulinas es un tetrámero que consta de dos cadenas ligeras y dos cadenas pesadas dispuestas en una configuración de “Y”.

• La síntesis de diversos anticuerpos a partir de un grupo limitado de genes se hace posible mediante combinación, reordenamiento y mutación somática de genes que codifican para inmunoglobulina.

• La capacidad para sintetizar nuevos anticuerpos para la defensa contra antígenos nuevos representa la característica que define al sistema inmunitario adaptativo.

• Las líneas de células monoclonales proporcionan anticuerpos monoespecíficos para uso de laboratorio y clínico.

• El sistema de complemento por lo general es activado por complejos que se forman entre microbios infectantes y anticuerpos protectores, o entre polisacáridos ricos en manosa sobre la superficie del agente patógeno y proteína de unión a manosa.

• El sistema de complemento es activado por una serie de eventos de división proteolítica que transforman zimógenos latentes en proteasas activas.

• Los trastornos autoinmunitarios se producen cuando el sistema inmunitario ataca los tejidos propios del organismo.