Capítulo 2: Células, órganos y microambientes del sistema inmunitario

Una respuesta inmunitaria exitosa a un agente patógeno depende de interacciones finamente coreografiadas entre diversos tipos de células (figura 1-9): células de la inmunidad innata que montan una primera línea de defensa contra el agente patógeno, células presentadoras de antígeno que hacen saber la presencia de infección a células linfoides, que coordinan la respuesta adaptativa y generan las células de memoria, que evitan infecciones futuras. La coordinación requerida para el desarrollo de una respuesta inmunitaria completa se hace posible por las características anatómicas y microanatómicas especializadas del sistema inmunitario, que está disperso en todo el cuerpo y organiza células en tiempo y espacio. Los órganos linfoides primarios —que incluyen la médula ósea y el timo— regulan el desarrollo de células inmunitarias a partir de precursores inmaduros. Los órganos linfoides secundarios —que comprenden el bazo, los ganglios linfáticos y sitios especializados en el intestino y otros tejidos mucosos— coordinan el encuentro de antígeno con linfocitos específicos para antígeno, y su desarrollo hacia células efectoras y de memoria. Los sistemas de vasos sanguíneos y linfáticos conectan estos órganos, y los unen para formar un todo funcional.

Es notorio que todas las células sanguíneas maduras, funcionalmente especializadas (eritrocitos, granulocitos, macrófagos, células dendríticas y linfocitos), surgen a partir de un solo tipo de célula, la célula madre hematopoyética (hsc) (figura 2-1). El proceso mediante el cual las hsc se diferencian hacia células sanguíneas maduras se llama hematopoyesis. Dos órganos linfoides primarios se encargan del desarrollo de células madre hacia células inmunitarias maduras: la médula ósea, donde residen las hsc y dan lugar a todos los tipos de células, y el timo, donde las células T completan su maduración. En este capítulo se empieza por describir la estructura y función de cada tipo de célula que surge a partir de hsc, y la estructura y función tanto de la médula ósea como del timo en el contexto de la hematopoyesis y de la timopoyesis. A continuación se describen los órganos linfoides secundarios, donde se inicia la respuesta inmunitaria. Se presentan los ganglios linfáticos y el bazo, pero también se comenta el tejido linfoide asociado con capas mucosas; este capítulo también incluye cuatro exposiciones enfocadas. De manera específica, en dos recuadros de Experimento clásico se describe el descubrimiento de un segundo timo y la historia que está detrás de la identificación de células madre hematopoyéticas. En un recuadro de Enfoque clínico se comentan el uso clínico y lo que prometen las células madre hematopoyéticas; finalmente, en un recuadro de Evolución se describen algunas variaciones interesantes de las características anatómicas del sistema inmunitario entre los parientes vertebrados del ser humano.

Las células madre se definen por dos capacidades: 1) la capacidad para regenerarse o “autorrenovarse” y 2) la capacidad para diferenciarse hacia todos los tipos de células diversos. Las células madre embrionarias tienen la capacidad para generar cada tipo de célula especializado en un organismo (en otras palabras, son pluripotentes). En contraste, las células madre adultas tienen la capacidad para dar lugar a los diversos tipos de células que especifican un tejido particular. En el adulto, múltiples órganos albergan células madre (“células madre adultas”) que pueden dar lugar a células específicas para tejido maduras. La hsc se considera la célula madre adulta paradigmática porque puede diferenciarse hacia todos los tipos de células sanguíneas.

Las células madre hematopoyéticas tienen la capacidad para diferenciarse hacia muchos tipos de células sanguíneas

Las hsc son raras —hay menos de una hsc por 5 × 10⁴ células en la médula ósea— y sus números están estrictamente controlados por un equilibrio de división, muerte y diferenciación celulares.

En circunstancias en las cuales el sistema inmunitario no está siendo desafiado por un agente patógeno (estado estable o condiciones homeostáticas), casi todas las hsc están quiescentes. Un pequeño número se divide, y genera células hijas. Algunas células hijas retienen las características de célula madre de la célula que les dio origen, es decir, se siguen autorrenovando y son capaces de dar lugar a todos los tipos de células sanguíneas. Otras células hijas se diferencian hacia células progenitoras que pierden su capacidad de autorrenovación y quedan progresivamente más comprometidas hacia una línea de células sanguíneas particular. A medida que el organismo envejece, el número de hsc disminuye, lo que demuestra que hay límites para el potencial de autorrenovación de una hsc.

Cuando hay demanda aumentada de hematopoyesis (p. ej., durante una infección o después de quimioterapia), las hsc muestran una enorme capacidad proliferativa. Esto puede demostrarse en ratones cuyo sistema hematopoyético se ha destruido por completo mediante una dosis letal de rayos X (950 rads). Esos ratones irradiados mueren en el transcurso de 10 días a menos que se les administren células de la médula ósea normales provenientes de un ratón genéticamente idéntico. Aunque un ratón normal tiene 3 × 10⁸ células de la médula ósea, la administración de sólo 10⁴ a 10⁵ células de la médula ósea de un donante basta para restituir por completo el sistema hematopoyético, lo que demuestra la enorme capacidad de las hsc para autorrenovación. La capacidad para identificar y purificar esta subpoblación pequeña ha mejorado considerablemente, y los investigadores en teoría ahora pueden rescatar animales irradiados con sólo algunas células madre purificadas, que dan lugar a progenitores que proliferan rápidamente y pueblan el sistema sanguíneo con relativa rapidez.

Debido a la rareza de las hsc y los desafíos que plantea cultivarlas in vitro, los investigadores inicialmente encontraron muchas dificultades para identificar hsc y aislarlas. En el recuadro 2-1 de Experimento clásico se describen métodos experimentales que llevaron al enriquecimiento exitoso de hsc. En resumen, en los primeros esfuerzos exitosos se utilizaron estrategias de proceso de eliminación inteligentes. Los investigadores razonaron que las células madre hematopoyéticas indiferenciadas no expresarían marcadores de superficie específicos para células maduras provenientes de las múltiples líneas sanguíneas (marcadores “Lin”). Usaron varios métodos para eliminar células en la médula ósea que expresaron estos marcadores (células Lin⁺), y después examinaron la población restante (Lin^–) respecto a su potencial para dar lugar continuamente a todas las células sanguíneas a largo plazo. De hecho, las células Lin^– estuvieron enriquecidas en este potencial. Otros investigadores aprovecharon dos desarrollos tecnológicos que revolucionaron la investigación inmunológica —anticuerpos monoclonales y citometría de flujo (capítulo 20)— e identificaron proteínas de superficie, entre ellas CD34, Sca-1 y c-Kit, que distinguieron la rara población de células madre hematopoyéticas.

La hematopoyesis es el proceso mediante el cual las células madre hematopoyéticas se desarrollan hacia células sanguíneas maduras

Una hsc que es inducida para diferenciarse (pasar por hematopoyesis) pierde su capacidad de autorrenovación, y hace una de dos elecciones amplias de compromiso hacia línea (figura 2-1). Puede convertirse en un progenitor mieloide-eritroide común (cmp), que da lugar a todos los eritrocitos (la línea eritroide), granulocitos, monocitos y macrófagos (la línea mieloide), o puede convertirse en un progenitor linfoide común (clp), que da lugar a linfocitos B, linfocitos T y células nk. Las células mieloides y las células nk son miembros del sistema inmunitario innato, y son las primeras células en responder a infección u otros fenómenos adversos. Los linfocitos son miembros de la respuesta inmunitaria adaptativa, y generan una respuesta inmunitaria específica para antígeno refinada que también da lugar a memoria inmunitaria.

A medida que las hsc progresan a lo largo de sus líneas elegidas, pierden la capacidad para contribuir a otras líneas celulares. Despierta interés que las líneas tanto mieloide como linfoide dan lugar a células dendríticas, células presentadoras de antígeno con características y funciones diversas que desempeñan una función importante en el inicio de respuestas inmunitarias adaptativas. El cuadro 2-1 lista la concentración y la frecuencia de células inmunitarias en la sangre.

Regulación del compromiso de línea durante la hematopoyesis

Cada paso que da una célula madre hematopoyética hacia compromiso con una línea celular particular se acompaña de cambios genéticos. Se han identificado múltiples genes que especifican compromiso de línea. Muchos de éstos son reguladores de la transcripción. Por ejemplo, el factor de transcripción GATA-2 se requiere para el desarrollo de todas las líneas hematopoyéticas; en su ausencia los animales mueren durante la embriogénesis. Otro regulador de la transcripción, Bmi-1, se requiere para la capacidad de autorrenovación de hsc, y en su ausencia los animales mueren en el transcurso de dos meses después de nacer, debido al fracaso para repoblar sus eritrocitos y leucocitos. Tanto Ikaros como Notch son familias de reguladoras de la transcripción que tienen efectos más específicos sobre la hematopoyesis. Ikaros se requiere para el desarrollo linfoide, no así para el mieloide; los animales sobreviven en su ausencia, pero no pueden montar una respuesta inmunitaria completa (esto es, tienen alteración inmunitaria grave). Notch 1, uno de cuatro miembros de la familia Notch, regula la elección entre líneas de linfocitos T y B (capítulo 9). Se siguen identificando más reguladores maestros del compromiso de línea durante la hematopoyesis.

La tasa de hematopoyesis, así como la producción y liberación de líneas celulares específicas, también muestran capacidad de respuesta a cambios ambientales experimentados por el organismo. Por ejemplo, la infección puede dar lugar a la liberación de citocinas que aumentan de manera notoria el desarrollo de células mieloides, incluso neutrófilos. A últimas fechas los investigadores también han mostrado que la liberación de células maduras desde la médula ósea muestra capacidad de respuesta a ciclos circadianos, y está regulada por el sistema nervioso simpático.

Cómo se distinguen las células sanguíneas

Los primeros investigadores originalmente clasificaron las células con base en su aspecto al microscopio, a menudo con la ayuda de colorantes. Sus observaciones fueron en especial útiles para distinguir entre líneas mieloides y linfoides, entre granulocitos y macrófagos, y entre neutrófilos, basófilos y eosinófilos. Las tinciones de hematoxilina y eosina (H & E) aún se utilizan comúnmente en combinación para distinguir tipos de células en frotis de sangre y en tejidos. Ponen de relieve diferencias intracelulares debido a su sensibilidad al pH y diferentes afinidades para macromoléculas cargadas en una célula. Así, el colorante hematoxilina básico se une a ácidos nucleicos basófilos, y los tiñe de color azul, y el colorante ácido eosina se une a proteínas eosinofílicas en gránulos y el citoplasma, y los tiñe de color rosado.

Los microscopistas hicieron inferencias acerca de la función celular mediante el examen detallado de la estructura de células teñidas, así como la conducta de células vivas en solución. El advenimiento del citómetro de flujo durante el decenio de 1980-1989 revolucionó el entendimiento de los subtipos de células al permitir evaluar múltiples proteínas de superficie e internas expresadas de forma simultánea por células individuales. El desarrollo de métodos de microscopia fluorescente cada vez más sofisticados para observar células vivas in vitro e in vivo ha permitido a los investigadores penetrar en las complejidades de la respuesta inmunitaria en el tiempo y el espacio. Estos avances, junto con capacidades para manipular genéticamente la función celular, también han revelado una notoria diversidad de los tipos de células entre las células mieloides y linfoides, y siguen exponiendo nuevas funciones y relaciones inesperadas entre células hematopoyéticas. Por ende, si bien el entendimiento de estos subtipos de células es impresionante, de ningún modo es completo.

Células de la línea mieloide son las primeras que responden a infección

Las células que surgen a partir de un progenitor mieloide común (cmp) son los eritrocitos (células eritroides), así como diversos tipos de leucocitos (células mieloides, como los granulocitos, monocitos, macrófagos y algunas células dendríticas). Las células mieloides son las primeras que muestran respuesta a la invasión por un agente patógeno, y comunican la presencia de un fenómeno adverso a células de la línea linfoide (véase más adelante). También contribuyen a enfermedades inflamatorias (asma y alergia) (capítulo 15).

Granulocitos

Los granulocitos son las líneas de ataque frontales durante una respuesta inmunitaria, y se consideran parte del sistema inmunitario innato. Los granulocitos son leucocitos que se clasifican como neutrófilos, basófilos, mastocitos o eosinófilos con base en diferencias de las características morfológicas de la célula y la tinción de sus gránulos citoplasmáticos típicos (figura 2-2). Todos los granulocitos tienen núcleo multilobulado que los hace visualmente peculiares y fácilmente distinguibles de los linfocitos, cuyo núcleo es redondo. El citoplasma de los granulocitos está repleto de gránulos que se liberan en respuesta al contacto con agentes patógenos. Estos gránulos contienen diversas proteínas con funciones separadas: algunas dañan agentes patógenos de manera directa; otras regulan el tráfico y la actividad de otros leucocitos, incluso linfocitos, y algunas más contribuyen al remodelado de tejidos en el sitio de infección. En el cuadro 2-2 se presenta una lista parcial de proteínas de gránulos y sus funciones.

Los neutrófilos constituyen la mayor parte (50 a 70%) de los leucocitos circulantes (figura 2-2a), y son mucho más numerosos que los eosinófilos (1 a 3%), los basófilos (< 1%) o los mastocitos (< 1%). Después de diferenciación en la médula ósea, los neutrófilos son liberados hacia la sangre periférica y circulan durante 7 a 10 h antes de migrar hacia los tejidos, donde tienen un lapso de vida de sólo algunos días. En respuesta a muchos tipos de infecciones, el número de neutrófilos circulantes aumenta de manera significativa, y un mayor número es reclutado hacia tejidos, parcialmente en respuesta a indicios que la médula ósea recibe para producir y liberar más células mieloides. El incremento transitorio resultante del número de neutrófilos circulantes, llamado leucocitosis, se usa médicamente como una indicación de infección.

Los neutrófilos son reclutados hacia el sitio de infección en respuesta a moléculas inflamatorias (p. ej., quimiocinas) generadas por células innatas (incluso otros neutrófilos) que se han unido a un agente patógeno. Una vez en los tejidos, los neutrófilos fagocitan (rodean e introducen a su interior) bacterias con mucha eficacia, y secretan también una gama de proteínas que tienen efectos antimicrobianos y potencial de remodelado de tejido. Los neutrófilos son las células que responden primero, dominantes, a la infección, y son los principales componentes celulares del pus, donde se acumulan al final de su breve vida. Si bien alguna vez se consideró una célula efectora sencilla y “desechable”, el neutrófilo recientemente inspiró interés renovado a partir de investigaciones que indican que también puede regular la respuesta inmunitaria adaptativa.

Los basófilos son granulocitos no fagocíticos (figura 2-2b) que contienen gránulos grandes llenos con proteínas basófilas (esto es, se tiñen de color azul en protocolos estándar de tinción con H&E). Los basófilos son relativamente raros en la circulación, pero pueden ser muy potentes. En respuesta a la unión de anticuerpos circulantes, los basófilos liberan el contenido de sus gránulos. La histamina, una de las proteínas mejor conocidas en los gránulos basófilos, aumenta la permeabilidad y la actividad del músculo liso de los vasos sanguíneos. Los basófilos (y los eosinófilos, véase más adelante) son cruciales en la respuesta a parásitos, en particular helmintos (gusanos), pero en áreas donde la infección por gusanos es menos prevaleciente, la histamina se aprecia mejor como la causa de síntomas de alergia. Al igual que los neutrófilos, los basófilos también pueden secretar citocinas que modulan la respuesta inmunitaria adaptativa.

Los mastocitos (figura 2-2c) se liberan a partir de la médula ósea hacia la sangre como células indiferenciadas; sólo maduran después de que salen de la sangre. Los mastocitos pueden encontrarse en una amplia variedad de tejidos, incluso la piel, tejidos conjuntivos de diversos órganos, y tejido epitelial mucoso de los tractos respiratorio, genitourinario y digestivo. Al igual que los basófilos circulantes, estas células tienen grandes números de gránulos citoplasmáticos que contienen histamina y otras sustancias farmacológicamente activas. Los mastocitos también desempeñan un papel importante en la aparición de alergias.

Los basófilos y los mastocitos comparten muchas características, y su relación no se entiende completamente. Algunos especulan que los basófilos son la versión transportada por la sangre de los mastocitos; otros creen que tienen orígenes y funciones distintos.

Los eosinófilos, al igual que los neutrófilos, son células fagocíticas móviles (figura 2-2d) que pueden migrar desde la sangre hacia los espacios tisulares. Su papel fagocítico es mucho menos importante que el de los neutrófilos, y se cree que desempeñan su papel de mayor importancia en la defensa contra parásitos multicelulares, incluso gusanos. Pueden encontrarse agrupados alrededor de gusanos invasivos, cuyas membranas son dañadas por la actividad de proteínas liberadas desde gránulos eosinofílicos. Al igual que los neutrófilos y los basófilos, los eosinófilos también pueden secretar citocinas que regulan linfocitos B y T, lo que influye sobre la respuesta inmunitaria adaptativa. En áreas donde los parásitos constituyen un problema de salud menor, los eosinófilos se aprecian mejor como contribuidores a síntomas de asma y de alergia.

Células presentadoras de antígeno mieloides

Los progenitores mieloides también dan lugar a un grupo de células fagocíticas (monocitos, macrófagos y células dendríticas) que tienen función de célula presentadora de antígeno (apc) profesional (figura 2-3). Las apc mieloides se consideran puentes celulares entre los sistemas inmunitarios innato y adaptativo porque hacen contacto con un agente patógeno en el sitio de infección y comunican este encuentro a linfocitos T en el ganglio linfático (“presentación de antígeno”). Cada apc puede mostrar respuesta a agentes patógenos y secretar proteínas que atraen otras células inmunitarias y las activan. Cada una puede ingerir agentes patógenos por medio de fagocitosis, digerir proteínas patogénicas hacia péptidos, y después presentar estos antígenos peptídicos sobre sus superficies de membrana. Cada una puede ser inducida para que exprese una serie de moléculas coestimulatorias requeridas para la activación óptima de linfocitos T. Sin embargo, es probable que cada una desempeñe un papel separado durante la respuesta inmunitaria, dependiendo de su ubicación y de su capacidad para mostrar respuesta a agentes patógenos. Las células dendríticas, en particular, desempeñan un papel primario en la presentación de antígeno a —y la activación de— células T vírgenes. Los macrófagos y los neutrófilos son en especial eficientes para eliminar tanto agentes patógenos como células huésped dañadas, y pueden proporcionar una primera línea de defensa contra agentes patógenos.

Los monocitos constituyen alrededor de 5 a 10% de los leucocitos, y son un grupo heterogéneo de células que migran hacia tejidos y se diferencian hacia una diversa gama de células fagocíticas residentes en tejido, incluso macrófagos y células dendríticas (figura 2-3a). Durante la hematopoyesis en la médula ósea, las células progenitoras de granulocitos-monocitos se diferencian hacia promonocitos, que salen de la médula ósea y entran a la sangre, donde se diferencian más hacia monocitos maduros. Recientemente se identificaron dos categorías amplias de monocitos. Los monocitos inflamatorios entran a los tejidos con rapidez en respuesta a infección. Los monocitos patrulla, un grupo de menor tamaño de células que reptan lentamente a lo largo de los vasos sanguíneos, proporcionan un reservorio para monocitos residentes en tejido en ausencia de infección, y tal vez repriman respuestas inmunitarias más que iniciarlas.

Los monocitos que migran hacia tejidos en respuesta a infección pueden diferenciarse hacia macrófagos específicos para tejido. Al igual que los monocitos, los macrófagos pueden desempeñar varios papeles diferentes. Algunos macrófagos son residentes a largo plazo en tejidos, y desempeñan un papel importante en la regulación de su reparación y regeneración. Otros macrófagos participan en la respuesta inmunitaria innata, y pasan por varios cambios clave cuando son estimulados por encuentros con agentes patógenos o por daño tisular. Éstos se denominan macrófagos inflamatorios, y desempeñan un doble papel en el sistema inmunitario como fagocitos eficaces que pueden contribuir a la eliminación de agentes patógenos de un tejido, y como células presentadoras de antígeno que pueden activar linfocitos T. Los osteoclastos en el hueso, las células de la microglía en el sistema nervioso central y los macrófagos alveolares en los pulmones son ejemplos específicos para tejido de macrófagos con estas propiedades.

Por varias razones, los macrófagos inflamatorios activados son más eficaces que los macrófagos en reposo en la eliminación de agentes patógenos potenciales. Muestran mayor actividad fagocítica, capacidad aumentada para matar microbios ingeridos, incremento de la secreción de mediadores inflamatorios y citotóxicos, y la capacidad para activar células T. En el capítulo 5 se proporciona más información acerca de las actividades antimicrobianas de macrófagos. Los macrófagos activados también funcionan con mayor eficacia como células presentadoras de antígeno para células T auxiliares (células T_H) que, a su vez, regulan la actividad de macrófagos y la aumentan. De este modo, los macrófagos y las células T_H facilitan la activación uno de otro durante la respuesta inmunitaria.

Muchos macrófagos también expresan receptores para ciertas clases de anticuerpos. Si un antígeno (p. ej., una bacteria) es cubierto con el anticuerpo apropiado, el complejo de antígeno y anticuerpo se une a receptores de anticuerpo sobre la membrana del macrófago con mayor facilidad que el antígeno solo, y mejora la fagocitosis. Por ejemplo, en un estudio, la tasa de fagocitosis de un antígeno fue 4 000 veces más alta en presencia de anticuerpo específico contra el antígeno, que en su ausencia. De este modo, un anticuerpo es un ejemplo de una opsonina, una molécula que se une a un antígeno y lo marca para reconocimiento por células inmunitarias. La modificación de antígenos particulados con opsoninas (que tienen diversas formas) se llama opsonización, término proveniente del griego que literalmente significa “proporcionar alimento” o “hacer agradable al gusto”. La opsonización tradicionalmente se describe como un proceso que mejora la fagocitosis de un antígeno, pero sirve para múltiples propósitos que se comentarán en capítulos subsiguientes.

Si bien la mayor parte del antígeno ingerido por macrófagos es degradada y eliminada, experimentos tempranos con antígenos radiomarcados demostraron la presencia de péptidos antigénicos sobre la membrana de macrófago. Aunque el macrófago es una célula presentadora de antígeno muy capaz, la célula dendrítica se considera el activador más eficiente de células T vírgenes.

El descubrimiento de la célula dendrítica (dc) por Ralph Steinman a mediados del decenio de 1970-1979, lo hizo acreedor al Premio Nobel en 2011. Las células dendríticas son cruciales para el inicio de la respuesta inmunitaria, y se les dio este nombre porque están cubiertas con extensiones membranosas largas que semejan las dendritas de células nerviosas, y se extienden y retraen de manera dinámica, lo que aumenta el área de superficie disponible para explorar linfocitos. Son una población de células más diversa de lo que alguna vez se creyó, y se observa que surgen a partir de las líneas de células hematopoyéticas tanto mieloides como linfoides. Las distinciones funcionales entre estas células diversas aún se están esclareciendo, y es probable que sean un componente crucial en la adaptación de respuestas inmunitarias a distintos agentes patógenos y el direccionamiento de células que muestran respuesta hacia distintos tejidos.

Las células dendríticas desempeñan las funciones separadas de captura de antígeno en una ubicación, y presentación de antígeno en otra. Fuera de los ganglios linfáticos, formas inmaduras de estas células vigilan el organismo para buscar signos de invasión por agentes patógenos, y captan antígenos que se han introducido al organismo o extraños. Procesan estos antígenos, y después migran hacia ganglios linfáticos, donde presentan el antígeno a las células T vírgenes, lo que inicia la respuesta inmunitaria adaptativa.

Cuando actúan como centinelas en la periferia, las células dendríticas inmaduras captan su carga de antígeno de tres maneras. Lo introducen a su interior por medio de fagocitosis, mediante endocitosis mediada por receptor, o por medio de pinocitosis. De hecho, las células dendríticas inmaduras efectúan pinocitosis de volúmenes de líquido de 1 000 a 1 500 μm³ por hora, un volumen que rivaliza con el de la célula misma. Por medio de un proceso de maduración, cambian desde un fenotipo de captura de antígeno hacia uno que está especializado para la presentación de antígeno a células T. Al hacer la transición, algunos atributos se pierden y otros se ganan. Se pierde la capacidad de fagocitosis, y de pinocitosis a gran escala. Empero, la capacidad para presentar antígeno aumenta de manera significativa, como lo hace la expresión de moléculas coestimulatorias que son esenciales para la activación de células T vírgenes. Después de la activación, las células dendríticas abandonan la residencia en tejidos periféricos, entran a la circulación sanguínea o linfática, y migran hacia regiones de los órganos linfoides, donde residen células T, y presentan antígeno.

Es importante notar que, si bien comparten el nombre, las células dendríticas foliculares no surgen en la médula ósea, y tienen funciones por completo diferentes de las descritas para las células dendríticas antes comentadas. Las células dendríticas foliculares no funcionan como células presentadoras de antígeno para la activación de células T_H; estas células dendríticas se nombraron por su ubicación exclusiva en estructuras organizadas del ganglio linfático llamadas folículos linfoides, que son ricos en células B. La interacción de células B con células dendríticas foliculares es un paso importante en la maduración de células B y la diversificación de las mismas (capítulos 12 y 14).

Está claro que las células mieloides no son las únicas células que pueden presentar antígeno con eficiencia. Como se mencionó, las células dendríticas derivadas de tejido linfoide son apc por completo capaces. Además, los linfocitos B activados pueden actuar como células presentadoras de antígeno profesionales. Las células B pueden internalizar antígeno con mucha eficiencia por medio de su receptor específico para antígeno, y pueden procesar péptidos antigénicos y presentarlos en la superficie celular. Las células B activadas también expresan la totalidad de moléculas coestimulatorias que se requieren para activar células T. Al presentar antígeno de manera directa a células T, las células B solicitan ayuda con eficiencia, en la forma de citocinas, que inducen su diferenciación hacia células de memoria, así como hacia células productoras de anticuerpos (células plasmáticas).

Células eritroides

Las células de la línea eritroide —eritrocitos— también surgen a partir de un precursor mieloide común (a veces denominado un precursor mieloide-eritroide común). Contienen concentración alta de hemoglobina, y circulan por los vasos sanguíneos y los capilares suministrando oxígeno a células y tejidos circundantes. Los eritrocitos dañados también pueden liberar señales (radicales libres) que inducen actividad inmunitaria innata. En mamíferos, los eritrocitos son anucleares; sus precursores nucleados (eritroblastos) extruden su núcleo en la médula ósea. Con todo, los eritrocitos de casi todos los vertebrados no mamíferos (aves, peces, anfibios y reptiles) retienen su núcleo. El tamaño y la forma de los eritrocitos varían considerablemente en todo el reino animal —los eritrocitos de mayor tamaño pueden encontrarse entre algunos anfibios, y los de menor tamaño, entre algunas especies de ciervos.

Megacariocitos

Los megacariocitos son células mieloides grandes que residen en la médula ósea y dan lugar a miles de plaquetas, células muy pequeñas (o fragmentos de células) que circulan en la sangre y participan en la formación de coágulos de sangre. Aunque las plaquetas tienen algunas de las propiedades de células independientes, carecen de núcleo propio.

Las células de la línea linfoide regulan la respuesta inmunitaria adaptativa

Los linfocitos (figura 2-4) son las principales células que participan en la respuesta inmunitaria adaptativa. Representan 20 a 40% de los leucocitos circulantes y 99% de las células en la linfa. Los linfocitos pueden subdividirse ampliamente en tres poblaciones principales con base en diferencias funcionales y fenotípicas: linfocitos B (células B), linfocitos T (células T) y células asesinas naturales (nk). En seres humanos, alrededor de un billón (10¹²) linfocitos circulan continuamente por la sangre y la linfa, y migran hacia los espacios tisulares y los órganos linfoides. A continuación se describen brevemente las características generales y las funciones de cada grupo de linfocitos y sus subgrupos.

Los linfocitos son células relativamente sin características sobresalientes, que son muy difíciles de distinguir desde el punto de vista morfológico. Las células T y B, en particular, parecen idénticas al microscopio. Por ende, se depende mucho de la impronta de proteínas de superficie que expresan para diferenciar entre subpoblaciones de linfocitos.

Las proteínas de superficie expresadas por células inmunitarias a menudo se denominan por medio de la nomenclatura de cúmulo de diferenciación (cd o cúmulo de designación). Esta nomenclatura fue establecida en 1982 por un grupo internacional de investigadores que reconocieron que muchos de los nuevos anticuerpos producidos por laboratorios en todo el mundo (en su mayor parte en respuesta al advenimiento de la tecnología de anticuerpos monoclonales) estaban viendo las mismas proteínas. Por ende, definieron cúmulos de anticuerpos que parecieron estar viendo la misma proteína, y asignaron un nombre —un cúmulo de diferenciación o cd— a cada grupo. Aunque originalmente se diseñó para categorizar los múltiples anticuerpos, la nomenclatura cd ahora se asocia firmemente con proteínas de superficie específicas que se encuentran sobre células de muchos tipos. En el cuadro 2-3 se listan algunas moléculas de cd comunes que se encuentran en linfocitos de ser humano y del ratón. Note que el cambio desde el uso de un nombre “común” hacia el nombre “cd” más estándar puede tener lugar lentamente (por ejemplo, los investigadores a menudo aún se refieren al marcador pan-T como “Thy-1” más que como CD90, y a las moléculas coestimulatorias como “B7-1” y “B7-2”, más que como CD80 y CD86). En el apéndice 1 se listan más de 300 marcadores cd expresados por células inmunitarias.

Además de sus improntas de superficie de cd, cada célula B o T también expresa un receptor específico para antígeno (el receptor de célula B [bcr] o el receptor de célula T [tcr], respectivamente) sobre su superficie. Si bien las poblaciones de células B y T expresan una notoria diversidad de receptores de antígeno (más de 1 000 millones), todos los receptores de una superficie de célula individual tienen estructura idéntica y, por ende, tienen especificidad idéntica para antígeno. Si un linfocito dado se divide para formar dos células hijas, ambas hijas portan receptores de antígeno con especificidades de antígeno idénticas una a otra, e idénticas a la célula a partir de la cual surgieron y así lo harán cualesquiera descendentes que produzcan. La población de linfocitos resultante, todos los cuales surgen a partir del mismo linfocito fundador, es una clona.

En cualquier momento dado, un ser humano o un ratón contendrá decenas de miles (quizá 100 000) de clonas de células T y B maduras separadas, cada una distinguida por su propia cohorte de receptores de antígeno singular e idéntica. Las células B y T maduras están listas para encontrar el antígeno, pero se consideran vírgenes en tanto no lo hacen. El contacto con antígeno induce a los linfocitos vírgenes para que proliferen y se diferencien hacia células tanto efectoras como de memoria. Las células efectoras desempeñan funciones específicas para combatir el agente patógeno, mientras que las células de memoria persisten en el huésped, y en el momento de la repetición de la exposición al mismo antígeno median una respuesta que es más rápida y de mayor magnitud. El primer encuentro con antígeno se denomina una respuesta primaria y la repetición del encuentro es una respuesta secundaria.

Linfocitos B

La designación de letra del linfocito B (célula B) se derivó de su sitio de maduración, en la bolsa de Fabricio en aves; casualmente, el nombre resultó ser adecuado en inglés, porque la médula ósea (bone marrow) es su principal sitio de maduración en seres humanos, ratones y muchos otros mamíferos. Las células B maduras se distinguen en definitiva de otros linfocitos y de todas las otras células por su síntesis y despliegue del receptor de célula B (bcr), una molécula de inmunoglobulina (anticuerpo) unida a la membrana que se une al antígeno. Cada célula B expresa un anticuerpo de superficie con una especificidad singular, y cada una de las aproximadamente 1.5 a 3 × 10⁵ moléculas de anticuerpo de superficie tiene sitios de unión idénticos para antígeno. Los linfocitos B también pueden mejorar su capacidad para unir antígeno por medio de un proceso conocido como hipermutación somática, y pueden generar anticuerpos de varias clases funcionales diferentes por medio de un proceso que se conoce como cambio de clase. La hipermutación somática y el cambio de clase se cubren con detalle en el capítulo 12.

Finalmente, las células B activadas se diferencian hacia células efectoras conocidas como células plasmáticas (figura 2-4c). Las células plasmáticas pierden expresión de inmunoglobulina de superficie y se tornan altamente especializadas para la secreción de anticuerpos. Una sola célula es capaz de secretar desde algunos cientos hasta más de 1 000 moléculas de anticuerpo por segundo. Las células plasmáticas no se dividen y, aunque pueden encontrarse algunas poblaciones de células plasmáticas de vida prolongada en la médula ósea, muchas mueren en el transcurso de una o dos semanas.

Linfocitos T

Los linfocitos T (células T) derivan su designación de letra de su sitio de maduración en el timo. Al igual que la célula B, la célula T expresa un receptor de unión a antígeno singular llamado el receptor de célula T. Aun así, a diferencia de los anticuerpos unidos a membrana sobre células B, que pueden reconocer antígeno soluble o particulado, los receptores de célula T sólo reconocen fragmentos de antígeno procesados (típicamente péptidos) unidos a proteínas de membrana celular llamadas moléculas del complejo principal de histocompatibilidad (mhc). Las moléculas del mhc son glucoproteínas genéticamente diversas que se encuentran sobre membranas celulares (su estructura y función se cubren con detalle en el capítulo 8). La capacidad de las moléculas del mhc para formar complejos con antígeno permite a las células colocar en su superficie proteínas internas (extrañas y propias), y las exponen a células T que están explorando. Hay dos versiones del mhc: moléculas del mhc clase I, que son expresadas por casi todas las células nucleadas de especies de vertebrados, y moléculas del mhc clase II, que son expresadas por células presentadoras de antígeno profesionales y por algunos otros tipos de célula durante la inflamación.

Los linfocitos T se dividen en dos tipos principales de células —células T auxiliares (T_H) y células T citotóxicas (T_C)— que pueden distinguirse una de otra por la presencia de glucoproteínas de membrana CD4 o CD8 sobre su superficie. Las células T que despliegan CD4 por lo general funcionan como células TH y reconocen antígeno en complejo con mhc clase II, mientras que las que despliegan CD8 por lo general funcionan como células dc, y reconocen antígeno en complejos con mhc clase I. La proporción entre células T CD4⁺ y CD8⁺ es de alrededor de 2:1 en sangre periférica de ratón y ser humano normal. Un cambio de esta proporción a menudo es un indicador de enfermedad por inmunodeficiencia (p. ej., infección por hiv), enfermedades autoinmunitarias y otros trastornos.

Las células T CD8⁺ vírgenes exploran la superficie de células presentadoras de antígeno con sus receptores de célula T. Si se unen a un complejo de MHC-péptido, y cuando lo hacen, quedan activadas, proliferan y se diferencian hacia una célula efectora llamada un linfocito T citotóxico (ctl). El ctl tiene una función vital en vigilar las células del organismo y eliminar cualesquiera células que despliegan antígeno extraño que forma complejos con mhc clase I, como células infectadas por virus, células tumorales, y células de un injerto de tejido extraño. Para que proliferen y se diferencien de manera óptima, las células T CD8⁺ vírgenes también necesitarán ayuda por parte de células T CD4⁺ maduras.

Las células T CD4⁺ vírgenes también exploran la superficie de células presentadoras de antígeno con sus receptores de célula T. Si reconocen un complejo de MHC-péptido, pueden quedar activadas y proliferar y diferenciarse hacia uno de varios subgrupos de células T efectoras (figura 2-4e). Las células T auxiliares tipo 1 (T_H1) regulan la respuesta inmunitaria a agentes patógenos intracelulares, y las células T auxiliares tipo 2 (T_H2) regulan la respuesta a muchos agentes patógenos extracelulares. Recientemente se han identificado otros dos subgrupos de células T_H. Las células T auxiliares tipo 17 (T_H17), así llamadas porque secretan IL-17, desempeñan un papel importante en la inmunidad mediada por células, y pueden ayudar en la defensa contra hongos. Las células T auxiliares foliculares (T_FH) desempeñan una función importante en la inmunidad humoral, y regulan el desarrollo de células B en centros germinales. El subtipo de células T auxiliares que domina una respuesta depende en su mayor parte del tipo de agente patógeno (intracelular en contraposición con extracelular, viral, bacteriano, micótico, helminto) que ha infectado un animal. Cada uno de estos tipos de células T CD4⁺ produce un grupo diferente de citocinas que permiten o “ayudan” a la activación de células B, células T_C, macrófagos y varias otras células que participan en la respuesta inmunitaria. La red de citocinas que regulan estas células efectoras y que son producidas por las mismas se describen con detalle en el capítulo 11.

Otro tipo de célula T CD4⁺, la célula T reguladora (T_REG), tiene la singular capacidad de inhibir una respuesta inmunitaria. Estas células pueden surgir durante la maduración del timo a partir de células autorreactivas (T_REG naturales), pero también pueden ser inducidas en el sitio de una respuesta inmunitaria de una manera dependiente de antígeno (T_REG inducidas). Son identificadas por la presencia de CD4 y CD25 sobre su superficie, así como por la expresión del factor de transcripción interno FoxP3. Las células T_REG son cruciales para ayudar a mitigar respuestas autorreactivas que no se han evitado por medio de otros mecanismos. De hecho, los ratones con agotamiento de células T_REG están afectados por un conjunto de reacciones inflamatorias autorreactivas destructivas. De cualquier modo, las células T_REG también pueden desempeñar un papel en la limitación de la respuesta de células T normal de seres humanos a un agente patógeno. Las subpoblaciones de células T CD4⁺ y CD8⁺ pueden ser aún más diversas que lo que se describe en la actualidad y el campo debe esperar identificación futura de otros subtipos funcionales.

Células asesinas naturales

Las células asesinas naturales (nk) son células linfoides que están estrechamente relacionadas con las células B y T. Sin embargo, no expresan receptores específicos para antígeno, y se consideran parte del sistema inmunitario innato. Se distinguen por la expresión de un marcador de superficie conocido como NK1.1, así como por la presencia de gránulos citotóxicos. Alguna vez denominadas “linfocitos granulares grandes” debido a su aspecto al microscopio, las células nk constituyen 5 a 10% de los linfocitos en la sangre periférica de seres humanos. Son asesinas eficientes de células, y atacan diversas células anormales, incluso algunas células tumorales y algunas células infectadas por virus. Distinguen entre las células que deben ser muertas y las células normales de una manera muy inteligente: al “reconocer” la ausencia de mhc clase I, que es expresado por casi todas las células normales, pero que es regulado de manera específica en dirección descendente por algunos tumores, y en respuesta a ciertas infecciones virales. ¿De qué modo las células pueden reconocer una falta? Las células nk expresan diversos receptores para mhc clase I que, cuando son ocupados, inhiben su capacidad para matar otras células. Cuando las células nk encuentran células que han perdido su mhc clase I, estos receptores ya no están ocupados, y ya no pueden inhibir las tendencias citotóxicas potentes de la célula nk, que entonces libera sus gránulos citolíticos y mata la célula blanco anormal.

Las células nk también expresan receptores para inmunoglobulinas y, por ende, pueden cubrirse por sí mismas con anticuerpos que se unen a agentes patógenos o proteínas de agentes patógenos sobre la superficie de células infectadas. Esto permite a una célula nk hacer una conexión con diversas células blanco (independientemente de su expresión de mhc clase I). Una vez que los anticuerpos ponen en contacto la célula nk con células blanco, la célula nk libera sus gránulos e induce muerte celular. El mecanismo de citotoxicidad por células nk, el enfoque de mucho estudio experimental actual, se describe ampliamente en el capítulo 13.

Células NKT

Otro tipo de célula de la línea linfoide, las células nkt, ha recibido mucha atención a últimas fechas, y comparte características tanto con los linfocitos T como con las células nk, convencionales. Tal como las células T, las células nkt tienen receptores de célula T (tcr) y algunas expresan CD4. No obstante, a diferencia de casi todas las células T, los tcr de células nkt no son muy diversos, y reconocen lípidos y glucolípidos específicos presentados por una molécula relacionada con proteínas del mhc conocida como CD1. Al igual que sus familiares inmunitarios innatos, las células nk, las células nkt tienen receptores de anticuerpos, así como otros receptores clásicamente asociados con células nk. Las células nkt activadas pueden liberar gránulos citotóxicos que matan células blanco, pero también pueden liberar grandes cantidades de citocinas que pueden tanto aumentar la respuesta inmunitaria como suprimirla. Parecen estar involucradas en el asma del ser humano, pero también pueden inhibir el desarrollo de autoinmunidad y cáncer. El entendimiento de la función exacta de las células nkt en la inmunidad es una prioridad de investigación.

La capacidad de cualquier célula madre para autorrenovarse y diferenciarse depende de la organización estructural y de la función celular de microambientes anatómicos especializados conocidos como nichos de células madre; estas regiones secuestradas típicamente están pobladas por una red de apoyo de células del estroma. Las células del estroma del nicho de células madre expresan proteínas solubles y unidas a membrana que regulan la supervivencia, la proliferación, la diferenciación y el tráfico celulares. Los órganos que tienen microambientes que apoyan la diferenciación de células madre hematopoyéticas en realidad cambian en el transcurso del desarrollo embrionario. Empero, entre la mitad de la gestación y las etapas tardías de la misma, las hsc se establecen en la médula ósea, que persiste como el sitio primario de hematopoyesis durante toda la vida adulta. La médula ósea apoya la maduración de todas las células eritroides y mieloides y, en seres humanos y ratones, la maduración de linfocitos B (capítulo 10).

Las hsc también se encuentran en la sangre, y pueden recircular de manera natural entre la médula ósea y otros tejidos; esta observación ha simplificado el proceso que se utiliza para trasplantar progenitores de células sanguíneas desde donantes hacia enfermos que tienen deficiencia (p. ej., pacientes que han recibido quimioterapia). Mientras que en el pasado siempre era necesario aspirar médula ósea del donante —un proceso doloroso que requiere anestesia—, ahora a veces es posible usar precursores hematopoyéticos enriquecidos provenientes de sangre del donante, que es mucho más fácil de obtener (véase el recuadro 2-2 de Enfoque clínico).

A diferencia de los linfocitos B, los linfocitos T no completan su maduración en la médula ósea. Los precursores de linfocito T necesitan salir de la médula ósea y viajar hacia los microambientes singulares proporcionados por el otro órgano linfoide primario, el timo, para desarrollarse hacia células funcionales. La estructura y la función del timo se comentarán más adelante, y con mayor detalle, en el capítulo 9.

La médula ósea proporciona nichos para que las células madre hematopoyéticas se autorrenueven y se diferencien hacia células mieloides y linfocitos B

La médula ósea es un órgano linfoide primario que apoya la autorrenovación y diferenciación de células madre hematopoyéticas (hsc) hacia células sanguíneas maduras. Aunque todos los huesos contienen médula ósea, los huesos largos (fémur, húmero), los huesos de la cadera (ilion) y el esternón, tienden a ser los sitios de hematopoyesis más activos. La médula ósea no sólo se encarga del desarrollo de células sanguíneas y el reabastecimiento de las mismas, sino también de mantener el fondo común de hsc durante toda la vida de un vertebrado adulto.

La médula ósea de adulto (figura 2-5), el nicho de células madre adultas paradigmático, contiene varios tipos de células que coordinan el desarrollo de hsc, incluso 1) osteoblastos, células versátiles que generan hueso y controlan la diferenciación de hsc, 2) células endoteliales que revisten los vasos sanguíneos y regulan también la diferenciación de hsc, 3) células reticulares que envían prolongaciones que conectan células al hueso y los vasos sanguíneos y, de manera inesperada, 4) neuronas simpáticas, que pueden controlar la liberación de células hematopoyéticas desde la médula ósea. Un corte transversal microscópico revela que la médula ósea está llena de células del estroma y células hematopoyéticas en todas las etapas de diferenciación. Con todo, con la edad, células adiposas reemplazan de manera gradual 50% o más del compartimento de la médula ósea, y la eficiencia de la hematopoyesis disminuye.

Las elecciones que hace una hsc dependen en su mayor parte de los indicios ambientales que recibe. La médula ósea está llena de células hematopoyéticas en todas las etapas de desarrollo, pero es probable que los precursores de cada subtipo mieloide y linfoide maduren en distintos micronichos ambientales dentro de la médula ósea. El entendimiento de los microambientes dentro de la médula ósea que apoyan etapas específicas de la hematopoyesis aún está en desarrollo. Aun así, la evidencia sugiere que el nicho endosteal (el área que rodea directamente el hueso y está en contacto con osteoblastos productores de hueso) y el nicho vascular (el área que rodea directamente los vasos sanguíneos y está en contacto con células endoteliales) desempeñan papeles diferentes (figura 2-5c). El nicho endosteal parece estar ocupado por hsc quiescentes en estrecha asociación con osteoblastos que regulan la proliferación de células madre. El nicho vascular parece estar ocupado por hsc que se han movilizado para abandonar el nicho endosteal para diferenciarse o circular. Además, cuanto más diferenciada está una célula, más lejos parece migrar desde sus osteoblastos de apoyo, y más cerca se mueve hacia las regiones centrales del hueso. Por ejemplo, los linfocitos B más inmaduros se encuentran más cerca del endostio y de los osteoblastos, mientras que las células B más maduras se han movido hacia los senos más centrales de la médula ósea que tienen una rica vasculatura.

Por último, es importante reconocer que la médula ósea no sólo es un sitio para el desarrollo linfoide y mieloide, sino también un sitio al cual las células mieloides y linfoides por completo maduras pueden volver. Las células B secretoras de anticuerpos maduras (células plasmáticas) incluso pueden quedarse a residir a largo plazo en la médula ósea. Por ende, los trasplantes de médula ósea entera no simplemente incluyen células madre, sino también incluyen células funcionales, maduras, que pueden tanto ayudar al esfuerzo de trasplante como tener repercusiones adversas sobre el mismo.

El timo es un órgano linfoide primario donde maduran las células T

El desarrollo de células T no está completo sino hasta que las células pasan por selección en el timo (figura 2-6). La importancia del timo en el desarrollo de células T no fue reconocida sino hasta principios del decenio de 1960-1969, cuando J.F.A.P. Miller, un biólogo australiano, luchó contra la fuerza que tenían las suposiciones populares para proponer su idea de que el timo era algo más que un cementerio para células. Era un órgano apreciado de manera insuficiente, muy grande en animales prepubescentes, y algunos creían que era perjudicial para un organismo, y otros que era un callejón sin salida desde el punto de vista evolutivo. Las células que lo poblaban —células pequeñas, con un anillo delgado, sin características sobresalientes, llamadas timocitos— tenían aspecto apagado e inactivo. No obstante, Miller probó que el timo era el sitio más importante para la maduración de linfocitos T (véase el recuadro 2-3 de Experimento clásico).

[Immunological Function of the Thymus, J.F.A.P. Miller, The Lancet, Elsevier 30 September 1961 © 1961, Elsevier]

Los precursores de célula T, que aún retienen la capacidad para dar lugar a múltiples tipos de células hematopoyéticas, viajan por medio de la sangre desde la médula ósea hacia el timo. Las células T inmaduras, conocidas como timocitos (células del timo) debido a su sitio de maduración, pasan por etapas de desarrollo definidas en microambientes específicos del timo conforme maduran hacia células T funcionales. El timo es un ambiente especializado donde las células T inmaduras generan receptores de antígeno singulares (receptores de célula T, o tcr) y a continuación son seleccionadas con base en su reactividad a complejos de mhc-péptido propio expresados sobre la superficie de células del estroma del timo. Los timocitos cuyos receptores de célula T se unen a complejos de mhc-péptido propio con afinidad demasiado alta son inducidos a morir (selección negativa), y los timocitos que se unen a complejos de mhc-péptido propios con una afinidad intermedia pasan por selección positiva, lo que da lugar a su supervivencia, maduración y migración a la médula tímica. Casi ningún timocito completa exitosamente el paso por el timo; de hecho, se estima que 95% de los timocitos muere en el tránsito. Casi todas las células mueren porque tienen afinidad demasiado baja por las combinaciones de antígeno-mhc propio que encuentran sobre la superficie de células epiteliales del timo, y no pasan por selección positiva.

Estos eventos del desarrollo tienen lugar en varios microambientes del timo separados (figura 2-6). Los precursores de células T entran al timo en vasos sanguíneos en la unión corticomedular entre la corteza tímica, la porción externa del órgano, y la médula tímica, la porción interna del órgano. En esta etapa los timocitos no expresan CD4 ni CD8, marcadores asociados con células T maduras. Por ende, se llaman células doble negativo (dn). Las células dn viajan primero a la región por debajo de la cápsula del timo, una región denominada la corteza subcapsular, donde proliferan y empiezan a generar sus receptores de célula T. Los timocitos que expresan exitosamente tcr empiezan a expresar tanto CD4 como CD8, y se hacen células doble positivo (dp), y pueblan la corteza, el sitio donde se encuentran casi todas (85% o más) las células T inmaduras. La corteza presenta un grupo separado de células del estroma, las células epiteliales de la corteza tímica (cTEC), cuyas prolongaciones largas son examinadas detalladamente por timocitos que prueban la capacidad de sus receptores de célula T para unirse a complejos de mhc-péptido (video 2-1). Los timocitos que sobreviven a la selección pasan a la médula tímica, donde los timocitos seleccionados de manera positiva encuentran células del estroma especializadas, células epiteliales de la médula tímica (mTEC). Las mTEC no sólo apoyan los pasos finales de la maduración del timocito, sino que también tienen una capacidad singular para expresar proteínas que por lo demás se encuentran de manera exclusiva en otros órganos. Esto les permite realizar selección negativa de un grupo de células T autorreactivas en potencia muy perjudiciales que podrían no ser eliminadas en la corteza.¹

Los timocitos maduros, que sólo expresan CD4 o CD8 y se denominan positivo único (sp), salen del timo como entraron: mediante los vasos sanguíneos de la unión corticomedular. La maduración se finaliza en la periferia, donde estas células T nuevas (emigrantes tímicas recientes) exploran antígenos presentados en tejido linfoide secundario, incluso el bazo y los ganglios linfáticos.

Como se describió, los linfocitos y las células mieloides se desarrollan hasta la madurez en el sistema linfoide primario: los linfocitos T en el timo, y las células B, los monocitos, las células dendríticas y los granulocitos en la médula ósea. Empero, encuentran antígeno e inician una respuesta inmunitaria en los microambientes de órganos linfoides secundarios (slo).

Los órganos linfoides secundarios están distribuidos en todo el cuerpo, y comparten algunas características anatómicas

Los ganglios linfáticos y el bazo son los órganos linfoides secundarios más organizados, y están compartimentados desde el resto del cuerpo por una cápsula fibrosa. Un sistema un poco menos organizado de tejido linfoide secundario, denominado en conjunto tejido linfoide asociado a mucosa (malt), se encuentra asociado con el revestimiento de múltiples sistemas, incluso los tractos gastrointestinal (gi) y respiratorio. El malt incluye las amígdalas, las placas de Peyer (en el intestino delgado) y el apéndice, así como muchos folículos linfoides dentro de la lámina propia de los intestinos y en las mucosas que revisten las vías respiratorias superiores, los bronquios y el tracto genitourinario (figura 2-7).

Aunque los órganos linfoides secundarios muestran ubicación y grado de organización variables, comparten características clave. Todos los slo incluyen regiones separadas desde el punto de vista anatómico de actividad de células T y de células B, y todos desarrollan folículos linfoides, que son microambientes altamente organizados que se encargan del desarrollo y la selección de células B que producen anticuerpos de afinidad alta.

Los órganos linfoides están conectados entre sí y con tejido infectado, por medio de dos sistemas circulatorios: la sangre y los linfáticos

Las células inmunitarias son las células más móviles en un organismo, y usan dos sistemas diferentes para transitar por los tejidos: el sistema sanguíneo y el sistema linfático. La sangre tiene acceso a casi todos los órganos y tejidos, y está revestida por células endoteliales que tienen gran capacidad de respuesta a señales inflamatorias. Las células hematopoyéticas pueden transitar por el sistema sanguíneo, en dirección contraria al corazón por medio de redes de bombeo activas (arterias) y de regreso al corazón mediante sistemas basados en válvulas, pasivos (venas) en cuestión de minutos. Casi todos los linfocitos entran a órganos linfoides secundarios por medio de vasos sanguíneos especializados y salen de dichos órganos mediante el sistema linfático.

El sistema linfático es una red de vasos de pared delgada que desempeñan un papel importante en el tráfico de células inmunitarias, incluso el viaje de antígeno y de células presentadoras de antígeno hacia órganos linfoides secundarios, y la salida de linfocitos desde ganglios linfáticos.

Los vasos linfáticos están llenos con un líquido rico en proteína (linfa) derivado del componente líquido de la sangre (plasma) que se filtra a través de las paredes delgadas de capilares hacia el tejido circundante. En un adulto, dependiendo del tamaño y la actividad, el filtrado puede ascender a 2.9 litros o más durante un periodo de 24 h; este líquido, llamado líquido intersticial, infiltra todos los tejidos y baña todas las células. Si este líquido no volviera a la circulación, el tejido se hincharía, lo que causaría edema que finalmente pondría en peligro la vida. El ser humano no sufre ese edema desastroso porque gran parte del líquido es regresado a la sangre por medio de las paredes de vénulas. El resto del líquido intersticial entra a la delicada red de vasos linfáticos primarios. Las paredes de los vasos primarios constan de una capa única de células endoteliales laxamente yuxtapuestas. La estructura porosa de los vasos primarios permite que líquidos e incluso células entren a la red linfática. Dentro de estos vasos, el líquido, ahora llamado linfa, fluye hacia una serie de vasos colectores de tamaño progresivamente mayor llamados vasos linfáticos (figuras 2-7b y 2-7c).

Todas las células y el líquido circulantes en la linfa finalmente regresan al sistema sanguíneo. El vaso linfático de mayor tamaño, el conducto torácico, se vacía hacia la vena subclavia izquierda. Recolecta la linfa desde todo el cuerpo excepto el brazo derecho y el lado derecho de la cabeza. La linfa que proviene de estas áreas es recolectada hacia el conducto linfático derecho, que drena hacia la vena subclavia derecha (figura 2-7a). Al regresar líquido que se pierde desde la sangre, el sistema linfático asegura que haya cantidades de estado estable de líquido dentro del sistema circulatorio.

El corazón no bombea la linfa a través del sistema linfático; en lugar de eso, el flujo lento, de baja presión, de linfa, se logra mediante los movimientos de los músculos circundantes; en consecuencia, la actividad aumenta la circulación linfática. Es importante que una serie de válvulas unidireccionales a lo largo de los vasos linfáticos asegure que la linfa fluya en sólo una dirección.

Cuando un antígeno extraño entra a los tejidos, es captado por el sistema linfático (que drena todos los tejidos del cuerpo), y es transportado hacia diversos tejidos linfoides organizados, como los ganglios linfáticos, que atrapan el antígeno extraño. Las células presentadoras de antígeno que rodean el antígeno, lo llevan a su interior, y lo procesan, también pueden tener acceso a la linfa. De hecho, a medida que la linfa pasa desde los tejidos hacia los vasos linfáticos, queda progresivamente enriquecida en leucocitos específicos, incluso linfocitos, células dendríticas y macrófagos. De este modo, el sistema linfático también sirve como un medio de transporte de leucocitos y antígeno desde los tejidos conjuntivos hacia tejidos linfoides organizados, donde los linfocitos pueden interactuar con el antígeno atrapado y pasar por activación. Casi todos los tejidos linfoides secundarios están situados a lo largo de los vasos del sistema linfático. El bazo es una excepción y sólo está regado por vasos sanguíneos.

Todas las células inmunitarias que transitan a través de los tejidos, la sangre y los ganglios linfáticos son guiadas por moléculas pequeñas conocidas como quimiocinas. Estas proteínas son secretadas por células del estroma, células presentadoras de antígeno, linfocitos y granulocitos, y forman gradientes que actúan como atrayentes y guías para otras células inmunitarias, que expresan un grupo de receptores igual de diversos para estas quimiocinas. La interacción entre quimiocinas específicas y células que expresan receptores de quimiocina específicos permite una organización altamente refinada de los movimientos de células inmunitarias.

El ganglio linfático es un órgano linfoide secundario altamente especializado

Los ganglios linfáticos (figura 2-8) son los slo más especializados. A diferencia del bazo, que también regula el flujo de eritrocitos y el destino de los mismos, los ganglios linfáticos están por completo comprometidos a regular una respuesta inmunitaria. Son estructuras encapsuladas, en forma de frijol, que incluyen redes de células del estroma llenas de linfocitos, macrófagos y células dendríticas. Conectados con vasos tanto sanguíneos como linfáticos, los ganglios linfáticos son la primera estructura linfoide organizada en encontrar antígenos que entran a los espacios tisulares. El ganglio linfático proporciona microambientes ideales para encuentros entre antígeno y linfocitos, y para respuestas inmunitarias celulares y humorales organizadas y productivas.

Desde el punto de vista estructural, un ganglio linfático puede dividirse en tres regiones a grandes rasgos concéntricas: la corteza, la paracorteza y la médula, cada una de las cuales apoya un microambiente separado (figura 2-8). La capa más externa, la corteza, contiene linfocitos (en su mayor parte células B), macrófagos y células dendríticas foliculares dispuestas en folículos. Por debajo de la corteza está la paracorteza, que está poblada en su mayor parte por linfocitos T y contiene también células dendríticas que migraron desde tejidos hacia el ganglio. La médula es la capa más interna, y el sitio donde los linfocitos salen (egresan) del ganglio linfático a través de los linfáticos de salida (eferentes). Está más escasamente poblado con células de la línea linfoide, que incluyen células plasmáticas que están secretando de manera activa moléculas de anticuerpo.

El antígeno viaja desde tejido infectado hacia la corteza del ganglio linfático por medio de los vasos linfáticos de entrada (aferentes), que perforan la cápsula de un ganglio linfático en muchos sitios, y vacían linfa hacia el seno subcapsular (figura 2-8b). Entra sea en forma particulada o es procesado y presentado como péptidos sobre la superficie de células presentadoras de antígeno migrantes. El antígeno particulado puede ser atrapado por células presentadoras de antígeno residentes en el seno subcapsular o la corteza, y puede ser pasado a otras células presentadoras de antígeno, incluso linfocitos B. De manera alternativa, el antígeno particulado puede ser procesado y presentado como complejos de péptido-mhc sobre superficies celulares de células dendríticas residentes que ya se encuentran en la paracorteza rica en células T.

Células T en el ganglio linfático

Cada linfocito T virgen requiere alrededor de 16 a 24 h para explorar todas las combinaciones de mhc-péptido mostradas por las células presentadoras de antígeno en un ganglio linfático único. Los linfocitos vírgenes entran a la corteza del ganglio linfático al pasar entre las células endoteliales especializadas de vénulas endoteliales altas (hev), así llamadas porque están revestidas con células endoteliales extraordinariamente altas que les dan un aspecto engrosado (figura 2-9a).

Una vez que las células T vírgenes entran al ganglio linfático, exploran complejos de mhc-antígeno peptídico sobre las superficies de células dendríticas presentes en la paracorteza. La paracorteza es atravesada por una red de prolongaciones que surgen a partir de células del estroma llamadas células reticulares fibroblásticas (frc) (figura 2-9b). Esta red se denomina sistema de conductos de células reticulares fibroblásticas (frcc) y guía los movimientos de células T por medio de moléculas de adhesión y quimiocinas asociadas. Las células presentadoras de antígeno también parecen envolver los conductos, lo que da a los linfocitos T circulantes una amplia oportunidad para explorar sus superficies conforme son guiados por la red. La presencia de esta red especializada aumenta mucho la probabilidad de que las células T se encuentren con su combinación de mhc-péptido específica.

Las células T que exploran el ganglio linfático pero que no se unen a combinaciones de mhc-péptido no salen mediante la sangre, sino por medio de los linfáticos eferentes en la médula del ganglio linfático (figura 2-8). Las células T cuyos tcr se unen a un complejo de mhc-péptido sobre una célula presentadora de antígeno que encuentran en el ganglio linfático dejarán de migrar, y residirán en el ganglio durante varios días. Aquí proliferarán y, dependiendo de indicios provenientes de la célula presentadora de antígeno misma, su progenie se diferenciará hacia células efectoras con diversas funciones. Las células T CD8⁺ adquieren la capacidad para matar células blanco. Las células T CD4⁺ pueden diferenciarse hacia varias clases de células efectoras, incluso las que pueden activar más macrófagos, células T CD8⁺ y células B.

Células B en el ganglio linfático

El ganglio linfático también es el sitio donde las células B son activadas y se diferencian hacia células plasmáticas secretoras de anticuerpos de alta afinidad. La activación de célula B requiere tanto unión a antígeno por el receptor de célula B (bcr), como contacto directo con una célula T_H CD4⁺ activada. Las características anatómicas del ganglio linfático facilitan ambos eventos. Al igual que las células T, las células B circulan por la sangre y la linfa, y visitan los ganglios linfáticos a diario; entran por medio de las hev. Muestran respuesta a señales y quimiocinas específicas que las llevan no a la paracorteza sino al folículo del ganglio linfático. Aunque inicialmente pueden aprovechar el frcc para guía, finalmente dependen de células dendríticas foliculares (fdc) a ese respecto (figura 2-9c). Las fdc tienen importancia fundamental en el mantenimiento de la estructura de los centros folicular y germinal y en la “presentación” de antígeno a células B que se están diferenciando.

Las células B difieren de las células T en que sus receptores pueden reconocer antígeno libre. Una célula B típicamente encontrará su antígeno en el folículo. Si su bcr se une a antígeno, la célula B queda parcialmente activada y rodea ese antígeno, lo lleva a su interior y lo procesa. Como se mencionó, las células B, de hecho, son células presentadoras de antígeno especializadas que presentan complejos de péptido-mhc procesados sobre su superficie a células T_H CD4⁺. Datos recientes muestran que las células B que se han unido a antígeno y lo han procesado, de manera exitosa, cambian sus patrones de migración y se mueven hacia la paracorteza rica en células T, donde aumentan sus probabilidades de encontrar una célula T_H CD4⁺ activada que reconocerá el complejo de mhc-antígeno que presentan. Cuando se unen de manera exitosa a esta célula T_H, mantienen contacto durante varias horas, y quedan por completo activadas y reciben señales que inducen la proliferación de células B (capítulo 14).

Algunas células B activadas se diferencian de manera directa hacia una célula productora de anticuerpos (célula plasmática), pero otras vuelven a entrar al folículo para establecer un centro germinal. Un folículo que desarrolla un centro germinal a veces se denomina folículo secundario; un folículo sin un centro germinal a veces se denomina folículo primario.

Los centros germinales son subestructuras notorias que facilitan la generación de células B con afinidades de receptor aumentadas. En el centro germinal, una clona de células B específica para antígeno proliferará y pasará por hipermutación somática de los genes que codifican para sus receptores de antígeno. Las células cuyos receptores retienen la capacidad para unirse a antígeno con la afinidad más alta sobreviven y se diferencian hacia células plasmáticas que viajan hacia la médula del ganglio linfático. Algunas permanecerán y liberarán anticuerpos hacia el torrente sanguíneo; otras saldrán por los linfáticos eferentes y se establecerán en la médula ósea, donde seguirán liberando anticuerpos hacia la circulación.

La activación inicial de células B y el establecimiento del centro germinal tienen lugar en el transcurso de cuatro a siete días de la infección inicial, pero los centros germinales permanecen activos durante tres semanas o más (capítulo 12). Los ganglios linfáticos muestran tumefacción visible y a veces dolorosa, en particular durante los primeros días después de infección. Esta tumefacción se debe a un incremento del número de linfocitos inducidos a migrar hacia el ganglio, así como a la proliferación de linfocitos T y B específicos para antígeno dentro del lóbulo.

La generación de células T y B de memoria en el ganglio linfático

Las interacciones entre células T_H y apc, y entre células T_H activadas y células B activadas, no sólo da lugar a la proliferación de linfocitos específicos para antígeno y su diferenciación funcional, sino también a la generación de células T y B de memoria. Las células T y B de memoria pueden quedarse a residir en los tejidos linfoides secundarios, o salir del ganglio linfático y viajar hacia tejidos que primero encontraron el agente patógeno, y entre los mismos. Las células T de memoria que residen en órganos linfoides secundarios se denominan células de memoria centrales, y difieren en fenotipo y en el potencial funcional de las células T de memoria efectoras que circulan entre tejidos. El fenotipo, la ubicación y los requisitos para activación de células de memoria son un área de investigación activa, y se comentarán con mayor detalle en los capítulos 11 y 12.

El bazo organiza la respuesta inmunitaria contra agentes patógenos transportados por la sangre

El bazo, situado en el lado superior izquierdo de la cavidad abdominal, es un órgano linfoide secundario grande, ovoide, que desempeña un papel importante en el montaje de respuestas inmunitarias contra antígenos en el torrente sanguíneo (figura 2-10). Mientras que los ganglios linfáticos están especializados para encuentros entre linfocitos y antígeno drenado desde tejidos locales, el bazo se especializa en filtrar sangre y atrapar antígenos transportados por la misma; así, tiene importancia particular en la respuesta a infecciones sistémicas. A diferencia de los ganglios linfáticos, el bazo carece de vasos linfáticos. En lugar de eso, los antígenos transportados por la sangre y los linfocitos son transportados hacia el bazo mediante la arteria esplénica y hacia afuera por la vena esplénica. Experimentos con linfocitos marcados con material radiactivo muestran que más linfocitos recirculantes pasan a diario por el bazo que por todos los ganglios linfáticos combinados.

El bazo está rodeado por una cápsula a partir de la cual se extienden varias proyecciones (trabéculas), que proporcionan apoyo estructural. En el tejido esplénico pueden distinguirse dos compartimentos microambientales principales: la pulpa roja y la pulpa blanca, que están separadas por una región especializada llamada zona marginal (figura 2-10d). La pulpa roja esplénica consta de una red de sinusoides poblada por eritrocitos, macrófagos y algunos linfocitos. Es el sitio donde los eritrocitos viejos y defectuosos son destruidos y eliminados; muchos de los macrófagos dentro de la pulpa roja contienen eritrocitos o pigmentos que contienen hierro provenientes de la degradación de hemoglobina, fagocitados. También es el sitio donde los agentes patógenos tienen acceso por vez primera a las regiones ricas en tejido linfoide del bazo, conocidas como pulpa blanca. La pulpa blanca esplénica rodea las ramas de la arteria esplénica, y consta de la vaina linfoide periarteriolar (pals) poblada por linfocitos T, así como folículos de células B. Al igual que en ganglios linfáticos, durante una respuesta inmunitaria se generan centros germinales dentro de estos folículos. La zona marginal, que limita la pulpa blanca, está poblada por macrófagos y células B singulares y especializados, que son la primera línea de defensa contra ciertos agentes patógenos transportados por la sangre.

Los antígenos transportados por la sangre y linfocitos entran al bazo mediante la arteria esplénica, e interactúan primero con células en la zona marginal. En esta última zona, células dendríticas, que viajan a la pals, atrapan antígeno y lo procesan. Células de la zona B marginal residentes, especializadas, también se unen a antígenos por medio de receptores de complemento, y lo transportan a los folículos. Los linfocitos B y T en migración que se encuentran en la sangre entran a los senos en la zona marginal y migran hacia los folículos y la pals, respectivamente.

Los eventos que inician la respuesta inmunitaria adaptativa en el bazo son análogos a los que ocurren en el ganglio linfático. En resumen, células B vírgenes circulantes encuentran antígeno en los folículos, y células T CD8⁺ y CD4⁺ vírgenes circulantes encuentran antígeno como complejos de mhc-péptido sobre la superficie de células dendríticas en la zona de células T (pals). Una vez activadas, las células T_H CD4⁺ proporcionan ayuda a células B, y a células T CD8⁺, que también han encontrado antígeno. Algunas células B activadas, junto con algunas células T_H, migran de regreso hacia folículos y generan centros germinales.

No está claro si una red reticular opera de manera tan prominente dentro del bazo como lo hace en el ganglio linfático. Con todo, dado que las células T, las células dendríticas y las células B encuentran una manera de interactuar con eficiencia dentro del bazo para iniciar una respuesta inmunitaria, no sorprendería si un sistema de conductos similar estuviera presente.

Aunque los animales pueden llevar una vida relativamente sana sin un bazo, la pérdida de este órgano tiene consecuencias. En niños, en particular, la esplenectomía (la extirpación quirúrgica del bazo) puede llevar a síndrome de infección posesplenectomía abrumadora (opsi), que se caracteriza por infecciones bacterianas sistémicas (sepsis) causadas principalmente por Streptococcus pneumoniae, Neisseria meningitidis y Haemophilus influenzae. Aunque los adultos experimentan menos efectos adversos, la esplenectomía aún puede llevar a vulnerabilidad aumentada a infecciones bacterianas transportadas por la sangre, lo que subraya la función del bazo en la respuesta inmunitaria a agentes patógenos que entran a la circulación. También tiene importancia reconocer que el bazo desempeña otras funciones (p. ej., en el metabolismo del hierro, el almacenamiento de trombocitos, la hematopoyesis) que también estarán comprometidas si se extirpa.

El malt organiza la respuesta a antígenos que entran a tejidos mucosos

Los ganglios linfáticos y el bazo no son los únicos órganos que desarrollan microambientes linfoides secundarios. Las zonas de células T y de células B, y los folículos linfoides, también se encuentran en membranas mucosas que revisten los sistemas digestivo, respiratorio y urogenital, así como en la piel.

Las mucosas tienen un área de superficie combinada de alrededor de 400 m² (cercana al tamaño de una cancha de basquetbol), y son los principales sitios de entrada para casi todos los agentes patógenos. Estas superficies de membrana vulnerables son defendidas por un grupo de tejidos linfoides organizados conocidos en conjunto como tejido linfoide asociado a mucosa (malt). El tejido linfoide asociado a diferentes áreas de mucosa a veces recibe nombres más específicos; por ejemplo, el epitelio respiratorio se denomina tejido linfoide asociado a los bronquios (balt) o tejido linfoide asociado a la nariz (nalt), y el asociado con el epitelio intestinal se denomina tejido linfoide asociado al intestino (galt).

La estructura del galt está bien descrita y varía desde agrupaciones laxas, apenas organizadas, de células linfoides en la lámina propia de las vellosidades intestinales, hasta estructuras bien organizadas como las amígdalas y las adenoides (anillo amigdalino de Waldeyer), el apéndice y las placas de Peyer, que se encuentran dentro del revestimiento intestinal y contienen folículos y zonas de células T bien definidos. Las células linfoides se encuentran en diversas regiones dentro del revestimiento del intestino (figura 2-11). La capa epitelial mucosa externa contiene linfocitos intraepiteliales (iel), muchos de los cuales son las células T. La lámina propia, que yace por debajo de la capa epitelial, contiene grandes números de células B, células plasmáticas, células T activadas y macrófagos en agrupaciones laxas. El estudio al microscopio ha revelado más de 15 000 folículos linfoides dentro de la lámina propia intestinal de un niño sano. Las placas de Peyer, nódulos de 30 a 40 folículos linfoides, se extienden hacia las capas musculares que están justo por debajo de la lámina propia. Al igual que los folículos linfoides en otros sitios, los que componen las placas de Peyer pueden desarrollarse hacia folículos secundarios con centros germinales. La importancia funcional general del malt en la defensa del organismo es subrayada por su gran población de células plasmáticas productoras de anticuerpos, cuyo número excede el de células plasmáticas en el bazo, los ganglios linfáticos y la médula ósea combinados.

Algunas estructuras y actividades celulares son singulares para el malt; por ejemplo, las células epiteliales de mucosas desempeñan un papel importante en el suministro de muestras pequeñas de antígeno extraño proveniente de los tractos respiratorio, digestivo y urogenital al malt subyacente. En el tracto digestivo, células M especializadas transportan antígeno a través del epitelio (figura 2-12). La estructura de las células M es notoria: son células epiteliales aplanadas que carecen de las microvellosidades que caracterizan el resto del epitelio mucoso. Tienen una invaginación profunda, o bolsa, en la membrana plasmática basolateral, que está llena con una agrupación de células B, células T y macrófagos. Los antígenos en la luz intestinal son objeto de endocitosis hacia vesículas que son transportadas desde la membrana luminal hacia la membrana de la bolsa subyacente. Las vesículas a continuación se fusionan con la membrana de la bolsa, y suministran antígenos a agrupaciones de linfocitos y células presentadoras de antígeno, las más importantes de las cuales son las células dendríticas, contenidas dentro de la bolsa. El antígeno transportado a través de la mucosa por células M finalmente lleva a la activación de células B que se diferencian y después secretan IgA; esta clase de anticuerpos está concentrada en las secreciones (p. ej., la leche) y es un recurso importante usado por el organismo para combatir muchos tipos de infección en sitios mucosos.

La piel es una barrera inmunitaria innata e incluye también tejido linfoide

La piel es el órgano de mayor tamaño del cuerpo y es una barrera anatómica crucial contra agentes patógenos. Asimismo, desempeña un papel importante en defensas inespecíficas (innatas) (figura 2-13). La capa epidérmica (externa) de la piel está compuesta en su mayor parte de células epiteliales especializadas llamadas queratinocitos; estas células secretan varias citocinas que pueden funcionar para inducir una reacción inflamatoria local. Dispersas entre la matriz de células epiteliales de la epidermis hay células de Langerhans, células dendríticas residentes en la piel que internalizan antígeno mediante fagocitosis o endocitosis. Esas células de Langerhans pasan por maduración y migran desde la epidermis hacia los ganglios linfáticos regionales, donde funcionan como potentes activadoras de células T vírgenes. Además de células de Langerhans, la epidermis también contiene linfocitos intraepidérmicos, que son predominantemente células T; algunos inmunólogos creen que desempeñan un papel en el combate de infecciones que entran a través de la piel, una función para la cual están bien posicionadas. La capa dérmica subyacente de la piel también contiene, dispersos, linfocitos, células dendríticas, monocitos, macrófagos e incluso células madre hematopoyéticas. Casi todos los linfocitos de la piel parecen ser células previamente activadas o células de memoria, muchas de las cuales transitan hacia, y desde, ganglios linfáticos locales, de drenaje, que coordinan las respuestas a agentes patógenos que han traspasado la barrera cutánea.

Los tejidos linfoides terciarios también organizan una respuesta inmunitaria y la mantienen

Los tejidos que son los sitios de infección se denominan tejido linfoide terciario. Los linfocitos activados por antígeno en tejido linfoide secundario pueden regresar a estos órganos (p. ej., pulmón, hígado, cerebro) como células efectoras y pueden residir también ahí como células de memoria. También parece ser que los tejidos linfoides terciarios pueden generar microambientes definidos que organizan las células linfoides que están regresando. Recientemente, ciertos investigadores han encontrado que el cerebro, por ejemplo, establece sistemas reticulares que guían linfocitos que muestran respuesta a infección crónica por el protozoo que causa la toxoplasmosis. Estas observaciones juntas ponen de relieve la notoria adaptabilidad del sistema inmunitario, así como la íntima relación entre la estructura anatómica y la función inmunitaria. La conservación de relaciones de estructura/función también es ilustrada por las relaciones evolutivas entre los sistemas y órganos inmunitarios (véase el recuadro 2-4, Evolución).

• La respuesta inmunitaria se produce por las actividades coordinadas de muchos tipos de células, órganos y microambientes que se encuentran en todo el cuerpo.

• Muchas de las células, tejidos y órganos del cuerpo surgen a partir de diferentes poblaciones de células madre. Todos los eritrocitos y leucocitos se desarrollan a partir de una célula madre hematopoyética pluripotente durante un proceso altamente regulado que se denomina hematopoyesis.

• En el vertebrado adulto, la hematopoyesis ocurre en la médula ósea, un nicho de células madre que apoya tanto la autorrenovación de células madre como su diferenciación hacia múltiples tipos de células sanguíneas.

• Las células madre hematopoyéticas dan lugar a dos progenitores de células sanguíneas principales: progenitores mieloides comunes y progenitores linfoides comunes.

• Cuatro tipos de células se desarrollan a partir de progenitores mieloides comunes: eritrocitos, monocitos (que dan lugar a macrófagos y células dendríticas mieloides), granulocitos (que incluyen los abundantes neutrófilos y los menos abundantes basófilos, eosinófilos y mastocitos) y megacariocitos.

• Los macrófagos y neutrófilos están especializados para la fagocitosis y la degradación de antígenos. Los macrófagos también tienen la capacidad de presentar antígeno con mhc a células T.

• Las formas inmaduras de células dendríticas tienen la capacidad para captar antígeno en una ubicación, pasar por maduración y migrar a otro sitio, donde presentan antígeno a células T. Las células dendríticas son la célula presentadora de antígeno más potente para activar células T vírgenes.

• Hay tres tipos de células linfoides: células B, células T y células asesinas naturales (nk). Las células B y T son miembros de poblaciones clonales que se distinguen por receptores de antígeno de especificidad singular. Las células B sintetizan anticuerpos de membrana y los despliegan, y las células T sintetizan y despliegan receptores de célula T (tcr). Las células nk no sintetizan receptores específicos para antígeno; aun así, una pequeña población de células T que expresan tcr tiene características de células nk y se llaman células nkt.

• Las células T pueden subdividirse en células T auxiliares, que típicamente expresan CD4 y ven péptido unido a mhc clase II, y células T citotóxicas, que típicamente expresan CD8 y ven péptido unido a mhc clase I.

• Los órganos linfoides primarios son los sitios donde los linfocitos se desarrollan y maduran. Los precursores de células T provienen de la médula ósea, pero se desarrollan por completo en el timo; en humanos y ratones, las células B surgen en la médula ósea y se desarrollan en la misma. En las aves, las células B se desarrollan en la bursa.

• Los órganos linfoides secundarios proporcionan sitios donde los linfocitos encuentran antígeno, quedan activados, y pasan por expansión clonal y diferenciación hacia células efectoras. Incluyen el ganglio linfático, el bazo, y sitios más laxamente organizados distribuidos en todo el sistema de mucosas (el tejido linfoide asociado a mucosa, o malt) y típicamente están compartimentados hacia áreas de células T y áreas de células B (folículos).

• Los ganglios linfáticos y el bazo son los órganos linfoides secundarios más organizados. La actividad de células T y B está separada hacia microambientes separados en ambas. Las células T se encuentran en la paracorteza de los ganglios linfáticos y la vaina periarteriolar del bazo. Las células B están organizadas hacia folículos en ambos órganos.

• El bazo es la primera línea de defensa contra agentes patógenos transportados por la sangre. También contiene eritrocitos y los compartimenta en la pulpa roja de linfocitos en la pulpa blanca. Una región especializada de macrófagos y células B, la zona marginal, limita la pulpa blanca.

• En el tejido linfoide secundario, los linfocitos T pueden desarrollarse hacia células efectoras asesinas y auxiliares. Las células T CD4⁺pueden ayudar a las células B a diferenciarse hacia células plasmáticas, que secretan anticuerpos o pueden también desarrollarse hacia células efectoras que activan más macrófagos y células T citotóxicas CD8⁺. Las células tanto B como T también se desarrollan hacia células de memoria de vida prolongada.

• Las células B pasan por maduración adicional en células germinales, una subestructura especializada que se encuentra en folículos después de infección; ahí, pueden aumentar su afinidad por antígeno y pasar por cambio de clase.

• Los folículos linfoides y otros microambientes linfoides organizados se encuentran asociados con la mucosa, la piel e incluso tejidos terciarios en el sitio de infección.

• El tejido linfoide asociado a mucosa (malt) es una importante defensa contra infección en capas epiteliales, e incluye una red bien desarrollada de folículos y microambientes linfoides asociados con el intestino (tejido linfoide asociado al intestino, galt).

• Células singulares que se encuentran en el revestimiento del intestino, las células M, están especializadas para suministrar antígenos que provienen de los espacios intestinales a las células linfoides dentro de la pared del intestino.

Sitios web útiles

http://bio-alive.com/animations/anatomy.htm Una colección de animaciones importantes para la biología, disponibles para el público. Se avanza o retrocede por la lista para encontrar videos sobre células sanguíneas e inmunitarias, respuestas inmunitarias, y enlaces con sitios interactivos que refuerzan el entendimiento de la anatomía del sistema inmunitario.

http://stemcells.nih.gov Enlaces con información sobre células madre, incluso información básica y clínica, y registros de células madre embrionarias disponibles.

www.niaid.nih.gov/topics/immuneSystem/Pages/structurelmages.aspx Un sitio muy accesible acerca de la función del sistema inmunitario y la estructura del mismo.

www.immunity.com/cgi/content/full/21/3/341/DC1 Un par de simulaciones que rastrean las actividades de células T, células B y células dendríticas en un ganglio linfático. Estas películas se comentan con mayor detalle en el capítulo 14.

www.hhmi.org/research/investigators/cyster.html Sitio web público del investigador Jason Cyster que incluye muchos videos de actividad de células B en tejido inmunitario.

www.hematologyatlas.com/principalpage.htm Un atlas interactivo de células sanguíneas del ser humano tanto normales como patológicas.

PREGUNTAS DE ENFOQUE EN INVESTIGACIÓN Notch es una proteína de superficie que regula el destino de la célula. Cuando se une a su ligando, libera y activa su región intracelular, que regula nueva transcripción de gen. Investigadores encontraron que el fenotipo de células en desarrollo en la médula ósea difirió de modo notorio cuando expresaron en exceso la porción intracelular activa de Notch. En particular, la frecuencia de células bcr⁺ cayó en picada, y la frecuencia de células tcr⁺ aumentó de manera notoria. Despierta interés que otros investigadores encontraron que cuando se efectuó deleción (knockout) de Notch, el fenotipo de células en el timo cambió: la frecuencia de células BCR⁺ aumentó y la frecuencia de células TCR⁺ disminuyó de manera notoria.

Proponga un modelo molecular para explicar estas observaciones, y un método experimental para empezar a aprobar su modelo.

PREGUNTA DE ENFOQUE CLÍNICO Las células T y B que se diferencian a partir de células madre hematopoyéticas reconocen como propios los cuerpos en los cuales se diferencian. Suponga que una mujer dona hsc a un varón no relacionado genéticamente cuyo sistema hematopoyético fue destruido por completo mediante una combinación de radiación y quimioterapia. Además, asuma que aunque la mayor parte de las hsc donadas se diferencian hacia células hematopoyéticas, algunas se diferencian hacia células del páncreas, el hígado y el corazón. Determine cuál de los resultados que siguen es probable y justifique su elección.

1. Las células T que surgen a partir de las hsc donadas no atacan las células pancreáticas, cardiacas y hepáticas que surgieron a partir de células donadas, pero montan una respuesta de gvh contra todas las otras células huésped.

2. Las células T que surgen a partir de hsc donadas montan una respuesta de gvh contra todas las células huésped.

3. Las células T que surgen a partir de las hsc donadas atacan las células pancreáticas, cardiacas y hepáticas que surgieron a partir de las células donadas, pero no montan una respuesta de gvh contra todas las otras células huésped.

4. Las células T que surgen a partir de hsc donadas no atacan las células pancreáticas, cardiacas y hepáticas que surgieron a partir de células donadas, y no montan una respuesta de gvh contra todas las otras células huésped.

1. Explique por qué cada una de las aseveraciones que siguen es falsa.

   1. No hay células T maduras en la médula ósea.

   2. La célula madre pluripotente es uno de los tipos de célula más abundantes en la médula ósea.

   3. No hay células madre en la sangre.

   4. La activación de macrófagos aumenta su expresión de moléculas del mhc clase I, lo que les permite presentar antígeno a células T_H con mayor eficacia.

   5. Las células B maduras están estrechamente asociadas con osteoblastos en la médula ósea.

   6. Los folículos linfoides sólo están presentes en el bazo y los ganglios linfáticos.

   7. Las frc guían las células B hacia los folículos.

   8. La infección no influye sobre la tasa de hematopoyesis.

   9. Las células dendríticas foliculares pueden procesar antígeno y presentarlo a linfocitos T.

   10. Las células dendríticas sólo surgen a partir de la línea mieloide.

   11. Todas las células linfoides tienen receptores específicos para antígeno sobre su membrana.

   12. Todos los vertebrados generan linfocitos B en la médula ósea.

   13. Todos los vertebrados tienen un timo.

   14. Los vertebrados sin mandíbula carecen de linfocitos.

2. Para cada uno de los grupos de células que siguen, mencione la célula progenitora común más cercana que da lugar a ambos tipos de célula.

   1. Células dendríticas y macrófagos

   2. Monocitos y neutrófilos

   3. Células T_C y basófilos

   4. Células T_H y B

3. Liste dos órganos linfoides primarios y dos secundarios, y resuma sus funciones en la respuesta inmunitaria.

4. ¿Cuáles dos características primarias distinguen entre células madre hematopoyéticas y células sanguíneas maduras?

5. ¿Cuáles son las dos funciones primarias del timo?

6. ¿A qué edad el timo alcanza su tamaño máximo?

   1. Durante el primer año de vida

   2. Durante la adolescencia (pubertad)

   3. Entre los 40 y 50 años de edad

   4. Después de los 70 años de edad

7. Las preparaciones enriquecidas en células madre hematopoyéticas son útiles para investigación y para la práctica clínica. ¿Cuál es el papel del ratón con scid en la demostración del éxito del enriquecimiento de hsc?

8. Explique la diferencia entre un monocito y un macrófago.

9. ¿Qué efecto tendría la extirpación de la bolsa de Fabricio (bursectomía) sobre pollos?

10. Indique si cada una de las aseveraciones que siguen acerca del ganglio linfático y el bazo es verdadera o falsa. Si cree que la aseveración es falsa, explique por qué.

    1. El ganglio linfático filtra antígenos hacia afuera de la sangre.

    2. La paracorteza es rica en células T, y la vaina linfoide periarteriolar (pals) es rica en células B.

    3. Sólo el ganglio linfático contiene centros germinales.

    4. El frcc aumenta las interacciones entre célula T y apc.

    5. Los vasos linfáticos aferentes que drenan los espacios tisulares entran al bazo.

    6. La función del ganglio linfático, no así la del bazo, es afectada por una deleción (knockout) del gen que codifica para Ikaros.

11. Para cada descripción que se presenta a continuación (1 a 14), seleccione el tipo de célula apropiado (a-o). Cada tipo de célula puede usarse una vez, más de una vez o no usarse.

    Descripción

    1. Principal tipo de célula que presenta antígenos a células T vírgenes

    2. Célula fagocítica del sistema nervioso central

    3. Células granulocíticas importantes en la defensa del cuerpo contra organismos parasitarios

    4. Da lugar a eritrocitos

    5. Por lo general son las primeras células que llegan al sitio de inflamación

    6. Apoya el mantenimiento de células madre hematopoyéticas

    7. Da lugar a timocitos

    8. Células sanguíneas circulantes que se diferencian hacia macrófagos en los tejidos

    9. Una célula presentadora de antígeno que surge a partir del mismo precursor que una célula T, pero no igual que un macrófago

    10. Células que son importantes en el muestreo de antígenos de la luz intestinal

    11. Células granulocíticas que liberan diversas sustancias que tienen actividad farmacológica

    12. Leucocitos que desempeñan una función importante en el desarrollo de alergias

    13. Células que pueden usar anticuerpos para reconocer sus blancos

    14. Células que expresan receptores específicos para antígeno

    Tipos de célula

    1. Células progenitoras mieloides comunes

    2. Monocitos

    3. Eosinófilos

    4. Células dendríticas

    5. Células asesinas naturales (nk)

    6. Mastocitos

    7. Neutrófilos

    8. Células M

    9. Osteoblastos

    10. Linfocitos

    11. Célula T NK1

    12. Célula de la microglia

    13. Célula dendrítica mieloide

    14. Célula madre hematopoyética

    15. Célula dendrítica linfoide

Respuesta de enfoque de investigación Se trata de una pregunta abierta que describe observaciones reales; varias respuestas podrían considerarse correctas. El modelo que usted proponga “simplemente” tiene que ser lógico y congruente con todos los datos presentados. Quizá la posibilidad más sencilla es la que resulta ser cierta: el Notch regula la decisión de un progenitor (de hecho, el progenitor linfoide común [clp]) para convertirse en una célula B o en una célula T. Si Notch es activo, los clp se convierten en células T (incluso en la médula ósea). Si Notch es desactivado, los clp se convierten en células B (incluso en el timo). ¿Otras posibilidades? El Notch puede inducir apoptosis de células B. Sin embargo, si ése fuera el caso, ¿por qué habría más células T en la médula ósea? De manera alternativa, el Notch podría influir sobre los microambientes en los cuales las células se desarrollan y, cuando es activo, hacer que los nichos de la médula ósea se comporten como nichos tímicos. Cuando está desactivado, podría permitir que el nicho tímico se “revirtiera” a un ambiente tipo médula ósea. Esto funcionaría (aun si es un escenario más complejo), y merece crédito completo como una respuesta.

Respuesta de enfoque clínico

a) Este resultado es poco probable; dado que las células hematopoyéticas del donante se diferencian hacia células T y B en un ambiente que contiene antígenos característicos tanto del huésped como del donante, hay tolerancia a células y tejidos de ambos. b) Este resultado es poco probable. Las células T que surgen a partir de las hsc donadas se desarrollan en presencia de las células y los tejidos del huésped y, por ende, son tolerantes a ellos desde el punto de vista inmunitario. c) Este resultado es poco probable por las razones citadas en a). d) Este resultado es probable debido a las razones citadas en a).

1. a) Si bien las células T completan su maduración en el timo, no en la médula ósea, las células T CD4⁺ y CD8⁺ maduras recircularán de regreso a la médula ósea. b) Las células madre hematopoyéticas pluripotentes son raras; representan menos de 0.05% de las células en la médula ósea. c) Las células madre hematopoyéticas pueden movilizarse desde la médula ósea y circular en la sangre, que ahora se usa como una fuente de células madre para trasplante. d) Los macrófagos aumentarán la expresión de mhc tanto clase I como clase II después de activación; empero, las células T_H son CD4⁺ y reconocen péptido antigénico unido a mhc clase II. e) Las células B inmaduras se asocian con osteoblastos, que las ayudan a desarrollarse. f) Los folículos linfoides se encuentran en todos los tejidos linfoides secundarios, incluso los asociados con tejidos de mucosa (malt). g) La red de células dendríticas foliculares (fdc) guía las células B dentro de folículos. El sistema de células reticulares foliculares (frc) guía las células T dentro de la zona de células T (aunque en algunos casos también puede ayudar a células B a llegar a los folículos, de modo que ciertos aspectos de esta afirmación son verdaderos). h) La infección y la inflamación asociada estimulan la liberación de citocinas y quimiocinas que aumentan el desarrollo de células sanguíneas (en particular hacia la línea mieloide). i) La fdc presenta antígenos solubles sobre sus superficies a células B, no a células T. j) Las células dendríticas pueden surgir a partir de precursores tanto mieloides como linfoides. k) Los linfocitos B y T tienen receptores específicos para antígeno sobre su superficie, pero las células nk, que también son linfocitos, no los tienen. l) Las células B se generan fuera de la médula ósea en aves y rumiantes. m) Esto fue cierto para todos los vertebrados mandibulados, pero ahora incluso puede ser cierto para vertebrados sin mandíbula; en otras palabras, ¡ahora esto es verdadero, no falso! n) Datos recientes sugieren que al menos un vertebrado sin mandíbula, la lamprea, tiene células tipo T y B.

2. a) Progenitor mieloide. b) Progenitor de granulocito-monocito. c) Célula madre hematopoyética. d) Progenitor linfoide.

3. Los órganos linfoides primarios son la médula ósea (bolsa de Fabricio en aves) y el timo. Estos órganos funcionan como sitios para la maduración de células B y de células T, respectivamente. Los órganos linfoides secundarios son el bazo, los ganglios linfáticos y el tejido linfoide asociado a mucosa (malt) en diversas ubicaciones. El malt incluye las amígdalas, el apéndice y las placas de Peyer, así como agrupaciones laxas de células linfoides asociadas con las mucosas que revisten los tractos respiratorio, digestivo y urogenital. Todos estos órganos atrapan antígeno y proporcionan sitios donde los linfocitos pueden interactuar con antígeno y después pasar por expansión clonal.

4. Las células madre tienen capacidad de autorrenovación, y pueden dar lugar a más de un tipo de célula, mientras que las células progenitoras han perdido la capacidad de autorrenovación y están comprometidas a una sola línea de células. El compromiso de células progenitoras depende de su adquisición de capacidad de respuesta a factores de crecimiento particulares.

5. Las dos funciones primarias del timo son la generación y la selección de un repertorio de células T que protegerán al organismo contra infección.

6. En seres humanos, el timo alcanza su tamaño máximo durante la pubertad. Durante los años de la adultez, el timo se atrofia gradualmente.

7. El ratón scid no tiene linfocitos T ni B porque no pueden reordenar sus receptores específicos para antígeno. La inyección de células madre normales dará lugar a restitución de estos tipos de células, un resultado fácil de medir. Puesto que las hsc se enriquecen sucesivamente en una preparación, el número total de células que deben inyectarse para restituir estas poblaciones de células disminuye.

8. Los monocitos son los precursores de macrófagos transportados por la sangre. Los monocitos tienen un núcleo en forma de frijol característico, y capacidades fagocítica y de muerte microbiana limitadas en comparación con los macrófagos. Los macrófagos son mucho más grandes que los monocitos y pasan por cambios de fenotipo para aumentar la fagocitosis, mecanismos antimicrobianos (dependientes e independientes de oxígeno), y secreción de citocinas y otros moduladores del sistema inmunitario. En los macrófagos tisulares también se encuentran funciones específicas para tejido.

9. La bolsa de Fabricio en aves es el sitio primario donde se desarrollan linfocitos B. La bursectomía daría lugar a una falta de células B circulantes y de inmunidad humoral, y probablemente sería mortal.

10. a) El bazo clásicamente se ha considerado un órgano que “filtra” antígenos desde la sangre. El ganglio linfático recibe antígenos principalmente provenientes de los linfáticos aferentes. b) Tanto la paracorteza del ganglio linfático como la vaina linfoide periarteriolar del bazo son ricos en células T. Las células B se encuentran principalmente en los folículos. c) Los centros germinales se encuentran dondequiera que haya folículos, que están presentes en todo el tejido linfoide secundario, incluso ganglios linfáticos, bazo, y la amplia variedad de tejidos linfoides asociados a mucosa. d) Verdadero. e) Los linfáticos aferentes están asociados con los ganglios linfáticos, no con el bazo. (Los linfáticos eferentes pueden encontrarse en ambos.) f) Ikaros se requiere para el desarrollo linfoide que ocurre principalmente en la médula ósea (y el timo). Con todo, los linfocitos pueblan el bazo y montan una respuesta inmunitaria ahí, de modo que la función del bazo estaría claramente comprometida en ausencia de Ikaros y linfocitos.

Descripciones

1. d), 2. l), 3. c), 4. m, n), 5. g), 6. i), 7. n), 8. b), 9. o), 10. h), 11. c, f, g), 12. c, f), 13. c, e, f), 14. j, k).