Capítulo 5: Inmunidad innata

Los vertebrados están protegidos tanto por inmunidad innata como por inmunidad adaptativa. En contraste con las respuestas inmunitarias adaptativas, que tardan días en surgir después de exposición a antígenos, la inmunidad innata consta de defensas contra infección que están listas para entrar en acción de inmediato cuando un huésped es atacado por un agente patógeno (virus, bacterias, hongos o parásitos). El sistema inmunitario innato incluye barreras anatómicas contra infección —tanto físicas como químicas— así como respuestas celulares (perspectiva general, figura 5-1). Las principales barreras físicas —la primera línea de defensa del cuerpo— son las capas epiteliales de la piel y las superficies mucosas y de tejido glandular conectadas a las aberturas del cuerpo; estas barreras epiteliales evitan la infección al bloquear la entrada de agentes patógenos al organismo. Las barreras químicas en estas superficies comprenden sustancias solubles especializadas que poseen actividad antimicrobiana, así como pH ácido. Los agentes patógenos que rompen las barreras físicas y químicas debido a daño, o infección directa, de la capa de células epiteliales, pueden sobrevivir en los espacios extracelulares (algunas bacterias, hongos y parásitos) o pueden infectar células (virus y algunas bacterias y parásitos); finalmente se replican y posiblemente se diseminan hacia otras partes del cuerpo.

Las respuestas inmunitarias innatas celulares a la invasión por un agente infeccioso que vence las barreras epiteliales iniciales son rápidas; típicamente empiezan en cuestión de minutos luego de la invasión. Estas respuestas son desencadenadas por receptores de superficie celulares o intracelulares que reconocen componentes moleculares conservados de agentes patógenos. Algunos tipos de leucocitos (macrófagos y neutrófilos) son activados para fagocitar y destruir con rapidez microbios extracelulares por medio del proceso de fagocitosis. Otros receptores inducen la producción de proteínas y otras sustancias que generan diversos efectos beneficiosos, entre ellos actividad antimicrobiana directa y el reclutamiento de líquido, células y moléculas hacia sitios de infección. Este flujo de entrada causa tumefacción y otros cambios fisiológicos que en conjunto se denominan inflamación. Esas respuestas innata e inflamatoria locales por lo general son beneficiosas para eliminar agentes patógenos y células dañadas o muertas, y para promover la salud. Por ejemplo, las concentraciones aumentadas de sustancias antimicrobianas y células fagocíticas ayudan a eliminar los agentes patógenos, y las células dendríticas captan agentes patógenos para presentación de antígenos a linfocitos, lo que activa respuestas inmunitarias adaptativas. Las células asesinas naturales reclutadas hacia el sitio pueden reconocer células infectadas por virus, alteradas o sometidas a estrés y matarlas. Sin embargo, en algunas situaciones estas respuestas innata e inflamatoria pueden ser perjudiciales, y llevar a consecuencias locales o sistémicas que pueden causar daño de tejido y en ocasiones la muerte. Para prevenir estas respuestas en potencia perjudiciales, se han adquirido por evolución mecanismos reguladores que por lo general limitan esos efectos adversos.

Pese a los múltiples estratos del sistema inmunitario innato, algunos agentes patógenos pueden evadir las defensas innatas. En vertebrados está de guardia el sistema inmunitario adaptativo, que contrarresta infección con una respuesta hecha a la medida, específica al agente patógeno atacante. Este ataque ocurre en forma de linfocitos B y T, que generan anticuerpos, y células T efectoras que reconocen de manera específica y neutralizan los invasores o los eliminan. En el cuadro 5-1 se comparan las inmunidades innata y adaptativa. Si bien la inmunidad innata es la forma de defensa más antigua, que se encuentra en todos los vegetales y animales multicelulares, la inmunidad adaptativa es una invención evolutiva mucho más reciente; surgió en vertebrados. En estos animales, la inmunidad adaptativa complementa un sistema bien desarrollado de mecanismos inmunitarios innatos que comparten características importantes con los de los ancestros invertebrados del ser humano. Un conjunto grande y creciente de investigación ha revelado que conforme las inmunidades innata y adaptativa han coevolucionado en vertebrados, ha surgido un alto grado de interacción e interdependencia entre los dos sistemas. El reconocimiento por el sistema inmunitario innato no sólo activa la respuesta inmunitaria adaptativa, sino que también ayuda a asegurar que el tipo de respuesta adaptativa generado sea eficaz para el agente patógeno invasor.

En este capítulo se describen los componentes del sistema inmunitario innato —barreras físicas, agentes químicos y una batería de respuestas celulares protectoras llevadas a cabo por numerosos tipos de células— y se ilustra cómo actúan juntos para defender contra infección. Se concluye con una perspectiva general de la inmunidad innata en vegetales e invertebrados.

Los componentes más obvios de la inmunidad innata son las barreras externas para la invasión microbiana: las capas epiteliales que sirven como un aislamiento entre el interior del cuerpo y los agentes patógenos del mundo exterior. Estas barreras epiteliales comprenden la piel y las superficies tisulares conectadas a las aberturas del cuerpo: las capas epiteliales mucosas que revisten los tractos respiratorio, gastrointestinal y urogenital, y los conductos de glándulas secretoras como las glándulas salivales, lagrimales y mamarias (que producen saliva, lágrimas y leche, respectivamente) (figura 5-2). La piel y otros epitelios proporcionan un tipo de “envoltura plástica” viva que encierra los dominios internos del cuerpo y los protege contra infección; empero, estas barreras anatómicas son más que sólo envolturas pasivas. Contribuyen a procesos físicos y mecánicos que ayudan al cuerpo a repeler agentes patógenos y generan también defensas químicas y bioquímicas activas al sintetizar moléculas y desplegarlas, incluso péptidos y proteínas, que tienen actividad antimicrobiana o la inducen.

Las barreras epiteliales evitan la entrada de agentes patógenos al interior del organismo

La piel, la barrera física más externa, consta de dos capas separadas: una capa externa delgada, la epidermis, y una capa más gruesa, la dermis. La epidermis contiene varias capas de células epiteliales estrechamente aglomeradas; su capa externa consta de células en su mayor parte muertas llenas con una proteína impermeabilizante al agua llamada queratina. La dermis está compuesta de tejido conjuntivo, y contiene vasos sanguíneos, folículos pilosos, glándulas sebáceas, glándulas sudoríparas y leucocitos mieloides dispersos, como células dendríticas, macrófagos y mastocitos. En lugar de piel, los tractos respiratorio, gastrointestinal y urogenital, y los conductos de las glándulas salivales, lagrimales y mamarias están recubiertos por fuertes barreras de capas células epiteliales unidas una a otra mediante uniones intercelulares herméticas (zonas de oclusión) que evitan que los agentes patógenos pasen entre ellas para entrar al organismo.

Varios mecanismos de defensa físicos y químicos inespecíficos también contribuyen a prevenir la entrada de agentes patógenos a través de los epitelios en estos tejidos secretores. Por ejemplo, las secreciones de estos tejidos (moco, orina, saliva, lágrimas y leche) eliminan por lavado invasores potenciales y contienen también sustancias antibacterianas y antivirales. El moco, el líquido viscoso secretado por células especializadas de las capas epiteliales mucosas, atrapa microorganismos extraños. En el tracto respiratorio inferior, cilios, abultamientos piliformes de la membrana celular, cubren las células epiteliales. El movimiento sincrónico de cilios propulsa microorganismos atrapados en el moco desde estos tractos. La tos es una respuesta mecánica que ayuda a deshacerse de moco excesivo, con microorganismos atrapados, que ocurre en muchas infecciones respiratorias. El flujo de orina arrastra muchas bacterias desde el tracto urinario. Con cada comida, el ser humano ingiere enorme número de microorganismos, pero deben superar una serie de defensas en el tracto gastrointestinal que empiezan con los componentes antimicrobianos en la saliva y en los epitelios de la boca, e incluyen la mezcla hostil de enzimas digestivas y ácido que se encuentra en el estómago. De modo similar, el pH ácido de las secreciones vaginales es importante para proporcionar protección contra bacterias y hongos patógenos.

Algunos organismos han adquirido por evolución maneras de evadir estas defensas de las barreras epiteliales. Por ejemplo, el virus de la gripe tiene una molécula de superficie que le permite fijarse firmemente a células en las mucosas del tracto respiratorio, lo que evita que las células epiteliales ciliadas barran el virus hacia el exterior. Neisseria gonorrhoeae, la bacteria que causa la gonorrea, se une a células epiteliales en la mucosa del tracto urogenital. La adherencia de estas bacterias y otras a mucosas por lo general está mediada por abultamientos piliformes de las bacterias llamados fimbrias o pelos que han adquirido por evolución la capacidad para unirse a ciertas glucoproteínas o glucolípidos sólo expresados por células epiteliales de la mucosa de tejidos particulares (figura 5-3).

Las proteínas y los péptidos antimicrobianos matan probables invasores

A fin de proporcionar una fuerte defensa en estas capas de barrera, las células epiteliales secretan una amplia gama de proteínas y péptidos que proporcionan protección contra agentes patógenos. La capacidad de la piel y otros epitelios para producir una amplia variedad de agentes antimicrobianos de manera continua es importante para controlar las poblaciones microbianas sobre estas superficies, ya que la ruptura de estas barreras físicas provocadas por lesiones generaría rutas de infección que serían fácilmente explotadas por microbios patógenos si no estuvieran defendidas por medios bioquímicos.

Entre las proteínas antimicrobianas producidas por la piel y otros epitelios en seres humanos (cuadro 5-2), varias son enzimas y proteínas de unión que matan células bacterianas y micóticas o inhiben su crecimiento. La lisozima es una enzima que se encuentra en la saliva, las lágrimas y los líquidos del tracto respiratorio, que divide los componentes peptidoglucanos de las paredes de células bacterianas. La lactoferrina y la calprotectina son dos proteínas que se unen a, y secuestran, iones metálicos necesarios para bacterias y hongos, y limitan el crecimiento de ambos tipos de organismos. Entre los muchos agentes antibacterianos producidos por la piel del ser humano, investigación reciente ha identificado la psoriasina, una proteína pequeña de la familia S-100 (que incluye también calprotectina) con potente actividad antibacteriana contra Escherichia coli, una especie bacteriana entérica (intestinal). Este hallazgo respondió una pregunta hecha hace mucho tiempo: ¿por qué la piel del ser humano es resistente a la colonización por E. coli pese a exposición a ella desde la materia fecal originada por falta de limpieza o saneamiento inadecuado? La incubación de E. coli sobre piel de ser humano durante apenas 30 min mata las bacterias (figura 5-4). Las proteínas antimicrobianas pueden mostrar cierta especificidad hacia agentes patógenos particulares. Por ejemplo, la psoriasina es un antimicrobiano clave para E. coli sobre la piel (y sobre la lengua) pero no mata Staphylococcus aureus (una causa importante de intoxicación alimentaria e infecciones cutáneas) (figura 5-4), mientras que la proteína relacionada calprotectina mata S. aureus pero no E. coli.

Otra clase importante de componentes antimicrobianos secretados por la piel y otras capas epiteliales está compuesta de péptidos antimicrobianos, por lo general de menos de 100 aminoácidos de largo, que son una forma antigua de inmunidad innata presente en vertebrados, invertebrados, vegetales e incluso algunos hongos. El descubrimiento de que la piel de vertebrados produce proteínas antimicrobianas provino de estudios efectuados en ranas, en los cuales se mostró que glándulas en la piel secretan péptidos llamados magaininas que tienen potente actividad antimicrobiana contra bacterias, levaduras y protozoos. Los péptidos antimicrobianos por lo general son ricos en cisteína, catiónicos y anfipáticos (contienen regiones tanto hidrofílica como hidrofóbica). Debido a su carga positiva y naturaleza anfipática, interactúan con fosfolípidos ácidos en bicapas de lípidos, y alteran membranas de bacterias, hongos, parásitos y virus. A continuación pueden entrar a los microbios, donde tienen otros efectos tóxicos, como inhibir la síntesis de dna, rna o proteínas, y activar enzimas antimicrobianas, lo que da por resultado muerte celular.

Los principales tipos de péptidos antimicrobianos que se encuentran en seres humanos son α-y β-defensina, y catelicidina. Las defensinas de ser humano matan una amplia variedad de bacterias, entre ellas E. coli, S. aureus, Streptococcus pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa y Haemophilus influenzae. Los péptidos antimicrobianos también atacan la envoltura de lipoproteína de virus, como el virus de la gripe y algunos herpesvirus. Las defensinas y la catelicidina LL-37 (la única catelicidina expresada en seres humanos) son secretadas de manera constitutiva por células epiteliales en muchos tejidos, así como almacenadas en gránulos de neutrófilos, donde contribuyen a matar microbios fagocitados. En estudios recientes se ha mostrado que los péptidos antimicrobianos α-defensinas del ser humano secretados en el intestino por un tipo de células epiteliales intestinales (de Paneth), ubicadas en los valles profundos (criptas) entre las vellosidades, son importantes para mantener flora bacteriana beneficiosa que es necesaria para las funciones normales del sistema inmunitario intestinal. La producción de estos péptidos antimicrobianos también puede ser inducida por muchas células epiteliales y otros tipos de células mediante la unión de componentes microbianos a receptores celulares (véase más adelante).

El epitelio del tracto respiratorio secreta diversos lípidos y proteínas lubricantes llamados surfactantes. Dos proteínas surfactantes, SP-A y SP-D, que están presentes en los pulmones, así como en las secreciones de algunos otros epitelios mucosos, son miembros de una clase de proteínas de unión a microbios llamadas colectinas. SP-A y SP-D se unen de manera diferencial a grupos de componentes carbohidrato, lípido y proteína de superficies microbianas, y ayudan a prevenir infección al bloquear componentes de superficie y modificarlos, y promover la eliminación de agentes patógenos. Por ejemplo, se unen de modo diferencial a dos estados alternantes del agente patógeno pulmonar Klebsiella pneumoniae que difieren en el hecho de si están cubiertos o no con una cápsula de polisacárido gruesa: SP-A se une a los polisacáridos complejos que cubren muchas de las formas capsuladas, mientras que SP-D sólo se une al lipopolisacárido de la pared celular expuesta de la forma no encapsulada.

A pesar de las fuertes defensas en las capas epiteliales protectoras, algunos agentes patógenos han adquirido por evolución estrategias para penetrar en estas defensas, y los epitelios pueden quedar alterados por heridas, abrasiones y picaduras o mordeduras de insectos que pueden transmitir agentes patógenos. Una vez que los agentes patógenos penetran a través de las capas de la barrera epitelial hacia los espacios tisulares del organismo, una gama de receptores de membrana celular y proteínas solubles que reconocen componentes microbianos desempeñan las funciones esenciales de detectar el agente patógeno y desencadenar defensas eficaces contra él. Las células fagocíticas constituyen la siguiente línea de defensa contra agentes patógenos que han penetrado en las barreras de células epiteliales. Los macrófagos, los neutrófilos y las células dendríticas en los tejidos, y los monocitos en la sangre, son los principales tipos de células que llevan a cabo fagocitosis —la captación (ingestión) celular de materiales particulados, como bacterias—, un mecanismo clave para eliminar agentes patógenos. Esta función importante de las células atraídas al sitio de organismos invasores es antiguo desde el punto de vista evolutivo; está presente en invertebrados, así como en vertebrados. Elie Metchnikoff inicialmente describió el proceso de la fagocitosis durante la década de 1880-1889 usando células de estrella de mar (invertebrado equinodermo) similares a los leucocitos de vertebrados y atribuyó a la fagocitosis una función importante en la inmunidad. Estuvo en lo correcto en su conclusión; ahora se sabe que los defectos de la fagocitosis llevan a inmunodeficiencia grave.

Casi todos los tejidos contienen poblaciones residentes de macrófagos que funcionan como centinelas para el sistema inmunitario innato (capítulo 2). Por medio de diversos receptores de superficie celular, reconocen microbios, como bacterias, extienden su membrana plasmática para tragarlos, y los internalizan en fagosomas (endosomas que se producen por fagocitosis, figura 5-5). Los lisosomas a continuación se fusionan con los fagosomas, y suministran agentes que matan los microbios y los degradan. Los neutrófilos son un segundo tipo importante de fagocito, por lo general reclutados hacia sitios de infección; por último, las células dendríticas también pueden unirse a microbios y fagocitarlos. Como se describe más adelante en este capítulo y de manera más extensa en los capítulos 8 y 11, la captación y degradación de microbios por células dendríticas desempeñan funciones clave en el inicio de respuestas inmunitarias adaptativas. Además de desencadenar la fagocitosis, diversos receptores sobre fagocitos reconocen microbios y activan la producción de diversas moléculas que contribuyen de otras maneras a eliminar la infección (véase más adelante en este capítulo). En la figura 5-6, Perspectiva general, se muestran el reconocimiento de microbios por un fagocito, y las respuestas resultantes.

Los microbios son reconocidos por receptores sobre células fagocíticas

¿De qué modo una célula fagocítica reconoce microbios, lo que desencadena su fagocitosis? Los fagocitos expresan diversos receptores sobre su superficie, algunos de los cuales reconocen de manera directa componentes moleculares conservados, específicos, sobre la superficie de microbios, como componentes de la pared celular de bacterias y hongos. Estos motivos conservados, por lo general presentes en muchas copias sobre la superficie de una bacteria, célula micótica, parásito o partícula de virus, se llaman patrones moleculares asociados a agente patógeno (pamp). Note que pueden ser expresados por microbios independientemente de si estos últimos son o no patógenos (causan enfermedad); por ende, algunos investigadores han empezado a usar el término más general patrones moleculares asociados con microbio (MAMP). Los receptores que reconocen pamp se llaman receptores de reconocimiento de patrones (prr). En la parte superior del cuadro 5-3 se listan algunos prr que se unen a microbios y desencadenan fagocitosis de los microbios unidos, junto con los pamp que reconocen. Hay otros prr que, después de unión a pamp, no activan fagocitosis sino que desencadenan otros tipos de respuestas (véase más adelante). Casi todos los pamp que inducen fagocitosis son componentes de la pared celular, incluso carbohidratos complejos, como mananos y β-glucanos, lipopolisacáridos (lps), otras moléculas que contienen lípido, peptidoglucanos, y proteínas de superficie.

La activación de la fagocitosis también puede ocurrir de manera indirecta, mediante el reconocimiento por fagocitos de proteínas solubles que se han unido a superficies microbianas, lo que aumenta la fagocitosis, un proceso llamado opsonización (de la palabra griega que significa “hacer agradable al gusto”) (figura 5-6). Muchas de estas proteínas que aumentan la fagocitosis, solubles (llamadas opsoninas), también se unen a componentes repetitivos, conservados, sobre las superficies de microbios, como estructuras de carbohidratos, lipopolisacáridos y proteínas virales; por ende, a veces se denominan proteínas de reconocimiento de patrones, solubles. Una vez unidas a las superficies de microbios, las opsoninas son reconocidas por receptores de membrana de los fagocitos, lo cual activa la fagocitosis (cuadro 5-3, abajo).

Diversas proteínas solubles funcionan como opsoninas; muchas también desempeñan otras funciones en la inmunidad innata. Por ejemplo, las dos proteínas colectina surfactantes antes mencionadas, SP-A y SP-D, se encuentran en la sangre, así como en secreciones mucosas de los pulmones y otros sitios, donde funcionan como opsoninas. Después de unión a microbios son reconocidas por el receptor de opsonina CD91 (cuadro 5-3) y promueven la fagocitosis por macrófagos alveolares y otras poblaciones de macrófagos. Esta función de SP-A y SP-D contribuye a eliminación del hongo patógeno respiratorio Pneumocystis jirovecii, una causa importante de neumonía en individuos con sida. La lectina de unión a manosa (mbl), una tercera colectina con actividad opsonizante, se encuentra en la sangre y en líquidos respiratorios. La L-ficolina, un miembro de la familia ficolina que está relacionada con la mbl y otras colectinas, se encuentra en la sangre, donde se une a azúcares acetilados sobre microbios, incluso algunas bacterias estreptocócicas. El componente del complemento C1q también funciona como una opsonina; se une a componentes de la pared celular bacteriana, como lipopolisacáridos, y a algunas proteínas virales.

La mbl (y otras colectinas), las ficolinas y C1q comparten características estructurales, entre ellas estructuras poliméricas similares con tallos parecidos a colágeno, pero tienen regiones de reconocimiento con diferentes especificidades de unión (figura 5-7). Como resultado de sus similitudes estructurales, todos se unen al receptor de opsonina CD91 (cuadro 5-3) y activan la fagocitosis de agentes patógenos. Otra opsonina, la proteína C reactiva (crp), reconoce fosforilcolina y carbohidratos sobre bacterias, hongos y parásitos, y a continuación se une a receptores Fc (FcR) para IgG que se encuentran sobre casi todos los fagocitos (capítulo 3). Los receptores Fc también tienen importancia para la actividad opsonizante de anticuerpos IgA y algunas subclases de anticuerpos IgG. Después de unirse de manera específica a antígenos sobre superficies de microbios, las regiones Fc de estos anticuerpos pueden ser reconocidas por FcR específicos, lo cual desencadena fagocitosis. Como un mecanismo importante mediante el cual la respuesta inmunitaria adaptativa elimina antígenos, la opsonización por anticuerpos (que no se muestra en la figura 5-6) se comentará en el capítulo 13.

Como se mencionó, entre las opsoninas más eficaces figuran varios componentes del sistema del complemento, que se describe con detalle en el capítulo 6. Presente tanto en invertebrados como en vertebrados, el complemento se extiende a los sistemas inmunitarios tanto innato como adaptativo, lo que indica que es antiguo e importante. En vertebrados, el complemento consta de más de 30 proteínas de unión y enzimas que funcionan en una cascada de pasos de activación secuenciales. Puede ser desencadenado por varias proteínas de reconocimiento de patrones, solubles, innatas (incluso el primer componente del complemento, C1q, y las lectinas estructuralmente relacionadas mbl y ficolinas, proteína C reactiva y properdina), así como por anticuerpos generados por la respuesta inmunitaria adaptativa unidos a microbios. La fagocitosis es uno de muchos efectos antimicrobianos importantes que se producen por activación de complemento (capítulo 6). La importancia de la función de la mbl como un opsonizador y como un inductor de la activación del complemento ha sido indicada por los efectos de deficiencias de mbl, que afectan a alrededor de 25% de la población. Los individuos con deficiencias de mbl están predispuestos a infecciones graves de las vías respiratorias, en especial neumonía neumocócica. Despierta interés que las deficiencias de mbl pueden ser protectoras contra la tuberculosis, lo que probablemente refleja el papel opsonizante de la mbl en el aumento de la fagocitosis de Mycobacterium tuberculosis, la ruta por la cual infecta macrófagos, lo que en potencia lleva a tuberculosis.

Los microbios fagocitados son muertos por múltiples mecanismos

La unión de microbios —bacterias, hongos, parásitos protozoos y virus— a fagocitos por medio de receptores de reconocimiento de patrones u opsoninas y receptores de opsonina (figura 5-6) activa vías de señalización. Estas vías de señalización desencadenan polimerización de actina, lo que da lugar a extensiones de membrana alrededor de las partículas de microbio y su internalización, lo cual forma fagosomas (figura 5-5). Los fagosomas a continuación se fusionan con lisosomas y, en neutrófilos, con gránulos primarios y secundarios preformados (figura 2-2a). Los fagolisosomas resultantes contienen un arsenal de agentes antimicrobianos que a continuación matan los microbios internalizados, y los degradan. Estos agentes comprenden proteínas y péptidos antimicrobianos (incluso defensinas y catelicidinas), pH bajo, enzimas hidrolíticas activadas por ácido (entre ellas lisozima y proteasas) y moléculas especializadas que median el ataque oxidativo.

En el ataque oxidativo contra los microbios fagocitados, que ocurre en neutrófilos, macrófagos y células dendríticas, se emplean especies reactivas de oxígeno (ros) y especies reactivas de nitrógeno (rns) altamente tóxicas, que dañan componentes intracelulares (figura 5-8). Las especies reactivas de oxígeno son generadas por el complejo enzimático nadph oxidasa singular de fagocitos (también llamado oxidasa de fagosoma), que es activado cuando microbios se unen a los receptores fagocíticos. El oxígeno consumido por fagocitos para apoyar la producción de ros por la nadph oxidasa es proporcionado mediante un proceso metabólico que se conoce como el estallido respiratorio, durante el cual la captación de oxígeno por la célula aumenta varias veces. La nadph oxidasa convierte el oxígeno en ion superóxido (^•O₂^–); otras ros generadas mediante la acción de enzimas adicionales son peróxido de hidrógeno (H₂O₂) y ácido hipocloroso (HClO), el componente activo del blanqueador doméstico.

La generación de rns requiere la activación transcripcional del gen que codifica para la enzima óxido nítrico sintasa inducible (iNOS o NOS2), llamada así para distinguirla de no sintasas relacionadas en otros tejidos. La expresión de iNOS es activada por componentes microbianos que se unen a diversos prr. La iNOS oxida L-arginina para dar L-citrulina y óxido nítrico (no), un potente agente antimicrobiano. En combinación con el ion superóxido (^•O₂^–) generado por la nadph oxidasa, el no produce una especie de nitrógeno reactivo adicional, el peroxinitrito (ONOO^–) y S-nitrosotioles tóxicos. En conjunto, las ros y rns son altamente tóxicas para microbios fagocitados debido a la alteración de moléculas microbianas por medio de oxidación, hidroxilación, cloración, nitración y S-nitrosilación, junto con formación de ácidos sulfónicos y destrucción de agrupaciones de hierro-azufre en proteínas. Un ejemplo de cómo estas especies oxidativas pueden ser tóxicas para agentes patógenos es la oxidación por ros de sulfhidrilos cisteína que están presentes en los sitios activos de muchas enzimas, lo que desactiva las enzimas. Las ros y rns también pueden ser liberadas a partir de neutrófilos y macrófagos activados, y matan agentes patógenos extracelulares.

Evidencia proveniente de defectos genéticos en seres humanos y ratones pone de relieve las funciones cruciales de estas especies reactivas químicas en la eliminación de microbios por células fagocíticas. La importancia para la defensa antimicrobiana de la nadph fagosomal y sus productos, ros y rns, es ilustrada por la enfermedad granulomatosa crónica (cgd). Quienes padecen esta enfermedad tienen incremento notorio de la susceptibilidad a algunas infecciones por hongos y bacterias, causada por defectos en subunidades de la nadph oxidasa que destruyen su capacidad para generar especies oxidantes. Además, estudios en ratones en los cuales se efectuó deleción (knockout) de los genes que codifican para iNOS, han mostrado que el óxido nítrico y sustancias derivadas de él explican gran parte de la actividad antimicrobiana de macrófagos contra bacterias, hongos y parásitos. Estos ratones perdieron gran parte de su capacidad habitual para controlar infecciones por agentes patógenos intracelulares como M. tuberculosis y Leishmania major, el parásito protozoo intracelular que causa leishmaniasis.

La fagocitosis contribuye al recambio celular y la eliminación de células muertas

La exposición sobre la fagocitosis hasta ahora se ha enfocado en su crucial función en la muerte de agentes patógenos. Como las principales células recolectoras del organismo, los macrófagos también utilizan sus receptores fagocíticos para captar y eliminar restos celulares, células que han muerto por daño o estímulos tóxicos (muerte celular necrótica) o por apoptosis (muerte celular programada), y eritrocitos senescentes.

Durante los últimos años se ha logrado considerable progreso en el entendimiento de los marcadores y receptores específicos que desencadenan fagocitosis por macrófagos de células muertas, moribundas y senescentes. En conjunto, los componentes de células muertas/moribundas y tejidos dañados que son reconocidos por prr, y que llevan a su eliminación, a veces se denominan patrones moleculares asociados a daño (damp). Puesto que la presencia de estos componentes también puede ser un indicador de estados perjudiciales para el cuerpo o puede contribuir a consecuencias perjudiciales (como enfermedades autoinmunitarias), la D en damp también puede referirse a una señal de “peligro (danger)”. La fagocitosis es el principal modo de eliminación de células que han sufrido apoptosis como parte de remodelado de tejidos vinculado con el desarrollo, recambio celular normal, o muerte de células infectadas por agente patógeno o tumorales mediante respuestas inmunitarias innatas o adaptativas.

Las células apoptóticas atraen fagocitos al liberar el mediador lípido ácido lisofosfatídico, que funciona como un quimioatrayente. Estas células que están muriendo facilitan su propia fagocitosis al expresar sobre su superficie una gama de moléculas no expresadas sobre células sanas, incluso fosfolípidos (como fosfatidil serina y lisofosfatidil colina), proteínas (anexina I) y carbohidratos alterados; estos damp son reconocidos de manera directa por receptores fagocíticos como el receptor de fosfatidil serina, y receptor recolector SR-A1. Otros damp son reconocidos por moléculas de reconocimiento de patrones, solubles, que funcionan como opsoninas, entre ellas las colectinas mbl, SP-A y SP-D antes mencionadas; diversos componentes del complemento, y las pentraxinas proteína C reactiva y proteína amiloide sérica. Estas opsoninas a continuación son reconocidas por receptores de opsonina, lo cual activa la fagocitosis de las células apoptóticas y la degradación de las mismas.

Una actividad adicional importante de los macrófagos en el bazo y los que se encuentran en el hígado (conocidos como células de Kupffer) es reconocer, fagocitar y degradar eritrocitos senescentes y dañados. A medida que estas células envejecen, moléculas nuevas que son reconocidas por fagocitos se acumulan en su membrana plasmática. La fosfatidil serina da una voltereta desde la capa interna hacia la externa de la bicapa lipídica, y es reconocida por receptores de fosfatidil serina sobre fagocitos. También se han detectado modificaciones de proteínas de membrana de eritrocitos que pueden promover la fagocitosis.

Es obvia la importancia de que las células normales no sean fagocitadas, y la evidencia que se está acumulando indica que el hecho de que si una célula es fagocitada o no está controlado por grupos de señales “cómeme” —los componentes de membrana alterados (damp) antes descritos— y señales de “no me comas” expresadas por células normales. Los eritrocitos sanos y jóvenes evitan ser fagocitados al no expresar señales de “cómeme”, como fosfatidil serina, y al expresar una señal de “no me comas”, la proteína CD47. Esta última, expresada sobre muchos tipos de células en todo el cuerpo, es reconocida por el receptor SIRP-α sobre macrófagos, que transmiten señales que inhiben la fagocitosis. Estudios recientes han mostrado que los tumores usan expresión alta de CD47 para evadir la vigilancia tumoral y la eliminación fagocítica por el sistema inmunitario. La expresión aumentada de CD47 sobre todos los cánceres de ser humano, o sobre casi todos, se correlaciona con progresión tumoral, probablemente porque la CD47 activa inhibición (mediada por SIRP-1α) de la fagocitosis de células tumorales por macrófagos. Este entendimiento de la función de CD47 en la prevención de la fagocitosis se está usando para crear terapias nuevas para ciertos cánceres, como el uso de anticuerpos para bloquear CD47 sobre células tumorales, que entonces debe permitir que sean fagocitadas y eliminadas.

Además de desencadenar su propia captación y muerte por células fagocíticas, los microbios inducen un amplio espectro de respuestas inmunitarias innatas celulares por medio de una amplia variedad de tipos de células. Varias familias de receptores de reconocimiento de patrones (prr) que no son las antes descritas como mediadores de la fagocitosis (cuadro 5-3) desempeñan funciones importantes en la inmunidad innata. Como se explica en esta sección, estos prr se unen a pamp, así como a algunos damp endógenos (propios) y desencadenan vías de transducción de señal que activan la expresión de genes que tienen funciones importantes en la inmunidad innata. Entre las proteínas codificadas por estos genes figuran moléculas antimicrobianas como los péptidos antimicrobianos e interferones, quimiocinas y citocinas que reclutan y activan otras células, enzimas como la iNOS (véase antes) que generan moléculas antimicrobianas, y mediadores proinflamatorios (esto es, componentes que promueven la inflamación).

Receptores de reconocimiento de patrones celulares activan respuestas contra microbios y daño celular

Varias familias de prr celulares contribuyen a la activación de respuestas inmunitarias innatas que combaten infecciones. Algunos de estos prr son expresados sobre la membrana plasmática, mientras que otros en realidad se encuentran dentro de las células del ser humano, sea en endosomas/lisosomas o en el citosol. Esta gama de prr asegura que la célula puede reconocer pamp sobre patógenos tanto extracelulares como intracelulares. Los damp liberados por daño de células y tejidos también pueden ser reconocidos por prr tanto de superficie celular como intracelulares. Muchos tipos de células en el cuerpo expresan estos prr, incluso todos los tipos de leucocitos mieloides (monocitos, macrófagos, neutrófilos, eosinófilos, mastocitos, basófilos, células dendríticas) y subgrupos de los tres tipos de linfocitos (células B, células T y células nk). Los prr también son expresados por algunos otros tipos de células, en especial los que comúnmente quedan expuestos a agentes infecciosos; los ejemplos son células epiteliales de la piel, mucosas y glandulares, células endoteliales vasculares que revisten los vasos sanguíneos, y fibroblastos y células de apoyo del estroma en diversos tejidos. Si bien es poco probable que cualquier célula única exprese todos estos prr, subgrupos de receptores son expresados por diversas subpoblaciones celulares. En el resto de esta sección se describen las cuatro familias principales de prr de mamífero, y las vías de señalización que activan, lo que conduce a respuestas protectoras.

Los receptores tipo Toll reconocen muchos tipos de moléculas de agentes patógenos

Los receptores tipo Toll (tlr) fueron la primera familia de prr que se descubrió, y aún es la mejor caracterizada en términos de su estructura, la manera en que se unen a pamp y activan células, y el grupo extenso y variado de respuestas inmunitarias innatas que inducen.

Descubrimiento de receptores Toll de invertebrados y de receptores tipo Toll de vertebrados

Durante la década de 1980, investigadores en Alemania descubrieron que embriones de mosca de la fruta Drosophila no podían establecer un eje dorsal-ventral (de la parte posterior hacia el frente) apropiado si el gen que codifica para la proteína de membrana Toll está mutado. (El nombre “Toll” viene del argot alemán que significa “raro”, que se refiere a las características anatómicas extrañamente revueltas de moscas mutantes.) Por su caracterización subsiguiente de los genes toll y genes de homeosecuencia (homeobox) relacionados, y de su función en la regulación del desarrollo embrionario, Christiane Nusslein-Volhard, Eric Wieschaus y Edward B. Lewis recibieron el Premio Nobel en Fisiología y Medicina en 1995. Con todo, ¿qué tiene que ver esto con receptores del sistema inmunitario? Se generaron muchas mutaciones del gen toll, y en 1996 Jules Hoffman y Bruno Lemaitre descubrieron que las mutaciones en toll hacen a las moscas altamente susceptibles a infección mortal por Aspergillus fumigatus, un hongo al cual las moscas de tipo silvestre eran inmunes (figura 5-9). Esta notoria observación llevó a otros estudios que mostraron que la proteína Toll y proteínas relacionadas están involucradas en la activación de respuestas inmunitarias innatas en vertebrados. Por sus contribuciones fundamentales al estudio de la inmunidad innata en Drosophila, Jules Hoffman fue un co-ganador del Premio Nobel en Fisiología y Medicina de 2011.

La caracterización de la proteína Toll sorprendentemente reveló que su dominio de señalización citoplasmático fue homólogo al del receptor de vertebrados para la citocina IL-1 (IL-1R). Por medio de una búsqueda de proteínas de ser humano con dominios citoplasmáticos homólogos a los de Toll e IL-1R, en 1997 Charles Janeway y Ruslan Medzhitov descubrieron un gen de ser humano que codifica para una proteína similar a Toll que activó la expresión de genes de la inmunidad innata en células de ser humano. Apropiadamente, este y otros parientes de Toll de vertebrados descubiertos poco después se llamaron receptores tipo Toll (TLR).

Por medio de estudios en ratones mutantes, en 1998 Bruce Beutler obtuvo la prueba importante de que los tlr contribuyen a funciones inmunitarias normales en mamíferos. Ratones homocigotos para una forma mutante de un gen llamado lps fueron resistentes a las respuestas perjudiciales inducidas por lipopolisacárido (lps; también conocido como endotoxina), un componente importante de las paredes celulares de bacterias gramnegativas (figura 5-10). En seres humanos, una acumulación de endotoxina por infección bacteriana grave puede inducir una respuesta inmunitaria innata demasiado fuerte, lo que causa choque séptico, una afección que pone en peligro la vida en la cual órganos vitales como cerebro, corazón, riñones e hígado pueden fallar. Cada año, alrededor de 20 000 personas mueren en Estados Unidos por choque séptico causado por infecciones por bacterias gramnegativas, de modo que fue notorio que algunas cepas de ratones mutantes fueron resistentes a dosis mortales de lps. Beutler encontró que el gen lps defectuoso de ratón codificó para una forma mutante de un tlr, TLR4, que difirió de la forma normal por un aminoácido único de modo que ya no fue activado por lps. Esta investigación proporcionó una demostración inequívoca de que TLR4 es el receptor de reconocimiento de patrones innato celular que reconoce lps, e hizo a Beutler acreedor a una parte del Premio Nobel de 2011.

Así, esta serie de experimentos que sirven como punto de referencia mostró en sucesión rápida que los invertebrados muestran respuesta a agentes patógenos, que usan receptores que también se encuentran en vertebrados, y que de uno de estos receptores es responsable de las respuestas inmunitarias innatas inducidas por lps.

TLR y sus ligandos

Investigación intensiva durante la última década y media ha identificado múltiples miembros de la familia tlr en ratones y en seres humanos —hacia 2011, 13 tlr que funcionan como prr se habían identificado en estas especies—. Los tlr 1 a 10 están conservados entre ratones y seres humanos, aunque TLR10 no es funcional en ratones, mientras que los tlr 11 a 13 son expresados en ratones pero no en seres humanos. Si bien no se ha mostrado que los tlr estén involucrados en el desarrollo de vertebrados, a diferencia de lo que sucede en las moscas de la fruta, el juego de tlr presentes en un ser humano o en un ratón puede detectar una amplia variedad de pamp de bacterias, virus, hongos y parásitos, así como damp de células y tejidos dañados. Cada tlr tiene un repertorio separado de especificidades para pamp conservados; en el cuadro 5-4 se listan los tlr y algunos de sus ligandos pamp conocidos. Estudios bioquímicos han revelado la estructura de varios tlr y cómo se unen a sus ligandos específicos. Los tlr son proteínas que abarcan la membrana, que comparten un elemento estructural común en su región extracelular llamado repeticiones ricas en leucina (lrr); múltiples lrr constituyen el dominio de unión a ligando extracelular en forma de herradura de la cadena polipeptídica tlr (figura 5-11a).

Cuando los tlr se unen a sus ligandos pamp o damp por medio de sus dominios lrr extracelulares, son inducidos para que se dimericen. En la mayor parte de los casos cada tlr se dimeriza con sí mismo y forma un homodímero, pero TLR2 forma heterodímeros al formar pares con TLR1 o TLR6. El modo en que los tlr se unen a sus ligandos no se conoció sino hasta que complejos de los dímeros del dominio lrr extracelular con ligandos unidos se analizaron mediante cristalografía de rayos X. En la figura 5-11b se muestran las estructuras de TLR2/1 con un lipopéptido unido y TLR3 con dsRNA; la conformación en la forma de “m” característica de los dímeros de tlr es fácilmente observable.

Los tlr existen tanto en la membrana plasmática como en las membranas de endosomas y lisosomas (figura 5-12); su ubicación celular está hecha a la medida para permitirles mostrar respuesta óptima a los ligandos microbianos particulares que reconocen. Los tlr que reconocen pamp sobre la superficie externa de microbios extracelulares (cuadro 5-4) se encuentran en la membrana plasmática, donde pueden unirse a estos pamp e inducir respuestas. En contraste, los tlr que reconocen componentes microbianos internos que tienen que quedar expuestos mediante el desmantelamiento o la degradación de agentes patógenos que fueron objeto de endocitosis —ácidos nucleicos en particular— se encuentran en endosomas y lisosomas. Singular entre los tlr, se ha mostrado que TLR4 se mueve desde la membrana plasmática hacia endosomas/liposomas después de unirse a lps u otros pamp. Como se verá más adelante, activa diferentes vías de señalización desde las dos ubicaciones.

Además de ligandos microbianos, los tlr también reconocen damp, componentes endógenos (propios) liberados por células muertas/moribundas o tejidos dañados. Entre los damp reconocidos por tlr de la membrana plasmática figuran proteínas de choque por calor y de cromatina, fragmentos de componentes de la matriz extracelular (como fibronectina y hialuronina), y lipoproteína de baja densidad oxidada y β-amiloide. Mientras que los ácidos nucleicos propios por lo general no activan el prr intracelular, en ciertas circunstancias (como cuando está unido a anticuerpos anti-dna o anti-cromatina en individuos con la enfermedad autoinmunitaria lupus eritematoso) pueden ser objeto de endocitosis y activar tlr endosomales/lisosomales, lo que contribuye a la enfermedad (capítulo 16).

Señalización por medio de TLR: perspectiva general

Dada la amplia variedad de agentes patógenos potenciales que el sistema inmunitario innato necesita reconocer y combatir, ¿de qué modo la unión de un agente patógeno específico desencadena una respuesta apropiada para ese agente patógeno? La señalización por medio de tlr utiliza muchos de los principios y algunas de las moléculas de señalización que se describen en los capítulos 3 y 4, junto con algunos singulares para vías activadas por tlr (y por otros prr; véase más adelante).

Estudios detallados de las vías de señalización torrente abajo de todos los tlr, que se resumen esquemáticamente en la figura 5-13, han revelado que incluyen algunos componentes compartidos y activan la expresión de muchos de los mismos genes. Un ejemplo importante de un componente compartido es el factor de transcripción NF-κB. NF-κB es clave para inducir genes innatos e inflamatorios, incluso los que codifican para defensinas; enzimas como iNOS; quimiocinas, y citocinas como las citocinas proinflamatorias TNF-α, IL-1 e IL-6, producidas por macrófagos y células dendríticas. También hay vías de señalización específicas para tlr, y componentes que inducen la expresión de subgrupos de proteínas, algunos de los cuales son en particular eficaces para combatir el tipo de agente patógeno reconocido por el o los tlr particulares. Un ejemplo importante es la expresión de los potentes interferones tipo I antivirales, IFN-α e IFN-β, inducidos por vías torrente abajo de los tlr que se unen a componentes virales. La activación de los factores reguladores de interferón (irf) es esencial para inducir la transcripción de los genes que codifican para IFN-α e IFN-β (véase más adelante). Combinaciones de factores de transcripción contribuyen a inducir la expresión de muchos de estos genes; los ejemplos son combinaciones de NF-κB, irf, o factores de transcripción, o todos o una combinación de los anteriores, torrente abajo de las vías de la map cinasa (mapk) (capítulos 3 y 4), como AP-1, que pueden ser activados por intermediarios de señalización torrente abajo de ciertos tlr.

La o las vías de transducción de señales particulares activadas por un dímero de tlr después de unión a pamp están determinadas en gran parte por el tlr y por el adaptador de proteína inicial (capítulo 3) que se une al dominio citoplasmático del tlr. Esta región se llama dominio tir (de Toll/receptor de IL-1) en referencia a la similitud antes mencionada entre los dominios citoplasmáticos de tlr y receptores de IL-1 (figuras 5-11a y 4-5a). Los dominios tir de todos los dímeros de tlr sirven como sitios de unión para los dominios tir de adaptadores que activan las vías de señalización torrente abajo. Los dos adaptadores clave son MyD88 (factor de diferenciación mieloide 88) y trif (factor IFN-β inductor de adaptador que contiene dominio TIR). Casi todos los tlr, sea que se encuentran sobre la superficie celular o en endosomas/lisosomas, se unen a la proteína adaptadora MyD88 (lo que activa vías de señalización dependientes de MyD88) (figura 5-13). En contraste, TLR3 se une a la proteína adaptadora alternativa trif (lo que activa vías de señalización dependientes de trif). TLR4 es singular en la unión tanto a MyD88 (cuando está en la membrana plasmática, lo cual emite señales para su endocitosis) como a trif (cuando está en endosomas, después de internalización). La figura 5-13 también muestra la presencia de otros dos adaptadores asociados con casi todos los tlr: tirap (proteína adaptadora que contiene dominio TIR) y tram (molécula adaptadora relacionada con TRIF). Son adaptadores que contienen dominio tir que sirven como receptores de distribución: tirap ayuda a reclutar MyD88 hacia tlr 2/1, 2/6 y 4, y tram ayuda a reclutar trif hacia TLR3 y hacia TLR4 endosomal/lisosomal.

Vías de señalización dependientes de MyD88

Luego de asociarse con un dímero de tlr después de unirse a su ligando, MyD88 inicia una vía de señalización que activa las vías NF-κB y mapk por medio de esencialmente la misma vía que la activada por IL-1 (figura 4-6). Como se muestra para los tlr de la membrana plasmática 2/1, 4 y 5 en la figura 5-13, MyD88 recluta y activa varias proteínas cinasas irak, que a continuación se unen a TRAF6 y lo activan. TRAF6 ubiquitina proteínas nemo y tab, lo que da pie a la activación de TAK1, que a continuación fosforila el complejo de IκB cinasa (ikk). El ikk activado a continuación fosforila la subunidad IκB inhibidora de NF-κB lo que libera NF-κB para que entre al núcleo y active la expresión de gen. TAK1 desempeña una doble tarea en esta cascada de señalización de tlr. Después de separarse del complejo ikk, activa vías de señalización mapk (capítulo 3) que dan lugar a la activación de factores de transcripción, incluso Fos y Jun, que constituyen el dímero AP-1 (figura 3-16).

Además de activar las vías del NF-κB y de la mapk por medio de la vía dependiente de MyD88, los tlr 7, 8 y 9 endosomales que se unen a ácidos nucleicos microbianos (en especial rna viral y dna bacteriano) también desencadenan vías que activan irf. Cuando es desencadenado por estos tlr, el complejo MyD88/ IRAK4/TRAF6 activa un complejo que contiene TRAF3, IRAK1 e IKKα, lo que lleva a fosforilación, dimerización, activación y localización nuclear de IRF7 (figura 5-13). IRF7 induce la transcripción de genes que codifican tanto para los dos interferones tipo I, IFN-α e IFN-β, que tienen potente actividad viral. Así, diferentes TLR pueden activar de modo diferencial factores de transcripción separados (NF-κB, ciertos IRF, o los activados por vías de la MAPK, o todos o una combinación de los anteriores), lo que conduce a variación de cuáles genes son activados para ayudar a proteger al ser humano contra agentes patógenos invasores.

Vías de señalización dependientes de trif

Para los dos tlr endosomales que reclutan el adaptador trif en lugar de MyD88 —TLR3 y TLR4 endosomal— las vías de emisión de señales torrente abajo difieren un poco de las activadas por MyD88 (figura 5-13). trif recluta la proteína cinasa ripi que, a su vez, recluta y activa TRAF6, que a continuación inicia los mismos pasos que en la vía dependiente de MyD88. TLR3 también activa PI3K, lo cual aumenta la activación de la vía de la mapk. Además, trif activa TRAF3 y un complejo de TBK-1 e IKKє, que fosforila y activa IRF7 y un irf diferente —IRF3—. IRF3 e IRF7 se dimerizan y se mueven hacia el núcleo y (junto con NF-κB y AP-1) inducen la transcripción de los genes que codifican para IFN-α e IFN-β. Así, todos los TLR intracelulares que se unen a PAMP virales en una célula infectada inducen la síntesis y secreción de interferones tipo I, que producen retroalimentación para inhibir con potencia la replicación del virus en esa célula infectada.

Receptores de lectina tipo C se unen a carbohidratos sobre la superficie de agentes patógenos extracelulares

La segunda familia de prr de superficie celular que activan respuestas innata e inflamatoria es la familia del receptor de lectina tipo C (clr). Los clr son receptores de membrana plasmática expresados de manera variable sobre monocitos, macrófagos, células dendríticas, neutrófilos, células B y subgrupos de células T. Los clr por lo general reconocen componentes carbohidrato de hongos, micobacterias, virus, parásitos y algunos alergenos (proteínas de cacahuate [maní] y de ácaros del polvo). Los humanos tienen al menos 15 clr que funcionan como prr, la mayor parte de los cuales reconoce una o más porciones azúcar específicas, como manosa (p. ej., el receptor de manosa y dc-sign), fucosa (p. ej., dectina-2 y dc-sign), y glucanos (p. ej., dectina-1).

Los clr desempeñan diversas funciones. A diferencia de los tlr, que no promueven la fagocitosis, algunos clr funcionan como receptores fagocíticos (cuadro 5-3), y todos los clr desencadenan vías de señalización que activan factores de transcripción que inducen expresión de genes efectores. Algunos clr desencadenan eventos de señalización que inicialmente difieren de la señalización de tlr, pero que en general llevan a pasos torrente abajo similares a las vías de tlr dependientes de MyD88 que activan los factores de transcripción NF-κB y AP-1. Un ejemplo de esto es la dectina-1, que se une a β-1,3-glucanos de la pared celular sobre micobacterias, levaduras y otros hongos (figura 5-14). La dectina-1 contiene un dominio citoplasmático con un motivo de activación de inmunorreceptor basado en tirosina (itam) similar a los que están en las cadenas de emisión de señales de receptores de antígeno de célula B y de célula T (capítulo 3). Después de que la dectina-1 se une a un ligando, su itam es fosforilado y después reconocido por la tirosina cinasa Syk, también involucrada en las etapas iniciales de activación de células B (figura 3-28). Syk desencadena las vías de la mapk, lo que da pie a la activación del factor de transcripción AP-1, y activa también CARD9, uno de los muchos componentes de emisión de señales con dominios de reclutamiento de caspasa (card; cuadro 3-1 y ejemplos adicionales más adelante). CARD9 forma un complejo con componentes emisores de señales adicionales, lo que lleva a la activación de ikk y la translocación nuclear de NF-κB como se describió para el tlr. NF-κB y AP-1 cooperan en la inducción de la expresión de citocinas inflamatorias e IFN-β.

Las señales por medio de diferentes prr pueden modular los efectos una de otra, lo que aumenta la expresión de genes particulares o la inhibe. Puesto que las vías emisoras de señales torrente abajo de algunos clr y tlr son similares, las señales que llegan a una célula desde tlr y dectina-1 (o clr relacionados) que reconocen de manera simultánea pamp sobre los mismos microbios o sobre microbios diferentes, pueden combinarse para aumentar la producción de citocinas proinflamatorias. Además, otras vías de emisión de señales torrente abajo de la dectina-1 pueden activar y regular diferentes miembros de la familia del NF-κB, que controlan la expresión de genes que codifican para citocinas adicionales que regulan la diferenciación de células T auxiliares (véase más adelante). Otros clr tienen diferentes dominios citoplasmáticos, vías de señalización torrente abajo y resultados. Por ejemplo, la unión de pamp a un clr, dc-sign, sobre células dendríticas reduce la inflamación al inducir la expresión de la citocina antiinflamatoria IL-10 o al reducir la concentración de mRNA que codifica para citocinas proinflamatorias. En algunos casos esos efectos moduladores son beneficiosos, porque las respuestas pueden cambiarse desde respuestas inflamatorias en potencia perjudiciales hacia la activación de poblaciones de células T protectoras. Aun así, los agentes patógenos también pueden aprovechar estos circuitos de control para disminuir respuestas que contribuirían a su eliminación (véase más adelante).

Receptores tipo gen-I inducibles por ácido retinoico se unen a rna viral en el citosol de células infectadas

Los receptores tipo (like) gen-I inducibles por ácido retinoico (rlr) son prr solubles que residen en el citosol de muchos tipos de células, donde desempeñan funciones cruciales como detectores de infección viral (figura 5-14). Los tres rlr conocidos (RIG-I, MDA5 y LGP2) son rna helicasas que contienen card que reconocen rna virales, por lo general de virus rna, como el de la gripe, el sarampión y el oeste del Nilo. Estos receptores parecen distinguir entre rna viral y celular con base en características estructurales particulares no compartidas por el rna celular normal, como regiones bicatenarias del rna, motivos de secuencia específicos para virus y, en el caso de RIG-I, una modificación 5′ trifosfato que surge durante la síntesis de rna viral y el procesamiento del mismo. En el momento de unión de rna viral, RIG-I pasa por un cambio conformacional que conduce a unión por medio de interacciones card-card a su molécula adaptadora torrente abajo ubicada en membranas mitocondriales, la proteína mavs (señalización antivirales mitocondriales) asociada a mitocondrias. La mavs se agrega y recluta más proteínas, incluso el adaptador tradd, TRAF3 y ripi, que activan nemo/ikk que llevan a la activación de complejos de ikk, que activan IRF 3 y 7 y la vía del NF-κB, lo que da pie a la expresión de IFN-α e IFN-β, otros antimicrobianos, quimiocinas y citocinas proinflamatorias.

Los receptores tipo Nod son activados por diversos pamp, damp y otras sustancias perjudiciales

La familia final de prr son los nlr (nlr es un acrónimo que significa tanto receptores tipo (like) Nod como receptores que contienen dominio de oligomerización de nucleótido/repetición rica en leucina). Los nlr son una familia grande de proteínas citosólicas activadas por pamp intracelulares y sustancias que avisan a las células de daño o peligro (damp y otras sustancias perjudiciales). Desempeñan funciones importantes en la activación de respuestas inmunitarias e inflamatorias innatas beneficiosas pero, como se verá, algunos nlr también desencadenan inflamación que causa daño tisular extenso y enfermedad. El genoma del ser humano contiene aproximadamente 23 genes nlr, y el genoma del ratón hasta 34. Las proteínas nlr se dividen en tres grupos principales, con base en la mayor parte en su estructura de dominio (figura 5-15): nlrc (que tienen dominios de reclutamiento de caspasa, card), nlrb (algunos de los cuales tienen dominios de repetición inhibitoria de baculovirus, bir) y nlrp (que tienen dominios pirina [pyrin], pyd). Las funciones de muchos nlr todavía no se han caracterizado bien; a continuación se describen las de varios nlr.

NOD1 y NOD2

Los miembros mejor caracterizados de la familia nlrc son NOD1 y NOD2. pamp importantes reconocidos por NOD1 y NOD2 son productos de desintegración (como dipéptidos muramilo) producidos durante la síntesis o degradación de peptidoglucanos de la pared celular de bacterias intracelulares o extracelulares —los péptidos de estas últimas deben entrar a la célula para activar nod—. En estudios en ratones se ha mostrado que NOD1 también proporciona protección contra el parásito protozoo intracelular Trypanosoma cruzi, que causa la enfermedad de Chagas en humanos, y que NOD2 activa respuestas a algunos virus, incluso el de la gripe. La unión de pamp a las regiones lrr de nod inicia señalización al activar la unión de nod a la serina/treonina cinasa RIP2 por medio de sus card (figura 5-14). A continuación RIP2 activa ikk, lo que lleva a la translocación nuclear de NF-κB. RIP2 también activa vías de la mapk, lo que conduce a activación de AP-1. El NF-κB y AP-1 activados inician la transcripción de citocinas inflamatorias —entre ellas TNF-α, IL-1 e IL-6— y mediadores antimicrobianos y otros mediadores. Además, RIP2 activa el complejo TRAF3/TBK1/IKKє, lo que da pie a fosforilación de IRF 3 y 7, y a producción de IFN-α e IFN-β.

Inflamasomas nlr

En tanto los nlrc NOD1 y NOD2 activan la transcripción de genes que codifican para citocinas inflamatorias y proteínas antimicrobianas y de otros tipos, algunos otros nlr no desencadenan vías de señalización que inducen la expresión de genes involucrados en respuestas inmunitarias innatas. En lugar de eso, estos nlr se ensamblan con otras proteínas hacia un complejo que activa proteasas necesarias para convertir las formas precursoras grandes inactivas (procitocinas) de IL-1 e IL-18 en las formas maduras que son secretadas por células activadas. Debido a los efectos inflamatorios muy potentes de la IL-1 secretada (y hasta cierto grado también IL-18) (capítulo 4), estos complejos de ciertos nlr con otras proteínas, incluso proteasas clave, ahora se denominan inflamasomas. El descubrimiento y las propiedades sorprendentes de los inflamasomas se describen en el recuadro 5-1, Avances.

La expresión de proteínas de la inmunidad innata es inducida por señalización de prr

Las vías de señalización activadas por prr ya descritas inducen la transcripción de genes que codifican para un arsenal de proteínas que ayudan al ser humano a montar respuestas protectoras. Algunas de las proteínas inducidas son antimicrobianas, y combaten directamente agentes patógenos, mientras que otras desempeñan funciones clave en la activación y el aumento de respuestas inmunitarias innatas y adaptativas. Hay tremenda variación en cuanto a cuáles proteínas son sintetizadas en respuesta a agentes patógenos, lo que refleja sus pamp, así como los tipos de células que muestran respuesta y sus disposiciones de prr. En el cuadro 5-5 se listan algunas de las proteínas y péptidos más comunes que son secretados por células después de activación de prr por pamp, y que contribuyen a respuestas innata e inflamatoria.

Péptidos antimicrobianos

Las defensinas y las catelicidinas se mencionaron como importantes en la protección de barrera, como en la piel y en las capas epiteliales conectadas a las aberturas del cuerpo (cuadro 5-2). Algunas células y tejidos expresan estos péptidos de manera constitutiva (esto es, de modo continuo, sin activación). Por ejemplo, las células epiteliales de Paneth intestinales del ser humano expresan de modo constitutivo α-defensinas y algunas β-defensinas, y algunas defensinas y la catelicidina LL-37 son sintetizadas de manera constitutiva y empacadas en los gránulos de neutrófilos, listas para matar bacterias, hongos, virus y parásitos protozoos fagocitados. De cualquier modo, en algunos otros tipos de células, como células epiteliales de la mucosa y glandulares, queratinocitos cutáneos y células nk, la expresión de estos péptidos antimicrobianos es inducida o aumentada por señalización por medio de prr, en particular tlr y los nlr nod. Los macrófagos no producen estos péptidos antimicrobianos después de activación de prr; no obstante, despierta interés que hay una vía indirecta mediante la cual los microbios inducen catelicidina en macrófagos. La unión de ligandos microbianos a tlr de macrófago induce expresión aumentada de receptores para vitamina D; la unión de vitamina D a estos receptores activa los macrófagos para producir catelicidina, que entonces puede ayudar a los macrófagos a matar los agentes patógenos.

Interferones tipo I

Otra clase importante de proteínas antimicrobianas inducidas de manera transcripcional directamente por prr son los interferones tipo I (IFN-α, IFN-β). La producción de interferón tipo I por lo general es activada por los tlr de superficie celular y los tlr, rlr y nlr intracelulares que reconocen ácidos nucleicos y otros componentes virales, y activan los factores de transcripción irf. Los interferones tipo I se producen en dos situaciones (cuadro 5-5). Cuando quedan infectados por virus, muchos tipos de células son inducidos para que sinteticen IFN-α, o IFN-β, o ambos, después de unión de pamp virales citosólicos, como ácidos nucleicos, a sus rlr o nlr (figura 5-14). Además, muchas células expresan tlr de superficie celular que reconocen pamp virales, o internalizan virus sin necesariamente estar infectadas, o ambas cosas, lo que permite que tlr endosomales reconozcan componentes de virus. La señalización desde estos tlr activa la producción de irf, IFN-α e IFN-β. Un tipo particular de célula dendrítica, llamado célula dendrítica plasmacitoide (pDC) debido a su forma, es un productor en particular eficaz de ifn tipo I. Las pDC efectúan endocitosis de virus que se han unido a diversas proteínas de superficie celular (incluso clr como dc-sign que, por ejemplo, se une al hiv). A continuación, los tlr 7 y 9 en los endosomas son activados por pamp virales (ssRNA y dna CpG, respectivamente), lo que lleva a activación de irf.

Los interferones tipo I ejercen sus efectos antivirales y de otros tipos al unirse a un receptor específico, frecuentemente llamado ifnar (receptor de IFN-α), expresado sobre casi todos los tipos de células (capítulo 4). De modo similar a las vías de señalización torrente abajo de muchos receptores de citocina (cuadro 4-3 y figura 4-11), la unión de IFN-α o IFN-β activa ifnar para reclutar y activar jak específicas (JAK1 y Tyk2) que a continuación activan stat específicos (STAT 1 y 2; figura 5-16). Los dímeros STAT1/1 y STAT1/2 a continuación inducen la expresión de diversos genes, incluso los que codifican para las tres proteínas que bloquean la replicación viral: proteína cinasa R (pkr), que inhibe la síntesis de proteína viral (y celular) al inhibir el factor de elongación eIF2α; 2′, 5′-oligoadenilato A sintetasa, que activa la ribonucleasa RNasa L que degrada mRNA viral, y proteínas Mx, que inhiben tanto la transcripción de genes virales hacia mRNA como el ensamble de partículas de virus. Los interferones tipo I se usan para tratar algunas infecciones virales, como hepatitis B y C, lo que refleja sus potentes actividades antivirales. Además de sus funciones clave en el control de infecciones virales, los interferones tipo I tienen otras actividades relacionadas con la inmunidad por cuanto activan células nk y regulan las actividades de macrófagos y células T. Se ha mostrado que el tratamiento con IFN-β genera efectos beneficiosos en algunas formas de esclerosis múltiple, una enfermedad autoinmunitaria mediada por células T, con afección inflamatoria, probablemente al inhibir la producción de ciertas citocinas proinflamatorias derivadas de células T (capítulo 16).

Citocinas

Entre las proteínas inducidas de manera transcripcional por activación de prr figuran varias citocinas clave que —si bien no son directamente antimicrobianas— activan y regulan una amplia variedad de células y tejidos involucrados en respuestas innatas, inflamatorias y adaptativas. Como se introdujo en el capítulo 4, las citocinas funcionan como las hormonas proteínicas del sistema inmunitario, producidas en respuesta a estímulos, y que actúan sobre diversos blancos celulares. El cuadro 5-5 lista varios ejemplos clave de citocinas inducidas por activación de prr durante respuestas inmunitarias innatas, junto con sus efectos sobre células blanco y tejidos.

Tres de las citocinas más importantes son IL-1, IL-6 y TNF-α, las principales citocinas proinflamatorias que actúan localmente sobre vasos sanguíneos y otras células para aumentar la permeabilidad vascular y ayudar a reclutar células en sitios de infección y activarlas; también tienen efectos sistémicos (véase más adelante). La IL-1, la IL-6 y el gm-csf también producen retroalimentación sobre la hematopoyesis en la médula ósea para aumentar la producción de neutrófilos y otras células mieloides que contribuirán a la eliminación de agentes patógenos. La activación de monocitos, macrófagos y células dendríticas por medio de algunos tlr también induce la producción de IL-12 e IL-18, citocinas que desempeñan una función clave en la inducción de células T auxiliares vírgenes para que se conviertan en células T_H1, en particular al inducir la producción de IFN-γ. La citocina característica de las células T_H1 es el IFN-γ, que estimula inmunidad mediada por células y es una importante citocina activadora de macrófagos (capítulo 11). Por ende, la IL-12 y la IL-18 también se consideran proinflamatorias. La IL-10 es otra citocina importante inducida de manera específica por algunos tlr en macrófagos, células dendríticas y otras células mieloides, y subgrupos de células T, B y nk. La IL-10 es antiinflamatoria, por cuanto inhibe la activación de macrófagos y la producción de citocinas proinflamatorias por otras células mieloides. La concentración de IL-10 aumenta con el tiempo y contribuye al control de la magnitud del daño de tejido causado por inflamación.

Quimiocinas

Estas proteínas pequeñas quimioatrayentes (agentes que inducen a las células para que se muevan hacia concentraciones más altas del agente) reclutan células hacia tejidos, así como dentro y fuera de los mismos (capítulos 4 y 14, y apéndice III). Algunas quimiocinas se encargan de la migración constitutiva (homeostática) de leucocitos en todo el organismo. Otras quimiocinas, producidas en respuesta a activación de prr, tienen un desempeño crucial en las etapas tempranas de respuestas inmunitarias e inflamatorias por cuanto atraen células que contribuyen tanto a eliminar la infección o el daño, como a amplificar la respuesta. La primera quimiocina que se clonó, IL-8 (también llamada CXCL8), es producida en respuesta a activación —por pamp, damp o algunas citocinas— de diversas células en sitios de infección o daño tisular, incluso macrófagos, células dendríticas, células epiteliales y células endoteliales vasculares. Uno de los papeles clave de la IL-8 ocurre en las etapas iniciales de infección o daño de tejido; sirve como un quimioatrayente para neutrófilos y los recluta hacia sitios de infección. Otras quimiocinas son inducidas de manera específica por activación de prr de células epiteliales en ciertos tejidos mucosos y sirven para reclutar células de manera específica a esos sitios, donde generan respuestas inmunitarias apropiadas para eliminar el agente patógeno invasor. Por ejemplo, las células B son reclutadas hacia la lámina propia, el tejido rico en linfocitos bajo el epitelio intestinal, por dos quimiocinas, CCL28 y CCL20, producidas por células epiteliales intestinales activadas por unión de pamp a sus tlr. Estas células epiteliales activadas (así como células dendríticas locales activadas por pamp) también producen citocinas que estimulan a las células B para que produzcan IgA, la clase de anticuerpos más eficaces en la protección contra infecciones de mucosas (capítulo 13).

Enzimas: iNOS y COX2

Entre otros genes activados en muchos tipos de células por vías de señalización activadas por prr figuran los que codifican para dos enzimas que contribuyen de manera importante a la generación de mediadores antimicrobianos y proinflamatorios: óxido nítrico sintasa inducible (iNOS) y ciclooxigenasa 2 (COX2). Como se describió, la enzima iNOS cataliza un paso importante en la formación de óxido nítrico, que mata microbios fagocitados (figura 5-8). La COX2, cuya síntesis es inducida por activación de prr en monocitos, macrófagos, neutrófilos y mastocitos, es clave para convertir el intermediario de lípido ácido araquidónico en prostaglandinas, potentes mediadores proinflamatorios. En la sección que sigue se proporciona una perspectiva general de los principales procesos de respuestas inflamatorias iniciados por respuestas inmunitarias innatas. La inflamación se cubrirá con mayor detalle en el capítulo 15.

Cuando las barreras externas de la inmunidad innata —piel y otras capas epiteliales— quedan dañadas, las respuestas innatas resultantes a la infección o la lesión de tejido pueden inducir una cascada compleja de eventos conocida como la respuesta inflamatoria. La inflamación puede ser aguda (efectos a corto plazo que contribuyen a combatir infección, seguidos por curación) —por ejemplo, en respuesta a daño tisular local— o puede ser crónica (a largo plazo, no resueltas), y contribuir a enfermedades como artritis, enfermedad inflamatoria intestinal, enfermedad cardiovascular y diabetes tipo 2.

Los datos característicos de una respuesta inflamatoria localizada fueron descritos por vez primera por el médico romano Celso durante el siglo I d.C., como rubor et tumor cum calore et dolore (enrojecimiento e hinchazón con aumento local de la temperatura y dolor). Otra marca de la inflamación agregada durante el siglo II por el médico Galeno es la pérdida de la función (functio laesa). En la actualidad se sabe que estos síntomas reflejan un aumento del diámetro vascular (vasodilatación), que da lugar a un incremento del volumen sanguíneo en el área. El volumen de sangre más alto calienta el tejido y hace que muestre enrojecimiento. La permeabilidad vascular también aumenta, lo que conduce a escape de líquido desde los vasos sanguíneos, que da lugar a una acumulación de líquido (edema) que hincha el tejido. En el transcurso de algunas horas, también entran leucocitos al tejido provenientes de los vasos sanguíneos locales; estos datos característicos de las respuestas inflamatorias reflejan la activación de células tisulares residentes —macrófagos, mastocitos y células dendríticas— por pamp y damp para liberar quimiocinas, citocinas y otros mediadores solubles hacia la vecindad de la infección o herida. Los leucocitos reclutados son activados para que fagociten bacterias y restos, y para que amplifiquen la respuesta al producir mediadores adicionales. La resolución de esta respuesta inflamatoria aguda incluye la eliminación de agentes patógenos invasores, células muertas y tejido dañado; la activación de la respuesta de fase aguda sistémica y respuestas fisiológicas adicionales, incluso el inicio de la cicatrización de heridas, y la inducción de respuestas inmunitarias adaptativas. Sin embargo, en ausencia de resolución de la infección o del daño de tejido, puede llevar a un estado inflamatorio crónico que puede causar más daño tisular local y en potencia tiene consecuencias sistémicas para el individuo afectado.

La inflamación se produce por respuestas innatas desencadenadas por infección, daño de tejido o sustancias perjudiciales

Cuando hay infección local, daño de tejido o exposición a algunas sustancias perjudiciales (como cristales de asbesto o sílice en los pulmones), células centinela que residen en la capa epitelial —macrófagos, mastocitos y células dendríticas— son activadas por pamp, damp, cristales y otros por el estilo para que empiecen a fagocitar los invasores perjudiciales (figura 5-17). Las células también son activadas para liberar mediadores de la inmunidad innata que desencadenan una serie de procesos que constituyen colectivamente la respuesta inflamatoria.

El reclutamiento de diversas poblaciones de leucocitos hacia el sitio de infección o daño es un componente temprano crucial de respuestas inflamatorias. La señalización de prr activa macrófagos residentes, células dendríticas y mastocitos para que liberen los componentes iniciales de respuestas inmunitarias innatas celulares, incluso las citocinas proinflamatorias TNF-α, IL-1 e IL-6; quimiocinas; prostaglandinas (después de la expresión inducida de la enzima COX2), e histamina y otros mediadores liberados por mastocitos. Estos factores actúan sobre las células endoteliales vasculares de vasos sanguíneos locales, lo que aumenta la permeabilidad vascular y la expresión de moléculas de adhesión celular (cam) y quimiocinas como la IL-8. Se dice que el epitelio afectado está inflamado o activado. Células que fluyen por los capilares locales son inducidas por quimioatrayentes y por interacciones con moléculas de adhesión para que se adhieran a las células endoteliales vasculares en la región inflamada, y pasen a través de las paredes de capilares y hacia los espacios tisulares, un proceso llamado extravasación que se describirá en detalle en el capítulo 14. Los neutrófilos son los primeros en ser reclutados hacia un sitio de infección, donde aumentan respuestas innatas locales, seguidos por monocitos que se diferencian hacia macrófagos que participan en la eliminación de agentes patógenos y ayudan a iniciar la cicatrización de heridas.

Además de estos eventos clave en el sitio de infección o daño, las citocinas clave sintetizadas en etapas tempranas en respuesta a estímulos innatos e inflamatorios —TNF-α, IL-1 e IL-6— también tienen efectos sistémicos (capítulo 15). Inducen fiebre (una respuesta protectora, porque la temperatura corporal aumentada inhibe la replicación de algunos agentes patógenos) al inducir la expresión de COX2, que activa la síntesis de prostaglandina (véase antes). La prostaglandina E2 (PGE2) actúa sobre el hipotálamo (el centro cerebral que controla la temperatura corporal), lo cual causa fiebre. Estas tres citocinas proinflamatorias también actúan sobre el hígado, e inducen la respuesta de fase aguda, que contribuye a la resolución de la respuesta inflamatoria.

Proteínas de la respuesta de fase aguda contribuyen a la inmunidad innata y a la inflamación

Durante las décadas de 1920-1929 y 1930-1939, antes de la introducción de los antibióticos, se prestó mucha atención a controlar la neumonía neumocócica. Investigadores notaron cambios de la concentración de varias proteínas séricas durante la fase aguda de la enfermedad, la fase que precede a la recuperación o a la muerte. Los cambios séricos se denominaron en conjunto respuesta de fase aguda (apr), y las proteínas cuyas concentraciones aumentan durante la fase aguda aún se llaman proteínas de respuesta de fase aguda (proteínas apr). Aún no se entiende la importancia fisiológica de algunas proteínas apr, pero ahora se sabe que algunas contribuyen a la respuesta inmunitaria innata a la infección.

La respuesta de fase aguda (capítulo 15) es inducida por señales que viajan por la sangre desde sitios de lesión o infección. Las citocinas proinflamatorias TNF-α, IL-1 e IL-6 son las principales señales de las cuales depende la inducción de la respuesta de fase aguda; actúan sobre hepatocitos en el hígado, y las inducen para que secreten una mayor cantidad de proteínas apr. Entre las proteínas apr hay muchos componentes del sistema del complemento, que contribuyen a respuestas inmunitarias tanto innatas como adaptativas, y otras proteínas que funcionan como opsoninas, que aumentan la fagocitosis (cuadro 5-3). Como se mencionó brevemente, los componentes y fragmentos del complemento contribuyen a la desactivación de agentes patógenos y la eliminación de los mismos de diversas maneras, incluso al servir como opsoninas (capítulo 6).

Durante la apr se produce una mayor cantidad de varias otras proteínas. La lectina de unión a manosa (mbl) (véase antes) es una colectina que reconoce patrones moleculares que contienen manosa sobre microbios, y promueve la fagocitosis por monocitos sanguíneos. Cuando la mbl se une a la superficie de microorganismos también inicia activación del complemento (capítulo 6). Otra proteína apr sintetizada en el hígado es la proteína C reactiva (crp), que pertenece a una familia de proteínas pentaméricas llamadas pentraxinas que se unen a ligandos en una reacción dependiente de calcio. Entre los ligandos reconocidos por la crp figura un polisacárido que se encuentra sobre la superficie de bacterias neumocócicas y fosforilcolina, que está presente sobre la superficie de muchos microbios. La crp es una opsonina y activa también un ataque contra el microbio mediado por complemento. La concentración circulante de crp se considera un indicador de la magnitud de inflamación en proceso. Otras dos pentraxinas, la proteína amiloide sérica y ptx, funcionan de modo similar como opsoninas y como activadores de la vía del complemento. Las opsoninas proteína surfactante sp-a y sp-d, que se mencionó que proporcionan protección contra infecciones pulmonares, y varias proteínas que participan en la vía de la coagulación o la regulan, como el fibrinógeno, también se liberan hacia la sangre a cifras más altas. Si bien casi todas estas proteínas apr siempre están presentes en la sangre a concentraciones bajas, sus concentraciones aumentadas durante la respuesta de fase aguda proporcionan funciones protectoras aumentadas durante infecciones.

Con las defensas combinadas montadas por las respuestas innata e inflamatoria, junto con las de las respuestas inmunitarias adaptativas que surgen más tarde, casi todas las infecciones son eliminadas. Las respuestas inmunitarias e inflamatorias por lo general se limitan por sí solas, de modo que una vez que el agente patógeno y el tejido dañado son eliminados, la inflamación por lo general disminuye y los tejidos sanan. Empero, la persistencia de agentes patógenos (p. ej., en la tuberculosis) o de otras sustancias perjudiciales (p. ej., cristales de urato monosódico en la gota) puede causar inflamación crónica y daño tisular y enfermedad continuos.

Además de los mecanismos de inmunidad innata antes descritos, que dependen en su mayor parte de tipos de células no linfoides, una población de linfocitos también reconoce componentes asociados con agentes patógenos, daño o estrés, y genera respuestas protectoras rápidas. Las células asesinas naturales (nk, natural killer) constituyen una tercera rama de las células linfoides, junto con los linfocitos B y T del sistema inmunitario adaptativo; todas se diferencian a partir del progenitor linfoide común hacia tres líneas separadas (capítulo 2). A diferencia de los linfocitos B y T, cuyos receptores tienen tremenda diversidad para antígenos extraños, las células nk expresan un grupo limitado de receptores invariantes, que no muestran reordenamiento, y que permiten a las células ser activadas por indicadores de infección, cáncer o daño que son expresados por otras células. De nuevo, a diferencia de las células B y T, que requieren vías de activación, proliferación y diferenciación para generar sus respuestas inmunitarias de anticuerpos y mediadas por células, protectoras, las células nk están programadas de antemano para mostrar respuesta de inmediato a estímulos apropiados, con liberación desde gránulos secretores preformados de proteínas efectoras que matan células alteradas mediante la inducción de apoptosis. Este mecanismo de citotoxicidad mediada por células también es llevado a cabo por células T citotóxicas, que aparecen días más tarde (capítulo 13). La actividad citotóxica mediada por células nk es aumentada por el IFN-α producido en etapas tempranas durante infecciones virales, un ejemplo de regulación por retroalimentación positiva en la inmunidad innata. Además de liberar mediadores citotóxicos, las células nk activadas también secretan citocinas, las citocinas proinflamatorias IL-6 y TNF-α, así como ifn tipo I y el ifn tipo II, IFN-γ, un potente activador de macrófagos que también ayuda a activar la respuesta adaptativa y a conformarla. Así, junto con los ifn tipo I producidos por células infectadas por virus o inducidos durante respuestas innatas por pamp virales, las células nk son una parte importante de la respuesta innata temprana a infecciones virales (así como a enfermedad maligna y otros indicadores de peligro). Estas respuestas innatas tempranas controlan la infección durante los días o la semana que se requiere para que se genere la respuesta adaptativa (anticuerpos y células T citotóxicas).

¿De qué modo las células nk detectan que las células del organismo del ser humano han quedado infectadas, se han hecho malignas o se han hecho en potencia perjudiciales de otras maneras? Las células nk expresan diversos receptores descubiertos en fecha reciente (llamados en conjunto receptores nk) (capítulo 13). Los miembros de un grupo sirven como receptores activadores (de los cuales se han descrito más de 20 en humanos y ratones) que tienen especificidad para diversos ligandos de superficie celular que sirven como indicadores de infección, cáncer o estrés. Si bien se ha mostrado que uno de estos ligandos activadores en ratones es un componente proteínico de un virus (citomegalovirus murino), casi todos los receptores activadores de nk al parecer tienen especificidad no para un componente asociado a agente patógeno, sino para proteínas reguladas en dirección ascendente de manera específica sobre células infectadas, malignas o sometidas a estrés, que sirven como señales de peligro percibidas por células nk. Las células nk también expresan tlr, y la unión de pamp o damp puede sumarse a las señales de activación.

Para limitar la muerte potencial de células normales en el organismo, las células nk también expresan receptores inhibidores que reconocen proteínas de membrana (por lo general proteínas del mhc convencionales) sobre células sanas normales, e inhiben la muerte citotóxica de esas células mediada por células nk (véase más adelante). Muchas células infectadas por virus o tumorales pierden expresión de sus proteínas del mhc y, así, no envían estas señales inhibidoras. La recepción de un exceso de señales activadoras en comparación con inhibidoras indica a una célula nk que una célula blanco es anormal, y la célula nk es activada para matar la célula blanco. Así, las células nk forman parte de los mecanismos efectores innatos del ser humano que proporcionan protección inmediata, en este caso reconocimiento y eliminación de células propias del organismo que se han hecho perjudiciales. Estudios recientes sugieren que la activación inicial aumenta la población, o la actividad, o ambas, de células nk que muestran respuesta, que, por ende, generarían una respuesta mayor al quedar expuestas más tarde al o los mismo(s) ligando(s) activador(es). Esto semeja la memoria inmunológica en el sistema inmunitario adaptativo, y representa el mejor ejemplo de memoria inmunológica en el sistema inmunitario innato de vertebrados.

Las respuestas inmunitarias innatas y las respuestas inflamatorias que inducen desempeñan un rol fundamental en la eliminación de infecciones y la curación de tejidos infectados o dañados. La importancia de algunas de las moléculas individuales involucradas en la generación de respuestas innata e inflamatoria es demostrada de manera notoria por las repercusiones sobre la salud del ser humano de defectos y polimorfismos genéticos (variantes genéticas) que alteran la expresión de estas moléculas o su función. Algunos de estos defectos y sus consecuencias clínicas se describen en el recuadro 5-2, Enfoque clínico. Como es ilustrado por estas afecciones, y por las muchas funciones conocidas (que se citan en todo este capítulo) de mecanismos innatos e inflamatorios en la protección del ser humano contra agentes patógenos, estas respuestas son esenciales para mantener sano a un individuo. Con todo, algunos otros trastornos muestran que las respuestas innata e inflamatoria también son perjudiciales, y que la sobreproducción de diversos mediadores normalmente beneficiosos, y las respuestas locales o sistémicas descontroladas pueden causar enfermedad, o incluso la muerte. Por ende, es importante que la aparición y la magnitud de respuestas innata e inflamatoria esté regulada con sumo cuidado a fin de optimizar las respuestas beneficiosas y minimizar las respuestas perjudiciales.

Las respuestas innata e inflamatoria pueden ser perjudiciales

Para que tengan eficacia óptima en mantener sano al ser humano, las respuestas innata e inflamatoria deben usar sus mecanismos destructivos para eliminar con rapidez y eficiencia agentes patógenos y otras sustancias perjudiciales, sin causar daño de tejido ni inhibir el funcionamiento normal de los sistemas del organismo. Aun así, esto no siempre ocurre —diversas enfermedades se producen por respuestas innata e inflamatoria excesivas o crónicas.

La más peligrosa de estas afecciones es la sepsis, una respuesta sistémica a la infección que induce fiebre, frecuencias cardiaca y respiratoria altas, presión arterial baja, y función de órgano comprometida debido a defectos circulatorios. En Estados Unidos cada año ocurren varios cientos de miles de casos de sepsis, y la tasa de mortalidad varía de 20 a 50%, pero la sepsis puede llevar a choque séptico, colapso circulatorio y respiratorio que genera una tasa de mortalidad de 90%. La sepsis se produce por septicemia, infecciones de la sangre, en particular las que comprenden bacterias gramnegativas como Salmonella, aunque otros agentes patógenos también pueden causar sepsis.

La principal causa de sepsis por bacterias gramnegativas es el componente de la pared celular lps (también conocido como endotoxina), que, como se mencionó, es un ligando de TLR4. El lps es un activador muy potente de mediadores inmunitarios innatos, incluso las citocinas proinflamatorias TNF-α, IL-1 e IL-6; quimiocinas, y componentes antimicrobianos (véase antes). Las infecciones sistémicas activan células sanguíneas, incluso monocitos y neutrófilos, células endoteliales vasculares, y macrófagos y otras células residentes en el bazo, el hígado y otros tejidos, para liberar estos mediadores solubles. Ellos, a su vez, activan de manera sistémica células endoteliales vasculares, y las inducen para que produzcan citocinas, quimiocinas, moléculas de adhesión y factores de la coagulación que amplifican la respuesta inflamatoria. Enzimas y especies oxidativas reactivas liberadas por neutrófilos activados y otras células dañan la vasculatura; este daño, junto con vasodilatación y permeabilidad vascular aumentada inducidas por TNF-α, da lugar a pérdida de líquido hacia los tejidos, lo que disminuye la presión arterial. El tnf también estimula la liberación de factores de la coagulación por células endoteliales vasculares, lo que da lugar a coagulación de la sangre en capilares. Estos efectos sobre los vasos sanguíneos son en particular perjudiciales para los riñones y los pulmones, que están altamente vascularizados. Las concentraciones circulantes altas de TNF-α e IL-1 también tienen efectos adversos sobre el corazón. Así, la respuesta inflamatoria sistémica desencadenada por septicemia puede llevar a insuficiencias circulatoria y respiratoria, lo que da lugar a choque y muerte. Puesto que las concentraciones altas de TNF-α, IL-1 e IL-6 circulantes muestran correlación alta con morbilidad, se está haciendo un considerable esfuerzo por desarrollar tratamientos que bloqueen los efectos adversos de estas moléculas normalmente beneficiosas.

Si bien no son tan inmediatamente peligrosas como el choque séptico, las respuestas inflamatorias crónicas producidas por activación continua de respuestas inmunitarias innatas pueden tener consecuencias adversas sobre la salud del ser humano. Por ejemplo, una toxina proveniente de la bacteria Helicobacter pylori daña el estómago al alterar las uniones entre células epiteliales gástricas e induce también inflamación crónica que ha quedado implicada en úlceras pépticas y cáncer gástrico. Asimismo, evidencia creciente sugiere que los damp no infecciosos colesterol (como agregados o cristales insolubles) y amiloide β contribuyen, respectivamente, a aterosclerosis (endurecimiento de las arterias) y enfermedad de Alzheimer. Otros ejemplos de respuestas inflamatorias estériles (no infecciosas) perjudiciales antes comentadas —incluso gota, asbestosis, silicosis y osteólisis aséptica—son inducidas, respectivamente, por cristales de urato monosódico, asbesto y sílice, y por partículas de aleación metálica provenientes de prótesis articulares artificiales. Todas esas sustancias variadas son potentes estímulos inflamatorios debido a su capacidad compartida para activar el inflamasoma NLRP3, lo que da lugar a la liberación de las citocinas proinflamatorias IL-1 e IL-18.

Las respuestas innata e inflamatoria están reguladas de manera tanto positiva como negativa

Puesto que las respuestas inmunitarias innatas tienen un papel crucial en la eliminación de infecciones, pero también pueden ser perjudiciales cuando no se controlan de manera adecuada, no sorprende que se hayan adquirido por evolución muchos procesos reguladores que aumentan respuestas innatas e inflamatorias o las inhiben. Estos mecanismos controlan la inducción, el tipo y la duración de estas respuestas; casi siempre llevan a la eliminación de una infección sin dañar tejidos ni causar enfermedad.

Mecanismos de retroalimentación positiva

Las respuestas innata e inflamatoria son aumentadas por diversos mecanismos para aumentar sus funciones protectoras. Para amplificar las etapas tempranas de respuestas innatas protectoras, dos de las citocinas iniciales inducidas por unión de pamp o damp a prr —TNF-α e IL-1— activan vías similares a las vías torrente abajo de tlr (capítulo 4) y, por ende, inducen más de sí mismas, un ejemplo de regulación por retroalimentación positiva. En otras palabras, la respuesta de una célula a la señalización por TNF-α o IL-1 puede incluir producción de más TNF-α e IL-1. De una manera paralela, en algunas células los interferones tipo I pueden emitir señales a las células por medio del receptor ifnar para producir más ifn. Otros mecanismos de retroalimentación positiva desencadenados por activación de prr son la activación de tasas de transcripción más altas de los genes que codifican para algunos tlr, para las subunidades del NF-κB mismo, y para NLRP3 y caspasa-1. En conjunto, los incrementos de estas proteínas amplifican la secreción de IL-1, porque la producción de IL-1 no sólo requiere la transcripción del gen que codifica para ella, sino también el procesamiento de su proteína precursora grande por la caspasa-1, que es activada por NLRP3.

Mecanismos de retroalimentación negativa

En el otro lado de la ecuación, mientras las respuestas innata e inflamatoria descontroladas pueden tener consecuencias adversas, muchos mecanismos de retroalimentación negativa son activados para limitar estas respuestas. Varias proteínas cuya expresión o actividad es aumentada después de señalización de prr inhiben pasos en las vías de emisión de señales torrente abajo de prr. Los ejemplos son la producción de una forma corta del adaptador MyD88 que inhibe la función normal de MyD88, la activación de proteína fosfatasas que eliminan grupos fosfato activadores clave sobre intermediarios emisores de señales, y la síntesis aumentada de IκB, la subunidad inhibidora que mantiene el NF-κB en el citoplasma. La activación de estos mecanismos de retroalimentación negativa intracelulares y otros puede llevar a las células a tener menos capacidad de respuesta, lo que limita la magnitud de la respuesta inmunitaria innata. En un ejemplo bien estudiado, cuando macrófagos quedan expuestos de manera continua al ligando de TLR4 LPS, su producción inicial de mediadores antimicrobianos y proinflamatorios va seguida por la inducción de inhibidores (incluso IκB y la forma corta de MyD88) que bloquean la continuación de la respuesta de macrófagos a lps. Este estado de falta de capacidad de respuesta, llamado tolerancia de lps (o tolerancia de endotoxina), reduce la posibilidad de que la exposición continua a lps que proviene de una infección bacteriana cause choque séptico.

Otras vías de retroalimentación inhiben los efectos inflamatorios del TNF-α y de la IL-1. Cada una induce la producción de una versión soluble de su receptor o una proteína tipo receptor que se une a las moléculas de citocina circulantes (capítulo 4), lo cual evita que actúen sobre otras células. Además, la citocina antiinflamatoria IL-10 es producida en etapas tardías de la respuesta de macrófagos a pamp; inhibe la producción de citocinas inflamatorias y los efectos de las mismas, y promueve la cicatrización de heridas. Otra citocina antiinflamatoria, el TGF-β, también es producida por macrófagos, células dendríticas y otras células, en especial después de activación de prr por células apoptóticas. Los efectos inhibidores del TGF-β reducen la probabilidad de que damp liberados por células que están sufriendo apoptosis induzcan respuestas inflamatorias. Como un ejemplo final de un asa de retroalimentación negativa, las concentraciones de TNF-α e IL-1 circulantes que en potencia podrían inducir respuestas inflamatorias perjudiciales actúan por medio del hipotálamo para inducir a la médula suprarrenal para que secrete hormonas glucocorticoides, que tienen diversos efectos antiinflamatorios potentes, entre ellos inhibición de la producción del TNF-α y la IL-1 mismos.

Los agentes patógenos han adquirido por evolución mecanismos para evadir respuestas innata e inflamatoria

Puesto que es ventajoso para los agentes patógenos adquirir por evolución mecanismos que les permiten evadir la eliminación por el sistema inmunitario, muchos han adquirido la capacidad para inhibir diversas vías de señalización innatas e inflamatorias y mecanismos efectores que los eliminarían del cuerpo. Casi todas las bacterias, los virus y los hongos se replican a tasas altas y, por medio de mutación, pueden alterar sus componentes a fin de evitar reconocimiento o eliminación por mecanismos efectores de la inmunidad innata. Otros agentes patógenos han adquirido por evolución mecanismos complejos que bloquean mecanismos de eliminación innatos que normalmente son eficaces. Una estrategia empleada en especial por virus es adquirir genes provenientes de sus huéspedes que han evolucionado y funcionan como inhibidores de respuestas innata e inflamatoria. El cuadro 4-5 lista varias estrategias mediante las cuales los virus evaden respuestas inmunitarias desencadenadas por interferones y otras citocinas. En el cuadro 5-6 se describen ejemplos de mecanismos mediante los cuales los agentes patógenos evitan de manera más general la detección por prr, activación de respuestas innata e inflamatoria, o eliminación por esas respuestas.

Los muchos estratos de inmunidad innata son importantes para la salud del ser humano, como se ilustra por las enfermedades que se observan en individuos que carecen de uno u otro componente del sistema inmunitario innato (véase el recuadro 5-2, Enfoque clínico y otros ejemplos ya mencionados en este capítulo). De cualquier modo, la inmunidad innata no es suficiente para proteger al ser humano por completo contra enfermedades infecciosas, debido en parte a que muchos agentes patógenos tienen características que les permiten evadir respuestas inmunitarias innatas (véase antes). Por ende, las respuestas específicas para antígeno generadas por el potente sistema inmunitario adaptativo del ser humano por lo general son necesarias para resolver infecciones de manera exitosa. Si bien los linfocitos B y T son los productores clave de mecanismos efectores de la respuesta adaptativa —inmunidad mediada por anticuerpos y mediada por células—, cada vez queda más claro que el sistema inmunitario innato desempeña funciones importantes en la ayuda para iniciar respuestas inmunitarias adaptativas y para regularlas, de modo que tengan eficacia óptima. Además, el sistema inmunitario adaptativo ha recurrido a varios mecanismos mediante los cuales el sistema inmunitario innato elimina agentes patógenos, al modificarlos para permitir a los anticuerpos eliminarlos.

El sistema inmunitario innato activa respuestas inmunitarias adaptativas y las regula

Cuando agentes patógenos invaden el organismo del ser humano, por lo general al penetrar las barreras epiteliales, el sistema inmunitario innato no sólo reacciona con rapidez para empezar a eliminar los invasores, sino que también desempeña funciones clave en la activación de respuestas inmunitarias adaptativas. Si bien células innatas en el sitio de infección (macrófagos residentes, células dendríticas, mastocitos y neutrófilos recién reclutados) detectan los agentes patógenos invasores por medio de sus receptores de reconocimiento de patrones, y generando respuestas antimicrobianas y proinflamatorias que lentificarán la infección, también están iniciando pasos para llevar los agentes patógenos a la atención de linfocitos y ayudar a activar respuestas que, días más tarde, generarán las fuertes respuestas mediadas por anticuerpos, y mediadas por células, específicas para antígeno, que resolverán la infección.

El primer paso en la generación de respuestas inmunitarias adaptativas a agentes patógenos es el suministro del agente patógeno a tejidos linfoides, donde células T y B pueden reconocerlo y mostrar respuesta. Las células dendríticas (por lo general inmaduras) que sirven como centinelas en tejidos epiteliales se unen a microbios por medio de diversos receptores de reconocimiento de patrones (capítulo 14). Las células dendríticas llevan los microbios unidos —sea aún unidos a la superficie celular o en fagosomas— por medio de los vasos linfáticos a tejidos linfoides secundarios cercanos, como los ganglios linfáticos de drenaje. Ahí las células dendríticas pueden transferir o presentar los microbios o componentes microbianos a otras células. En muchos casos la célula dendrítica ha internalizado el microbio y lo ha degradado, y péptidos derivados del microbio llegan a la superficie celular unidos a sus proteínas del mhc clase II. Entre tanto, la unión de pamp microbianos a los prr de células dendríticas también ha activado a la célula dendrítica para que madure. Ahora expresa cifras más altas de proteínas del mhc clase II y ha activado la expresión de proteínas de membranas coestimuladoras, como CD80 o CD86 (capítulo 3), que son reconocidas por receptores sobre células T_H. Como resultado de estos procesos de unión a microbios, procesamiento y maduración, las células dendríticas inmaduras son las células presentadoras de antígeno más eficaces, en particular para la activación de células T_H vírgenes (no activadas previamente).

Activación (patógeno-específica) de subgrupos de células T_H

La activación de células dendríticas por unión de diversos pamp a prr tiene consecuencias importantes adicionales para las respuestas inmunitarias adaptativas. Dependiendo de la naturaleza del agente patógeno y de cuáles prr y vías señalización torrente abajo son activados, las células dendríticas son inducidas para que secreten citocinas específicas que influyen sobre cuáles citocinas producirá una célula T_H (CD4⁺) virgen, después de activación, lo que determina su fenotipo funcional (figura 5-18). Estos fenotipos separados, o subgrupos de células T_H, se comentarán en detalle en el capítulo 11.

Como un ejemplo, una bacteria gramnegativa puede expresar pamp que se unen a TLR4, TLR5, o los tlr endosomales/lisosomales que se unen a ácidos nucleicos bacterianos, o todos o una combinación de los anteriores. Esta unión estimula a las células dendríticas para que produzcan IL-12, que induce a las células T_H vírgenes para que se conviertan en células T_H1 (capítulo 4). La citocina característica de las células T_H1 es el IFN-γ, que activa macrófagos para matar bacterias intracelulares, refuerza el fenotipo T_H1, contribuye a la activación de células T citotóxicas específicas para virus y, junto con la IL-2 (otra citocina T_H1), ayuda a activar células B.

En contraste, la unión de pamp provenientes de hongos, bacterias grampositivas o helmintos a TLR 2/1 o 2/6 activa la producción de IL-10 e inhibe la secreción de IL-12. Esta combinación de efectos de estimulación por medio de receptores que contienen TLR2 apoya la diferenciación de células T_H vírgenes hacia células T_H2, que promueven fuertes respuestas de anticuerpos que son más importantes para proporcionar protección contra estos agentes patógenos que las respuestas mediadas por células. Los pamp de hongos se unen al clr dectina-1, que activa a la célula dendrítica para que produzca las citocinas proinflamatorias TNF-α, IL-6 e IL-23; las dos últimas inducen a las células T_H para que se conviertan en células T_H17, que se caracterizan por la secreción de citocinas proinflamatorias como IL-17 e IL-6. Estas citocinas ayudan a reclutar neutrófilos hacia el sitio, que a continuación fagocitan los hongos y los matan.

Tiene importancia reconocer que el esquema que se muestra en la figura 5-18 está sobresimplificado, porque hay muchas complejidades para la regulación del fenotipo T_H que no se muestran. Por ejemplo, la IL-4, una citocina clave para inducir la formación de células T_H2, puede ser sintetizada por mastocitos, o por basófilos, o por ambos, después de activación de prr por ciertos agentes patógenos, incluso gusanos helmintos. Las células T_H2 resultantes inducen la producción de anticuerpos IgG e IgE que son en particular eficaces contra algunos de estos agentes patógenos.

En resumen, por medio de su activación diferencial de PRR específicos, diversos agentes patógenos inducen a las células dendríticas y otras células innatas para que produzcan citocinas que activan células T_H para adquirir fenotipos productores de citocina separados. Estos subgrupos T_H separados por lo general desencadenan los tipos de respuestas inmunitarias adaptativas que serán más eficaces para eliminar los invasores patógenos particulares. Los mecanismos moleculares mediante los cuales las células T_HCD4⁺ vírgenes son influidas para que se diferencien hacia diversos subgrupos T_H maduros se describirán en el capítulo 11.

Activación patógeno-específica de células T_C

Investigación reciente también ha revelado un rol esencial de células dendríticas en la activación de respuestas mediadas por células T citotóxicas que se necesitan para matar células en el organismo que se han hecho perjudiciales por infección por virus u otros agentes patógenos intracelulares, o por transformación maligna. Como sucede con las células T_H (CD4⁺) vírgenes, las células T_C (CD8⁺) citotóxicas vírgenes también son activadas de manera más eficaz por células dendríticas maduras (capítulo 13). De nuevo, la maduración de células dendríticas (también denominada emisión de licencia) por lo general es inducida por la unión de componentes microbianos a prr de una célula dendrítica. Estas dc maduras/con licencia también tienen capacidad de utilizar vías recién descubiertas para procesar agentes patógenos internalizados de modo que los péptidos generados mediante degradación endosomal/lisosomal son transportados a la superficie celular unidos a proteínas del mhc clase I más que a proteínas del mhc clase II (este proceso se llama presentación cruzada, y se explica en el capítulo 8). Estos complejos de péptido/mhc clase I, junto con proteínas coestimuladoras, como CD80 o CD86 sobre la superficie de la célula dendrítica madura/con licencia, activan la T_C virgen para dar lugar a células T efectoras citotóxicas. Como sucedió con la activación de células T_H, citocinas como la IL-12 y el IFN-γ producidas por células innatas (células dendríticas, macrófagos, células nk, u otras células) contribuyen a la diferenciación de células T_C y la activación de las mismas.

Antígenos independientes de T

Además de sus funciones indirectas en la promoción y regulación de respuestas mediadas por anticuerpos y por células por medio de su activación de dc y otras células innatas, antes descritas, los tlr también pueden estar involucrados de manera más directa en la activación de células B y T. Las células B expresan tlr, y la unión de pamp a estos tlr activa vías de señalización que pueden sumarse a, o sustituir, las señales provenientes de células T_H que normalmente se requieren para la activación de células B.

Un ejemplo se ha estudiado bien en células B de ratón. En combinación con señales provenientes del bcr de células B des pués de unión a antígeno, la unión a TLR4 de lps (a concentra ción baja) puede activar señales suficientes para inducir a la célula B para que prolifere y se diferencie hacia células plasmáticas secretoras de anticuerpos sin células T_H. A concentración alta de lps, las señales activadas por TLR4 son suficientes para activar todas las células B (activación policlonal), independientemente de su especificidad de unión a antígeno. Por ende, durante muchos años el lps se ha denominado un antígeno independiente de T (capítulo 12). Las células B de ser humano no expresan TLR4 y, por ende, no muestran respuesta a lps; no obstante, expresan TLR9 y pueden ser activadas por dna CpG microbiano. La ca pacidad de señales de tlr para reemplazar señales de T_H a menudo es beneficiosa; la co-unión de bacterias tanto a bcr como a tlr sobre una célula puede activar esa célula con mayor rapidez que si tuviera que esperar señales provenientes de una célula T_H. Algunas células T también expresan tlr, que de modo similar funcionan como receptores coestimuladores para aumentar respuestas protectoras. Por ejemplo, células T CD8⁺ de ratón expresan TLR2; la coestimulación de células T CD8⁺ por ligandos de TLR2 junto con el reconocimiento por tcr de complejos de péptido/mhc clase I reduce la necesidad de las células T de señales coestimuladoras proporcionadas por células dendríticas, y aumenta su proliferación, su supervivencia y sus funciones.

Los adyuvantes activan respuestas inmunitarias innatas para incrementar la eficacia de inmunizaciones

Dados estos efectos activadores y potenciadores de ligandos de prr sobre respuestas inmunitarias adaptativas, ¿pueden usarse para aumentar la eficacia de vacunas en la promoción de inmunidad protectora contra diversos agentes patógenos? De hecho, muchos de los materiales —conocidos como adyuvantes— que con los años se ha mostrado mediante ensayo y error que aumentan respuestas inmunitarias tanto en animales de laboratorio como en seres humanos, contienen ligandos para tlr u otros prr (capítulo 17). Por ejemplo, el adyuvante de Freund completo, quizá el adyuvante más potente para inmunizaciones en animales de experimentación, es una combinación de aceite mineral y Micobacteria muertas. El aceite mineral produce un depósito de antígeno que se dispersa lentamente, una propiedad de muchos adyuvantes eficaces, mientras que los fragmentos de peptidoglucanos de la pared celular de la bacteria sirven como pamp activadores. El alumbre (un precipitado de hidróxido de aluminio y fosfato de aluminio) se utiliza en algunas vacunas para ser humano; recientemente se ha mostrado que activa el inflamasoma NRLP3, lo que incrementa la secreción de IL-1 e IL-18 y promueve procesos inflamatorios que aumentan respuestas inmunitarias adaptativas. Dado que las células innatas que muestran respuesta no sintetizan IL-12, las inmunizaciones con alumbre por lo general llevan a que las células T activadas se conviertan en células T_H2, que promueven fuertes respuestas de anticuerpos.

Si bien muchas vacunas constan de virus o bacterias muertos o desactivados y, por ende, contienen sus propios pamp, que funcionan como adyuvantes integrados, algunas vacunas nuevas constan de antígenos proteínicos que por sí mismos no son muy estimuladores para el sistema inmunitario. Los antígenos tumorales también tienden a inducir respuestas débiles. Por ende, se está haciendo esfuerzo considerable por desarrollar nuevos adyuvantes con base en el conocimiento actual acerca de prr. El lps es un adyuvante muy potente, pero genera demasiada inflamación como para usarlo; se están desarrollando versiones de lps menos perjudiciales como adyuvantes potenciales. La capacidad del ligando de TLR3 poli I:C (rna bicatenarios sintéticos) para activar la inmunidad innata e iniciar respuestas inflamatorias ha inspirado estudios clínicos para probar su capacidad para aumentar la eficacia de vacunas débiles, incluso vacunas antitumorales. Se encuentran en estudios clínicos vacunas en las que se utiliza el ligando de TLR9 dna CpG (que imita dna bacteriano) como un adyuvante; hay gran interés por el dna CpG porque desencadena de preferencia una respuesta T_H1, importante para inducir inmunidad mediada por células (figura 5-18). Otros métodos para generar una vacuna eficaz para una proteína de agente patógeno son fusionar la proteína a un ligando de tlr con procedimientos de ingeniería genética. Por ejemplo, en la actualidad se están probando fusiones de proteínas de agente patógeno al ligando de TLR5 flagelina. Todos ésos son ejemplos de cómo el conocimiento en expansión de las interacciones entre los sistemas inmunitarios innato y adaptativo puede contribuir al desarrollo de vacunas más eficaces.

Algunos mecanismos de eliminación de agente patógeno son comunes a respuestas inmunitarias tanto innatas como adaptativas

Las respuestas inmunitarias adaptativas —respuestas de anticuerpos en particular— han adoptado y modificado varias funciones efectoras mediante las cuales el sistema inmunitario innato elimina antígeno, de modo que también son desencadenadas por unión de anticuerpo a antígenos. Aunque algunas se comentarán con mayor detalle en los capítulos 6 y 13, aquí se mencionan brevemente varios ejemplos como ilustraciones de interacciones importantes entre respuestas inmunitarias innatas y adaptativas.

Como se comentó en este capítulo, varias proteínas solubles que reconocen componentes de superficie microbiana —incluso sp-a, sp-d y mbl — funcionan como opsoninas; cuando están unidas a superficies microbianas son reconocidas por receptores sobre fagocitos, lo que da pie a fagocitosis aumentada. Los anticuerpos de las clases IgG e IgA también sirven como opsoninas; después de unión a superficies microbianas, estos anticuerpos pueden ser reconocidos por receptores Fc que son expresados sobre macrófagos y otros leucocitos, lo que desencadena fagocitosis (capítulo 3). Un receptor para las regiones Fc de IgG (FcγR), llamado CD16, también se expresa sobre células nk, donde sirve como un receptor activador. Así, cuando anticuerpos IgG se unen a antígenos extraños sobre las superficies celulares (como antígenos virales o tumorales), los anticuerpos IgG pueden ser reconocidos por el FcγR sobre la célula nk, lo que desencadena muerte citotóxica, mediada por células nk, de la célula infectada o maligna (capítulo 13).

Por último, como se mencionó, la vía del complemento puede ser activada por mecanismos tanto innatos como mediados por anticuerpos (capítulo 6). Los componentes sobre superficies de microbios pueden ser reconocidos de manera directa por proteínas de reconocimiento de patrones, solubles, incluso mbl y proteína C reactiva, lo que lleva a activación de la cascada del complemento. De modo similar, cuando anticuerpos de la clase IgM y ciertas subclases de IgG se unen a superficies de microbios, sus regiones Fc son reconocidas por el componente C1 del complemento, lo que también desencadena la cascada del complemento. La mbl y C1 están relacionados estructuralmente (figura 5-7). Una vez que la vía del complemento es activada por cualquiera de estas proteínas de unión a microbios, genera un grupo común de actividades protectoras; diversos componentes y fragmentos del complemento promueven opsonización, lisis de microbios unidos a membrana, y generación de fragmentos que tienen actividades proinflamatoria y quimioatrayente. De este modo, el sistema inmunitario adaptativo hace buen uso de mecanismos que inicialmente evolucionaron para contribuir a la inmunidad innata, y los utiliza para la eliminación de agentes patógenos.

En búsquedas determinadas entre los filos de vegetales y animales invertebrados de las proteínas características del sistema inmunitario adaptativo altamente eficiente —anticuerpos, receptores de células T y proteínas del mhc— no se ha logrado encontrar homólogos de estas importantes proteínas de vertebrados. Aun sin ellas, los organismos multicelulares se las han arreglado para sobrevivir durante cientos de millones de años. Los espacios interiores de organismos tan diversos como el tomate, la mosca de la fruta y ascidia (un cordado temprano, sin columna vertebral) no contienen poblaciones microbianas sin restricción. En estudios cuidadosos de estos representantes de filos no vertebrados, y muchos otros, se han encontrado disposiciones de procesos bien desarrollados que llevan a cabo respuestas inmunitarias innatas. La evidencia que se está acumulando conduce a la conclusión de que múltiples mecanismos inmunitarios protegen a todos los organismos multicelulares contra infección y explotación microbianas (cuadro 5-7). Algunos de los componentes del sistema inmunitario innato ocurren en todos los miembros de los reinos vegetal y animal. Por ejemplo, como se mencionó al principio de este capítulo, casi todas las especies vegetales y animales, e incluso algunos hongos, tienen péptidos antimicrobianos similares a las defensinas. Casi todos los organismos multicelulares tienen receptores de reconocimiento de patrón que contienen repeticiones ricas en leucina (lrr), aunque muchos organismos también tienen otras familias de prr. Si bien las respuestas inmunitarias innatas activadas por estos receptores en vegetales e invertebrados muestran tanto similitudes como diferencias en comparación con las de vertebrados, los mecanismos de respuesta inmunitaria innata son esenciales para la salud y la supervivencia de estos organismos variados.

Los vegetales se fundamentan en respuestas inmunitarias innatas para combatir infecciones

A pesar de las fuertes capas barrera protectoras externas de los vegetales, como la corteza y la cutícula, y las paredes celulares que rodean cada célula, los vegetales pueden quedar infectados por una amplia variedad de bacterias, hongos y virus, todos los cuales deben ser combatidos por el sistema inmunitario innato del vegetal. Los vegetales carecen de fagocitos o de otras células circulantes que puedan ser reclutadas hacia sitios de infección para montar respuestas protectoras. En lugar de eso, se fundamentan en respuestas inmunitarias innatas locales para protección contra infección. Algunas semejan respuestas innatas de animales, mientras que otras son bastante distintas (recuadro 5-3).

Las respuestas inmunitarias innatas de invertebrados y vertebrados muestran tanto similitudes como diferencias

Mecanismos inmunitarios innatos adicionales evolucionaron en animales y el ser humano como vertebrado comparte varias características de la inmunidad innata con los invertebrados. Los prr (incluso parientes de Toll de Drosophila y tlr de vertebrados) que tienen especificidades para pamp carbohidratos y peptidoglucanos microbianos, se encuentran en organismos tan primitivos como las esponjas. Junto con proteínas opsonina solubles (incluso algunas relacionadas con componentes del complemento), algunos de estos prr de invertebrado tempranos funcionan en la promoción de la fagocitosis, un mecanismo temprano para eliminar agentes patógenos. La señalización innata se ha estudiado en Drosophila y en las moscas se han identificado proteínas emisoras de señales que son homólogas a varias de las torrente abajo de tlr de vertebrado (incluso homólogos de MyD88 y de irak). Una diferencia es que el toll de mosca no se une a pamp de manera directa, sino que es activado de modo indirecto por el producto proteínico soluble de una cascada de enzimas desencadenada por unión de agente patógeno a proteínas de reconocimiento de patrones. Por medio de esta vía, las infecciones bacterianas y micóticas llevan a la degradación de un homólogo de IκB, y a la activación de miembros de la familia del NF-κB, Dif y Dorsal, que inducen la producción de drosomicina, una defensina de insecto, y otros péptidos antimicrobianos. Además de estas vías y otras activadas por prr, Drosophila y otros artrópodos emplean otras estrategias de inmunidad innata, entre ellas la activación de cascadas de fenol oxidasa que da lugar a melanización —el depósito de una nube de melanina alrededor de organismos invasores que evita su diseminación—. De este modo, los invertebrados y los vertebrados tienen mecanismos de respuesta inmunitaria innatos comunes, así como separados.

• Los receptores del sistema inmunitario innato reconocen patrones moleculares asociados con agente patógeno (pamp) conservados, que son motivos moleculares que se encuentran en microbios, y patrones moleculares asociados con daño (damp) provenientes de células senescentes, dañadas o muertas. Por ende, estos receptores se llaman receptores de reconocimiento de patrones (prr).

• Las capas epiteliales que sirven como un aislante entre el interior del cuerpo y agentes patógenos externos —la piel y capas epiteliales de los tractos mucosos y glándulas secretorias— constituyen una barrera anatómica que es muy eficaz en la protección contra infección. Estas capas epiteliales producen diversas sustancias protectoras, incluso pH ácido, enzimas, proteínas de unión y proteínas y péptidos antimicrobianos.

• La fagocitosis —rodear materiales particulados, como microbios, e internalizarlos— está mediada por receptores sobre fagocitos (monocitos, macrófagos, neutrófilos y células dendríticas) que reconocen de manera directa pamp sobre la superficie de microbios, o reconocen proteínas solubles (opsoninas) que se unen a los microbios. La unión a pamp desencadena captación de microbios hacia fagosomas, que se fusionan con lisosomas o gránulos preempacados, que llevan a la muerte por medio de degradación enzimática, proteínas y péptidos antimicrobianos, y efectos tóxicos de especies de oxígeno reactivo (ros) y especies de nitrógeno reactivo (rns).

• Las familias de prr (tlr, clr, rlr y nlr) reconocen una amplia variedad de ligandos de pamp (y damp), y desencadenan vías de señalización que activan genes que codifican para proteínas que contribuyen a las respuestas innata e inflamatoria.

• Los receptores tipo toll (tlr, homólogos del receptor toll de la mosca de la fruta) de vertebrados son dímeros de cadenas con dominios ricos en leucina (lrr) extracelulares que se unen a pamp y damp. De los 13 tlr que se encuentran en ratones y seres humanos, algunos están sobre la superficie celular, mientras que otros se encuentran en endosomas y lisosomas, donde cada uno se une a pamp revelados por el desmontaje o la degradación de agentes patógenos, como ácidos nucleicos microbianos.

• La unión de tlr a pamp activa vías de señalización; la vía particular varía dependiendo del tlr y de la proteína adaptadora que se une a su dominio Tir (sea MyD88 o trif) citoplasmático. Las vías de señalización activan factores de transcripción NF-κB, diversos factores reguladores de interferón (irf) y factores de transcripción (como AP-1) torrente abajo de las vías de la map cinasa (mapk).

• Los receptores de lectina tipo C (clr) comprenden una familia heterogénea de prr de superficie celular que reconocen componentes de la pared celular, en su mayor parte azúcares y polisacáridos, de bacterias y hongos. Desencadenan diversas vías de emisión de señales separadas que activan factores de transcripción, algunos de los cuales son similares a los activados por tlr.

• Los receptores tipo RIG-I (rlr) son rna helicasas que funcionan como prr citosólicos. Casi todos los pamp que reconocen son rna bicatenarios virales; después de unión a pamp, los rlr desencadenan vías de emisión de señales que activan irf y NF-κB.

• Los receptores tipo nod (nlr) son una familia grande de prr citosólicos activados por pamp, damp y otras sustancias perjudiciales intracelulares. Los nlr nod se unen a componentes microbianos intracelulares, como fragmentos de la pared celular. Otros nlr, como NLRP3, funcionan como inflamasomas; son activados por una amplia variedad de pamp, damp y cristales mediante detección de cambios en el medio intracelular. A continuación los inflamasomas activan la proteína caspasa-1, que divide los precursores grandes inactivos de las citocinas proinflamatorias IL-1 e IL-18, de modo que pueden liberarse citocinas activas desde las células.

• Las vías de emisión de señales torrente abajo de prr activan la expresión de diversos genes, incluso los que codifican para péptidos antimicrobianos, interferones tipo I (agentes antivirales potentes), citocinas (incluso IL-1, TNF-α e IL-6 proinflamatorias), quimiocinas y enzimas que ayudan a generar respuestas antimicrobianas e inflamatorias.

• Las respuestas inflamatorias son activadas por la respuesta inmunitaria innata a infección o daño tisular local —en particular, por las citocinas proinflamatorias y ciertas quimiocinas que son producidas—. Componentes tempranos clave de respuestas inflamatorias son permeabilidad vascular aumentada, lo que permite que mediadores innatos solubles lleguen al sitio infectado o dañado, y el reclutamiento de neutrófilos y otros leucocitos desde la sangre hacia el sitio.

• Un componente más tardío de las respuestas inflamatorias es la respuesta de fase aguda (apr), inducida por ciertas citocinas proinflamatorias (IL-1, TNF-α e IL-6). La apr comprende síntesis y secreción aumentadas por el hígado de varias proteínas antimicrobianas, entre ellas mbl, crp y componentes del complemento, que activan diversos procesos que contribuyen a la eliminación de agentes patógenos.

• Las células asesinas naturales (nk) son linfocitos con funciones inmunitarias innatas. Expresan un grupo de receptores activadores que reconocen componentes de superficie de las células del cuerpo inducidos por infección, transformación maligna u otros tipos de estrés. Las células nk activadas pueden matar la célula alterada misma, o producir citocinas que ayudan a inducir respuestas inmunitarias adaptativas contra la célula alterada, o efectúan ambas acciones.

• La importancia de las respuestas innata e inflamatoria es demostrada por las repercusiones de diversos defectos genéticos en seres humanos. Defectos en prr y en vías de emisión de señales que activan respuestas innatas llevan a incremento de la susceptibilidad a ciertas infecciones, mientras que otros defectos que activan inflamasomas de manera constitutiva contribuyen a diversos trastornos inflamatorios.

• Puesto que las respuestas innata e inflamatoria pueden ser perjudiciales, así como útiles, están altamente reguladas mediante vías de retroalimentación positivas y negativas.

• Para escapar a la eliminación por respuestas inmunitarias innatas, los agentes patógenos han adquirido por evolución una amplia gama de estrategias para bloquear respuestas antimicrobianas.

• Hay muchas interacciones entre los sistemas inmunitarios innato y adaptativo. El sistema inmunitario adaptativo ha recurrido a varios mecanismos de eliminación de agentes patógenos, como opsonización y activación del complemento, de modo que contribuyen a la eliminación de agentes patógenos mediada por anticuerpos.

• Las células B y algunas células T expresan tlr, que pueden servir como receptores coestimuladores. La unión a pamp ayuda a activar estas células para generar respuestas inmunitarias adaptativas. Los tlr expresados por células nk pueden servir como receptores activadores.

• Las células dendríticas son un puente celular clave entre las inmunidades innata y adaptativa. Componentes microbianos adquiridos por células dendríticas por medio de unión a prr durante la respuesta innata son llevados desde el sitio de infección hacia ganglios linfáticos. La activación de una célula dendrítica por pamp estimula a la célula para que madure, de modo que adquiera las habilidades para activar células T vírgenes para que se conviertan en células T citotóxicas y auxiliares maduras, y para influir sobre los grupos de citocinas que la célula T_H madura producirá.

• La inmunidad innata apareció al principio durante la evolución de organismos multicelulares. Si bien los tlr son singulares para animales, los prr con dominios de unión a ligando de repetición rica en leucina (lrr) que inducen respuestas inmunitarias innatas se encuentran en casi todos los vegetales y animales.

Sitios web útiles

www.biolegend.com/media_assets/.../InnatelmmunityResourceGuide_3.pdf Presenta un resumen conciso de la inmunidad innata, incluso un cuadro detallado sobre las células del sistema inmunitario innato, que incluye sus ubicaciones en el cuerpo, funciones o productos, receptores y modelos de activación.

cpmcnet.columbia.edu/dept/curric-pathology/pathology/pathology/pathoatlas/GP_l_menu.html Se muestran imágenes de las principales células inflamatorias involucradas en las inflamaciones aguda y crónica, así como ejemplos de enfermedades inflamatorias específicas.

portal.systemsimmunology.org/portal/web/guest/homepage Systems Approach to Immunology (systemsimmunology.org) es un gran programa de investigación colaborativa formado para estudiar los mecanismos mediante los cuales el sistema inmunitario responde a enfermedad infecciosa al incitar reacciones inflamatorias innatas y dar instrucciones para respuestas inmunitarias adaptativas.

www.biomedcentral.com/1471-2172/9/7 Sitio web de The Innate Immunity Database, un proyecto multiinstitucional patrocinado por los nih, que montó datos de microarreglo sobre las magnitudes de expresión de más de 200 genes en macrófagos estimulados con un panel de ligandos de tlr. La base de datos tiene el propósito de apoyar estudios de biología de sistemas de respuestas innatas a agentes patógenos.

www.immgen.org/index_content.html El Immunological Genome Project es un esfuerzo cooperativo para establecimiento de perfiles de transcripción profundos de todos los tipos de células inmunitarias.

www.ncbi.nlm.nih.gov/PubMed PubMed, la base de datos de la National Library of Medicine de más de 15 millones de publicaciones, es la base de datos bibliográfica más completa del mundo para literatura biológica y biomédica. También es muy fácil de usar, y pueden hacerse búsquedas por temas generales o específicos, autores, revisiones, y otros por el estilo. Es el mejor recurso para encontrar los artículos de investigación más recientes sobre inmunidad innata u otros temas en las ciencias biomédicas.

animaldiversity.ummz.umich.edu/site/index.html La Animal Diversity Web (ADW), con sede en la University of Michigan, es una base de datos excelente y completa de clasificación de animales, así como una fuente de información sobre la evolución natural de animales y la distribución de los mismos. Es un lugar para encontrar información acerca de animales que no son seres humanos o ratones.

en.wikipedia.org/wiki/lnnate_immune_system El sitio web Wikipedia presenta un resumen detallado del sistema inmunitario innato en animales y vegetales; contiene muchas figuras y fotografías que ilustran diversos aspectos de la inmunidad innata, más enlaces a muchas referencias.

PREGUNTA DE ENFOQUE CLÍNICO ¿Qué infecciones son extraordinariamente prevalentes en individuos con defectos genéticos en tlr o la vía de emisión de señales de tlr dependiente de MyD88? ¿En individuos con defectos en vías que activan la producción, o las actividades antivirales, del IFN-α,β? ¿Por qué se cree que estos individuos no son susceptibles a un rango más amplio de enfermedades, y qué evidencia apoya esta hipótesis?

1. Use la lista siguiente para completar las aseveraciones que siguen. Algunos términos pueden usarse más de una vez, o no usarse en absoluto.

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   Respuesta de fase aguda	Células NK
   Anticuerpos	NLR
   Arginina	NO
   Caspasa-1	O2
   Proteína C reactiva (CRP)	PAMP
   Complemento	Fagocitosis
   Moléculas coestimuladoras	Citocinas proinflamatorias
   Defensinas	PRR
   Células dendríticas	Psoriasina
   Ficolinas	RLR
   IL-1	ROS
   Inflamasomas	RNS
   INOS	Proteínas surfactantes (SP) a, d
   Interferones-α,β	TRIF
   IRF	Receptores de célula T
   Lisozima	TLR2
   Lectina de unión a manosa (MBL)	TLR3
   MyD88	TLR4
   NADPH	TLR7
   NADPH fagosoma oxidasa	TLR9
   NF-κB	TNF-α

   1. Ejemplos de proteínas y péptidos con actividad antimicrobiana directa que están presentes sobre superficies epiteliales son __________, __________ y __________.

   2. Las proteínas de reconocimiento de patrones, solubles, que funcionan como opsoninas, que aumentan la __________, incluyen __________, __________, __________ y __________; de éstas, las que también activan el complemento son __________ y __________.

   3. La enzima __________ utiliza __________ para generar __________ que matan microbios; una de éstas, más el gas antimicrobiano __________ generado por la enzima __________ a partir del aminoácido __________, se usan para generar __________, que también puede ser antimicrobiano.

   4. Como componentes de respuestas inmunitarias innatas, tanto los __________ (proteínas secretadas) como las __________ (un tipo de linfocito) defienden contra infección viral.

   5. La ____________ ocurre cuando ____________, como __________ y __________, son generadas por respuestas inmunitarias innatas y actúan sobre el hígado.

   6. Los __________, receptores de la inmunidad innata que detectan __________, son codificados por genes de la línea germinal, mientras que los receptores característicos de la inmunidad adaptativa, __________ y __________, son codificados por genes cuya expresión requiere rearreglos de genes durante el desarrollo de linfocito.

   7. Entre los tlr de superficie celular, __________ detecta infecciones por bacterias grampositivas, mientras que __________ detecta infecciones por bacterias gramnegativas.

   8. Algunas células usan los tlr intracelulares __________ y __________ para detectar infecciones por virus rna y __________ para detectar infecciones por bacterias y algunos virus dna.

   9. El __________ es único entre los prr por cuanto funciona tanto sobre la membrana plasmática como en endosomas y se une a las proteínas adaptadoras tanto __________ como __________.

   10. Los __________ son receptores que detectan ácidos nucleicos virales citosólicos, mientras que los __________ incluyen receptores citosólicos que detectan componentes de la pared celular bacteriana intracelulares.

   11. Los factores de transcripción clave para inducir expresión de proteínas involucradas en las respuestas inmunitarias innatas son __________ e __________.

   12. La producción de la citocina proinflamatoria clave __________ es compleja, porque requiere activación de la transcripción mediante vías de señalización torrente abajo de __________, seguida por división de su proteína precursora grande por la __________, que es activada por __________, miembros de la familia de receptores innatos __________.

   13. Después de maduración inducida por unión de __________ a sus __________, células conocidas como __________ se hacen activadores eficientes de células T auxiliares y citotóxicas vírgenes.

   14. Los __________ y las __________ son componentes del sistema inmunitario innato comunes tanto a vegetales como a animales.

2. ¿Cuáles son las dos observaciones experimentales que enlazaron por vez primera los tlr con la inmunidad innata en vertebrados?

3. ¿Cuáles son los datos característicos de una respuesta inflamatoria localizada? ¿Cómo son inducidos por la respuesta inmunitaria innata temprana en el sitio de infección, y de qué modo estas características contribuyen a una respuesta inmunitaria innata eficaz?

4. En vertebrados, la inmunidad innata colabora con la inmunidad adaptativa para proteger al huésped. Comente esta colaboración, nombrando puntos de interacción clave entre los dos sistemas. Incluya al menos un ejemplo en el cual la respuesta inmunitaria adaptativa contribuya a la inmunidad innata aumentada.

5. Conforme la inmunidad adaptativa evolucionó en vertebrados, se retuvo el sistema más antiguo de la inmunidad innata. ¿Puede usted pensar en alguna desventaja de tener un sistema de inmunidad doble? ¿Argumentaría que uno u otro sistema es más esencial?

ANALICE LOS DATOS En diversos estudios se ha mostrado que parásitos gusanos helmintos han desarrollado muchos mecanismos para inhibir respuestas innata e inflamatoria que de otro modo contribuirían a su eliminación. Se ha mostrado que un parásito particular, el nematodo filarial Acanthocheilonema viteae, secreta una lipoglucoproteína, ES-62, que inhibe respuestas proinflamatorias. Con base en estas observaciones iniciales, un grupo de investigadores ha estado estudiando cómo ES-62 logra este efecto antiinflamatorio, y si ES-62 podría inhibir el desarrollo de choque séptico en individuos con sepsis. Despierta interés que encontraron que ES-62 se une a TLR4 (pero no a otros tlr). Con base en lo que usted ha aprendido en este capítulo, y en la información y los datos que se proporcionan a continuación tomados del artículo reciente de estos investigadores (P. Puneet et al., 2011, Nature Immunology 12:344), responda las preguntas que siguen. (Nota: los diversos métodos usados para obtener los datos que se presentan a continuación se describen en el capítulo 20.)

1. Efectos de ES-62 sobre la producción de mediador proinflamatorio

   Macrófagos de pacientes con sepsis fueron incubados con nada (“basal”) o con el ligando de TLR4 LPS o el ligando de lipoproteína TLR2 blp, con o sin ES-62. Tras 24 h, se recolectaron líquidos de cultivo de tejido y se analizaron mediante elisa respecto a las concentraciones de las citocinas proinflamatorias IL-1, IL-6 y TNF-α; las quimiocinas IL-8 (CXCL8), MCP-1 (CCL2) y rantes (CCL5), y la proteína nuclear HMGB1 (que es liberada por células activadas o dañadas y tiene actividades proinflamatorias).

   

2. Efectos de ES-62 sobre la expresión de superficie celular de TLR4 y TLR2

   Las concentraciones de TLR4 y TLR2 se midieron sobre macrófagos y neutrófilos provenientes de personas normales y de pacientes con sepsis, incubados con ES-62 o sin ella durante 3 h. Las células se tiñeron con anticuerpos fluorescentes contra TLR4 o TLR2, o con anticuerpos control (no reactivos) con la misma clase de cadena pesada de inmunoglobulina (“isotipo”). Las células teñidas se analizaron usando un citómetro de flujo respecto a las cifras de su fluorescencia, indicada en el eje X. La fluorescencia obtenida con el anticuerpo control isotipo representa tinción específica nula. El número de células (“eventos”) con diferentes cifras de fluorescencia se indica en el eje Y.

   

3. Efecto de ES-62 sobre la concentración de MyD88

   Se prepararon extractos de células provenientes de macrófagos y neutrófilos de pacientes con sepsis, que se incubaron sin (0) ES-62, o durante 3 o 6 h con esta última. Las proteínas del extracto se separaron por tamaño mediante sds-page, y se sujetaron a inmunoelectrotransferencia Western a fin de evaluar las concentraciones de MyD88 y, como un control, la proteína celular omnipresente α-tubulina. Los geles se colocaron sobre papel filtro, y los filtros se tiñeron con anticuerpos contra MyD88 y contra α-tubulina. Los anticuerpos unidos se visualizaron para revelar la concentración de MyD88 y tubulina.

1. ¿Qué es el choque séptico, y cómo es inducido por infecciones bacterianas?

2. Los investigadores probaron si ES-62 inhibe la producción de mediadores proinflamatorios por macrófagos provenientes de personas normales y de pacientes hospitalizados con sepsis. En el panel a) anterior se presentan los resultados con macrófagos provenientes de pacientes con sepsis; las células de individuos normales dieron resultados similares. ¿Qué efecto tiene ES-62 sobre respuestas inducidas por los dos pamp? Dado que ES-62 se une a TLR4 pero no a TLR2, ¿qué indican estos resultados acerca del mecanismo de inhibición por ES-62?

   Los investigadores compararon las concentraciones de TLR4 y TLR2 expresadas por macrófagos y neutrófilos provenientes de personas normales, con las de pacientes con sepsis. Como habían observado otros, el panel b) muestra que las células de pacientes con sepsis expresan cifras más altas de estos tlr que las células de individuos normales. ¿De qué clase de regulación por retroalimentación es un ejemplo esto? ¿Por qué esta respuesta de retroalimentación en circunstancias normales es beneficiosa en individuos con infecciones limitadas pero desventajosa en individuos con sepsis?

   En el mismo experimento que se muestra en el panel b), algunas células de pacientes con sepsis se incubaron con ES-62. ¿Qué efecto tiene ES-62 sobre la expresión de TLR4? ¿Sobre la expresión de TLR2?

   Los investigadores también analizaron la concentración de MyD88 en macrófagos y neutrófilos de pacientes con sepsis luego de exposición nula o de exposición a ES-62 durante 3 o 6 h (panel c). ¿Qué muestra esta inmunoelectrotransferencia Western?

   Al volver al dato inicial de que ES-62 inhibe la inducción de mediadores proinflamatorios por pamp que activan TLR4 o TLR2 (panel a), ¿cómo podría explicarse ese dato por los datos mostrados en los paneles b) y c) (esto es, los efectos de ES-62 sobre la expresión de tlr y MyD88)?

   Dados estos resultados, ¿cree usted que la inyección de ES-62 podría usarse para curar choque séptico una vez que ha ocurrido? ¿Cree que ES-62 podría prevenir choque séptico en pacientes con sepsis? Explique sus respuestas.

Respuesta de enfoque clínico Los niños con defectos genéticos en MyD88 e IRAK4 muestran susceptibilidad particular a infecciones por Streptococcus pneumoniae, Staphylococcus aureus y Pseudomonas aeruginosa, y los niños que presentan variantes genéticas de TLR4 son susceptibles a infecciones de las vías urinarias por gramnegativos. Los niños que tienen defectos en las vías que activan la producción o los efectos antivirales de IFN-α, β son susceptibles a encefalitis por virus del herpes simple. Se cree que estos individuos no son susceptibles a una gama más amplia de enfermedades infecciosas porque otras respuestas inmunitarias innatas y adaptativas proporcionan protección adecuada. La evidencia de apoyo para la respuesta inmunitaria adaptativa que protege contra infecciones es que esta gama limitada de susceptibilidades se observa principalmente en niños, que se hacen menos susceptibles conforme crecen, quizá a medida que desarrollan memoria inmunológica adaptativa a estos agentes patógenos.

1. a) defensinas, lisozima, psoriasina b) fagocitosis, proteína C reactiva, ficolinas, mbl, proteínas surfactantes, A, D; proteína C reactiva, mbl c) nadph fagosoma oxidasa, O², ros; no, iNOS, arginina, rns d) Interferones-α, β, células nk e) Respuesta de fase aguda, citocinas proinflamatorias, IL-1, TNF-α f) prr, pamp, anticuerpos, receptores de célula T g) TLR2, TLR4 h) TLR3, TLR7, TLR9 i) TLR4, MyD88, trif j) rlr, nlr k) NF-κB, irf l) IL-1, prr, caspasa-1, inflamasomas, nlr m) pamp, prr, células dendríticas n) prr, defensinas.

2. B. Beutler mostró que los ratones lpr eran resistentes a endotoxina (lps), y que la diferencia genética en estos ratones fue la falta de un TLR4 funcional debido a una mutación única en el gen que codifica para TLR4. R. Medzhitov y C. Janeway demostraron que una proteína con homología a Toll de Drosophila (que resultó ser TLR4) activó la expresión de genes de la inmunidad innata cuando fue expresada en una línea de células humanas.

3. La inflamación se caracteriza por rubor, calor, tumefacción, dolor y a veces pérdida de la función local. Las citocinas sintetizadas por células innatas residentes activadas por prr actúan sobre el endotelio vascular, lo cual causa dilatación vascular (que produce rubor y calor) y aumenta la permeabilidad, lo que da lugar a flujo de entrada de líquido y tumefacción (que produce edema). Las prostaglandinas generadas después de la expresión inducida de COX2, junto con mediadores como histamina, llevan a la activación de receptores de dolor locales. La tumefacción y el daño tisular local pueden dar lugar a pérdida de la función. La permeabilidad vascular aumentada permite un flujo hacia adentro de líquido que contiene sustancias protectoras, entre ellas opsoninas y complemento (así como anticuerpos, si están presentes). La producción local de quimiocinas, junto con la expresión inducida de moléculas de adhesión sobre células endoteliales vasculares, recluta al sitio células innatas adicionales, como neutrófilos y macrófagos, lo cual contribuye más a respuestas innatas y eliminación de agentes patógenos mediante fagocitosis y liberación de mediadores antimicrobianos. Las citocinas proinflamatorias sintetizadas durante esta respuesta innata también pueden tener acción sistémica, lo cual desencadena la respuesta de fase aguda.

4. El sistema inmunitario innato desempeña funciones clave en la activación y la regulación de respuestas inmunitarias adaptativas. Las células dendríticas son mediadores clave de dichas funciones. Se unen a agentes patógenos en capas epiteliales, y los llevan a órganos linfoides secundarios, como los ganglios linfáticos. Después de activación/maduración inducida por señalización de tlr, presentan péptidos provenientes de antígeno procesado para activar células T CD4⁺ y CD8⁺ vírgenes. Dependiendo del agente patógeno y de los prr a los cuales se une, las células dendríticas son activadas para producir ciertas citocinas que inducen de manera diferencial células CD4⁺ vírgenes para que se diferencien hacia subgrupos T^H con funciones diferentes, por lo general apropiadas para el agente patógeno particular. Asimismo, la unión de pamp a tlr expresados sobre linfocitos B y T puede contribuir a su activación por antígenos específicos para generar respuestas adaptativas. Ejemplo de una respuesta adaptativa que aumenta respuestas inmunitarias innatas: la citocina IFN-γ, producida por células T_H1 activadas, es un potente activador de macrófagos, lo cual incluye activarlos para matar bacterias intracelulares como M. tuberculosis.

5. Una desventaja potencial importante del sistema inmunitario adaptativo, con la generación de novo de diversos receptores de antígeno en las células B y T de cada individuo, es la posibilidad de autoinmunidad, que puede dar lugar a enfermedad. Las respuestas adaptativas también son lentas. Los prr conservados que han evolucionado para reconocer pamp tienen menos probabilidades de generar respuestas destructivas a componentes propios, y las respuestas innatas son activadas con rapidez. Las desventajas de la autorreactividad potencial y respuesta lenta son sobrepasa das por las ventajas de tener inmunidad adaptativa, así como innata. Si bien la respuesta innata es rápida y ayuda a iniciar y regular la respuesta adaptativa, la inmunidad innata no puede mostrar respuesta a nuevos agentes patógenos que pueden haber evolucionado para carecer de pamp reconocidos por prr. Asimismo, en general (excepto por las células nk) no hay memoria inmunológica, de modo que la respuesta innata no puede ser preparada por exposición inicial a agentes patógenos. Dadas sus ventajas y desventajas complementarias, ambos sistemas son esenciales para mantener la salud de animales vertebrados.

Analice los datos

a. La sepsis es una respuesta sistémica en potencia peligrosa a infección (generalmente por septicemia —infecciones bacterianas de la sangre—) que incluye fiebre, frecuencia cardiaca y frecuencia respiratoria altas, presión arterial baja y función de órgano alterada debido a defectos circulatorios. En su forma extrema, la sepsis puede llevar a insuficiencias circulatoria y respiratoria, lo cual en muchos casos da lugar a choque séptico y muerte. Las infecciones diseminadas activan células sanguíneas, entre ellas monocitos y neutrófilos, así como macrófagos residentes y otras células en el bazo, el hígado y otros tejidos, para que liberen mediadores proinflamatorios, entre ellos IL-1, TNF-α e IL-6; éstos, a su vez, activan de manera sistémica células endoteliales vasculares, lo cual induce su expresión de citocinas, quimiocinas, moléculas de adhesión y factores de la coagulación que amplifican la respuesta inflamatoria. Las enzimas, ros y rns liberadas por neutrófilos activados y otras células dañan la vasculatura; este daño, junto con vasodilatación y permeabilidad vascular aumentada inducidas por TNF-α, dan lugar a pérdida de líquido hacia los tejidos, que disminuye la presión arterial. El TNF-α también estimula la liberación de factores de la coagulación por células endoteliales vasculares, lo cual da lugar a coagulación intravascular de sangre en capilares. Estos efectos sobre los vasos sanguíneos son en particular perjudiciales para los riñones y los pulmones, que están altamente vascularizados. Las cifras circulantes altas de TNF-α e IL-1 también tienen efectos adversos sobre el corazón.

b. La producción de ES-62 inhibe la producción de todos los mediadores proinflamatorios probados después de activación con el ligando TLR2 o TLR4. Puesto que ES-62 se une a TLR4 pero no ha TLR2, los resultados implican que la unión de ES-62 inhibe vías torrente abajo tanto de TLR4 como de TLR2 que activan la síntesis y secreción de estos mediadores, más que sólo inhibir TLR4 mismo (como al bloquear la unión a lps).

Se trata de un ejemplo de regulación por retroacción positiva: la activación de macrófagos y neutrófilos por infección bacteriana estimula expresión aumentada de TLR4 y TLR2, lo cual probablemente incrementa la capacidad de las células para responder a las bacterias con respuestas innatas e inflamatorias protectoras. De cualquier modo, la expresión aumentada de tlr podría exacerbar la respuesta en pacientes con sepsis, e incrementar las probabilidades de aparición de choque séptico.

El tratamiento con ES-62 inhibe por completo la expresión de TLR4, de modo que la tinción es la misma que la del anticuerpo control isotipo (esto es, no hay tinción específica). En contraste, ES-62 carece de efecto sobre la expresión de TLR2 sobre células de pacientes con sepsis.

La inmunoelectrotransferencia Western muestra que la incubación con ES-62 conduce a pérdida de MyD88 a partir de células, lo que sugiere que ES-62 induce degradación de MyD88.

Puesto que ES-62 induce la pérdida de MyD88 y de TLR4 (pero no de TLR2) desde la superficie celular, ES-62 probablemente induce la degradación de ambas proteínas. Está claro que la pérdida de TLR4 de la superficie celular eliminaría la activación por el potente ligando de tlr, lps. Además, la ausencia de MyD88 evitaría la activación de vías de señalización torrente abajo de todos los otros tlr excepto TLR3 (que emite señales por medio del adaptador trif) y, por ende, explicaría la inhibición por ES-62 de la activación de mediadores proinflamatorios tanto por ligando de TLR4 como de ligando de TLR2 que se muestra en el panel a). En otros experimentos reportados en el artículo de Puneet et al. (2011) se confirma que ES-62 induce la degradación intracelular de TLR4 y MyD88; ES-62 los dirige a endosomas, que se fusionan con lisosomas.

Dados los muchos efectos complejos de las cifras excesivas de mediadores proinflamatorios sobre muchos órganos que están asociados con choque séptico, es poco probable que la inyección de ES-62 pudiera curar el choque séptico una vez que se encuentre en proceso. No obstante, las inyecciones de ES-62 en pacientes con sepsis podrían reducir las cifras totales de mediadores proinflamatorios a fin de evitar que se presente un choque séptico. Esto se confirmó en estudios de sepsis en ratones descritos en el artículo por Puneet y colaboradores (2011). Ratones en los cuales se practicó punción quirúrgica del intestino presentaron choque séptico mortal por infección sistémica por bacterias intestinales mixtas. Sin embargo, el tratamiento con ES-62 empezando una hora después de la función proporcionó protección completa contra choque séptico, y el tratamiento combinado con ES-62 y antibióticos (comúnmente usados en pacientes con sepsis), cuando se inició tan tarde como 6 h después de la punción, también dio protección completa. Como Puneet y colaboradores (2011) concluyen en su artículo, vale la pena explorar el tratamiento con ES-62 (o con compuestos relacionados), combinado con antibióticos, como una terapia en potencia eficaz en pacientes con sepsis.