Capítulo 11: Activación, diferenciación y memoria de células T

La interacción entre una célula T virgen y una célula presentadora de antígeno (apc) es el evento iniciador de la respuesta inmunitaria adaptativa. Antes de esto, el sistema inmunitario innato ha sido avisado en el sitio de infección o de daño de tejido, y las apc, típicamente células dendríticas, han sido activadas por medio de sus receptores de reconocimiento de patrones. Estas células pueden haber fagocitado agentes patógenos extracelulares (u opsonizado agentes patógenos intracelulares), o pueden haber sido infectadas por un agente patógeno intracelular. En uno u otro caso, han procesado y presentado péptidos provenientes de estos agentes patógenos en complejo con moléculas de superficie del mhc clase I y clase II, y han llegado a un ganglio linfático local (de drenaje), y/o al bazo. Las apc se han quedado a residir en las zonas de células T del ganglio linfático o el bazo para unirse a redes de otras células que son examinadas continuamente por células T CD8⁺ y CD4⁺ vírgenes ambulantes que reconocen complejos de mhc clase I-péptido y de mhc clase II-péptido, respectivamente.

Se ha observado que cada célula T madura expresa un receptor de antígeno singular que ha sido montado por medio de reordenamiento de gen al azar durante el desarrollo de la célula T en el timo (capítulo 9). Puesto que las células T en desarrollo pasan por eventos de selección dentro del timo, cada célula T virgen, madura, es tolerante a antígenos propios, y está restringida a mhc propio (capítulo 9). Algunas células T vírgenes se han comprometido a la línea de células T citotóxicas CD8⁺, y algunas a la línea de células T auxiliares CD4⁺. Cuando una célula T CD8⁺ o CD4⁺ virgen se une estrechamente a un complejo de mhc-péptido expresado por una célula dendrítica activada, queda activada por señales generadas por medio del tcr (capítulo 3). Estas señales, conjuntamente con señales provenientes de otros factores que se describirán más adelante, estimulan a las células T para que proliferen y se diferencien hacia una célula efectora.

Como el lector sabe, las células T CD8⁺ vírgenes se convierten en células citotóxicas en respuesta a unión de combinaciones de mhc clase I-péptido. Si bien en este capítulo se hace referencia a la activación de células T CD8⁺, sus funciones efectoras se comentan con detalle en el capítulo 13. Las células T CD4⁺ vírgenes se convierten en células auxiliares en respuesta a unión de combinaciones de mhc clase II-péptido (figura 11-1, Perspectiva general). Este capítulo se enfoca en este evento, que es crucial para el desarrollo de las inmunidades tanto humoral como mediada por células, así como para el desarrollo de memoria de células B y células T CD8⁺. Las células T CD4⁺ pueden diferenciarse hacia un sorprendente número de subgrupos auxiliares distintos, cada uno de los cuales tiene una función diferente en el combate de infección (véase más adelante).

En este capítulo se revisan brevemente los eventos celulares y moleculares que activan células T, y a continuación se profundiza el entendimiento de las interacciones coestimuladoras que desempeñan un papel importante en la determinación del resultado de las interacciones de célula T-APC. Posteriormente se comentan los resultados de la activación de células T vírgenes —el desarrollo de células T efectoras y de memoria— con enfoque principalmente en los distintos destinos y funciones de los subgrupos de células T auxiliares CD4⁺ que impulsan una respuesta adaptativa.

El subgrupo auxiliar en el cual la célula T CD4⁺ virgen se convierte depende de los tipos de señales (p. ej., citocinas, señales coestimuladoras) que recibe a partir de las células dendríticas a las que se une por medio de sus tcr. Las señales que las células dendríticas son capaces de suministrar dependen en gran parte del agente patógeno al cual han quedado expuestas (capítulo 5; figura 5-18). Aún se están haciendo investigaciones para entender todas las variables involucradas en la determinación de las elecciones de línea de células T auxiliares, pero aquí se da una introducción al pensamiento actual.

También se describen las funciones conocidas de las células auxiliares especializadas, con enfoque en células T_H1, T_H2, T_H17, T_FH y T_REG. El capítulo finaliza con una exposición de la memoria de células T, que depende de ayuda de células T CD4⁺, y se describe tanto lo que se sabe como lo que se está investigando.

Se ofrecen un recuadro de Experimento clásico y uno de Enfoque clínico, los cuales describen la investigación básica que está detrás del descubrimiento de la molécula coestimuladora CD28, un participante esencial en la activación de células T vírgenes, y después el desarrollo de una terapia molecular para enfermedades autoinmunitarias que aprovecha lo que se sabe acerca de los aspectos biológicos de la coestimulación. Estos recuadros, juntos, ilustran las potentes conexiones entre la investigación básica y el desarrollo clínico, que subyacen a la investigación traduccional, un esfuerzo por llevar “al lado de la cama del paciente” descubrimientos científicos hechos en el laboratorio, que han captado la imaginación de muchos investigadores biomédicos.

En el recuadro de Avances se describe un esfuerzo más reciente para averiguar precisamente cómo muchos receptores de células T deben ser unidos para iniciar la activación de célula T. La respuesta fue inicialmente sorprendente, pero en retrospectiva puede no ser sorprendente en absoluto. En el recuadro de Enfoque clínico se comenta cómo una enfermedad, un “experimento de la naturaleza”, ha ayudado a entender mejor los aspectos biológicos básicos y la función fisiológica de las células efectoras introducidas en este capítulo.

Las células T CD4⁺ y CD8⁺ salen del timo y entran a la circulación como células en reposo en la etapa G₀ del ciclo celular; estas células T vírgenes están maduras, pero todavía no han encontrado antígeno. Su cromatina está condensada, tienen muy poco citoplasma, y muestran poca actividad transcripcional. Sin embargo, son células móviles y recirculan continuamente entre la sangre, la linfa y los tejidos linfoides secundarios, incluso ganglios linfáticos, en búsqueda de antígeno. Se estima que cada célula T virgen recircula desde la sangre a través de los ganglios linfáticos y de regreso de nuevo cada 12 a 24 h. Dado que sólo alrededor de 1 de cada 10⁵ células T vírgenes es probable que sea específica para cualquier antígeno dado, esta recirculación a gran escala incrementa las probabilidades de que una célula T encuentre antígeno apropiado.

Si una célula T virgen no se une a cualquiera de los complejos de mhc-péptido encontrado conforme recorre las superficies de células del estroma de un ganglio linfático, sale por los linfáticos eferentes, y finalmente drena hacia el conducto torácico y vuelve a incorporarse a la sangre (capítulo 2). Empero, si una célula T virgen encuentra una apc que exprese un mhc-péptido al cual pueda unirse, iniciará un programa de activación que produce una gama diversa de células que dirigen los esfuerzos destinados a eliminar infección.

Recuerde (capítulo 3) que una interacción exitosa entre una célula T y una apc da lugar a la organización estable de moléculas de emisión de señales hacia una sinapsis inmunológica (figura 11-2). Los complejos de tcr/mhc-péptido y correceptores son agregados en la parte central de esta sinapsis (complejo activador supramolecular central, o cSMAC). La afinidad intrínseca entre las superficies del tcr y del mhc-péptido es bastante baja (la K_d varía de 10^–4 a 10^–7 M), y es estabilizada por la actividad de varias moléculas que, juntas, aumentan la avidez (la afinidad combinada de todas las interacciones célula-célula) de la interacción celular. Los correceptores CD4 y CD8, que se encuentran en el cSMAC, estabilizan la interacción entre tcr y mhc al unirse a moléculas de mhc clase II y moléculas de mhc clase I, respectivamente. Las interacciones entre moléculas de adhesión y sus ligandos (p. ej., LFA-1/ICAM-1 y CD2/LFA-3) ayudan a sostener las señales generadas al permitir interacciones celulares a largo plazo. Estas moléculas están organizadas alrededor del agregado central, y forman el smac periférico o “p”.

Con todo, incluso la avidez funcional aumentada ofrecida por correceptores y moléculas de adhesión aún es insuficiente para activar por completo una célula T. Las interacciones entre receptores coestimuladores sobre células T (p. ej., CD28) y ligandos coestimuladores sobre células dendríticas (p. ej., CD80/86) proporcionan una segunda señal requerida. Además, un tercer grupo de señales, proporcionado por citocinas locales (señal 3), dirige la diferenciación de células T hacia tipos de células efectoras distintos (véase más adelante).

Se requieren señales coestimuladoras para la activación y proliferación óptimas de células T

¿Qué evidencia orientó hacia un requerimiento de una segunda señal coestimuladora? En 1987, Helen Quill y Ron Schwartz reconocieron que, en ausencia de apc funcionales, las interacciones de tcr-mhc de alta afinidad aisladas en realidad llevaron a falta de capacidad de respuesta, más que a activación, de célula T —un fenómeno que llamaron anergia de célula T—. Sus estudios llevaron a la noción simple pero poderosa de que para la activación de célula T se requería no una señal, sino dos señales: la señal 1 es proporcionada por unión a tcr específico para antígeno (que puede ser unido por correceptores y moléculas de adhesión), y la señal 2 es proporcionada por contacto con un ligando coestimulador, que sólo puede ser expresado por una apc funcional. Cuando una célula T recibe tanto señal 1 como señal 2, será activada para producir citocinas que aumentan la entrada hacia el ciclo celular y proliferación (figura 11-3).

Ahora se sabe que la señal 2 se produce por una interacción entre receptores coestimuladores específicos sobre células T y ligandos coestimuladores sobre células dendríticas (cuadro 11-1). Recuerde que las células dendríticas y otras apc quedan activadas por unión de antígeno a prr, para expresar ligandos coestimuladores (p. ej., CD80 y CD86) y producir citocinas que aumentan su capacidad para activar células T (capítulo 5). CD28 es el ejemplo más comúnmente citado de un receptor coestimulador, pero desde entonces se han identificado otras moléculas relacionadas que proporcionan señales coestimuladoras durante activación de células T, y se describen también más adelante. Dado que estas moléculas aumentan la emisión de señales de tcr, se denominan en conjunto receptores y ligandos coestimuladores “positivos”.

También se han identificado receptores coestimuladores negativos, que inhiben la emisión de señales de tcr. Si bien el entendimiento de sus funciones específicas es incompleto, como grupo desempeñan funciones importantes en 1) el mantenimiento de la tolerancia de células T periféricas, y 2) la reducción de la inflamación tanto después de la evolución natural de una infección como durante respuestas a infección crónica. Como puede imaginarse, la expresión y actividad de moléculas coestimuladoras negativas y positivas deben ser reguladas con cuidado desde los puntos de vista temporal y espacial. Las células T vírgenes, por ejemplo, no expresan receptores coestimuladores negativos, lo que les permite ser activadas en tejido linfoide secundario durante el inicio de una respuesta inmunitaria. Por otro lado, las células T efectoras regulan en dirección ascendente sus receptores coestimuladores negativos al final de una respuesta inmunitaria, cuando la proliferación ya no es ventajosa. Aun así, estas generalizaciones contradicen la complejidad de regulación de esta muy importante red coestimuladora, y diversos investigadores aún trabajan para entender los detalles. A continuación se introducen aspectos de la estructura, función, expresión y, cuando se conoce, regulación de varios coestimuladores positivos y negativos.

Receptores coestimuladores positivos: CD28

CD28, una glucoproteína de 44 kDa expresada como un homodímero, fue la primera molécula coestimuladora que se descubrió (véase el recuadro 11-1, Experimento clásico). Expresada por todas las células T CD4⁺ de ser humano y murinas vírgenes y activadas, todas las células T CD8⁺ murinas y, lo cual despierta interés, sólo 50% de las células T CD8⁺ de humano, aumenta de manera notoria la proliferación y la supervivencia inducidas por tcr al cooperar con señales de receptor de célula T para inducir la expresión de la citocina pro-proliferativa IL-2, y el miembro de la familia bcl-2 prosupervivencia, bcl-xL.

CD28 se une a dos ligandos distintos de la familia de proteínas B7: CD80 (B7-1) y CD86 (B7-2), los que son miembros de la superfamilia de inmunoglobulina, que tienen dominios extracelulares similares. Despierta interés que sus regiones intracelulares difieren, lo que sugiere que podrían no simplemente actuar como ligandos pasivos; más bien, quizá tengan la capacidad para generar señales que influyen sobre el apc, una opinión que tiene cierto apoyo experimental.

Aunque casi todas las células T expresan CD28, casi ninguna célula en el cuerpo expresa sus ligandos. De hecho, sólo las apc profesionales tienen la capacidad de expresar CD80/86. Las células dendríticas maduras, el mejor activador de células T vírgenes, parecen expresar de manera constitutiva CD80/86, y los macrófagos y las células B tienen la capacidad para regular en dirección ascendente CD80/86 después de que son activados por un encuentro con agente patógeno (capítulo 5).

Receptores coestimuladores positivos: icos

Desde el descubrimiento de CD28, se han identificado varios otros receptores estructuralmente relacionados. Al igual que CD28, el coestimulador (costimulator) inducible (icos) estrechamente relacionado proporciona coestimulación positiva para la activación de células T. De cualquier modo, más que unirse a CD80 y CD86, icos se une a otro miembro de la familia B7 que está creciendo, el ligando de icos (icos-l), que también es expresado sobre un subgrupo de apc activadas.

Diferencias en patrones de expresión de CD28 e icos indican que estas moléculas coestimuladoras positivas desempeñan papeles distintos en la activación de células T. A diferencia de CD28, icos no es expresado sobre células T vírgenes; más bien, es expresado sobre células T de memoria y efectoras. Diversas investigaciones sugieren que CD28 desempeña un papel coestimulador clave durante el inicio de activación y que icos desempeña un papel clave en el mantenimiento de la actividad de células T efectoras y de memoria ya diferenciadas.

Receptores coestimuladores negativos: CTLA-4

El descubrimiento de CTLA-4 (CD152), el segundo miembro de la familia CD28 que se identificó, causó revuelo. Aunque estrechamente relacionado en estructura con CD28, y capaz también de unirse tanto a CD80 como a CD86, CTLA-4 no actuó como un coestimulador positivo. En lugar de eso, antagonizó señales activadoras de células T y ahora se denomina receptor coestimulador negativo.

CTLA-4 no es expresado de manera constitutiva sobre células T en reposo. Más bien, es inducido en el transcurso de 24 horas después de activación de una célula T virgen, y su expresión alcanza un máximo en el transcurso de dos a tres días después de estimulación. Las cifras de superficie máximas de CTLA-4 son más bajas que las cifras de CD28 máximas, pero dado que se une a CD80 y CD86 con afinidad notoriamente más alta, CTLA-4 compite de manera muy favorable con CD28. Despierta interés que la expresión de CTLA-4 aumenta en proporción con la cantidad de coestimulación CD28, lo que sugiere que CTLA-4 actúa para “frenar” la influencia proliferativa de la unión TCR-CD28. La importancia de esta función inhibidora es subrayada por el fenotipo de ratón con deleción (knockout) de CTLA-4, cuyas células T proliferan sin control, lo cual lleva a linfadenopatía (ganglios linfáticos muy agrandados), esplenomegalia (bazo agrandado), autoinmunidad y muerte en el transcurso de tres a cuatro semanas después del nacimiento.

Receptores coestimuladores negativos: PD-1 y btla

PD-1 (CD 279) y el atenuador de linfocitos B y T (btla [CD272]) son adiciones relativamente nuevas a la lista de receptores coestimuladores negativos. Aunque relacionados de manera más distante con miembros de la familia CD28 que CTLA-4, también inhiben la activación de célula T mediada por tcr. Muerte (death) programa-1 (PD-1) es expresado por células tanto B como T, y se une a dos ligandos, PD-L1 (B7-H1) y PD-L2 (B7-DC), que también son miembros de la familia CD80/86. PD-L2 es expresado de modo predominante sobre apc; no obstante, PD-L1 es expresado más ampliamente, y quizá ayude a mediar la tolerancia de células T en tejidos no linfoides. Datos recientes sugieren que las interacciones PD-L1/PD-L1/2 regulan la diferenciación de células T reguladoras.

btla es expresado más ampliamente: no sólo se ha encontrado sobre células T_H convencionales, así como sobre células T γδ y células T reguladoras, sino que también es expresado sobre células nk, algunos macrófagos y células dendríticas, y más sobre células B. Despierta interés que el ligando primario de btla parece no ser un miembro de la familia B7, sino un miembro de la familia de receptor de tnf conocido como mediador de la entrada de herpesvirus (hvem), que también es expresado sobre muchos tipos de células. Estudios sobre el papel de este interesante par de receptor y ligando coestimulador se encuentran en proceso, pero hay indicaciones de que las interacciones btla-hvem también están involucrados en la regulación descendente de respuestas inflamatorias y autoinmunitarias.

Conforme se sigue explorando el genoma, es probable que se identifiquen moléculas coestimuladoras adicionales —que ejercen influencia tanto negativa como positiva—. El entendimiento de su regulación y función seguirá ocupando la atención de la comunidad inmunológica, y ya ha proporcionado a la comunidad clínica nuevos recursos para manipular la respuesta inmunitaria durante trasplante y enfermedad (véase el recuadro 11-2, Enfoque clínico).

La anergia clonal sobreviene en ausencia de una señal coestimuladora

Experimentos con células en cultivo muestran que si un tcr de célula T en reposo es unido (señal 1) en ausencia de una señal coestimuladora idónea (señal 2), esa célula T perderá la capacidad de respuesta a estimulación subsiguiente, un estado denominado anergia. Hay buena evidencia de que las células T tanto CD4⁺ como CD8⁺ pueden ser anergizadas, pero casi todos los estudios de anergia se han efectuado con células th CD4⁺.

La anergia puede demostrarse in vitro con sistemas diseñados para unirse al tcr en ausencia de unión de molécula coestimuladora. Por ejemplo, células T específicas para un complejo de mhc-péptido pueden ser inducidas para proliferar in vitro mediante incubación con apc activadas que expresan tanto la combinación apropiada de mhc-péptido como CD80/86. Sin embargo, apc fijadas en glutaraldehído, que expresan complejos de mhc clase II-péptido, pero que no pueden ser inducidas para que expresen CD80/86, hacen que las células T pierdan la capacidad de respuesta (figura 11-4a). Estas células T anérgicas ya no son capaces de secretar citocinas o de proliferar en respuesta a estimulación subsiguiente (figura 11-4b). La anergia de células T también puede ser inducida in vitro al incubar células T con apc normales, que expresan CD80/86, en presencia de la porción Fab de anti-CD28, que bloquea la interacción de CD28 con CD80/86 (figura 11-4c).

In vivo, el requerimiento de ligandos coestimuladores para activar por completo una célula T disminuye la probabilidad de que células T autorreactivas circulantes sean activadas y se tornen peligrosas. Por ejemplo, una célula T virgen que exprese un receptor de célula T específico para un complejo de mhc clase I-péptido insulina, se haría que perdiera la capacidad de respuesta si encontrara una célula β de los islotes que exprese este complejo de mhc clase I-péptido. ¿Por qué? Las células β de los islotes no pueden ser inducidas para expresar ligandos coestimuladores, y el encuentro daría lugar a anergia de célula T, lo que evitaría un ataque inmunitario contra estas células productoras de insulina.

Las interacciones entre receptores y ligandos coestimuladores negativos también pueden inducir anergia. Este fenómeno, que típicamente sólo se aplicaría a células T activadas que han regulado en dirección ascendente receptores coestimuladores negativos, podría ayudar a frenar la proliferación de células T cuando se elimina antígeno. Lamentablemente, la coestimulación negativa también puede contribuir al “agotamiento” de células T durante infección crónica, como la causada por micobacterias, hiv, virus de la hepatitis y otros. Las células T específicas para estos agentes patógenos expresan cifras altas de PD-1 y btla, y son anérgicas desde el punto de vista funcional. De hecho, algunas terapias recientes están diseñadas para bloquear esta interacción y permitir que las células T se reactiven.

Si bien la anergia es un fenómeno bien establecido, todavía no se entienden por completo las vías bioquímicas precisas que regulan este estado de falta de capacidad de respuesta. Durante los últimos años, análisis de microarreglo (capítulo 20) han identificado varias enzimas clave expresadas por células T anérgicas, incluso ubiquitina ligasas que parecen establecer como objetivo componentes clave de la vía de emisión de señales de tcr para degradación por el proteasoma.

Las citocinas proporcionan la señal 3

Ahora se ha visto que las células T vírgenes inician la activación cuando son coestimuladas por unión tanto con complejos de mhc-péptido como con ligandos coestimuladores sobre células dendríticas. Empero, las consecuencias y la magnitud de la activación de célula T también están conformadas de manera crucial por la actividad de citocinas solubles producidas tanto por apc como por células T. Algunos denominan señal 3 a estas citocinas ayudantes (figura 11-3).

Las citocinas se unen a receptores de citocina de superficie, lo cual estimula una cascada de señales intracelulares que pueden aumentar la proliferación y/o la supervivencia (capítulo 4). La IL-2 es una de las citocinas mejor conocidas involucradas en la activación de células T, y desempeña un papel clave en la inducción de proliferación óptima de células T, en particular cuando el antígeno y/o los ligandos coestimuladores son limitantes. Las señales coestimuladoras inducen transcripción de genes que codifican tanto para IL-2 como para la cadena α (CD25) del receptor de IL-2 de alta afinidad. Las señales también aumentan la estabilidad del mRNA que codifica para IL-2. El incremento combinado de la transcripción de IL-2 y la estabilidad mejorada del mRNA que codifica para IL-2 da lugar a un aumento de 100 veces la producción de IL-2 por la célula T activada. La secreción de IL-2 y su unión subsiguiente al receptor de IL-2 de alta afinidad induce a las células T vírgenes activadas a proliferar vigorosamente.

La señal 3 también es proporcionada por otras citocinas (producidas por apc, células T, células nk y otras), conocidas como citocinas polarizantes, que desempeñan roles fundamentales no sólo en el aumento de la proliferación, sino también en la determinación de en qué tipos de células efectoras se convertirán las células T vírgenes (véase más adelante).

Las células presentadoras de antígeno tienen propiedades coestimuladoras características

¿Cuáles células son capaces de proporcionar tanto señal 1 como señal 2 a una célula T virgen? Si bien casi todas las células en el cuerpo expresan mhc clase I, sólo las apc profesionales —células dendríticas, macrófagos activados y células B activadas— expresan las cifras altas de moléculas del mhc clase II que se requieren para la activación de células T. Es importante el hecho de que estas mismas apc profesionales figuran entre los dos únicos tipos de células capaces de expresar ligandos coestimuladores. (El único otro tipo de célula que se sabe que tiene esta capacidad es la célula epitelial tímica; capítulo 9.) Las apc profesionales son más diversas en cuanto a función y origen que lo que originalmente se imaginó, y cada subpoblación difiere tanto en la capacidad para desplegar antígeno como en la expresión de ligandos coestimuladores (figura 11-5).

Durante las etapas tempranas de la respuesta inmunitaria en órganos linfoides secundarios, las células T encuentran dos tipos principales de apc profesionales: la célula dendrítica y la célula B activada. Células dendríticas maduras que han sido activadas por componentes microbianos por medio de sus receptores de reconocimiento de patrones (prr) están presentes en todas las zonas de células T. Expresan péptidos antigénicos en complejo con cifras altas de moléculas de mhc clases I y II. También expresan ligandos coestimuladores, y son los activadores más potentes de células T CD4⁺ y CD8⁺.

Las células B en reposo que residen en los folículos adquieren la capacidad de activar células T después de que se unen a antígeno por medio de su receptor de célula B (bcr). Esta unión estimula la regulación ascendente de mhc clase II y CD80/86 coestimuladora, lo que permite a la célula B presentar antígeno a células T CD4⁺ que encuentran en la frontera entre el folículo y la zona de células T. Debido a su capacidad singular para internalizar antígeno (p. ej., agentes patógenos) por medio de bcr específicos, y presentarlos en el mhc clase II, las células B son más eficientes para activar células T CD4⁺ que son específicas para el mismo agente patógeno para el cual aquéllas son específicas. Esta situación sirve muy bien a la respuesta inmunitaria, al enfocar la atención de células T CD4⁺ específicas para antígeno activadas en la zona de células T sobre células B activadas por el mismo antígeno en el folículo vecino. La formación de pares de células B con sus células T auxiliares ocurre en la unión entre zonas de células B y de células T (capítulo 14), y permite a las células T prestar la ayuda requerida para la proliferación, diferenciación y generación de memoria de células B (capítulo 12).

Los macrófagos también se encuentran en órganos linfoides secundarios, pero pueden activar células T en una amplia gama de otros tejidos periféricos. También deben ser activados para que revelen su capacidad presentadora de antígeno plena. Regulan en dirección ascendente moléculas de mhc y ligandos coestimuladores en respuesta a interacciones con agentes patógenos, así como en respuesta a citocinas producidas por otras células, incluso IFN-γ.

Resulta que hay varios subtipos de células dendríticas y de macrófagos; con todo, sus funciones aún se están aclarando. Es probable que algunos activen o induzcan la diferenciación de células T efectoras específicas que viajan al sitio de infección, y algunos pueden estar involucrados en la reactivación de células de memoria que residen en los tejidos. Otros pueden ayudar a sofocar respuestas, más que a activarlas. Por ahora se requiere mayor investigación para comprender a cabalidad este tema.

Los superantígenos son una clase especial de activadores de células T

Los superantígenos son proteínas virales o bacterianas que se unen de manera simultánea a regiones Vβ específicas de receptores de células T, y a la cadena α de moléculas de mhc clase II. Las regiones Vβ son codificadas por más de 20 genes que codifican para Vβ diferentes en ratones, y 65 genes distintos en seres humanos. Cada superantígeno muestra una “especificidad” para una de estas versiones de Vβ, que pueden ser expresadas por hasta 5% de células T, independientemente de su especificidad de antígeno. Esta conexión tipo pinza imita una interacción tcr-mhc fuerte e induce activación, lo cual elude la necesidad de especificidad de antígeno de tcr (figura 11-6). Aun así, la unión a superantígenos no evita la necesidad de coestimulación; aún se requieren apc profesionales para activación completa de célula T por estas proteínas microbianas.

Se han identificado superantígenos tanto endógenos como exógenos. Los superantígenos exógenos son proteínas solubles secretadas por bacterias. Entre ellos figuran diversas exotoxinas secretadas por bacterias grampositivas, como enterotoxinas estafilocócicas, toxina del síndrome de choque tóxico, y toxina de la dermatitis exfoliativa. Cada uno de estos superantígenos exógenos se une a secuencias Vβ particulares en receptores de célula T (cuadro 11-2) y forman enlaces covalentes entre el tcr y una molécula de mhc clase II.

Los superantígenos endógenos son proteínas de membrana celular generadas por genes virales específicos que se han integrado hacia genomas de mamífero. Un grupo, codificado por el virus de tumor mamario murino (mtv), un retrovirus que es integrado hacia el dna de ciertas cepas de ratones endogámicas, produce proteínas llamadas determinantes estimulantes de linfocito menores (Mls), que se unen a secuencias Vβ particulares en receptores de célula T y forman enlaces covalentes entre el tcr y moléculas de mhc clase II. Se han identificado cuatro superantígenos Mls, que se originan a partir de distintas cepas de mtv.

Dado que los superantígenos se unen fuera de la hendidura de unión a antígeno del tcr, cualquier célula T que exprese esa secuencia Vβ particular será activada por un superantígeno correspondiente. Por ende, la activación es policlonal y puede dar lugar a activación masiva de células T, lo que da por resultado sobreproducción de citocinas de célula T_H y toxicidad sistémica. La intoxicación alimentaria inducida por enterotoxinas estafilocócicas, y el choque tóxico inducido por toxina del síndrome de choque tóxico, son dos ejemplos de trastornos causados por sobreproducción de citocina inducida por superantígeno.

Dado que los superantígenos dan lugar a activación y proliferación de células T, ¿qué valor adaptativo podrían posiblemente tener para los agentes patógenos que los sintetizan? La respuesta no está clara, pero hay evidencia de que esa activación de célula T no específica para antígeno, e inflamación, obstaculizan el desarrollo de una respuesta específica para antígeno coordinada que impediría con mayor eficacia el surgimiento de una infección. Algunos investigadores especulan que la proliferación y la producción de citocina a gran escala que ocurre daña las células y los microambientes que se requieren para iniciar una respuesta normal; otros argumentan que estos eventos inducen tolerancia de células T al agente patógeno.

¿De qué modo una interacción entre una célula T virgen y una célula dendrítica da lugar a la generación de células con funciones efectoras? Una interacción coestimulante, activadora entre una célula T virgen y una apc, típicamente dura 6 a 8 h, periodo que permite el desarrollo de una cascada de eventos de emisión de señales (capítulo 3) que alteran programas de gen e inducen diferenciación hacia diversos subtipos de células efectoras y de memoria distintas. Bastan sólo algunas interacciones de tcr-mhc (recuadro 11-3, Avances) para estimular una cascada de emisión de señales que, en combinación con coestimulación y señales recibidas por citocinas solubles, culminan en la activación de moléculas “efectoras” que regulan 1) la supervivencia celular, 2) la entrada al ciclo celular y 3) la diferenciación celular (véase más adelante).

En uno a dos días después de unión exitosa con una célula dendrítica en la zona de células T de un órgano linfoide secundario, una célula T virgen se agrandará hacia una célula blasto y empezará a pasar por rondas de división celular repetidas. Las señales 1 más 2 inducen regulación ascendente de la expresión y la actividad de genes prosupervivencia (p. ej., bcl-2), así como la transcripción de genes que codifican tanto para IL-2 como para la cadena α (CD25) del receptor de IL-2 de alta afinidad (figura 11-7). El efecto combinado sobre una célula T virgen es la activación y proliferación robusta. Las células T activadas se dividen dos a tres veces al día durante cuatro a cinco días, lo cual genera una clona de células progenie que se diferencian hacia poblaciones de células T de memoria y efectoras.

Las células T activadas y su progenie adquieren capacidades funcionales singulares; se convierten en células T auxiliares o citotóxicas efectoras que de manera indirecta o directa actúan para eliminar un agente patógeno. Las células T citotóxicas CD8⁺ salen de los tejidos linfoides secundarios y circulan hacia sitios de infección, donde se unen a células infectadas y las matan. Las células T auxiliares CD4⁺ secretan citocinas que dirigen la actividad de varios otros tipos de células, incluso células B, macrófagos y otras células T. Algunas células T CD4⁺, en particular las que “ayudan” a células B, y las que generan memoria de linfocito, permanecen dentro del tejido linfoide secundario para seguir regulando la generación de la respuesta. Otras regresan a los sitios de infección y aumentan la actividad de macrófagos y células citotóxicas.

Las células efectoras tienden a ser de vida breve, y tienen lapsos de vida que varían de algunos días a algunas semanas. De cualquier modo, la progenie de una célula T activada también puede convertirse en células T de memoria de vida prolongada que residen en tejidos secundarios y terciarios durante periodos importantes, y proporcionan protección contra una infección secundaria.

Hay más variedades de células T efectoras que las que originalmente se anticipó, y cada subgrupo desempeña un papel específico e importante en la respuesta inmunitaria. La primera distinción de célula efectora que se reconoció fue entre células T CD8⁺ y células T CD4⁺. Las células T CD8⁺ activadas adquieren la capacidad para inducir la muerte de células blanco, y se convierten en linfocitos T “asesinos” o “citotóxicos” (ctl o T_C). Dado que las células T CD8⁺ citotóxicas reconocen péptido unido a mhc clase I, que es expresada por casi todas las células del organismo, están perfectamente preparadas para eliminar del cuerpo células que han quedado infectadas internamente por el agente patógeno que dio lugar a su activación. Por otro lado, las células T CD4⁺ activadas (células T auxiliares o T_H) adquieren la capacidad para secretar factores que aumentan la activación y proliferación de otras células. De modo específico, regulan la activación de células B y la producción de anticuerpos por las mismas; aumentan la capacidad fagocítica, antimicrobiana, citolítica y de presentación de antígeno de macrófagos; además de que son indispensables para el desarrollo de memoria de células B y T CD8⁺.

Conforme los inmunólogos desarrollaron y adoptaron más instrumentos para distinguir proteínas expresadas y secretadas por células T auxiliares, quedó claro que las células T auxiliares CD4⁺ fueron en particular diversas; se diferencian hacia varios subtipos diferentes, cada uno de los cuales secreta un grupo de citocinas característico. Las citocinas secretadas por células T_H CD4⁺ pueden actuar de modo directo sobre la misma célula que las produjo (actuar de una manera autocrina) o pueden unirse a receptores y actuar sobre células en la vecindad (actuar de un modo paracrino). A continuación se describen las principales características y funciones de los subgrupos de células T auxiliares CD4⁺ mejor caracterizados. Si bien las células T citotóxicas CD8⁺ también secretan citocinas, y hay indicaciones de que las células T CD8⁺ también pueden diferenciarse hacia más de un subtipo asesino, está claro que la diversidad de funciones efectoras de células T CD8⁺ se encuentra más restringida que las de células T_H CD4⁺. La generación y actividad de células ctl se describen con mayor detalle en el capítulo 13.

Las células T auxiliares pueden dividirse en subgrupos

Puede atribuirse a Tim Mosmann, Robert Coffman y colegas, uno de los experimentos más tempranos que demuestran en definitiva que las células T CD4⁺ auxiliares tuvieron fenotipo y función más heterogéneos de lo que originalmente se supuso. Investigaciones más tempranas, que muestran que las células T auxiliares produjeron una gama diversa de citocinas, orientaron hacia esta posibilidad. No obstante, Mosmann y Coffman identificaron en definitiva dos subgrupos funcionales separados, T_H1 y T_H2, cada uno de los cuales produjo un grupo diferente de citocinas. Más aún, mostraron que estas diferencias fueron propiedades de clonas de células T separadas; cada célula T activada se expandió hacia una población de células T efectoras que secretaron una gama distinta de citocinas.

De manera específica, estos investigadores desarrollaron más de 50 clonas de células T individuales a partir de una mezcla de células T con diferentes especificidades de receptor (esto es, una población de células T policlonal) que se había aislado a partir del bazo de un ratón inmunizado. En un momento en que la comunidad carecía de los recursos para identificar casi todas las citocinas de manera directa, estos investigadores crearon estrategias muy ingeniosas (y complejas) para definir el patrón de secreción de citocina de cada clona. Mostraron que las citocinas secretadas por cada una de las 50 clonas cayeron dentro de una de dos categorías amplias, que llamaron T_H1 y T_H2.

Dado que los subgrupos T_H1 y T_H2 originalmente se identificaron a partir de estudios in vitro de líneas de células T clonadas, algunos investigadores dudaron que representaran subpoblaciones in vivo verdaderas. En lugar de eso, sugirieron que estos subgrupos podrían representar etapas de maduración diferentes de una línea única. Además, el fracaso inicial para localizar uno u otro subgrupo en seres humanos llevó a algunos a creer que T_H1, T_H2 y los otros subgrupos de células auxiliares T no estaban presentes en esta especie. Investigación adicional corrigió estas opiniones. En muchos sistemas in vivo, el compromiso completo de poblaciones de células T a un fenotipo T_H1 o T_H2 ocurre en etapas tardías de una respuesta inmunitaria. Por ende, resultó difícil encontrar subgrupos T_H1 o T_H2 claros en estudios en los que se emplearon sujetos humanos sanos, en los cuales estas células no se habrían desarrollado. De hecho, las poblaciones T_H1 y T_H2 en células T finalmente se aislaron a partir de seres humanos durante enfermedad infecciosa crónica o episodios de alergia crónicos, y estudios en seres humanos y ratones confirmaron en definitiva su independencia de línea.

Con el beneficio de nuevos instrumentos y tecnología, ahora se tiene un entendimiento más detallado de los paneles de citocinas que cada grupo produce. El subgrupo T_H1 secreta IL-2, ifn-γ y linfotoxina-α (TNF-β), y se encarga de muchas funciones clásicas mediadas por células, incluso activación de linfocitos T citotóxicos y macrófagos. El subgrupo T_H2 secreta IL-4, IL-5, IL-6, IL-9, IL-10 e IL-13, y regula la actividad de células B y la diferenciación de las mismas.

Estos experimentos prepararon el terreno para el descubrimiento durante el último decenio de que las células T CD4⁺ pueden adoptar no sólo dos sino al menos cinco destinos efectores separados después de activación. Las subpoblaciones T_H1 y T_H2 han sido unidas en definitiva por las subpoblaciones T_H17 y T_REG, cada una de las cuales produce un perfil de citocina distinto y regula diferentes actividades dentro del organismo. A últimas fechas se ha caracterizado aún otra subpoblación, las células auxiliares foliculares T (T_FH), y ha alcanzado membresía entre los subgrupos auxiliares principales. Otras más están destinadas a revelarse por sí mismas, aunque será importante determinar si cada una representa subgrupos separados o variantes dentro de los subgrupos principales.

En retrospectiva, probablemente debió haberse anticipado la heterogeneidad de las respuestas auxiliares, lo que permite a un organismo hacer una respuesta “a la medida” a un tipo particular de agente patógeno. El tipo de célula T_H efectora en el que una célula T virgen (también llamada una célula T_H0) se convierte depende en gran parte de la clase de infección que ocurre. Por ejemplo, las infecciones bacterianas extracelulares dan lugar a la diferenciación de células T CD4⁺ activadas hacia células T_H2, que ayudan a activar células B para que secreten anticuerpos que pueden opsonizar bacterias y neutralizar las toxinas que producen. Por otro lado, la infección por un virus o una bacteria intracelular induce diferenciación de células T CD4⁺ hacia auxiliares T_H1 que aumentan la actividad citolítica de macrófagos y células T CD8⁺, que entonces pueden matar células infectadas. Las respuestas a hongos estimulan la diferenciación de respuestas auxiliares diferentes que las respuestas a gusanos, y así sucesivamente. La realidad es, por supuesto, más compleja. Las infecciones desencadenan la diferenciación de más de un subtipo auxiliar, algunos de los cuales tienen papeles que se superponen. Aún se está investigando de manera activa qué regula la diferenciación de cada subgrupo efector, y qué función desempeña cada subgrupo. A continuación se describen los fundamentos del entendimiento actual.

La diferenciación de subgrupos de células auxiliares T está regulada por citocinas polarizantes

Como sabe el lector, la activación de células T requiere tcr y unión de receptor coestimulador, ambos de los cuales son proporcionados por una apc activada. Ahora está claro que el destino funcional de células T activadas está determinado por señales que reciben desde citocinas adicionales generadas durante la respuesta. Estas citocinas (señal 3) se denominan citocinas polarizantes porque se encargan de guiar una célula T auxiliar hacia uno de varios destinos efectores diferentes. Por ejemplo, las células T que son activadas en presencia de IL-2 e IFN-γ tienden a diferenciarse, o polarizarse, hacia la línea T_H1, mientras que las células T que son activadas en presencia de IL-4 e IL-6 se polarizan hacia la línea T_H2.

Las citocinas polarizantes pueden ser generadas por la apc estimulante misma, o por células inmunitarias vecinas que también han sido activadas por antígeno. Cuáles citocinas se producen durante una respuesta inmunitaria depende de 1) la célula de origen (dc, macrófago, célula B, célula nk, etc.), 2) su estado de maduración y activación, 3) los agentes patógenos y otros mediadores inflamatorios que encuentra, y 4) en qué ambiente tisular encuentra ese agente patógeno. Por consiguiente, las interacciones innatas tienen un papel crucial en la conformación de respuestas adaptativas (figura 5-18). De modo específico, al influir sobre las secreciones de apc en la superficie y el paisaje microambiental que una célula T encuentra, las respuestas inmunitarias innatas influyen de manera directa sobre el destino funcional de células T auxiliares.

Recuérdese que las apc y otras células inmunitarias innatas son activadas por interacción con agentes patógenos que portan patrones moleculares asociados a agentes patógenos (pamp) (capítulo 5). Estos pamp se unen a prr, lo cual incluye, pero no se limita a, receptores tipo Toll (tlr). Las interacciones de prr activan células dendríticas al estimular la regulación ascendente de mhc y proteínas coestimuladoras. También determinan el tipo de citocina(s) que las células dendríticas y otras células inmunitarias secretarán. Por ende, las señales de prr regulan el destino que una célula T adoptará después de activación (figura 11-8).

Por ejemplo, el rna bicatenario, un producto de muchos virus, se une a receptores TLR3 sobre células dendríticas, lo cual inicia una cascada de emisión de señales que da lugar a la producción de IL-12, que promueve de manera directa la diferenciación T_H1. Por otro lado, los gusanos estimulan prr sobre células inmunitarias innatas, incluso mastocitos, que generan IL-4. La IL-4 promueve de manera directa la polarización de células T activadas hacia el subgrupo T_H2, que coordina la respuesta de IgE a helmintos (figura 11-8). En este caso, la principal citocina polarizante no es sintetizada por la célula dendrítica activadora, sino que es generada por una célula inmunitaria vecina. Las interacciones con agente patógeno que dan lugar a las citocinas polarizantes que impulsan la diferenciación de células T auxiliares a menudo son complejas, y son un área de investigación muy activa.

Ahora se entiende que los adyuvantes, que se han usado durante décadas para mejorar la eficacia de vacunas, ejercen su influencia sobre el sistema inmunitario innato al regular la expresión de ligandos y citocinas coestimuladores por apc, eventos que finalmente conforman las consecuencias de la activación de células T. Los pamp y las citocinas como la IL-12, producidas por las apc mismas, se consideran adyuvantes naturales. Las micobacterias muertas, que claramente activan muchos prr, se han usado desde hace mucho tiempo como un adyuvante muy potente para respuestas inmunitarias en ratones. Muy pocos adyuvantes están aprobados para vacunación de humanos, pero dado el entendimiento nuevo y en evolución de las moléculas que estimulan prr y las consecuencias de esa estimulación, los investigadores esperan que algún día será posible conformar la respuesta efectora a antígenos de vacuna al variar los adyuvantes —naturales y/o sintéticos— incluidos en preparaciones de vacunas (capítulo 17).

Los subgrupos de células auxiliares T efectoras se distinguen por tres propiedades

Cada subgrupo de célula T auxiliar es definido por una gama de características, cuyos detalles pueden abrumar rápidamente a un estudiante nuevo (o avanzado) de inmunología. El entendimiento de estos aspectos específicos es un primer paso importante para aclarar el papel que cada subgrupo desempeña en la resolución de infección y la causa de enfermedad. Tener una referencia a ellos también es útil cuando se descifra literatura inmunológica primaria en la que se describen avances. Sin embargo, algunas generalizaciones proporcionan un marco conceptual útil para organizar algunos de estos detalles. Considere lo siguiente:

• Cada uno de los subgrupos de células auxiliares T principales se caracteriza por 1) un juego de citocinas polarizantes distinto que induce la expresión de 2) un regulador de gen maestro que regula la expresión de 3) un grupo característico de citocinas efectoras que la población de células T produce una vez que está por completo diferenciada (figura 11-8 y cuadro 11-3).

• El subgrupo efector en el cual una célula auxiliar activada se convierte depende de la calidad y la cantidad de señales que su precursor celular virgen recibe desde apc en un órgano linfoide secundario; esa actividad, a su vez, depende de la naturaleza del agente patógeno que la apc encontró en el sitio de infección.

• En términos generales, las células T_H1 y T_H17 regulan la inmunidad mediada por células (células T CD8⁺ y macrófagos), y las células T_H2 y T_FH regulan la inmunidad humoral (células B). Empero, es importante reconocer que todos los subgrupos de células T efectoras CD4⁺ pueden tener el potencial de proporcionar ayuda a células B. Los subgrupos T_H1 y T_H17 por lo general estimulan células B para que produzcan anticuerpos que contribuyen a la inmunidad mediada por células (p. ej., isotipos como IgG2a que pueden “armar” células nk para citotoxicidad; capítulo 13). Las células T_H2 estimulan a las células B para que produzcan anticuerpos que median la eliminación de agentes patógenos extracelulares (p. ej., isotipos como IgE que inducen la liberación de moléculas que dañan parásitos extracelulares).

• Los subgrupos de células T auxiliares a menudo se “regulan de manera cruzada” uno a otro. Las citocinas que secretan típicamente aumentan su propia diferenciación y expansión, e inhiben el compromiso hacia otras líneas de células T auxiliares. Esto es en particular cierto del par T_H1 y T_H2, así como del par T_H17 y T_REG.

• Las líneas de células auxiliares pueden no estar fijadas. Algunos subgrupos pueden asumir el perfil de secreción de citocina de otros subgrupos si quedan expuestos a un grupo de citocinas diferente, particularmente en etapas tempranas del proceso de diferenciación.

• La función biológica precisa y los sitios de diferenciación y actividad de cada subgrupo se siguen investigando de manera activa. Aún se desconoce mucho.

La exposición sobre las características del subgrupo de células auxiliares empieza con los dos primeros subgrupos que se identificaron: células T_H1 y T_H2. Estas células proporcionan un ejemplo ilustrativo de las características que distinguen las células T auxiliares, así como las relaciones entre subgrupos. La presente sección va seguida por resúmenes de lo que se entiende en la actualidad acerca de subgrupos auxiliares caracterizados en fecha más reciente: T_H17, T_FH y T_REG.

La diferenciación y función de células T_H1 y T_H2

Las citocinas polarizantes clave que inducen la diferenciación de células T vírgenes hacia células T_H1 son IL-12, IL-18 e IFN-γ (figura 11-9). La IL-12 es producida por células dendríticas después de un encuentro con agentes patógenos por medio de prr (p. ej., TLR4, TLR3). También es regulada en dirección ascendente en respuesta a IFN-γ, que es generado por células T activadas y células nk activadas. La IL-18, que también es producida por células dendríticas, promueve la proliferación de células T_H1 en desarrollo, y aumenta su propia producción de IFN-γ. Estas citocinas polarizantes desencadenan vías de emisión de señales que regulan en dirección ascendente la expresión del regulador de gen maestro T-Bet. Dicho factor de transcripción maestro induce compromiso hacia la línea T_H1, lo cual induce expresión de las citocinas efectoras T_H1 características, entre ellas IFN-γ y tnf.

El IFN-γ es una citocina efectora en particular potente. Activa macrófagos, y estimula estas células para que aumenten la actividad microbicida; regula en dirección ascendente la cifra de mhc clase II y, como se mencionó, secreta citocinas como IL-12, que aumentan más la diferenciación T_H1. La secreción de IFN-γ también induce cambio de clase de anticuerpos en células B hacia clases IgG (como IgG2a en el ratón) que apoyan la fagocitosis y la fijación de complemento. Por último, la secreción de IFN-γ promueve la diferenciación de células T_C por completo citotóxicas desde precursoras CD8⁺ al activar las células dendríticas que se unen a células T_C vírgenes. Estos efectos combinados hacen que el subgrupo T_H1 sea en particular idóneo para mostrar respuesta a infecciones virales y otros agentes patógenos intracelulares. También contribuyen a los efectos patológicos de células T_H1, que también están involucradas en la respuesta de hipersensibilidad de tipo retardado a la hiedra venenosa (capítulo 15).

Del mismo modo que la diferenciación del subgrupo T_H1 es promovida por IL-2 e IFN-γ, la diferenciación hacia el subgrupo T_H2 es promovida por una citocina polarizante definitoria, la IL-4 (figura 11-9). La exposición de células T auxiliares vírgenes a IL-4 al principio de una respuesta inmunitaria hace que se diferencien hacia células T_H2. Despierta interés que el desarrollo hacia T_H2 es muy favorecido sobre el desarrollo hacia T_H1. Incluso en presencia de IFN-γ e IL-12, las células T vírgenes se diferenciarán hacia efectoras T_H2 en presencia de IL-4. La IL-4 desencadena una vía de emisión de señales dentro de la célula T que regula en dirección ascendente el regulador de gen maestro GATA3, que, a su vez, regula la expresión de citocinas específicas para T_H2, entre ellas IL-4, IL-5 e IL-13.

Las células dendríticas no sintetizan IL-4, de modo que ¿de dónde viene? Los mastocitos, los basófilos y las células nkt pueden ser inducidos para que sinteticen IL-4 después de exposición a agentes patógenos, y podrían influir sobre el destino de células T auxiliares en la periferia. Las células B de centro germinal y las células T_FH también pueden producir IL-4, que podría influir sobre la polarización de células T auxiliares en los ganglios linfáticos y el bazo. Además, las células T_H2 mismas son una excelente fuente de IL-4 adicional que puede aumentar eventos de polarización. Con todo, los investigadores aún están trabajando para identificar en definitiva la fuente de la IL-4 que inicia la polarización T_H2 en tejidos linfoides secundarios.

Las citocinas efectoras producidas por células T_H2 ayudan a eliminar infecciones parasitarias extracelulares, incluso las causadas por helmintos. La IL-4, la citocina efectora T_H2 definitoria, actúa tanto sobre células B como sobre eosinófilos. Induce diferenciación, activación y migración de eosinófilos, y promueve la activación de células B y el cambio de clase hacia IgE. Estos efectos actúan de manera sinérgica porque los eosinófilos expresan receptores de IgE (FcεR) que, cuando están unidos por enlaces covalentes, liberan mediadores inflamatorios que son en particular buenos para atacar gusanos redondos. Así, los anticuerpos IgE pueden formar un puente entre el gusano y el eosinófilo, y unirse a antígenos de gusano por medio de sus regiones variables y unión a FcεR por medio de su región constante. Los anticuerpos IgE también median reacciones alérgicas y la función de la actividad de T_H2 en estas respuestas patológicas se describe en el capítulo 15.

La IL-5 también puede inducir cambio de clase de célula B hacia subclases IgG que no activan la vía del complemento (p. ej., IgG1 en ratones), y las funciones de la IL-13 se superponen en su mayor parte con las de la IL-4. Por último, la IL-4 misma puede suprimir la expansión de poblaciones de células T_H1.

Regulación cruzada de T_H1 y T_H2

Las principales citocinas efectoras producidas por los subgrupos T_H1 y T_H2 (IFN-γ e IL-4, respectivamente) no sólo influyen sobre la respuesta inmunitaria general, sino también sobre los subgrupos de células T auxiliares. En primer lugar, promueven el crecimiento (y en algunos casos incluso la polarización) del subgrupo que las produce; en segundo lugar, inhiben el desarrollo y la actividad del subgrupo opuesto, efecto que se conoce como regulación cruzada. Por ejemplo, el IFN-γ (secretado por el subgrupo T_H1) inhibe la proliferación del subgrupo T_H2, y la IL-4 (secretada por el subgrupo T_H2) regula en dirección descendente la secreción de IL-12 por apc, lo que inhibe la diferenciación hacia T_H1. Además, la IL-4 aumenta el desarrollo de células T_H2 al hacer a las células T_H menos susceptibles a las señales de citocina promotoras de T_H1 (y viceversa).

De modo similar, estas citocinas tienen efectos opuestos sobre células blanco que no son subgrupos T_H. En ratones, donde los subgrupos T_H1 y T_H2 se han estudiado de manera más extensa, las citocinas tienen efectos distintos sobre el tipo de anticuerpo sintetizado por células B. Recuerde que en el capítulo 3 se señala que el isotipo de anticuerpo IgG2a aumenta la inmunidad mediada por células al armar células nkt, mientras que los isotipos IgG1 e IgE aumentan la inmunidad humoral por sus actividades sobre agentes patógenos extracelulares (capítulo 13). El IFN-γ secretado por el subgrupo T_H1 promueve la producción de IgG2a por células B, pero inhibe la producción de IgG1 y de IgE. Por otro lado, la IL-4 secretada por el subgrupo T_H2 promueve la producción de IgG1 e IgE, y suprime la producción de IgG2a. Así, estos efectos sobre la producción de anticuerpos son congruentes con las tendencias generales de los subgrupos T_H1 y T_H2 a promover la inmunidad mediada por células en contraposición con la humoral, respectivamente.

La IL-10 secretada por células T_H2 también inhibe (regula de manera cruzada) el desarrollo de células T_H1, pero no de manera directa. En lugar de eso, la IL-10 actúa sobre monocitos y macrófagos, e interfiere con su capacidad para activar el subgrupo T_H1 al abolir su activación, de modo específico al 1) inhibir la expresión de moléculas de mhc clase II, 2) suprimir la producción de metabolitos bactericidas (p. ej., óxido nítrico) y diversos mediadores inflamatorios (p. ej., IL-1, IL-6, IL-8, GM-CSF; G-CSF y TNF-β), e incluso al 3) inducir apoptosis.

Los reguladores maestros T-Bet y GATA-3 también desempeñan un papel importante en la regulación cruzada (figura 11-10). De manera específica, la expresión de T-Bet impulsa a las células a diferenciarse hacia células T_H1 y suprime su diferenciación a lo largo de la vía T_H2. La expresión de GATA-3 hace lo opuesto; promueve el desarrollo de células T vírgenes hacia células T_H2, mientras que suprime su diferenciación hacia células T_H1. En consecuencia, las señales de citocina que inducen uno de estos factores de transcripción ponen en marcha una cadena de eventos que reprimen el otro.

Células T_H17

El descubrimiento del subgrupo T_H17 de células T, que, al igual que el subgrupo T_H1, está involucrado en la inmunidad mediada por células, surgió en parte a partir de un reconocimiento de que la IL-12, una de las citocinas polarizantes que induce el desarrollo hacia T_H1, fue un miembro de una familia de citocinas que compartió una subunidad (p40) con IL-23. El ratón con deleción (knockout) de p40 fue un modelo favorito para estudiar la importancia de células T_H1 porque, en ausencia de IL-12, no generó células T_H1. Aun así, una vez que se entendió que p40 también se requería para la producción de IL-23, los investigadores rápidamente se percataron de que los resultados provenientes de estos ratones ya no eran inequívocos. De hecho, quedó claro que estos ratones tampoco pudieron producir un subgrupo de célula T que requirió IL-23. Algunas de las funciones originalmente atribuidas a células T_H1 inducidas por IL-12 en realidad fueron llevadas a cabo por una subpoblación de células auxiliares T inducidas por IL-23, ahora denominada células T_H17.

Las células T_H17 son generadas cuando células T vírgenes son activadas en presencia de IL-6 y de TGF-β, la citocina polarizante clave para la diferenciación iT_REG (figura 11-11, Perspectiva general). La IL-23 también está involucrada en la finalización del compromiso al destino T_H17, y es inducida en apc mediante interacciones con pamp, que incluyen componentes de la pared micótica, con TLR2 y el receptor de lectina tipo C (clr) dectina-1. Al igual que la diferenciación de T_H1 y T_H2, la diferenciación de células T_H17 también está controlada por un regulador transcripcional maestro cuya expresión es inducida por citocinas polarizantes. En este caso, el regulador maestro es el receptor de esteroide huérfano RORγt, que también desempeña un papel en el desarrollo de células T. Los ratones con deleción (knockout) de RORγt tienen gravedad reducida de encefalitis autoinmunitaria experimental (eae, un modelo de esclerosis múltiple en ratón), al parecer debido a la reducción de células T_H17.

Las células T_H17 se llaman así porque producen IL-17A, una citocina asociada con respuestas inflamatoria y autoinmunitaria crónicas, incluso las que dan lugar a enfermedad inflamatoria intestinal, artritis y esclerosis múltiple. Las células T_H17 son el tipo de célula inflamatoria dominante asociada con trastornos autoinmunitarios crónicos. También producen IL-17F e IL-22, citocinas asociadas con inflamación de tejido. Sólo se ha empezado a entender la función fisiológica verdadera de las células T_H17, que en humanos sanos se han encontrado en superficies epiteliales (p. ej., pulmón e intestino) y quizá desempeñen un papel en la evitación de infecciones micóticas e infecciones bacterianas extracelulares (recuadro 11-4, Enfoque clínico). De cualquier modo, una apreciación completa de su papel biológico requiere investigaciones adicionales.

Células T_REG (inducidas)

Otro subgrupo de células T CD4⁺ importante regula de manera negativa las respuestas de células T y desempeña un papel crucial en la tolerancia periférica al limitar la actividad de células T autoinmunitarias. La función de este subgrupo de células B, designado células T_REG inducidas (iT_REG), es similar a la de células T_REG naturales (nT_REG) que se originan a partir del timo (capítulo 9). Sin embargo, las células T_REG inducidas no surgen en el timo, sino a partir de células T vírgenes que son activadas en tejido linfoide secundario en presencia de TGF-β (figura 11-11, Perspectiva general). El TGF-β induce expresión de FoxP3, el regulador transcripcional maestro del cual depende el compromiso de iT_REG. Las células iT_REG secretan las citocinas efectoras IL-10 y TGF-β, que regulan en dirección descendente la inflamación por medio de sus efectos inhibidores sobre apc, y pueden ejercer también su función supresora al interactuar de manera directa con células T. El agotamiento de células iT_REG en animales por lo demás sanos conduce a múltiples brotes autoinmunitarios, lo que revela que incluso los organismos sanos están evitando continuamente respuestas autoinmunitarias. Datos recientes también indican que las células iT_REG tienen importancia crucial para el mantenimiento de la tolerancia de la madre a su feto.

Regulación cruzada de T_H17 y T_REG

Del mismo modo que las células T_H1 y T_H2 se regulan de manera recíproca, las células T_REG y T_H17 también se regulan de manera cruzada. El TGF-β induce diferenciación T_REG; no obstante, cuando se acompaña por IL-6, el TGF-β induce diferenciación hacia T_H17. De manera específica, el TGF-β parece regular en dirección ascendente tanto FoxP3 como RORγ (que controlan la diferenciación de T_REG y T_H17, respectivamente). En combinación con señales generadas por IL-6, las señales generadas por TGF-β inhiben la expresión de FoxP3, lo que permite que RORγ domine e induzca el desarrollo T_H17. La relación T_H17 en contraposición con iT_REG puede ser muy adaptativa. En reposo, un organismo sano puede favorecer el desarrollo de una población iT_REG antiinflamatoria, que sería reforzada por la producción propia de células iT_REG de TGF-β. Empero, la inflamación induciría la generación de proteínas de respuesta aguda, incluso IL-6. En presencia de IL-6, la actividad de TGF-β cambiaría el desarrollo de células T desde iT_REG hacia las células T_H17 proinflamatorias, de modo que podría montarse una defensa apropiada.

Células T_FH

Las células T auxiliares foliculares (T_FH) son una adición muy reciente a la familia del subgrupo de células T auxiliares. Persisten las controversias respecto a si representan una línea independiente o una opción de desarrollo para otras líneas auxiliares. Al igual que las células T_H2, las células T_FH desempeñan un papel fundamental en la mediación de ayuda de células B, y se encuentran en folículos de células B y centros germinales. Con todo, las citocinas efectoras secretadas por células T auxiliares foliculares difieren parcialmente de las secretadas por células T_H2.

Las citocinas que polarizan células T activadas hacia la línea T_FH comprenden IL-6 e IL-21. Estas citocinas polarizantes inducen la expresión de Bcl-6, un represor de la transcripción que se cree que es el regulador transcripcional maestro de T_FH (figura 11-11, Perspectiva general). La regulación cruzada también es una característica de la función de T_FH: la expresión de Bcl-6 inhibe la expresión de T-bet, GATA3 y RORγt; así, inhibe la diferenciación T_H1, T_H2 y T_H17, respectivamente, mientras que induce la polarización de T_FH.

Si bien las células tanto T_FH como T_H2 secretan IL-4, las células T_FH están mejor caracterizadas por su secreción de IL-21, que induce diferenciación de células B. Despierta interés que también pueden producir IFN-γ (la citocina de T_H1 definitoria). La manera en que las células T_FH y T_H2 dividen responsabilidades para inducir la producción de anticuerpos por células B aún es una pregunta abierta.

Otros subgrupos de células T auxiliares potenciales

Se han identificado otros subgrupos de células T con requerimientos de polarización distintos y perfiles de secreción de citocina singulares (p. ej., células T_H9, que secretan IL-9 e IL-10). Aun así, dado que estas subpoblaciones secretan citocinas que también son producidas por células T_H1, T_H2, T_H17 o iT_REG, algunos especulan que estos tipos de células no representan subclases separadas, sino más bien son variantes vinculadas con el desarrollo o funcionales de una de las subpoblaciones principales. De hecho, esta perspectiva se ha aplicado al subgrupo de células T auxiliares foliculares (T_FH), que también expresan citocinas compartidas por varios otros subtipos. De cualquier modo, este subtipo tiene una característica de gen distinta, y un regulador maestro distinto (bcl-6), de modo que ahora la mayoría lo considera una línea independiente auténtica. Está claro que el entendimiento de la relación vinculada con el desarrollo entre subtipos efectores seguirá evolucionando.

Las células T auxiliares quizá no queden comprometidas de manera irrevocable a una línea

Las investigaciones ahora sugieren que la relación entre subpoblaciones de células T_H quizá sea más plástica de lo que previamente se sospechó. A etapas tempranas de la diferenciación, al menos, las células auxiliares deben ser capaces de cambiar su compromiso y producir la o las citocinas características de otro subgrupo. Por ejemplo, cuando quedan expuestas a IL-12, células T_H2 jóvenes pueden ser inducidas a que expresen la citocina de célula T_H1 característica, IFN-γ. Células T_H1 jóvenes también pueden ser inducidas para que expresen la citocina de T_H2 característica, IL-4, en condiciones polarizantes hacia T_H2.

Despierta interés que las células T_H1 y T_H2 parecen incapaces de adoptar características de T_H17 o iT_REG. Por otro lado, las células T_H17 e iT_REG son más flexibles y pueden adoptar los perfiles de expresión de citocinas de otros subgrupos, incluso T_H1 y T_H2. El subgrupo T_H17 tal vez sea la línea más inestable o “plástica”, y puede ser inducido para que exprese IFN-γ e IL-4, dependiendo de la información que proviene del ambiente. Algunas células iT_REG también pueden ser inducidas para que expresen IFN-γ, y algunas pueden ser redirigidas hacia un fenotipo T_H17 si quedan expuestas a IL-6 y TGF-β. Esta fluidez entre subgrupos dificulta establecer en definitiva la independencia de líneas de células auxiliares. De hecho, algunos de los subgrupos que están surgiendo pueden ser variantes de subgrupos T_H1, T_H2, T_H17 e iT_REG que han quedado expuestos a otros ambientes polarizantes.

Los subgrupos de células T auxiliares desempeñan funciones cruciales en la salud y la enfermedad inmunitarias

Estudios tanto en ratones como en humanos muestran que el equilibrio de actividad entre subgrupos de células T puede influir de manera significativa sobre el resultado de la respuesta inmunitaria. Una ilustración ahora clásica de la influencia del equilibrio de subgrupo de células T sobre el resultado de enfermedad es proporcionada por la lepra, que es causada por Mycobacterium leprae, un agente patógeno intracelular que puede sobrevivir dentro de los fagosomas de macrófagos. La lepra no es una entidad clínica única; más bien, la enfermedad se presenta como un espectro de respuestas clínicas, con dos formas principales de la enfermedad, tuberculoide y lepromatosa, en cada extremo del espectro. En la lepra tuberculoide, respuestas inmunitarias mediadas por células destruyen casi todas las micobacterias. Si bien en la lepra tuberculoide hay daño de la piel y de nervios periféricos, progresa lentamente y los pacientes por lo general sobreviven. En contraste, la lepra lepromatosa se caracteriza por una respuesta humoral; la inmunidad mediada por células está deprimida. La respuesta humoral a veces da lugar a cifras notoriamente altas de inmunoglobulina (hipergammaglobulinemia). Esta respuesta no es tan eficaz para inhibir la enfermedad y las micobacterias están ampliamente diseminadas en macrófagos; a menudo alcanzan números de hasta 10¹⁰ por gramo de tejido. La lepra lepromatosa progresa hacia infección diseminada de hueso y cartílago, con extenso daño de nervio y tejido.

El desarrollo de lepra lepromatosa o tuberculoide depende en parte del equilibrio entre respuestas T_H1 y T_H2 (figura 11-12). En la lepra tuberculoide, la respuesta inmunitaria se caracteriza por una respuesta tipo T_H1 y cifras circulantes altas de IL-2, IFN-γ y linfotoxina-α (LT-α). En la lepra lepromatosa, hay una respuesta inmunitaria tipo T_H2, con cifras circulantes altas de IL-4 e IL-5 (y de IL-10, que también puede ser sintetizada por células T_H2). Este perfil de citocina explica la inmunidad mediada por células disminuida y la producción aumentada de anticuerpos séricos en la lepra lepromatosa.

Es probable que cada uno de estos pacientes haya quedado expuesto al mismo agente patógeno. ¿Por qué algunos desarrollaron una respuesta de T_H1 eficaz, no así otros? Los estudios sugieren que diferencias genéticas entre huéspedes humanos están implicadas. Por ejemplo, las diferencias en la susceptibilidad tal vez se correlacionen con disimilitudes individuales en la expresión de prr (TLR1 y TLR2) por células innatas. Esto tiene sentido dado que las interacciones entre agente patógeno y células inmunitarias innatas determinan el ambiente de citocina que influye sobre el resultado de la polarización de células T. Diferencias en la expresión de tlr o la actividad del mismo podrían alterar la calidad o la cantidad de citocinas producidas.

La progresión de infección por hiv hacia sida también puede estar influida por el equilibrio de subgrupos de células T. En etapas tempranas de la enfermedad, la actividad de T_H1 es alta, pero conforme progresa el sida, algunos han sugerido que puede ocurrir un cambio desde una respuesta tipo T_H1 hacia una respuesta tipo T_H2, que es menos eficaz para controlar infección viral. Además, algunos agentes patógenos pueden influir “deliberadamente” sobre la actividad de los subgrupos T_H. Por ejemplo, el virus de Epstein-Barr produce un homólogo (imitador) de la IL-10 de ser humano, llamado IL-10 viral (vIL-10). Al igual que la IL-10 celular, la vIL-10 tiende a suprimir la actividad de T_H1 al inhibir la activación polarizante de macrófagos. Algunos investigadores han especulado que la vIL-10 tal vez disminuye la respuesta mediada por células al virus de Epstein-Barr, lo que confiere así una ventaja en cuanto a supervivencia para el virus.

Las células T_H17 recibieron atención por vez primera debido a su asociación con enfermedad autoinmunitaria crónica. Los ratones incapaces de sintetizar IL-23, una citocina que contribuye a la polarización hacia T_H17, fueron notoriamente resistentes a autoinmunidad. Las células T_H17 y su citocina efectora definitoria, IL-17, a menudo se encuentran en tejido inflamado asociado con artritis reumatoide, enfermedad inflamatoria intestinal, esclerosis múltiple, psoriasis y asma. No obstante, la función que las células T_H17 desempeñaron en la protección de organismos contra infección no fue inmediatamente obvio. Estudios de individuos con una forma autosómica dominante de una enfermedad conocida como síndrome de híper-IgE o síndrome de Job confirmaron las indicaciones provenientes de ratones de que las células T_H17 eran importantes en el control de infecciones por bacterias y hongos extracelulares (recuadro 11-4, Enfoque clínico).

Estos trastornos y los descritos en los capítulos 15 y 16 son sólo algunos ejemplos de la influencia de subgrupos de células T auxiliares sobre el desarrollo de enfermedad. Es importante reconocer que las perspectivas actuales de los papeles de subgrupos auxiliares en enfermedad y salud aún son simplistas. La apreciación en el desarrollo de la complejidad de la interacción entre subgrupos mejorará y añadirá más sutileza a las explicaciones en el futuro.

La activación de células T da lugar a un incremento repentino y acentuado de la proliferación, generación de células efectoras, y después una contracción notoria del número de células. Al menos 90% de las células efectoras muere por apoptosis después de que el antígeno es eliminado y deja una población importante de células T de memoria específicas para antígeno. Las células T de memoria por lo general son de vida prolongada y quiescentes, pero muestran respuesta con reactividad aumentada a una exposición subsiguiente al mismo antígeno. Esta respuesta inmunitaria secundaria es tanto más rápida como más robusta y, por ende, más eficaz que una respuesta primaria.

Hasta hace poco tiempo, las células de memoria eran difíciles de distinguir de las células T efectoras y las células T vírgenes por medio del fenotipo, y durante algún tiempo fueron definidas mejor con base en su función. Al igual que las células T vírgenes, casi todas las células T de memoria están reposando en la etapa G₀ del ciclo celular, pero parecen tener requerimientos menos estrictos para activación que las células T vírgenes. Por ejemplo, las células T vírgenes son activadas de manera casi exclusiva por células dendríticas, mientras que las células T de memoria pueden ser activadas por macrófagos, células dendríticas o células B. Las células de memoria expresan diferentes patrones de moléculas de adhesión, y receptores coestimuladores, de superficie, que les permiten interactuar con eficacia con un espectro más amplio de apc. También parecen ser más sensibles a estimulación, y responden con mayor rapidez. Esto quizá se deba en parte a su capacidad para regular la expresión de gen más fácilmente debido a diferencias en la organización epigenética que ocurrieron durante su formación. Por último, las células de memoria muestran patrones de recirculación que difieren de los de células T vírgenes o efectoras. Algunas permanecen durante periodos prolongados en el ganglio linfático y otros órganos linfoides secundarios, en tanto que otras viajan hacia tejidos inmunitarios terciarios donde ocurrió la infección original, y permanecen en los mismos, en anticipación de la posibilidad de otra infección con el antígeno al cual son específicas.

Conforme la capacidad para identificar diferentes proteínas de superficie celular mejoró, también ha mejorado la capacidad para identificar subpoblaciones de células de memoria y distinguirlas. Ahora se distinguen ampliamente dos subgrupos de células T de memoria, las células T de memoria centrales (T_CM) y las células T de memoria efectoras (T_EM), con base en su ubicación, sus patrones de expresión de marcadores de superficie y, hasta cierto grado, su función. Investigación reciente también revela mucha diversidad dentro de estos subgrupos, cuyas relaciones aún se están aclarando. A continuación se describen algunas generalizaciones útiles, y se cierra con las muchas preguntas que quedan.

Las células T vírgenes, efectoras y de memoria despliegan amplias diferencias de la expresión de proteína de superficie

Se han usado tres marcadores de superficie para distinguir ampliamente entre células T vírgenes, efectoras y de memoria: CD44, que aumenta en respuesta a señales de activación; CD62L, una proteína de adhesión, y CCR7, un receptor de quimiocina. Tanto CD62L como CCR7 están involucradas en la vuelta hacia órganos linfoides secundarios (cuadro 11-4). Las células T vírgenes expresan cifras bajas de CD44, lo que refleja su estado inactivado, y cifras altas de la molécula de adhesión CD62L, que las dirige hacia el ganglio linfático o el bazo. En contraste, las células T auxiliares y citotóxicas efectoras tienen el fenotipo recíproco. Expresan cifras altas de CD44, lo cual indica que han recibido señales de tcr, y cifras bajas de CD62L, lo cual evita que recirculen hacia tejido linfoide secundario; ello les permite sondear a fondo sitios de infección en la periferia.

Ambos tipos de células T de memoria también expresan CD44, lo cual indica que son experimentadas en cuanto a antígeno (esto es, han recibido señales por medio de su tcr). Al igual que las células T vírgenes, las células de memoria centrales (T_CM) expresan CD62L y el receptor de quimiocina, CCR7, congruente con su residencia en órganos linfoides secundarios. Las células de memoria efectoras (T_EM), que se encuentran en diversos tejidos, pueden expresar cifras variables de CD62L dependiendo de su ubicación; sin embargo, no expresan CCR7, lo cual refleja sus viajes por tejidos no linfoides y residencia en los mismos. Se han usado otros marcadores para distinguir subtipos de células de memoria, pero aún proporcionan un punto de partida útil para estimar el estado de una célula T.

Las T_CM y T_EM se distinguen por su ubicación y compromiso hacia función efectora

Una pequeña proporción (< 10%) de la progenie de una célula virgen que ha proliferado de manera robusta en respuesta a antígeno se diferencia hacia células T_CM y T_EM. En general, estos dos grupos se distinguen por dónde residen, así como por su magnitud de compromiso hacia un destino de célula efectora específico.

En general, las células T_CM residen en tejidos linfoides secundarios y viajan entre los mismos. Viven más tiempo y tienen la capacidad de pasar por más divisiones que sus homólogas T_EM. Cuando vuelven a encontrar su agente patógeno cognado en tejido linfoide secundario, son activadas con rapidez y tienen la capacidad para diferenciarse hacia diversos subtipos de células T efectoras, dependiendo del ambiente de citocina.

Por otro lado, las células T_EM viajan hacia tejidos terciarios (incluso piel, pulmón, hígado e intestino) y entre los mismos. Podría decirse que se encuentran en una mejor situación para contribuir a la primera línea de defensa contra reinfección porque ya se han comprometido a una línea efectora durante la respuesta primaria, y muestran sus funciones efectoras con bastante rapidez luego de reactivación por su agente patógeno cognado.

Es importante notar que algunas de estas generalizaciones pueden no resistir el escrutinio científico; por ejemplo, algunos investigadores refutan la distinción definitiva entre células T_CM y T_EM, y recalcan la diversidad y el continuo de variaciones entre estos subtipos. Por ende, los aspectos biológicos de las células de memoria constituyen uno de los campos de investigación más activos, uno que es crucial para la capacidad para crear las mejores vacunas.

¿Cómo y cuándo surgen células de memoria?

La investigación actual sugiere que las células de memoria surgen en etapas muy tempranas en la evolución de una respuesta inmunitaria (p. ej., en el transcurso de tres días), pero persisten las controversias respecto a su célula de origen. Algunas investigaciones sugieren que las células de memoria surgen tan pronto como células T vírgenes son activadas. Otras sugieren que las células de memoria surgen a partir de células T vírgenes con diferenciación más completa. Aún otros plantean la interesante posibilidad de que la activación de célula T virgen genera una “célula madre de memoria” que se renueva por sí misma y da lugar a poblaciones de células efectoras de memoria. Estos modelos no son mutuamente excluyentes y es posible que las células de memoria puedan surgir en varias etapas diferentes de activación de células T durante toda una respuesta primaria.

También hay debates en cuanto a la relación entre células T_CM y T_EM. Quizá se originen de manera independiente de células vírgenes y efectoras, respectivamente, o tal vez den lugar una a la otra. Los estudios sugieren, de hecho, que las células T_CM surgen a partir de células T_EM, y en la figura 11-13 se muestra un posible modelo de relaciones. Aquí, los investigadores especulan que las células T_CM surgen antes que las células T_EM, a partir de células a una etapa de diferenciación más temprana hacia células T efectoras (auxiliares o citotóxicas). Las células T_EM surgen en etapas tardías, y se desarrollan también a partir de células efectoras por completo diferenciadas. El modelo también sugiere que las células efectoras pueden reabastecer células de memoria centrales.

Empero, es necesario hacer hincapié en que también se han propuesto varios otros modelos; por ejemplo, investigación reciente sugiere que interacciones experimentadas por células efectoras determinan su destino T_CM en contraposición con T_EM. Las células efectoras que interactúan con las células B tal vez se desarrollen de preferencia hacia células T de memoria centrales y no efectoras. Los modelos nuevos quizá también necesiten incorporar observaciones recientes interesantes, incluso las posibilidades de que 1) las células de memoria surjan a partir de división celular asimétrica de células T activadas, en la cual una célula hija se convierte en una célula efectora, y la otra contribuye al fondo común de memoria, y 2) que la activación de células T genere una población de células madre de memoria que se renueve por sí misma, y que proporcione una fuente a largo plazo de células T de memoria.

¿Qué señales inducen compromiso hacia célula de memoria?

La mayoría de los investigadores concuerda en que la ayuda de células T es crucial para generar memoria duradera. Por ejemplo, las células T CD8⁺ pueden ser activadas en ausencia de ayuda de células T CD4⁺, pero este evento de activación “sin ayuda” no da células T CD8⁺ de memoria de vida prolongada. Aún se está investigando la importancia relativa de otras variables en el impulso del desarrollo de memoria. Si bien se creyó que la intensidad de unión a receptor de célula T es un factor en el compromiso hacia células de memoria, datos recientes sugieren que incluso las interacciones de baja afinidad pueden generar células T de memoria. Sin embargo, todos los estudios parecen concordar con el reconocimiento de que a mayor proliferación que una respuesta suscite, mejor será el fondo común de memoria.

¿Las células de memoria reflejan la heterogeneidad de células efectoras generadas durante una respuesta primaria?

Ya se mencionó que las células T vírgenes se diferencian hacia una amplia variedad de subpoblaciones de células T efectoras, lo cual está determinado en gran parte por las señales de citocina que reciben durante la activación. Los estudios indican que la respuesta de célula de memoria también es muy diversa, en términos tanto de las especificidades de receptor de célula T como de la gama de citocinas producidas. Aun así, el origen celular de esta diversidad aún se está investigando. De manera específica, ¿esta respuesta de memoria diversa refleja estrictamente la diversidad efectora funcional que se genera durante la respuesta primaria? O bien, ¿se desarrolla de nuevo a partir de células T de memoria centrales que muestran respuesta a indicios ambientales diferentes durante la repetición de la exposición? La respuesta probablemente es “ambas”, pero continúan las investigaciones.

¿Hay diferencias entre células T de memoria CD4⁺ y CD8⁺?

La respuesta más simple es “quizá”, queda claro que las células T CD8⁺ de memoria son más prevalentes que las células T CD4⁺ de memoria. Esto se debe en parte a que las células T CD8⁺ proliferan de manera más robusta y, por ende, generan proporcionalmente más células T de memoria. También puede deberse a diferencias en el lapso de vida de células T de memoria. Las células T de memoria CD4⁺ tal vez no sean de vida tan prolongada como las células T de memoria CD8⁺.

¿De qué modo las células de memoria se mantienen durante muchos años?

Persisten las controversias respecto al hecho de si las células de memoria pueden persistir durante años en ausencia de antígeno, aunque la evidencia parece favorecer la posibilidad de que lo hacen. En cualquier caso, parece ser que la persistencia de memoria depende del aporte de citocinas que inducen divisiones ocasionales, proceso que se conoce como proliferación homeostática, que mantiene el tamaño del fondo común al equilibrar eventos apoptóticos con división celular. Tanto IL-7 como IL-15 parecen importantes para aumentar la proliferación homeostática, pero los requerimientos de células T de memoria CD4⁺ y CD8⁺ quizá difieran.

• La activación de células T es el evento fundamental en el inicio de las respuestas inmunitarias adaptativas. Se produce por la interacción en un tejido linfoide secundario entre una célula T virgen y una apc, de modo específico una célula dendrítica.

• La activación de células T vírgenes da pie a diferenciación de células efectoras, que regulan la respuesta a agente patógeno, y de células T de memoria de vida prolongada, que coordinan la respuesta más fuerte y más rápida a infecciones futuras por el mismo agente patógeno.

• Se requieren tres señales distintas para inducir activación, proliferación y diferenciación de células T vírgenes. La señal 1 es generada por la interacción del complejo de TCR-CD3 con un complejo de MHC-péptido sobre una célula dendrítica. La señal 2 es una señal coestimuladora proporcionada por la interacción entre moléculas de la familia B7 expresadas por apc con las moléculas coestimuladoras positivas CD8 o icos expresadas por células T. La señal 3 es proporcionada por citocinas solubles, y desempeña un papel clave en la determinación del tipo de célula efectora en el que una célula T se convierte.

• En ausencia de una señal coestimuladora (señal 2), la unión a receptor de célula T da lugar a inactividad o anergia clonal de células T.

• Las células T CD8⁺, que reconocen complejos de mhc clase I-péptido que son expresados por casi todas las células del organismo, se convierten en células citotóxicas (T_C) con la capacidad para matar células infectadas.

• Las células T CD4⁺, que reconocen complejos de mhc clase II-péptido que son expresados por apc profesionales, se convierten en células auxiliares (T_H), y secretan citocinas que regulan (de maneras positiva y negativa) células que eliminan infección, entre ellas células B, macrófagos y otras células T.

• Las células T CD4⁺ se diferencian hacia al menos cinco subpoblaciones de células efectoras: T_H1, T_H2, T_H17, iT_REG y T_FH. Cada subpoblación se caracteriza por 1) un grupo singular de citocinas polarizantes que inician la diferenciación, 2) un regulador transcripcional maestro singular que regula la producción de genes específicos para célula auxiliar, y 3) un grupo separado de citocinas efectoras que secreta para regular la respuesta inmunitaria.

• Las células T_H1 y T_H17 por lo general aumentan la inmunidad mediada por células y las respuestas inflamatorias. Las células T_H2 y T_FH incrementan la inmunidad humoral y la producción de anticuerpos, y las células T_REG inducidas inhiben las respuestas de células T.

• Subgrupos de células T auxiliares también se han asociado con enfermedad y están implicados en la aparición de autoinmunidad y alergia.

• Las células T de memoria que son más fácilmente activadas que las células vírgenes, se encargan de respuestas secundarias.

• La generación de células B de memoria, así como de células T de memoria CD4⁺ y CD8⁺, requiere ayuda de células T.

• Se han descrito dos tipos de células T de memoria. Las células de memoria central (T_CM) son de vida más prolongada, residen en tejidos linfoides secundarios, y pueden diferenciarse hacia varias células T efectoras diferentes. Las células de memoria efectoras (T_EM) pueblan los sitios de infección (tejidos terciarios) e inmediatamente vuelven a expresar su función efectora original después de reexposición a antígeno.

Sitios web útiles

Los que siguen son ejemplos de sitios web bien organizados desarrollados por estudiantes de pregrado, estudiantes de posgrado, y maestros de inmunología que han hecho un excelente trabajo de simplificar un tema complejo: la diferenciación de subgrupo de células T auxiliares. Los sitios web quizá no sean puestos al día de manera continua; así, como sucede siempre con las fuentes de internet, es necesario verificar la fecha y la exactitud de la información.

http://wenliang.myweb.uga.edu/mystudy/immunology/ScienceOfImmunology/Biologicalprocess(immuneresponses).html Estas notas web de un ex estudiante de posgrado en la Universidad de Georgia proporcionan una descripción rudimentaria, pero exacta y accesible, de los subgrupos de células T.

http://microbewiki.kenyon.edu/index.php/Host_Dependency_of_Mycobacterium_leprae Aquí el lector encontrará una publicación de MicrobeWiki, “un recurso de microbiología editado por estudiantes” que se originó a partir del Kenyon College.

http://users.rcn.com/jkimball.ma.ultranet/BiologyPages/T/T_H1_T_H2.html#Types_of_Helper_T_Cells Esta selección es de la versión en línea del libro del inmunólogo y maestro John Kimball.

PREGUNTA DE ENFOQUE CLÍNICO Y EXPERIMENTAL La esclerosis múltiple es una enfermedad autoinmunitaria en la cual células T_H participan en la destrucción de la vaina de mielina protectora alrededor de neuronas en el sistema nervioso central. Cada persona que padece esta enfermedad tiene síntomas diferentes, dependiendo de cuáles neuronas están afectadas, pero la enfermedad puede ser muy discapacitante. Investigación reciente en un modelo de esta enfermedad en ratón sugiere que el trasplante de células precursoras de neuronas puede ser una buena terapia. Si bien estas células inmaduras pueden funcionar porque pueden desarrollarse hacia células neuronales que reemplazan la vaina de mielina perdida, algunos investigadores se percataron de que desempeñan un papel quizá aún más importante. Estos científicos mostraron que los precursores de células neuronales secretan una citocina llamada factor inhibidor de leucemia (lif); de hecho, la administración de este factor, solo, aminoró los síntomas.

Estos investigadores tuvieron curiosidad por saber si esta citocina tenía un efecto sobre la actividad de células T. Añadieron lif a cultivos de células T (normales) que estuvieron siendo estimuladas bajo condiciones polarizantes diferentes (es decir, unión de tcr y CD28 en presencia de citocinas que impulsan la diferenciación hacia subgrupos auxiliares T distintos). Tiñeron células T para producción de citocina, y analizaron los resultados mediante citometría de flujo. Los datos que aparecen a continuación muestran los resultados a partir de células T de ratón normales polarizadas hacia la línea indicada en ausencia de lif (arriba, control) o en presencia del mismo (abajo).

¿Cuál(es) línea(s) auxiliar(es) T es (son) más afectada(s) por la adición de lif? Explique su respuesta. ¿Por qué podrían estos resultados explicar el efecto beneficioso del lif sobre la enfermedad? Sabiendo lo que usted sabe ahora acerca de los eventos moleculares que influyen sobre la diferenciación de células T, especule sobre la base molecular para la actividad del lif.

1. ¿Cuál de las condiciones que siguen llevaría a anergia de células T?

   1. Una interacción de célula T virgen con una célula dendrítica en presencia de CTLA-4 Ig.

   2. Una célula T virgen estimulada con anticuerpos que se unen tanto a tcr como a CD28.

   3. Una célula T virgen estimulada con anticuerpos que sólo se unen a tcr.

   4. Una célula T virgen estimulada con anticuerpos que sólo se unen a CD28.

2. Un virus entra en una herida en la piel de un ratón e infecta células dendríticas, lo cual estimula diversos prr tanto sobre las células dendríticas como dentro de las mismas, que las inducen a producir IL-12. El ratón después monta una respuesta inmunitaria que elimina exitosamente la infección. ¿Cuál(es) de las afirmaciones que siguen es probable que sea(n) cierta(s) acerca de la respuesta inmunitaria que ocurrió? Corrija cualesquiera que sean falsas.

   1. Las células dendríticas infectadas regularon en dirección ascendente CD80/CD86 y mhc clase II.

   2. Las células dendríticas encontraron células T vírgenes en la piel del ratón y las activaron.

   3. Las células T vírgenes activadas por estas células dendríticas generaron señales que liberaron reservas de Ca²⁺ internas.

   4. Las células T vírgenes activadas por estas células dendríticas estuvieron polarizadas hacia la línea T_H2.

   5. Sólo se produjeron células T de memoria efectoras en este ratón.

3. El laboratorio donde usted trabaja adquiere ratones que no tienen el gen que codifica para GATA-3 (ratones con deleción [knockout] del gen que codifica para GATA-3). Usted descubre que este ratón tiene dificultad para eliminar infecciones por helmintos (gusanos). ¿Por qué podría ser esto?

4. Usted aísla células T vírgenes a partir de su propia sangre y quiere polarizarlas hacia la línea T_H1 in vitro, ahora puede usar cualquiera de los reactivos que siguen para hacer esto. ¿Cuál escogería?

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   Anticuerpos anti-TCR	CTLA-4 Ig	IL-12
   IL-4	Anticuerpos anti-CD80	IL-17
   IFN-γ	Anticuerpos anti-CD28

5. Todas las oraciones que siguen son falsas. Identifique el (los) error(es) y corríjalo(s).

   1. Los macrófagos activan células T vírgenes mejor que las células dendríticas.

   2. icos aumenta la activación de células T y se llama un correceptor negativo.

   3. Casi todas las células en el organismo expresan ligandos coestimuladores.

   4. CD28 es el único receptor coestimulador que se une a miembros de la familia B7.

   5. La señal 3 es proporcionada por receptores coestimuladores negativos.

   6. El síndrome de choque tóxico es un ejemplo de una enfermedad autoinmunitaria.

   7. Los superantígenos imitan interacciones de tcr-mhc clase I.

   8. Las células T CD4⁺ interactúan con mhc clase I sobre células T CD8⁺.

   9. Las células T vírgenes producen IFN-γ.

   10. T-bet y GATA-3 son citocinas efectoras.

   11. Las citocinas polarizantes sólo son producidas por apc.

   12. Bcl-6 está involucrado en el suministro de señales coestimuladoras.

   13. Los subgrupos de células T_H17 y T_FH son las principales fuentes de ayuda a células B.

   14. Las células iT_REG aumentan la enfermedad inflamatoria.

   15. Las citocinas efectoras actúan exclusivamente sobre células T.

   16. Las células T de memoria centrales tienden a residir en el sitio de infección.

   17. Al igual que las células T vírgenes, las células de memoria efectoras expresan CCR7.

6. Al igual que las células T_H1 y T_H2, las células T_H17 y T_REG se regulan de manera cruzada entre sí. ¿Cuál de estas dos afirmaciones acerca de esta regulación cruzada es (son) verdadera(s)? Corrija una u otra, si es falsa.

   1. El TGF-β es una citocina polarizante que estimula la regulación ascendente de cada uno de los reguladores transcripcionales maestros que polarizan las células T hacia las líneas T_H17 y T_REG.

   2. IL-6 inhibe la polarización hacia la línea T_REG al inhibir la expresión de RORγ.

7. Recientemente se ha identificado un nuevo subgrupo de células T efectoras, T_H9. Secreta IL-9 e IL-10, y parece desempeñar un papel en la protección contra infección por gusanos intestinales. ¿Qué otra información acerca de este subgrupo le ayudaría a determinar si debe considerarse una línea de células T auxiliares independiente?

Respuesta de enfoque clínico y experimental Los datos muestran que lif inhibe la polarización T_H17 (en su presencia, la frecuencia de células IL-17⁺ está reducida 50% después de que las células quedan expuestas a condiciones de polarización de T_H17). La diferenciación T_H1 no parece quedar afectada (la misma frecuencia de células IFNγ⁺ está presente después de tratamiento con condiciones de polarización T_H1). Esto sugiere que lif tiene un efecto específico sobre las vías que inducen diferenciación T_H17 o sobre las que se encargan de la producción de IL-17. Esto podría interferir con cualquiera de los pasos involucrados, incluso (desde el exterior hacia el interior), 1) señalización inducida por TGF-β o por citocinas polarizantes IL-6, 2) expresión de RORγ en sí, o 3) expresión de IL-17 en sí. Una reducción de células T_H17 podría dar lugar a menos inflamación y la aminoración de enfermedad que se observa en este modelo.

(Resulta ser que lif actúa en oposición a IL-6, y bloquea su señalador torrente abajo, STAT3. Esto suprime el efecto inhibidor que IL-6 tiene sobre la expresión de FoxP3, lo cual cambia el equilibrio a T_REG más que a compromiso a la línea T_H17. De este modo, la aminoración de enfermedad no es sólo una consecuencia de menos células T activadas, sino un resultado del incremento de células que reprimen respuestas de células T.)

1. a). Anergia. Señal 1 (si el tcr es unido) sin señal 2 coestimuladora porque CTLA-4 Ig bloqueará la capacidad de CD28 para unirse a CD80/86. b). No hay anergia. Se generan tanto señal 1 como señal 2. c). Anergia. Señal 1 sin señal 2. d). No hay anergia, pero tampoco activación. No se genera señal 1 ni señal 2.

2. a) Muy probable. Cualquier apc profesional activada, como una célula dendrítica, regula en dirección ascendente moléculas de mhc y ligandos coestimuladores, lo cual las hace activadoras ideales de células T. b) Muy poco probable. Las células dendríticas activadas viajan a los ganglios linfáticos de drenaje (o al bazo), y encuentran ahí células T vírgenes, no en tejidos periféricos. Las células T vírgenes viajan entre órganos linfoides secundarios, no en tejidos periféricos. No obstante, las células T efectoras y algunas células T de memoria, viajan a tejidos periféricos y pueden ser activadas por células dendríticas ahí. c) Muy probable. La estimulación de tcr induce rápidamente movilización de Ca²⁺. d) Muy poco probable. El virus indujo células dendríticas a sintetizar IL-12, una de las citocinas polarizantes fundamentales para la línea T_H1. e) Muy poco probable. Ciertamente también se generaron células de memoria centrales.

3. Un ratón sin GATA-3, el regulador maestro para el compromiso a línea T_H2, será incapaz de generar células T_H2, que son fundamentales en el montaje de la respuesta inmunitaria a infecciones por gusanos. Las células T_H2 ayudan a las células B a producir IgE, que tiene potente actividad antiparasitaria.

4. Usted necesitará proporcionar señal 1 (anti-TCR), señal 2 (anti-CD28) y señal 3 (IL-12). El CTLA-4 Ig y anti-CD80 se unen a los ligandos para los receptores coestimuladores, y no se unirían a sus células T.

5. a) Las células dendríticas son mejores para activar células T vírgenes —expresan una densidad alta de ligandos y moléculas de mhc coestimuladores—. b) icos es un receptor coestimulador positivo (es expresado sobre algunas células T efectoras, incluso células T_FH). c) Casi ninguna célula expresa ligandos coestimuladores. Las apc profesionales (y las células epiteliales tímicas) figuran entre las únicas células que lo hacen. d) icos y CTLA-4 también se unen a miembros de la familia B7 (CD80 y CD86). PD1 también se une a una molécula tipo B7, PD-L1. e) La señal 3 es proporcionada por citocinas, que incluyen las citocinas polarizantes que inducen la diferenciación de la línea de células T auxiliares. f) Es una enfermedad causada por respuesta de células T a superantígenos (bacterianos y/o virales), no a autoantígenos. g) Imitan algunas interacciones tcr-mhc clase II. h) No tienen receptor alguno para mhc clase I, y no interactúan de manera directa con células T CD8⁺ por medio de sus tcr, que se unen a mhc clase II. i) Las células T vírgenes no producen citocinas efectoras. j) Son reguladores transcripcionales maestros de la diferenciación hacia la línea de células auxiliares T. k) Las apc pueden sintetizar algunas citocinas polarizantes, pero muchas de estas citocinas se originan a partir de otras células, incluso otras células T, células B, mastocitos y células nk. l) T-bet es un regulador transcripcional maestro de la diferenciación hacia la línea T_FH. m) T_FH y T_H2 clásicamente son las principales fuentes de ayuda de células B, aunque todos los subgrupos auxiliares pueden interactuar con células B e influir sobre el cambio de clase de Ig. n) Inhiben la activación de célula T. o) Las citocinas efectoras tienen muchos blancos celulares diferentes, incluso células B, células endoteliales, células del estroma en tejidos, células inmunitarias innatas, y así sucesivamente, así como otras células T. p) Las células de memoria centrales tienden a residir en órganos linfoides secundarios. q) CCR7 atrae células a tejido linfoide secundario, y las células efectoras tienden a recorrer la periferia. Típicamente regulan en dirección descendente CCR7.

6. a) Cierto. Estimula la producción tanto de FoxP3 como de RORγ. b) Falso. La IL-6, en combinación con TGF-β, polariza células a la línea T_H17, un evento que requiere RORγ. La IL-6 actúa en parte al inhibir la expresión de FoxP3.

7. Su exposición debe incluir un reconocimiento de las tres propiedades que distinguen las líneas auxiliares T: un grupo único de citocinas polarizantes, un regulador gen maestro único, y un grupo singular de citocinas efectoras. Saber cuáles citocinas se polarizan a una célula T virgen hacia esta línea, así como la identidad de un regulador maestro único que induce diferenciación a la línea T_H9, fortalecería la argumentación para colocar esto en una categoría de línea T única. También sería útil saber qué tan estable es el fenotipo. ¿Se diferencia hacia otros subgrupos, o es estable en cuanto a función efectora y fenotipo? Esta propiedad no impediría que T_H9 se considerara una línea separada (p. ej., recuérdese que las células T_H17 y T_REG pueden dar lugar a otras líneas), pero añadiría complejidad a la evaluación.