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¿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).
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RECUADRO 11-3
AVANCES: ¿Cuántos complejos de tcr deben unirse para desencadenar activación de células T?
Antes del desarrollo de técnicas de obtención de imágenes de célula única, se usaban métodos indirectos para calcular cuántos ligandos debe reconocer una célula T para ser activada. Mark Davis y colegas en la Stanford School of Medicine abordaron esta pregunta usando una técnica de visualización microscópica de dos partes, sensible de manera aguda (figura 1). Las apc se cultivaron (pulsaron) brevemente con péptido unido a una molécula de biotina. Cuando las apc quedan expuestas a péptidos solubles, un pequeño número los intercambiará con un péptido unido a una molécula de mhc sobre la superficie celular. El número de péptidos que en realidad se unen a mhc podría determinarse en este sistema al agregar un conjugado de estreptavidina fluorescente (ficoeritrina), que se une a la biotina del péptido biotinilado, y se puede detectar y cuantificar por medio de microscopia fluorescente.
La respuesta de células T específica para el complejo también podría cuantificarse usando otra herramienta fluorescente: fura-2, un colorante que puede entrar a las células y muestra fluorescencia cuando se libera calcio intracelular. Al añadir células T “cargadas” con fura-2 a las apc unidas a números variables de péptido fluorescente rojo (figura 1a), los investigadores pudieron determinar 1) si una célula T estaba activada, y 2) cuántas moléculas de péptido estuvieron presentes en el punto de contacto entre la célula T y la apc; en otras palabras, cuántos complejos de tcr/mhc-péptido biotinilado se requirieron para estimular la liberación de calcio intracelular.
En la figura 1b se ilustra un grupo de datos provenientes de estos experimentos. Una célula T activada, cargada con fura-2 (azul), se muestra interactuando con una apc en la parte superior izquierda. En la imagen superior derecha se muestra la micrografía fluorescente del péptido en la unión de la célula T y la apc. La intensidad de la fluorescencia roja varía con el número de péptidos unidos. (La imagen está “estirada” artificialmente debido al programa de computadora que se usó para cuantificar la fluorescencia.) La intensidad de la fluorescencia calculada a partir de esta imagen particular indicó que sólo una combinación de mhc-péptido estuvo en la sinapsis de célula T-APC. El gráfico que aparece debajo de estas imágenes muestra la intensidad de fluorescencia de fura-2 (esto es, el incremento del Ca2+ intracelular) con el tiempo después de unión de célula T-APC. La espiga inicial es un indicador de que este mhc-péptido único podría suscitar señales de Ca2+ robustas.
Los investigadores cuantificaron muchas interacciones de esta manera, y concluyeron en definitiva que una combinación de mhc-péptido única podía estimular liberación importante de Ca2+. La liberación máxima de Ca2+ se alcanzó en células T CD4+ cuando tan poco como 10 complejos de tcr estuvieron unidos. Se obtuvieron resultados similares con células T CD8+.
Irvine, D.J., M.A. Purbhoo, M. Krogsgaard, y M. M. Davis. 2002. Direct observation of ligand recognition by T cells. Nature 419:845-849.
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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.
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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.
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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.
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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 TC). 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 TH) 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+.
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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 TH 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 TH CD4+. La generación y actividad de células ctl se describen con mayor detalle en el capítulo 13.
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Las células T auxiliares pueden dividirse en subgrupos
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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, TH1 y TH2, 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.
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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 TH1 y TH2.
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Dado que los subgrupos TH1 y TH2 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 TH1, TH2 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 TH1 o TH2 ocurre en etapas tardías de una respuesta inmunitaria. Por ende, resultó difícil encontrar subgrupos TH1 o TH2 claros en estudios en los que se emplearon sujetos humanos sanos, en los cuales estas células no se habrían desarrollado. De hecho, las poblaciones TH1 y TH2 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.
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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 TH1 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 TH2 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.
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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 TH1 y TH2 han sido unidas en definitiva por las subpoblaciones TH17 y TREG, 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 (TFH), 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.
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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 TH efectora en el que una célula T virgen (también llamada una célula TH0) 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 TH2, 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 TH1 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.
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La diferenciación de subgrupos de células auxiliares T está regulada por citocinas polarizantes
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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 TH1, mientras que las células T que son activadas en presencia de IL-4 e IL-6 se polarizan hacia la línea TH2.
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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.
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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).
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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 TH1. 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 TH2, 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.
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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).
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Los subgrupos de células auxiliares T efectoras se distinguen por tres propiedades
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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:
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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 TH1 y TH17 regulan la inmunidad mediada por células (células T CD8+ y macrófagos), y las células TH2 y TFH 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 TH1 y TH17 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 TH2 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 TH1 y TH2, así como del par TH17 y TREG.
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.
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La exposición sobre las características del subgrupo de células auxiliares empieza con los dos primeros subgrupos que se identificaron: células TH1 y TH2. 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: TH17, TFH y TREG.
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La diferenciación y función de células TH1 y TH2
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Las citocinas polarizantes clave que inducen la diferenciación de células T vírgenes hacia células TH1 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 TH1 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 TH1, lo cual induce expresión de las citocinas efectoras TH1 características, entre ellas IFN-γ y tnf.
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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 TH1. 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 TC por completo citotóxicas desde precursoras CD8+ al activar las células dendríticas que se unen a células TC vírgenes. Estos efectos combinados hacen que el subgrupo TH1 sea en particular idóneo para mostrar respuesta a infecciones virales y otros agentes patógenos intracelulares. También contribuyen a los efectos patológicos de células TH1, que también están involucradas en la respuesta de hipersensibilidad de tipo retardado a la hiedra venenosa (capítulo 15).
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Del mismo modo que la diferenciación del subgrupo TH1 es promovida por IL-2 e IFN-γ, la diferenciación hacia el subgrupo TH2 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 TH2. Despierta interés que el desarrollo hacia TH2 es muy favorecido sobre el desarrollo hacia TH1. Incluso en presencia de IFN-γ e IL-12, las células T vírgenes se diferenciarán hacia efectoras TH2 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 TH2, entre ellas IL-4, IL-5 e IL-13.
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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 TFH 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 TH2 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 TH2 en tejidos linfoides secundarios.
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Las citocinas efectoras producidas por células TH2 ayudan a eliminar infecciones parasitarias extracelulares, incluso las causadas por helmintos. La IL-4, la citocina efectora TH2 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 TH2 en estas respuestas patológicas se describe en el capítulo 15.
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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 TH1.
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Regulación cruzada de TH1 y TH2
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Las principales citocinas efectoras producidas por los subgrupos TH1 y TH2 (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 TH1) inhibe la proliferación del subgrupo TH2, y la IL-4 (secretada por el subgrupo TH2) regula en dirección descendente la secreción de IL-12 por apc, lo que inhibe la diferenciación hacia TH1. Además, la IL-4 aumenta el desarrollo de células TH2 al hacer a las células TH menos susceptibles a las señales de citocina promotoras de TH1 (y viceversa).
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De modo similar, estas citocinas tienen efectos opuestos sobre células blanco que no son subgrupos TH. En ratones, donde los subgrupos TH1 y TH2 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 TH1 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 TH2 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 TH1 y TH2 a promover la inmunidad mediada por células en contraposición con la humoral, respectivamente.
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La IL-10 secretada por células TH2 también inhibe (regula de manera cruzada) el desarrollo de células TH1, 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 TH1 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.
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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 TH1 y suprime su diferenciación a lo largo de la vía TH2. La expresión de GATA-3 hace lo opuesto; promueve el desarrollo de células T vírgenes hacia células TH2, mientras que suprime su diferenciación hacia células TH1. 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.
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El descubrimiento del subgrupo TH17 de células T, que, al igual que el subgrupo TH1, 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 TH1, 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 TH1 porque, en ausencia de IL-12, no generó células TH1. 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 TH1 inducidas por IL-12 en realidad fueron llevadas a cabo por una subpoblación de células auxiliares T inducidas por IL-23, ahora denominada células TH17.
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Las células TH17 son generadas cuando células T vírgenes son activadas en presencia de IL-6 y de TGF-β, la citocina polarizante clave para la diferenciación iTREG (figura 11-11, Perspectiva general). La IL-23 también está involucrada en la finalización del compromiso al destino TH17, 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 TH1 y TH2, la diferenciación de células TH17 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 TH17.
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Las células TH17 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 TH17 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 TH17, 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.
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RECUADRO 11-4
ENFOQUE CLÍNICO: Lo que revela una enfermedad acerca del papel fisiológico de las células TH17
Experimentos que revelan el funcionamiento interno de células inmunitarias sanas normales han ofrecido información inestimable sobre qué puede salir mal, y sale mal. Sin embargo, a veces se necesitan “experimentos de la naturaleza” —las enfermedades mismas— para esclarecer cómo funciona el sistema inmunitario en individuos sanos. El síndrome de Job, una rara enfermedad en la cual los pacientes sufren defectos en los huesos, los dientes y la función inmunitaria, está ayudando a resolver el misterio de la función fisiológica de células TH17.
Las personas con síndrome de Job sufren infecciones recurrentes, típicamente de los pulmones y la piel. Los abscesos dolorosos que suelen ser una característica de la enfermedad, y las vicisitudes soportadas por estos pacientes, explican su nombre, que viene de la historia bíblica de un hombre (Job) que queda sujeto a adversidades espantosas como una prueba de su devoción. Otra característica fundamental de la enfermedad, cifras altas de IgE en el suero, es la base para su nombre más formal, síndrome de híper-IgE (hies). Hay dos formas principales de hies: el síndrome de Job, la más común, también se denomina hies tipo 1. Los pacientes con hies tipo 2, que no se comentarán aquí, no tienen problemas con el desarrollo óseo o dental.
La abundancia de IgE originalmente sugirió a algunos investigadores que estuvieron bien informados acerca de los papeles de subgrupos de células T auxiliares, que los síntomas de hies tipo 1 pueden ser causados por un desequilibrio entre respuestas TH1 y TH2. La investigación inicial no reveló una diferencia en estas actividades, pero conforme se reveló la diversidad de subgrupos auxiliares T, los investigadores buscaron más vigorosamente la posibilidad de un desequilibrio de células auxiliares. Varios grupos de Japón y América descubrieron de manera independiente que los linfocitos de pacientes con hies fueron incapaces de mostrar respuesta a citocinas seleccionadas, incluso IL-6, IL-10 e IL-23. Un análisis de los genes que podrían explicar este fracaso de la emisión de señales reveló una mutación negativa dominante en STAT3, una molécula emisora de señales de citocina clave (capítulo 4).
Estos investigadores supieron a partir de la literatura inmunológica que la ausencia de emisión de señales por medio de estas citocinas sugirió un problema específico con la polarización al subgrupo auxiliar TH17. De hecho, en pacientes que padecían hies con mutaciones de STAT3 no hubo células TH17 circulantes. Los investigadores a continuación probaron de manera directa su hipótesis de que esta falta se debió a un fracaso de las células T CD4+ para polarizarse normalmente. De manera específica, extrajeron células T de la sangre, y las expusieron a condiciones que en circunstancias ordinarias las polarizarían hacia la línea TH17: estimulación de receptor de célula T (señal 1) en presencia de señales coestimuladoras (CD28, señal 2) y citocinas que se sabe que impulsan la diferenciación hacia TH17 en seres humanos (IL-1, IL-6, TGF-β e IL-23, señal 3) (figura 1a). Tiñeron las células para la expresión intracelular de la citocina característica de TH17, IL-17, y efectuaron citometría de flujo (figura 1b; capítulo 20). Aunque las células T CD4+ de pacientes con hies pudieron desarrollarse hacia otras líneas auxiliares (y, como puede observarse a partir de los gráficos de contorno de citometría de flujo, también fueron capaces de sintetizar IFN-γ, lo que indica que podían convertirse en células TH1), no pudieron ser inducidas a secretar IL-17. De manera específica, mientras que 18.3% de las células T de pacientes sanos que quedaron sujetas a estas condiciones, se tiñeron con anticuerpos contra IL-17, 0.05% (en esencia ninguna) de las células T de pacientes con hies se tiñeron con los mismos anticuerpos.
Estas observaciones notorias sugieren que las infecciones recurrentes que experimentan los pacientes que padecen hies se originan al menos en parte por la falta de células TH17. De manera recíproca, indican que las células TH17 desempeñan un papel importante en el control del tipo de infección que afecta a estos pacientes, entre ellas infecciones cutáneas y neumonía por Staphylococcus aureus. Estudios en ratones también han dado respaldo al papel crucial de células TH17 en el control de infecciones bacterianas y micóticas en superficies epiteliales.
J.D. Milner et al. 2008. Impaired TH17 cell differentiation in subjects with autosomal dominant Hyper-IgE syndrome. Nature 452:773-776.
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Células TREG (inducidas)
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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 TREG inducidas (iTREG), es similar a la de células TREG naturales (nTREG) que se originan a partir del timo (capítulo 9). Sin embargo, las células TREG 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 iTREG. Las células iTREG 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 iTREG 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 iTREG tienen importancia crucial para el mantenimiento de la tolerancia de la madre a su feto.
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Regulación cruzada de TH17 y TREG
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Del mismo modo que las células TH1 y TH2 se regulan de manera recíproca, las células TREG y TH17 también se regulan de manera cruzada. El TGF-β induce diferenciación TREG; no obstante, cuando se acompaña por IL-6, el TGF-β induce diferenciación hacia TH17. De manera específica, el TGF-β parece regular en dirección ascendente tanto FoxP3 como RORγ (que controlan la diferenciación de TREG y TH17, 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 TH17. La relación TH17 en contraposición con iTREG puede ser muy adaptativa. En reposo, un organismo sano puede favorecer el desarrollo de una población iTREG antiinflamatoria, que sería reforzada por la producción propia de células iTREG 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 iTREG hacia las células TH17 proinflamatorias, de modo que podría montarse una defensa apropiada.
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Las células T auxiliares foliculares (TFH) 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 TH2, las células TFH 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 TH2.
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Las citocinas que polarizan células T activadas hacia la línea TFH 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 TFH (figura 11-11, Perspectiva general). La regulación cruzada también es una característica de la función de TFH: la expresión de Bcl-6 inhibe la expresión de T-bet, GATA3 y RORγt; así, inhibe la diferenciación TH1, TH2 y TH17, respectivamente, mientras que induce la polarización de TFH.
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Si bien las células tanto TFH como TH2 secretan IL-4, las células TFH 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 TH1 definitoria). La manera en que las células TFH y TH2 dividen responsabilidades para inducir la producción de anticuerpos por células B aún es una pregunta abierta.
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Otros subgrupos de células T auxiliares potenciales
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Se han identificado otros subgrupos de células T con requerimientos de polarización distintos y perfiles de secreción de citocina singulares (p. ej., células TH9, que secretan IL-9 e IL-10). Aun así, dado que estas subpoblaciones secretan citocinas que también son producidas por células TH1, TH2, TH17 o iTREG, 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 (TFH), 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.
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Las células T auxiliares quizá no queden comprometidas de manera irrevocable a una línea
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Las investigaciones ahora sugieren que la relación entre subpoblaciones de células TH 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 TH2 jóvenes pueden ser inducidas a que expresen la citocina de célula TH1 característica, IFN-γ. Células TH1 jóvenes también pueden ser inducidas para que expresen la citocina de TH2 característica, IL-4, en condiciones polarizantes hacia TH2.
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Despierta interés que las células TH1 y TH2 parecen incapaces de adoptar características de TH17 o iTREG. Por otro lado, las células TH17 e iTREG son más flexibles y pueden adoptar los perfiles de expresión de citocinas de otros subgrupos, incluso TH1 y TH2. El subgrupo TH17 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 iTREG también pueden ser inducidas para que expresen IFN-γ, y algunas pueden ser redirigidas hacia un fenotipo TH17 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 TH1, TH2, TH17 e iTREG que han quedado expuestos a otros ambientes polarizantes.
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Los subgrupos de células T auxiliares desempeñan funciones cruciales en la salud y la enfermedad inmunitarias
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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.
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El desarrollo de lepra lepromatosa o tuberculoide depende en parte del equilibrio entre respuestas TH1 y TH2 (figura 11-12). En la lepra tuberculoide, la respuesta inmunitaria se caracteriza por una respuesta tipo TH1 y cifras circulantes altas de IL-2, IFN-γ y linfotoxina-α (LT-α). En la lepra lepromatosa, hay una respuesta inmunitaria tipo TH2, con cifras circulantes altas de IL-4 e IL-5 (y de IL-10, que también puede ser sintetizada por células TH2). Este perfil de citocina explica la inmunidad mediada por células disminuida y la producción aumentada de anticuerpos séricos en la lepra lepromatosa.
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Es probable que cada uno de estos pacientes haya quedado expuesto al mismo agente patógeno. ¿Por qué algunos desarrollaron una respuesta de TH1 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.
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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 TH1 es alta, pero conforme progresa el sida, algunos han sugerido que puede ocurrir un cambio desde una respuesta tipo TH1 hacia una respuesta tipo TH2, que es menos eficaz para controlar infección viral. Además, algunos agentes patógenos pueden influir “deliberadamente” sobre la actividad de los subgrupos TH. 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 TH1 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.
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Las células TH17 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 TH17, fueron notoriamente resistentes a autoinmunidad. Las células TH17 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 TH17 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 TH17 eran importantes en el control de infecciones por bacterias y hongos extracelulares (recuadro 11-4, Enfoque clínico).
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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.