Inmunidad Innata

Eduardo Ferat Osorio

Instituto Mexicano del Seguro Social, Centro Médico Nacional Siglo XXI, Hospital de Especialidades, Bernardo Sepúlveda Gutiérrez. Ciudad de México, México.

Correspondencia: eduardoferat@prodigy.net.mx

Lourdes Arriaga Pizano

Instituto Mexicano del Seguro Social, Centro Médico Nacional Siglo XXI, Hospital de Especialidades Bernardo Sepúlveda Gutiérrez, Unidad de Investigación Médica en Inmunoquímica. Ciudad de México, México.

Correspondencia: landapi@hotmail.com

Teléfono: (55) 56 27 69 00 Ext. 21476

Armando Isibasi

Instituto Mexicano del Seguro Social, Centro Médico Nacional Siglo XXI, Hospital de Especialidades Bernardo Sepúlveda Gutiérrez, Unidad de Investigación Médica en Inmunoquímica. Ciudad de México, México.

Correspondencia: isibasi@prodigy.net.mx

 

Introducción

La inmunidad innata representa la primera línea de defensa en contra de patógenos, que a diferencia de la inmunidad adquirida, es de respuesta inmediata y se propone que siempre con la misma intensidad (aunque recientemente se ha se han obtenido respuesta diferenciales dependiendo el “entrenamiento” o “training” previo de las células innata). Posee diferentes componentes que pueden dividirse en: 1) barreras (bio)fisicoquímicas, 2) elementos solubles y 3) elementos celulares. La respuesta innata requiere la participación de estos componentes, por ejemplo, en la piel y las mucosas, donde se ubican células capaces de sintetizar y secretar péptidos antimicrobianos y de complemento, que favorecen el reclutamiento de otros tipos celulares, principalmente fagocitos, estos limitan el daño y ayudan a la reparación del tejido con el fin de retornar a la homeostasis.

El sistema inmune innato es de total importancia en muchos sentidos, por ejemplo, su disfunción generada por alteraciones genéticas (mutaciones de los receptores o de las moléculas necesarias para la señalización) pueden dar lugar a inmunodeficiencias primarias.1

Barreras (bio)fisicoquímicas

En el caso de los humanos, como el resto de los mamíferos, las barreras fisicoquímicas incluyen la piel y las mucosas especializadas pues son epitelios estratificados, cuya capacidad de descamación, control de pH y secreciones (lágrimas, moco, etc.) claramente protegen el organismo de patógenos. Por ejemplo, la barrera epitelial gastrointestinal se compone del epitelio intestinal cubierto por una mucosa rica en glicoproteínas de mucina, defensinas, péptidos antimicrobianos e inmunoglobulinas de tipo IgA secretora (S-IgA, producidas por células plasmáticas de las placas de Peyer y en la lámina propia). La S-IgA bloquea epítopes bacterianos a través de la unión de la inmunoglobulina a la región variable, lo que previene la adhesión de bacterias comensales a la superficie apical epitelal; evita el crecimiento bacteriano descontrolado, limita la movilidad bacteriana mediante su unión a la flagelina, intercepta bacterias intracelulares y toxinas dentro de las células intestinales y presenta componentes bacterianos a células dendríticas (CD11c+CD11b+CD8) que producen citocinas como IL-10.

Las encargadas de estimular la producción de IgA por las células B son las Tregs FoxP3+ (factor de transcripción clave en las respuesta reguladoras). Las DC también se encargan de censar el microambiente intestinal y son capaces de activar respuestas de tipo Th1 (secretando IL-12) y Th2 (secretando IL-10). La administración de probióticos resulta beneficiosa por favorecer la disminución de la permeabilidad intestinal y la resistencia intestinal epitelial, a través del incremento en la activación de la actina y las ocludinas para formar uniones estrechas y favorecer también la producción de IgA.2

Recientemente se ha descrito que la piel y las mucosas también constituyen el punto de asentamiento del microbioma, un extenso conjunto de bacterias, virus, parásitos y hongos, que en el cuerpo humano constituyen entre 4.7 y 17.2 x1013 de las células. Este microbioma se distribuye en piel, tracto genitourinario y sistema gastrointestinal. El microbioma gastrointestinal es el más abundante, participa en la digestión de carbohidratos complejos y también ejerce funciones protectoras contra la invasión de agentes patógenos, además regula la distribución y maduración de las células del sistema inmunológico asociadas a epitelios. De allí la importancia que ha adquirido el estudio del microbioma en procesos de inflamación crónica (como enfermedad intestinal inflamatoria y autoinmunidad)3 y la consideración a renombrar a estas barreras como bio-fisicoquímicas.

Elementos solubles

Entre los elementos solubles del sistema inmune innato se encuentran la lisozima o N-acetyl muramido glicanohidrolasa, los péptidos antimicrobianos, las proteínas de fase aguda, el complemento, las citocinas y los anticuerpos naturales.

Todos los péptidos antimicrobianos son moléculas catiónicas (ya que contienen gran cantidad de aminoácidos básicos como lisina y arginina), que fácilmente se insertan en las paredes celulares de bacterias (por que al menos 50 % de sus aminoácidos son hidrofóbicos). De acuerdo con su peso molecular y estructura los péptidos antimicrobianos se clasifican en defensinas, catelicidinas y hepcidinas.

Las defensinas, que se inducen por productos bacterianos (lipopolisacáridos o LPS) o citocinas, se dividen por sus enlaces disulfuro en α, β y θ. En humanos solo se producen defensinas α (exclusivamente por neutrófilos) y β (por neutrófilos y células epiteliales). LL-37 es una catelicidina exclusiva de  humanos que se deriva del precursor hCAP-18 y que tiene actividad bactericida, bacteriostática (inhibe replicación de DNA) y como agente quimioatrayente para neutrófilos y linfocitos cooperadores CD4+.4 Tabla 1.

Tabla 1.

Componentes humorales del sistema inmune innato o defensinas

Factor Distribución Expresión Blanco Actividad
 

Lisozima

(N-acetyl muramide glycanohydrolase)

 

Abundante en lágrimas, saliva y leche maternal, así como granulos de neutrófilos.

 

 

Constitutiva

 

Hexamínidos de las paredes bacterianas

Bactericida: Destrucción de la pared celular de bacterias al romper los enlaces glucosídicos de ácido N-acetilmuránico (NAM).
Péptidos antimicrobianos
 

Defensinas

a-defensinas HNP-1 a HNP-4

 

 

HNP-5

 

 

 

HNP-6

 

 

 

 

b-defensinas

 

HDB-1

 

 

 

 

 

 

HDB-2,-3 y -4

 

 

Exclusivamente neutrófilos (granulos azurófilos)

 

Células de

Paneth en   intestino delgado

 

Células epiteliales del tracto urogenital femenino

 

 

Producidas por neutrófilos y células epiteliales.

 

 

Constitutiva (pueden ser secretadas)

 

 

Constitutiva

 

 

 

Constitutiva

 

 

 

 

Constitutiva (secretadas)

 

 

 

 

Inducidas por PAMPs y citocinas proinflamatorias

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fosfolípidos con carga negativa presentes en la cara externa de la membrana plasmatica

 

 

 

 

 

 

Inserción en las membranas de microorganismos, formando poros.

 

 

 

 

 

 

Tienen además actividad como opsoninas, factores

quimiotácticos y

anti-inflamatorios

 

Catelicidina

LL-37

Neutrófilos

 

Células epiteliales, monocitos, linfoci-

tos T y células cebadas

Presencia constitutiva en granulos

 

 

Secreción inducida por PAMPs

 

Fosfolípidos de membrana

 

 

 

Grupos fosfato del DNA

Disolución de las membranas plasmáticaspor la formación micelas.

 

Inhibición dela replicación de DNA.

 

 

Hepcidina (también se considera proteína de fase aguda)

 

 

Hepatocitos

 

Secreción inducida por IL-6 (vía STAT3)

 

 

Internalización de ferroportina

Disminuye las concentraciones extracelulares de Fe++ requerido para metabolismo bacteriano

 

Las proteínas de fase aguda (APP por Acute Phase Proteins) son producidas primordialmente por hepatocitos en respuesta a estímulos inflamatorios (PAMPs, DAMPs, citocinas). Las APP se incluyen tanto a las mismas catelicidinas, como a pentraxinas, haptoglobina, α1-glicoproteína ácida, α2-macroglobulina, ceruloplasmina, fibrinógeno y transferrina. Estas proteínas pueden reconocer monoésteres de fosfato, lipoproteínas modificadas (como LDL oxidada), ribonucleoproteínas, fibronectina, entre otros ligandos.

Si los ligandos que reconocen están en la superficie de microorganismos, las APP pueden también unirse a receptores Fc (como CD64) y funcionar como opsoninas. Adicionalmente favorecen la aglutinación y pueden activar o modular al complemento mediante su interacción con C1q.5 La proteína C reactiva (CRP por C-reactive protein) y el amiloide sérico P (SAP por seric amiloid P) se elevan en suero en respuesta a PAMPs y DAMPs. La más estudiada (y utilizada como biomarcador en diferentes procesos inflamatorios) es la CRP cuyas dos formas se han descrito como pentamérica (pCRP) y monomérica (mCRP). Esta, en células endoteliales, induce la expresión de DAF, CD46 y CD59.5,6

Complemento

El sistema de complemento incluye más de 30 proteínas solubles y se activa a través de tres diferentes vías. La vía clásica se inicia por la activación del complejo C1 o a través del reconocimiento de complejos antígeno-anticuerpo con IgM o de dos complejos (adyacentes) con IgG, ya sea IgG1, IgG2 o IgG3. La vía de las lectinas depende del reconocimiento de residuos de manosa (expresados en la superficie de bacterias o virus) mediante la MBL y la ficolina. De allí que esta vía sea independiente de anticuerpos y su principal función sea favorecer la opsonofagocitosis.

La vía alterna (que en realidad es más temprana en la filogenia) se inicia cuando un componente del complemento, C3, se activa de forma espontánea y se une a la superficie de un patógeno. (Figura 1)

Existen proteínas reguladoras que controlan las cascadas del complemento en diferentes puntos, son conocidas como RCAs (Regulators of Complement Activation) y pueden: interferir con la polimerización de subunidades o con la actividad enzimática, ya sea compitiendo por sustratos o al inducir la hidrólisis e inactivación de los componentes del complemento previamente activados.7 (Figura 2)

Componentes celulares

Entre los componentes celulares de la respuesta innata se encuentran neutrófilos, monocitos, macrófagos, células dendríticas, linfocitos T, células B, linfocitos innatos y células NK.8

Los neutrófilos constituyen la población leucocitaria dominante en la circulación, y en la infección aguda representan el tipo de fagocitos más abundantes. Por ello, la neutropenia favorece las infecciones recurrentes que incluso pueden comprometer la vida. Los neutrófilos se originan en un progenitor mieloide en la médula ósea, que se diferencia de mielocito y metamielocito cuando ya son neutrófilos (maduros o en banda) son liberados a la circulación. Una vez que un patógeno atraviesa las barreras epiteliales, los neutrófilos se reclutan rápidamente al sitio de infección.

Los patógenos pueden liberar productos como formil-péptidos, lipoproteínas o peptidoglicanos, y favorecer la producción y liberación tanto de quimioatrayentes como de citocinas. Estos productos son detectados por los neutrófilos a través de TLRs y receptores asociados a proteínas G (G protein-coupled receptors–GPCR-). Al activarse los neutrófilos responden extravasándose rápidamente y migran a los sitios de infección por un mecanismo de rodamiento (rolling), que se logra por la interacción con el endotelio por un mecanismo dependiente de moléculas de adhesión y favorecido por gradientes de quimiocinas.

El reclutamiento comienza a través de la interacción entre PSGL-1 (glycoprotein P‑selectin glycoprotein ligand‑1) de los neutrófilos y la P-selectina/E-selectina de las células endoteliales. Esta acción favorece el rodamiento del neutrófilo en las células del endotelio. El siguiente paso depende de la interacción entre las β2 integrinas (LFA-1 y Mac-1) que se encuentran en la superficie del neutrófilo con ICAM-1 (intercellular adhesion molecule 1) de la célula endotelial. El paso final se favorece de la liberación de quimiocinas que se liberan tanto de las células del huésped (IL-8, GRO-α, granulocyte chemotactic protein 2 y factores del complemento -C5a/C3a-), como del patógeno (ácido lipoteicoico y los N-formil péptidos –fMLP-).9

Dentro de los principales PRRs, en los neutrófilos se encuentran Dectin-1 que reconoce β-glucanos de hongos. Por su parte los GPCR reconocen productos bacterianos y moléculas endógenas liberadas durante el proceso inflamatorio, un ejemplo de estos receptores es FPR1 (formyl peptide receptors).9 Los neutrófilos también poseen receptores dopaminérgicos de tipo D1, D2, D3, D4 y D5. Las funciones de este tipo de receptores en neutrófilos son inhibitorias, por ejemplo, inhibición de la producción del anión superóxido y la reducción de la expresión de CD11b/CD18 con la consecuente disminución de la producción de ROS y aniones superóxido, adherencia al endotelio, migración y actividad fagocítica. La dopamina ha mostrado incremento en la apoptosis tanto en sujetos sanos como en pacientes con respuesta inflamatoria sistémica, lo que constituye un mecanismo de control neuroinmune.1

La principal función asociada a los neutrófilos es la fagocitosis, la cual puede ser realizada por otros fagocitos, como los macrófagos. (Figura 3)

Una vez internalizados los microorganismos (bacterias, por ejemplo), la eliminación de patógenos por neutrófilos depende de tres procesos: producción de especies reactivas de oxígeno en la vacuola que contiene al patógeno, fusión de los gránulos ricos en antimicrobianos con las vacuolas y la formación de NETs.

El estallido oxidativo resulta de la producción de especies reactivas a partir de la NADPH oxidasa, la mieloperoxidasa o la sintasa de óxido nítrico. NADPH es la responsable de la producción de ROS como el anión superóxido (O2-), el peróxido de hidrógeno (H2O2) y radicales de hidroxilo (HO). Los patógenos contenidos en el fagosoma pueden además ser expuestos al contenido enzimático de los gránulos, que pueden ser azurófilos (contienen MPO y serin proteasas como catepsina G, elastasa, proteinasas 3 y la serina proteasa 4 de neutrófilos), específicos o gelatinosos.

Las serin proteasas de los neutrófilos pueden destruir directamente a la bacteria, romper proteínas del huésped para producir péptidos antimicrobianos y atenuar la virulencia de las bacterias inactivando factores que estas requieren para la patogénesis.9 Al detectar la presencia de bacterias, los neutrófilos realizan actividad antimicrobiana a través de NETs, que consisten en una estructura de tipo malla, rica en DNA/histonas y péptidos antimicrobianos derivados de gránulos (elastasa, catepsina G, proteinasa3, MPO, lactoferrina, pentraxina 3, HMGBB1, LL37), a través de un proceso conocido como netosis. Los NETs dependen de la producción de ROS, tienen la función de atrapar microbios y favorecen su exposición a péptidos antimicrobianos. Si existe un exceso de formación de NETs también puede ser nocivo para el huésped y provocar el desarrollo de vasculitis, nefritis lúpica y trombosis.9

Antes de su aparición en la circulación, los monocitos tienen su origen en células progenitoras de macrófagos y células dendríticas MDPs (Macrophage and Dendritic cell Progenitors) que dan origen a las progenitoras comunes de células dendríticas CDPs (common DC progenitors) y a las progenitoras comunes de monocitos cMoPs (common monocyte progenitors). Las CDPs dan origen a las células dendríticas plasmocitoides (pDCs) y a las pre-DC de donde se originan las dendríticas clásicas (cDCs).10

Los monocitos son una población de leucocitos con gran heterogeneidad, en seres humanos se pueden clasificar de acuerdo con su estado de diferenciación, tamaño y marcadores de activación. En este último caso, la expresión diferencial de CD14 y CD16 permite, en humanos, clasificar a los monocitos en: clásicos (CD14++CD16-), intermedios (CD14++CD16+) o no clásicos (CD14+/-CD16++).11

En ratones (un modelo experimental muy usado para estudiar la respuesta inmunológica), los monocitos se caracterizan por la expresión en la superficie celular de LY6C y Gr1 y se clasifican en clásicos (Ly6C++Gr1-), intermedios (Ly6C++/+Gr1+) y no clásicos (Ly6C+/-Gr1+). Los monocitos clásicos se caracterizan por secretar mayor cantidad de citocinas proinflamatorias al ser estimulados, por baja expresión de receptores a quimiocinas y mayor capacidad fagocítica; mientras que los no clásicos tienen mayor capacidad de migración y suelen asociarse a respuestas de contención y resolución de la inflamación.

Los monocitos que migran hacia los tejidos pueden cumplir su función como fagocitos y células proinflamatorias para posteriormente morir (por apoptosis o piroptosis), o bien, diferenciarse a macrófagos. Así, los monocitos que migran (favorecido en parte por el contacto con células endoteliales) pueden incrementar su capacidad de expresión de IL-1β, TNF, MHC de clase II (MHC II), CD206, CD11c y CCR7, y disminuir la expresión de LY6C y CD62L (L-selectina). Existe una dinámica en esta expresión diferencial de marcadores que no siempre resulta excluyente. Los monocitos LY6C+ que pueden expresar MHC II, moléculas coestimuladoras y el receptor de quimiocinas CCR7, necesario para entrar en vasos linfáticos aferentes, también pueden procesar antígenos tisulares y transportarlos a ganglios linfáticos, a los que entran vía las HEVs (high endotelial venules) gracias a que expresan CD62L, y presentarlos a linfocitos T con lo que conectan la respuesta innata con la adaptativa.10

Los macrófagos son un componente esencial de la respuesta inmune innata ya que pueden derivarse de los monocitos infiltrantes convocados durante la respuesta inflamatoria o ser macrófagos residentes de tejido, las cuales se establecen en los tejidos durante la vida embrionaria y pueden superespecializarse de acuerdo con el tejido en el que se encuentren. Tal es el caso de las células de Kupffer en hígado y las células de la microglía (perivasculares y yuxtavasculares), astrocitos en el sistema nervioso central y los macrófagos alveolares.

Monocitos, macrófagos, células dendríticas, y células B son células presentadoras de antígenos (APC). La presentación efectiva de antígeno involucra tres señales, la primera implica la activación del receptor de células T (TCR) por péptidos asociados al MHC; la segunda acontece a través de moléculas coestimuladoras como CD80 y CD86; y la tercera se produce a través de mediadores derivados de las APC como la IL-27. Una APC que provee solo señales de tipo 1 y 2 promueve la proliferación de células T, pero no lleva a la activación de funciones efectoras de estas.

Las tres señales son necesarias para inducir la diferenciación de células T efectoras. Los monocitos requieren las mismas propiedades que las DC para promover la activación y expansión clonal de células T, así como la adquisición de funciones efectoras. Dependiendo del tipo de APC y el contexto en el que presenten el antígeno, se promueve respuesta de tipo Th1, Th2 o Th17 (entre las descritas). Además, pueden tener funciones supresoras de linfocitos T, y en algunos modelos son capaces de producir IL-10 y ayudar al desarrollo de células T reguladoras (Tregs).10

Las células dendríticas (DC) son las presentadoras de antígenos más eficientes y se distribuyen en tejidos linfoides y no linfoides. Las DC inmaduras incluyen a las células de Langerhans, las de la zona marginal del bazo y las DC de tejidos no linfoides intersticiales, que de manera continua censan la presencia de antígenos exógenos (respuesta) y de antígenos propios (tolerancia). Cuando las DCs detectan un patógeno a través de sus PRRs, se induce su maduración lo que favorece la presentación de péptidos en el contexto del MHC a linfocitos.

En la sangre humana se encuentran dos tipos: las pre-DC1 (monocitos mieloides) y las pre-DC2 (los precursores plasmocitoides). La unión de CD40 con su receptor en DC1s favorece la producción de IL-12 e induce la respuesta Th1; CD40 en DC2s genera menos cantidad de IL-12 y una respuesta de tipo Th2. Las funciones de las DC dependerán de las señales que reciban y del estado de maduración de las mismas. Las DC1 maduras inducen una respuesta de linfocitos T citotóxicos y las inmaduras favorecen la producción de IL-10 por células Tregs.12

Activación del sistema inmune innato

El sistema inmune innato reconoce al agente “agresor” o de “peligro” (exógeno o endógeno) mediante la identificación de estructuras altamente conservadas presentes en los microorganismos.13 Para tal efecto realiza un monitoreo continuo con el fin de detectar patrones moleculares asociados a patógenos PAMPs (Pathogen Associated Molecular Patterns) a través de receptores de reconocimiento de patrones PRRs (Pattern Recognition Receptors) presentes en diferentes tipos celulares. Los PAMPs son motivos moleculares altamente conservados y de los que dependen los agentes infecciosos para conservar su integridad, favorecer su replicación y preservar su sobrevida. Por su parte, los PRRs facilitan la discriminación entre diferentes clases de patógenos.

Reconocimiento y vías de señalización

Los receptores del sistema inmune innato son codificados en línea germinal y se expresan en células efectoras como las presentadoras de antígenos. La expresión de estos receptores no es clonal y tiene especificidades muy similares; estructuralmente pertenecen a diferentes familias de proteínas: dominios de repeticiones ricas en leucinas, dominios de lectinas dependientes de calcio y dominios de proteínas de receptores carroñeros (scavenger receptors).

Funcionalmente se pueden dividir en tres tipos: secretados, endocíticos y de señalización de membrana plasmática. Los secretados funcionan como opsoninas que se unen a la pared de los microbios y favorecen el reconocimiento por el complemento y los fagocitos, por ejemplo, la lectina unidora de manosa MBL (mannan-binding lectin) dependiente de calcio y que se une a carbohidratos (de bacterias grampositivas y negativas, levaduras, algunos virus y parásitos). Los receptores endocíticos se encuentran en la superficie de los fagocitos y una vez reconocido el PAMP favorecen su entrega a los lisosomas donde son destruidos, procesados y presentados en moléculas del complejo principal de histocompatibilidad (MHC) en la superficie celular, como los receptores de manosas y los carroñeros de macrófagos (macrophage mannose receptor y macrophage scavenger receptor). Los receptores de señalización de membrana plasmática reconocen PAMPs extracelulares y activan vías de señalización y transducción que inducen la expresión de genes involucrados en la respuesta inmune (citocinas), por ejemplo, se encuentran los receptores tipo Toll (TLRs).13 (Tabla 2)

Tabla 2.

TLR Localización Tipo celular Ligandos (Bacterias, Virus, Hongos, Parásitos)
TLR1 Superficie Mo, Ma, Ms, DC Triacil-lipopéptidos
TLR2 Superficie Mo, Ma, Ms PG, Acido lipoteicóico, Betaglicanos (hongos), etc.
TLR3 Endosoma DC ssRNA virus, dsRNA virus, VSR, CMV
TLR4 Superficie Mo, Ma, DC, Ms, CEI LPS, Mananas, H5N1, etc.
TLR5 Superficie CEI, Mo, Ma y DC Flagelina
TLR6 Superficie Mo, Ma, Ms Diacil-lipopéptidos (mycoplasma), acido lipoteicóico, etc.
TLR7 Endolisosoma Mo, Ma, DCp ssRNA virus y RNA de Streptococos grupo B
TLR8 Endolisosoma Mo, Ma, Ms ssRNA de RNA virus
TLR9 Endolisosoma Mo, Ma, DCp dsDNA virus y CpG de bacterias y virus
TLR10 Superficie y fagolisosomas con TLR2 Ma,  Tf, CEI Hongos
TLR11 Superficie Ma, DC , CER Bacterias uropatogénicas, Profilina
TLR12 Macrófagos, DC Colocaliza con TLR11 en RE ?
TLR13 Endosomas cDC 23s rRNA

Receptores Tipo Toll. Se exponen los tipos conocidos, localización en la célula, el tipo de célula que los expresan y algunos de los ligandos.

Abreviaturas: PG: Péptidoglicana, Mo: Monocitos, Ma: Macrófagos, Ms: Mastocitos, DC: Células Dendríticas, CEP: Células Epiteliales Intestinales, Tf: Trofoblasto, RE: Retículo Endoplásmico, CER: Células Embrionarias de Riñón.25,26

 

Además de los receptores TLRs se encuentran los RLRs (RIG-I like receptors) y los NLRs (NOD-like receptors). (Tabla 3)

Tabla 3.

RLR Localización Ligandos (Virus)
RIG-I Citoplasma ssRNA: VSR, Influenza A, Ebola, Hepatitis C virus, etc.
MDA5 Citoplasma Poly IC, Virus encefalomiocarditis, poliovirus
MDA5 Citoplasma Reovirus, dengue, virus del Nilo del oeste
NLR Localización Ligando (Bacterias)
NOD1 Citoplasma Listeria m, E coli, Shigella f, Pseudomona a., Chlamydia p., Campylobacter j., Helicobacter p.
NOD2 Citoplasma Muramil dipéptido de Streptococcus p., Mycobacterium t., Listeria m., Salmonella t., Shigella f. y Staphylococcus a.
NLRP1 Citoplasma Muramil dipéptido
NLRP3 Citoplasma Ácido úrico, ATP extracelular, RNA Bacteriano y viral, etc.
NLRC4 Citoplasma Shigella f., Salmonella t., Pseudomona a., Legionella p., etc.

Receptores RLRs y NLR, tipo de receptor, localización y algunos de sus ligandos26

 

El DNA(ácido desoxirribonucleico)  puede ser reconocido en endosomas, sin embargo, en el citosol de células de mamíferos se representa una señal de peligro y reconocida a través de cGAS, un sensor del citosol. cGAS genera un segundo mensajero, cGAMP (cyclic Guanosine monophosphate-adenosine monophosphate, cyclic GMP-AMP) que se une y activa a la proteína adaptadora STING.14 Los PRRs también son capaces de reconocer patrones moleculares asociados a daño DAMPs (Damage Associated Molecular Patterns) de moléculas del huésped. Tras el reconocimiento de PAMPs o DAMPs se desencadenan cascadas de señalización que llevan a la activación transcripcional, expresión de mediadores inflamatorios (citocinas, quimiocinas), MHC, moléculas de coestimulación, entre otras, además de la activación de procesos como la fagocitosis, autofagia y muerte celular.15

La familia de TLRs está compuesta por 10 y 12 miembros, en humanos y ratones, respectivamente; son proteínas tipo I transmembranales que comprenden un dominio extracelular (N-terminal exodomain), uno transmembranal y un dominio citoplásmico (C-terminal cytoplasmic Toll/IL-1 receptor –TIR- domain). La formación de multímeros citoplasmáticos de los dominios TIR reclutarán moléculas adaptadoras como TRIF o MyD88 que formarán complejos de señalización cuya finalidad es activar factores de transcripción capaces de inducir la producción de mediadores inflamatorios.15

TLR1, 2, 4, 5, 6 y 10 se expresan en la superficie celular y reconocen principalmente componentes de la membrana microbiana. TLR4 reconoce a LPS derivado de bacterias gramnegativas, entre otros. Existen moléculas accesorias transmembranales que son necesarias para la activación de la señalización como CD14 y el correceptor MD2 (Myeloid differentiation protein 2). Una vez que TLR4 reconoce a sus PAMPs o DAMPs, es capaz de reclutar a MyD88 (Myeloid differentiation primary-response protein 88) o a TRIF (TIR-domain-containing adaptor proteína inducing β interferon).

La vía de MyD88, que no es exclusiva de TLR4, requiere reclutar a TIRAP (Tir-domain-containing adaptor protein) para asociarse a dos cinasas, IRAK4 (IL-1 receptor-associated kinase 4) e IRAK1, que activadas fosforilan a TRAF6 (tumor necrosis factor receptor-associated factor 6). TRAF6 activado, junto al complejo UBC13 y UEV1A (ubiquitin E2-conjugating enzyme complex), promueve la poliubiquitinización de TRAF6 y NEMO (NF-κB essential modulator). (Figura 4)

En términos generales las vías de señalización pueden dividirse en dos, una dependiente de la proteína adaptadora MyD88 que involucra a todos los TLRs excepto a TLR3, y la otra que es MyD88 independiente. La primera utiliza otra proteína adaptadora que es Toll Like IL-1 Receptor adaptor protein (TIRAP). Esta proteína es capaz de fosforilar y activar a IRAK4 (IL-1 Receptor activator kinase), que activa a su vez a IRAK1 y finalmente a TRAF6 (TNF Receptor activating factor6). Esta vía lleva a la activación del complejo IKK y a su vez a la fosforilación de IκB, para facilitar la translocación nuclear de NF-κB al núcleo e iniciar la transcripción genética de mediadores inflamatorios. Por otro lado, la vía independiente de MyD88 emplea proteínas adaptadoras que empiezan a reclutarse una vez activado su TLR (TLR3 y TLR4).

Estas proteínas adaptadoras son TRAM y TRIF (TRIF es TIR domain containing adapter protein inducing INF-β, en donde TIR es Toll/IL-1 Receptor homologous) (TRAM es TRIF related adaptor molecule). TBK1 (TRAF family member associated NFkappaB activator binding kinase 2) activa a su vez a IRF3 (Interferon regulatory factor 3).

TRAF6 ubiquitinizado es reclutado por TAK1 (transforming growth factor β-activated kinase 1), uniéndose a TAB2 que a su vez activará TAK1 y que finalmente activará a NF-κB, un importante factor de transcripción nuclear. TAK1 es una cinasa capaz de activar otras cinasas como JNK y p38. También TAK1 puede estimular ERK, otra cinasa que acciona al factor de transcripción AP-1. La vía de señalización de MyD88 a partir de TLR4, 5, 7 y 9 puede llevar a la activación del factor de transcripción IRF5 y a la producción de interferones y citocinas. La otra molécula adaptadora en la vía de TLR4 además de MyD88 es TRI, que necesita reclutar a TRAM y activa la vía de señalización de los factores de transcripción IRF3 (Interferon regulatory factor 3) y NF-κB, que inducen la transcripción genética de interferones y citocinas.16

TLR2 actúa coordinadamente con TLR1 o TLR6 para reconocer lipoproteínas, peptidoglicanas, ácidos lipoteicóicos, zymosan y mananas, PAMPs asociados a bacterias grampositivas. Los heterodímeros TLR2-TLR1 reconocen lipoproteínas triaciladas y el heterodímero TLR2-TLR6 reconoce lipopéptidos diacilados; por su parte TLR5 reconoce flagelina. El reconocimiento de ligandos por parte de estos heterodímeros de TLR y la unión de flagelina a TLR5 activan la vía de señalización dependiente de MyD88 y la producción final de citocinas y quimiocinas.17,18

TLR3, TLR7, TLR8 y TLR9 son PRRs intracelulares que se localizan en endosomas, retículo endoplásmico, lisosomas y endolisosomas. TLR3 se distribuye en todas las células del sistema inmune innato, excepto en neutrófilos y células dendríticas plasmocitoides, además reconoce RNA de doble cadena (dsRNA) de virus y el análogo sintético poly I:C. Existe como monómero que, una vez que reconoce a su ligando, se dimeriza y forma un complejo de señalización con TRIF, TRAF6, TRAF3, TBK1, IKKε e IKK. Estas moléculas llevan a la activación de los factores de transcripción IRF3/IRF7 y NF-κB, que subsecuentemente estimulan la transcripción genética de interferones de tipo I y citocinas.

TLR7 y TLR8 son activados por ssRNA (RNA de una sola cadena). TLR7 reconoce también Streptococcus Grupo B, RNA y TLR8 reconocen ssRNA de E. coli, Mycobacteria bovis, Helicobacter pylori y Borrelia burgdorferi. TLR7 se expresa en pDCs y células B, mientras TLR8 se expresa principalmente en monocitos, macrófagos y cDCs. La dimerización de ambos TLRs es necesaria para la activación que implica el reclutamiento en la porción citoplásmica del receptor de moléculas como MyD88, IRAK4, IRAK1, TRAF6, TRAF3, que llevan a la activación de NF-κB e IRF7.15

Los receptores tipo RLRs se expresan en la mayoría de las células de los mamíferos y tienen un papel muy importante en el reconocimiento de virus e incluyen RIG-I, MDA5 y LGP2 (laboratory of genetics and physiology 2). Luego de que RLR reconoce un RNA virus, una proteína adaptadora, IPS-1 (Interferon-β promoter stimulator 1) se asocia a RIG-I y MDA5. IPS-1 activa TBK1/IKKi que fosforila IRF3 e IRF7 para producir interferones tipo I. En el caso de RIG-I (retinoic acid-inducible gene I), tras reconocer su ligando activa TRAF3/TBK1/IKKε y TRAF6/IKK y posteriormente a IRF3 y NF-κB. MDA5 (melanoma differentiation-associated gene 5) tiene mecanismos de activación similares a RIG-I y reconoce varios virus en común (rotavirus, dengue, virus del oeste del Nilo, hepatitis murina), también reconoce al virus de la encefalomiocarditis, al poliovirus y coxasackie virus.15 (Figura 5).

Los NLRs son receptores citosólicos que reconocen principalmente bacterias y en los humanos se han reconocido 22 miembros y en ratón 34. Poseen cinco subfamilias: NLRA (acid activation domain), NLRB (baculovirus inhibitor of apoptosis repeats), NLRC (caspase activation and recruitment domain), NLRP (pyrin domain PYD) y NLRX (dominio desconocido). NLRP3 reconoce diferentes ligandos que incluyen ATP, ácido úrico, cristales de colesterol, DNA mitocondrial, entre otros. La activación de NLRP3 por dsRNA/ssRNA de virus de la influenza y mRNA bacteriano lleva a la formación del inflamosoma que favorece a la formación de caspasa 1 y las formas activas de IL-1 e IL-18. Los receptores NOD (nucleotide-binding oligomerization domain) NOD2 y NOD1, se encuentran predominantemente en macrófagos, monocitos, células de Paneth y células dendríticas.15

Se ha comentado que el paso final del reconocimiento de PAMPs o DAMPs es la producción de mediadores inflamatorios (citocinas e interferones). (Figura 6)

Dentro de los mediadores inflamatorios que se producen luego del reconocimiento de PAMPs por PRRs se encuentran las interleucinas, quimiocinas, interferones, etc. Otras moléculas que actúan en forma similar a las citocinas como HMGB1 y dentro de sus funciones se encuentran la amplificación de la respuesta inflamatoria.27 De acuerdo con sus funciones hay citocinas que tienen actividades proinflamatorias y otras antiinflamatorias. Dentro del primer grupo destacan IL-1β, IL-6, IL-12 e IL-17. La unión de IL-1β con su receptor favorece la activación de las cinasas JNK y p38 e incrementa la actividad de NF-κB. También favorece la síntesis de IL-6, IL-8, MCP-1, entre otras. Dependiendo el tipo de agente patógeno y sitio en donde se localice, será el tipo de células que se involucren y los mediadores que se secreten. Por ejemplo, los macrófagos son los principales productores de IL-6; IL-12 se produce principalmente por células dendríticas y macrófagos, y facilita la diferenciación de células T para una respuesta de tipo Th1 y la activación de células NK.28 IL-17 que la producen los linfocitos Th17 sobre el efecto de IL-23. La regulación de la respuesta también está dada por células T reguladoras bajo el efecto de TGFβ.28 INF-γ es producido por linfocitos CD4, CD8 y NK, y es la molécula que define la respuesta de tipo Th1. La vía de señalización de INF-γ activa JAK1, JAK2, p38 y STAT1, así como los factores de transcripción IRF1 y SMAD7.28‑30

Estos mediadores, junto a los productos derivados del ácido araquidónico, son los responsables de la respuesta inflamatoria local y aguda que clínicamente se manifiesta por los cinco signos cardinales de la inflamación: rubor, tumor, calor, dolor y pérdida de la función. (Figuras 7 y 8)

  1. Muestra el mecanismo clásico de producción de la fiebre de origen infeccioso. LPS activa células mononucleares para producir pirógenos endógenos (IL-1, TNF, IL-6). Estas moléculas son trasladadas hasta estructuras circumventriculares donde atraviesan la barrera hematoencefálica y entran en el núcleo preóptico del hipotálamo y promueven la transformación del ácido araquidónico a prostaglandina‑E2 por la vía de la cicloxigenasa (COX-2). La PGE2 reduce el disparo de las neuronas termosensibles y aumenta la temperatura corporal. A pesar de ser el mecanismo clásico, éste tiene 3 inconsistencias: 1) en estudios animales las citocinas se detectan después de 30 minutos del estímulo con LPS, mientras que el incremento de la temperatura ocurre 10 minutos después de la inyección del LPS; 2) la elevación de la temperatura ocurre antes del incremento en la expresión de enzimas COX (responsables de la producción de PGE2 en respuesta al LPS) en el hipotálamo; 3) la hidrofobicidad de las citocinas hacen poco probable que penetren en forma pasiva al área preóptica del hipotálamo.
  2. El mecanismo actual implica la acción del LPS sobre la célula de Kupffer en el hígado, en donde la señal de pirógeno endógeno comienza con la producción de C5a que promueve la liberación de PGE2 de la célula de Kupffer. PGE2 estimula al nervio vago aferente para transmitir una señal al núcleo del tracto solitario del tallo cerebral. Esta señal viaja al hipotálamo y a través de la unión de la Norepinefrina con sus receptores se tienen dos tipos de respuesta de inducción de fiebre, temprana (α1-adreno-receptor independiente de PGE2) y una tardía (α2-adreno receptor que favorece la producción de PGE2 a través de COX-2).32

A través de análisis bioinformáticos se sabe que la estimulación de macrófagos con LPS en la fase aguda de una infección favorece la activación de más de 200 genes. Muchas de las proteínas inducidas por TLRs en la fase aguda son críticas para la regulación inmune en la fase tardía. Las proteínas Regnase-1 y Roquin se encuentran involucradas en la regulación de la estabilidad de mRNA para asegurar una respuesta inmune apropiada.18

Existen reguladores de la función de los diferentes PRRs destinados a prevenir respuestas inapropiadas. Para los TLRs se encuentran los receptores señuelos de TLR, producidos durante las infecciones severas y que bloquean la interacción entre los ligandos bacterianos con los TLRs.

Fagocitosis

La fagocitosis consiste en el reconocimiento e ingestión de partículas mayores de 0.5 µm en una vesícula derivada de la membrana plasmática (fagosoma). Las células que ejercen esta función se conocen como fagocitos y pueden ingerir microorganismos y células apoptóticas, lo que contribuye al aclaramiento de patógenos y de billones de células que se desechan en el organismo. La fagocitosis es esencial tanto para la eliminación de agentes nocivos, como para mantener la homeostasis del organismo. Los fagocitos profesionales incluyen a los monocitos, macrófagos, neutrófilos, células dendríticas, osteoclastos y eosinófilos.

Estas células fagocitan y presentan antígenos a las células del sistema inmune adaptativo. Los fibroblastos, células epiteliales y células endoteliales, también pueden realizar fagocitosis, pero se consideran células fagocíticas no profesionales y su objetivo es ingerir cuerpos apoptóticos, primordialmente. La fagocitosis es dependiente de receptores que pueden ser o no opsónicos. Los primeros reconocen grupos moleculares en la superficie del blanco fagocítico y están representados por moléculas de reconocimiento similares a lectinas, SR-A y CD36, que reconocen células apoptóticas y ligandos polianiónicos microbianos.

Los receptores opsónicos reconocen opsoninas derivadas del huésped que se unen a partículas exógenas y se incluyen aquí FcγR (receptores Fcγ) y también unen la porción Fc de la inmunoglobulina IgG o IgA, receptores de complemento (CR1, CR2, CR3 y CR4); fibronectina, lectinas unidoras de manosas y lactadherina. Los TLRs y los receptores asociados a proteínas G, pueden preparar a la célula para la fagocitosis induciendo la activación de integrinas fagocíticas.

La fagocitosis de células apoptóticas implica el reconocimiento de moléculas como fosfatidilserina (PS) que funciona como señal “cómeme” (eat me) para los fagocitos. A la PS la reconocen receptores como TIM-1, TIM-4, stabilin-2, BAI-1 (brain-specific angiogenesis inhibitor 1). La expresión de PS puede encontrarse en células sanas, sin embargo, el nivel de expresión incrementa sensiblemente en las células apoptóticas; por otro lado, los linfocitos B y T activados pueden tener grandes cantidades de PS expresadas en la membrana celular, en estos casos la fagocitosis de estas células se inhibe por la expresión de CD31, una molécula que envía señales de “no me comas” (do not eat me) y CD47 que bloquea la fagocitosis en células que expresan PS a través de la unión con su receptor SIRPα (signal regulatory proteína α), ubicada en la membrana de los fagocitos.

La fagocitosis es un fenómeno que se favorece por la cooperación de receptores como integrinas, iniciando la señalización intracelular que activa a Rap1 y provoca cambios conformacionales desde el interior de la célula fagocítica. La formación del fagosoma está facilitada por la disrupción del citoesqueleto, que incluye modificaciones postraduccionales sobre F-actina. La maduración del fagosoma requiere de la fusión y fisión del fagosoma con los endosomas tempranos, tardíos y finales. La última parte de la fagocitosis consiste en la formación del fagolisosoma que implica la fusión del fagosoma tardío con lisosomas, donde serán degradados los microorganismos dependiente de pH ácido, y enzimas hidrolíticas como: catepsinas, proteasas, lisozimas y lipasas.20

Procesamiento y presentación de antígenos

Las células presentadoras de antígenos (APC) internalizan antígenos y los procesan para posteriormente “cargarlos” en moléculas del complejo principal de histocompatibilidad (MHC) clase I (MHC I) y II  (MHC II), que a su vez presentan estos antígenos a los linfocitos T CD8+ y T CD4+, respectivamente. En el caso de los péptidos que se presentan en MHC I, los antígenos son fagocitados y en el fagosoma son degradados por proteosoma en pequeños péptidos que son importados posteriormente al retículo endoplásmico por TAP (transporter associated with antigen processing), donde se pueden unir al MHC I. En células dendríticas las proteínas que entran por endocitosis/fagocitosis son retrotraslocadas al citosol para su subsecuente degradación proteosomal y unión al complejo MHC I, proceso conocido como presentación cruzada.

Los péptidos representados por MHC II se adquieren por endocitosis, macropinocitosis, fagocitosis o autofagia, y pasan por proteólisis en endosomas/lisosomas tardíos; por ende, se someten a la acción de proteinasas que generan péptidos de 15 a 18 aminoácidos. La fusión de la vesícula de clase II (que contiene MHC II) con el fagolisososma permite que los péptidos se “carguen” en el espacio (pocket) de estas MHC, lo que ocurre en el compartimento de la red trans-Golgi, desde donde se movilizan hacía la membrana celular.21

Mecanismos de regulación del sistema inmune

Desde el punto de vista celular, las Tregs suprimen la función efectora de células T de diferentes maneras, como la expresión en la superficie celular de moléculas inhibitorias (CTLA-4, PD-1) y la producción de citocinas antiinflamatorias o inmunosupresoras (IL-10, TGF-β). Las Tregs suprimen las reacciones inmunes y al regular la respuesta inflamatoria favorecen el retorno a la homeostasis. Ademásde estas, otras células del sistema inmune son capaces de regular la respuesta, como las B reguladoras, ciertos subtipos de células dendríticas y las células supresoras derivadas de mieloides MDSCs (myelod-derived suppressor cells).

Recientemente se ha encontrado que las mismas Tregs pueden ser reguladas a través de células T proinflamatorias y se les ha llamado células T antirreguladoras (anti-regulatory T cells -anti-Tregs-).22 Existe un creciente interés por el papel de los exosomas (vesículas extracelulares) en la regulación del sistema inmune. Los exosomas representan otro tipo de comunicación intercelular además de los clásicos mediadores inflamatorios, como las citocinas. Son múltiples las proteínas que se encuentran en la membrana de los exosomas y entre ellas se encuentran Hsp70, CD63, CD81, CD914.

El sistema inmune también es regulado por el sistema nervioso central y por el sistema colinérgico no neuronal.

Además de los mecanismos propios de regulación, se han desarrollado sintéticamente medicamentos antiinflamatorios que van desde la aspirina, los biológicos con acciones extracelulares, como las anticitosinas, hasta moléculas que actúan en el interior de las células y bloquean la actividad de cinasas. También con efectos anti-inflamatorios se encuentran las estatinas, los inhibidores de la desacetilación de las histonas, inhibidores del complemento, agonistas de PPAR (peroxisome proliferator-activator receptors) y pequeños RNA.24

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