Ontogenia de la Inmunidad

Rosana Pelayo

Instituto Mexicano del Seguro Social, Centro de Investigación Biomédica de Oriente, Laboratorio de Oncoinmunología. Puebla, México.

Juan Carlos Balandrán

Instituto Mexicano del Seguro Social, Centro de Investigación Biomédica de Oriente, Laboratorio de Oncoinmunología. Puebla, México.

Alejandro Ruiz Argüelles

Clínica Ruiz. Puebla, México

 

Introducción

Cada hora, la producción de las distintas células que conforman el sistema inmune asciende a más de 100 millones y, finamente, es regulada a través del proceso de hematopoyesis, por el cual se forman todos los linajes de la sangre. Tanto el tejido sanguíneo como el sistema inmune exhiben altas tasas de recambio y tienen su origen en las células troncales hematopoyéticas, que constituyen una población seminal de características únicas y de capacidad multipotente. La hematopoyesis derivada de estas células se presenta como oleadas en la vida embrionaria, mientras que después del nacimiento, su continua y gradual diferenciación en el contexto de nichos especializados de la médula ósea y regida por una estructura biológicamente jerárquica, provee al organismo de los elementos celulares para el transporte de oxígeno, reparación de tejido y respuesta inmune efectora.

Los dos programas dominantes de diferenciación hematopoyética, el mieloide y el linfoide, operan de forma paralela a lo largo de la vida y exhiben atributos importantes de plasticidad que se manifiestan en condiciones de emergencia, haciendo factibles cambios en las decisiones tempranas de linaje a favor de las demandas celulares para la respuesta inmune y la protección inmediata del individuo.

Hematopoyesis temprana

El sistema inmune tiene su origen en el sanguíneo

Las principales líneas de defensa se producen gracias al proceso continuo de hematopoyesis, encargado de originar a toda la serie blanca, glóbulos rojos y plaquetas.1,2 La hematopoyesis es el proceso por el cual se derivan todas las células del tejido sanguíneo a partir de una población muy especial de HSC (células troncales hematopoyéticas) que reside en nichos especializados en la MO (médula ósea). A más de 55 años de su descubrimiento, el sistema hematopoyético se ha convertido en el paradigma de la diferenciación celular normal y maligna.2 Durante las etapas fetales, el proceso inicia en el saco vitelino a partir de la tercera o cuarta semana de gestación, de donde se traslada al hígado fetal, bazo y timo fetal, para durante el segundo trimestre de gestación comenzar a establecerse en la MO de los huesos largos y planos, tales como fémur, tibia, peroné, costillas, esternón, pelvis, etc.2

A través de hematopoyesis, se producen los dos linajes mayoritarios de la sangre: el linaje mieloide, que comprende a los eritrocitos, plaquetas, granulocitos, monocitos y células dendríticas, y el linaje linfoide, que incluye a los linfocitos T y B, células NK (asesinas naturales), otras ILC (células linfoides innatas ILC) y varias subpoblaciones de células dendríticas. Dentro de la MO, diversos factores de crecimiento y citocinas favorecen la retención celular en los nichos, controlan los programas de proliferación y brindan las señales microambientales necesarias para las correctas decisiones de linaje.3 Así, la MO es el órgano linfoide central y primario que dirige la formación de los todos los elementos formes de la sangre y del sistema inmune. (Figura 1)

Con excepción de los linfocitos T, todas las células llevan a cabo su proceso de diferenciación en la MO y algunas concluyen la maduración funcional en la periferia o en órganos linfoides secundarios, como las células plasmáticas secretoras de anticuerpos en los centros germinales del ganglio tras su activación antigénica. Por su parte, los progenitores que darán lugar a los linfocitos T que migran desde la MO y colonizan el timo.

El microambiente hematopoyético dentro de la MO está conformado por múltiples células ajenas al tejido hematopoyético, que incluye osteoblastos, adipocitos, células endoteliales, poblaciones de células mesenquimales y células del sistema nervioso central.3 En conjunto, brindan las señales tempranas necesarias para asegurar la homeostasia del sistema inmune a lo largo de la vida.

Células troncales hematopoyéticas

En 1960, las HSC fueron descubiertas en Canadá por James Till y Ernest McCuloch, después de realizar trasplantes de MO en ratones que habían sido sometidos a grandes dosis de radiación que provocaban depleción de todo el sistema hematopoyético. Los autores observaron que el bazo de los animales receptores de trasplante aumentó de tamaño y contenía colonias cuyo estudio microscópico indicó el origen hematopoyético. Notablemente, gracias a dicho procedimiento, los ratones sobrevivieron a las dosis letales de radiación, y cuando se tomaron las células del bazo, llamadas CFU-S (en inglés, colony forming units-spleen) y se inyectaron en otro ratón, estas células formaron otra vez colonias en el bazo de los nuevos receptores.4  Ya que el número de colonias estaba en proporción al número de células inyectadas, estos experimentos revelaron, de forma indirecta y por primera vez, las dos propiedades que identifican a las células troncales: la auto-renovación y la multipotencialidad.

El desarrollo de los anticuerpos monoclonales, la citometría de flujo y los ensayos funcionales han perfilado los mapas de diferenciación, primero en el modelo de ratón y posteriormente en los humanos, lo que señala que el sistema hematopoyético corresponde a un sistema jerárquico centralizado en la población de HSC.1,5,6

Las HSC en la médula ósea de los humanos se encuentran enriquecidas en la fracción CD34+CD38Lin (donde Lin –linaje- se refiere a CD3, CD11c, CD14, CD16, CD19, CD56 y CD235a), es decir, no expresan CD38 ni los marcadores celulares de superficie clásicos de las células maduras, pero sí la molécula CD34.1,7 (Tabla 1 y figura 2)

Tabla 1.

Los fenotipos del Sistema Inmune

Población celular Inmunofenotipo clásico
Célula troncal (HSC) CD45+CD34+CD38CD45RALin(CD3, CD11c, CD14, CD16, CD19, CD56, CD235a)
Progenitor multipotente (MPP) CD45+CD34+CD38+CD45RA+Lin
Progenitor multilinfoide (MLP) CD45+CD34+CD38CD45RA+CD10+RAG+Lin
Progenitor linfoide común (CLP) CD45+CD34+CD38+CD45RA+ CD10+CD127+RAG+Lin-/lo
Progenitor mieloide común (CMP) CD45intCD34+CD38+GM-CSF+CD127RAGLin-/lo
Granulocitos CD45intCD3CD19CD56CD16+
Monocitos CD3CD19CD56CD14+
Células NK CD3CD19CD56+
Células dendríticas convencionales CD3CD19CD56CD11c+
Células dendríticas plasmacitoides CD3CD19CD56CD123+
Linfocitos B CD45intCD3CD19+CD56; CD20+CD22+
Linfocitos T CD4+ CD45hiCD3+CD19CD56CD4+
Linfocitos T CD8+ CD45hiCD3+CD19CD56CD8+

En la médula ósea, las HSPC (células troncales y progenitores hematopoyéticos), señalados en rojo, pertenecen al compartimiento CD34+Lin, en tanto los progenitores comprometidos a los distintos linajes, en azul, corresponden a la fracción CD34+Lin+ y las células en maduración y maduras comprenden a la población CD34Lin+ (A). En la periferia, parámetros como complejidad, tamaño y expresión de CD45 y marcadores estables de superficie permiten la identificación de células sanguíneas. Los linfocitos B expresan CD19 pero carecen de marcadores celulares para células NK (CD56) y células T (CD3, CD4 y CD8) (B, panel superior y medio). Algunas herramientas citométricas permiten realizar análisis de componentes principales, agrupando a las poblaciones inmunológicas por funciones (citotoxicidad, cooperación, fagocitosis y presentación de antígeno) o por tipo de inmunidad en la que participan, innata o adaptativa (B, panel inferior).

La frecuencia de esta población celular es muy escasa dentro de la MO (< 0.01 % de las células nucleadas) y 97 % de ellas se encuentra en dormancia o quiescencia, es decir, fuera del ciclo celular (G0) o en la fase G1 temprana y en un estado de bajo metabolismo, lo que permite que su acervo reconstituya al sistema inmuno hematopoyético durante toda la vida del individuo.8 Las HSC originan a los MPP (progenitores multipotentes) que pueden engendrar a todos los linajes sanguíneos pero carecen de potencial de auto-renovación. Conforme progresa la vía, los progenitores de la línea mieloide y linfoide adquieren compromiso y especificidad hacia las diferentes categorías celulares, concomitante a la reducción de opciones alternas de diferenciación.9 Casi al final de la vía, el compartimiento de los precursores, que contiene a más de 90 % de las células de la MO, es altamente reconocible por su morfología a través de tinciones y microscopía de luz. Prácticamente, cada categoría celular tiene un precursor específico, cuya diferenciación es irreversible en condiciones normales.

El éxito del trasplante de las HSC se debe al injerto funcional de células seminales, en las cuales la capacidad de auto-renovación es fundamental para el establecimiento de la hematopoyesis a largo plazo. Estudios recientes han señalado que los progenitores juegan un papel crucial en dirigir las etapas de expansión celular.5 Por otro lado, a partir de ensayos robustos de reconstitución hematopoyética en ratones inmunodeficientes condicionados, se ha encontrado que el surgimiento de los diferentes linajes con respecto al tiempo es constante, ordenado y en concordancia con las necesidades fisiológicas, donde las primeras categorías celulares en aparecer son la eritroide y megacariocítica, seguida de la de células mieloides de la respuesta inmune innata, principalmente de granulocitos, monocitos y células dendríticas, células linfoides innatas NK e ILC y, por último, aquellas de la respuesta inmune adaptativa, los linfocitos T y B.10,11 (Figura 3)

La combinación de ensayos de xenotrasplante humano ratón, el estándar de oro para el estudio del desarrollo hematopoyético, y co-cultivos en monocapas estromales han sido útiles para construir los mapas de diferenciación del sistema inmune.

Los primeros estadios de la diferenciación linfoide: decisiones de linaje y compromiso

Los procesos de diferenciación linfoide comienzan con la transcripción del locus de la recombinasa RAG1, cuyo papel primordial en el sistema inmune adaptativo es la recombinación de los genes V(D)J que codifican para las regiones variables de las inmunoglobulinas y de los receptores de las células T (TCR).12,13 En el ratón, la población celular RAG1+ que marca el inicio del programa de desarrollo linfoide es la de los ELP (progenitores linfoides tempranos), la que exhibe un alto potencial de producción de células B, T, NK y células dendríticas.14 En el humano, el progenitor linfoide más temprano descrito y posiblemente contraparte del ELP es el MLP (progenitor multilinfoide),9 a partir del cual se diferenciarán los precursores oligopotentes B y NK.

Linfopoyesis de células T

El desarrollo de las subpoblaciones de células T se lleva a cabo en el timo, otro órgano linfoide primario. Debido a que este tejido no tiene la capacidad de dar soporte a la auto-renovación de HSC ni producir los progenitores tempranos del linaje T, estos tienen que ser importados directamente de la MO vía circulación sanguínea.15 Interesantemente, son los ELP los que exhiben las mayores habilidades de colonización del timo, resultado de la expresión de los receptores CCR7 y CCR9 que responden a las quimiocinas CCL19/21 y CCL25 las que son secretadas por las células del estroma tímico.16 De este modo, los progenitores migran continuamente de la MO hacia este órgano tímico, y en su transición son seleccionados aquellos con la propiedad única de establecimiento por quimiotaxis, fracción a la que se denomina TSP (en inglés, Thymic Seeding Progenitors) y que se convertirá en ETP (Early T-cell progenitors), con un característico fenotipo en humanos CD34+CD7+CD44+IL-7R+.17

Estos progenitores dan inicio a la linfopoyesis de células T en el timo, a través de varias poblaciones en diferenciación progresiva: las células DN (doble negativas), llamadas así porque no expresan CD4 ni CD8 y comprenden cerca de 5 % de las células tímicas; las células DP (doble positivas), que constituyen casi 80 % de la población del timo y expresan tanto CD4 como CD8, y finalmente las células que adquieren el compromiso hacia T-CD4 o T-CD8 en una frecuencia de 10 % y 5 %, respectivamente.14 Se sabe que dentro de la fracción DN existen células con potencial de diferenciación para linaje B, NK, mieloide y dendrítico, y que los verdaderos progenitores de células T son escasos. Los programas transcripcionales tempranos en la adquisición de compromiso T requieren la participación de los factores de transcripción Ikaros, E2A, TCF-1, Notch1 y Gata3.14 (Figura 4)

Factores de transcripción que participan en la especificación y compromiso en los programas de diferenciación para cada linaje hematopoyético (A). Los tipos de nichos hematopoyéticos, así como las citocinas y factores de crecimiento necesarios para el mantenimiento y regulación microambiental apropiada a lo largo de la diferenciación celular (B).

Al final del proceso, las células CD4+ o CD8+ recién generadas saldrán del timo al encuentro con su antígeno en condición de linfocitos vírgenes o inmaduros, para, posteriormente, continuar sus funciones en el tejido linfático periférico.

Para la formación de células T, el microambiente juega un papel fundamental. La dependencia de la linfopoyesis de células T intra-tímicas de la interleucina 7 (IL-7) ha quedado clara a través de estudios in vitro y de la evidencia clínica  mostrada por los individuos que padecen SCID (inmunodeficiencia combinada grave), cuya afectación inmunológica es producto de mutaciones en la cadena gamma común que forma parte de los receptores de IL-2, IL-4, IL-7, IL-9 e IL-15.17 Por otro lado, el estroma medular tímico expresa abundantemente ligandos de Notch, cuya señalización favorece el compromiso hacia el linaje T apagando las otras opciones de diferenciación.15 Adicionalmente, dicho estroma expresa una gran variedad de antígenos propios, por lo que los procesos de selección positiva y negativa y de tolerancia inmunológica se llevan a cabo también en este órgano.

Los modelos animales de los que se extrae el timo en etapas tempranas (atímicos) y aquellos que fueron genéticamente modificados en el gen FOXN1 y fenotípicamente carecen de pelo (ratones desnudos) han sido muy útiles para estudios in vivo debido a la función tímica inhabilitada por esta mutación y a la consecuente carencia de esta línea de defensa.18 Este tipo de ratones inició la revolución de la implementación de modelos inmunodeficientes para estudios oncológicos y en la medicina del trasplante.

Linfopoyesis de células B

A diferencia del desarrollo de células T, la linfopoyesis temprana del linaje B se completa en la MO. El CLP (progenitor linfoide común), que da origen a linfocitos B y NK, proviene de los ELP o de los MLP.13 Fenotípicamente, la expresión de CD19 marca de forma irreversible el compromiso del linaje B, mientras que los progenitores de las células NK son seleccionados a través del receptor de IL-15 y la expresión de CD56.19,20 En el pasado, el estudio de esta ruta de diferenciación en el ratón dio mucha luz al conocimiento, especialmente, el fraccionamiento jerárquico y funcional llevado a cabo por Hardy y sus colaboradores.

De acuerdo con este, después de los progenitores tempranos, el compartimiento más primitivo de la MO con compromiso linfoide B fue denominado Fracción A de Hardy, que incluía una población conspicua de precursores pre-proB con potencial único de células B, y una mezcla de progenitores de células NK y otras células linfoides innatas, así como de células dendríticas plasmacitoides.21,22 La transición de las poblaciones murinas pre-proB se lleva a cabo en condiciones independientes del antígeno, pero críticamente dependientes de IL-7. Sin embargo, en los humanos, esta dependencia parece no ser tan estricta como en la linfoyesis de ratón, de acuerdo a la observación de que los pacientes con SCID son capaces de producir algunas células B, aunque sean disfuncionales.21 La regulación de las primeras etapas de este linaje lo llevan a cabo factores de transcripción como PU.1, Ikaros, E2A, EBF y Pax5, en donde este último, además de un factor de transcripción maestro, también es un represor transcripcional muy potente de otros genes linfoides no B y de genes mieloides.23 (Figura 4)

Fenotípicamente, los progenitores B y NK residen en la población ProB CD34+CD10+CD19+, y de manera gradual originan a células pre-BI grandes (en proliferación) CD34+CD10+CD19+ pre-BII grandes CD34CD10+CD19+, pre-BII pequeñas CD34CD10+CD19+, B inmaduras CD34CD10+CD19+sIgM+ hasta el estadio de células B maduras CD34CD10CD19+ sIgM+sIgD+.24 Las células B vírgenes viajan a través de la circulación hacia los ganglios linfáticos y tras su encuentro con el antígeno y la consecuente señalización a través del BCR, maduran y forman los centros germinales en favor de la amplificación clonal.

Diferenciación de las células linfoides innatas

Recientemente, las CLI han sido las más descritas dentro del linaje linfoide y provienen de un precursor común, que cumple características del CLP y se caracteriza por la expresión de la proteína Id2. Estas células se han clasificado en tres subtipos:

  1. ILC1: corresponden en general a la población de células NK.
  2. ILC2: son células cooperadoras y productoras de
  3. ILC3: tienen la capacidad de remodelar tejidos infectados y producir citocinas.25

El inicio de la diferenciación se da en la MO, en donde el compromiso hacia el linaje NK es marcado en los precursores CD34+CD56+ por las señales de IL-15. La actividad transcripcional de E4bp4 es esencial a todo lo largo de la diferenciación de este linaje, por su parte, el Id2 reprime transcripcionalmente la manifestación de linajes alternos. (Figura 4)

La ontogenia de las poblaciones ILC2 e ILC3 sigue siendo materia de intensa investigación, pero se conoce que Notch, RORa y Gata3 son de relevancia para la generación de ILC2, mientras que el factor de transcripción RORgt dirige la producción de ILC3.22,26 (Figura 4)

Las funciones de las ILC2 parecen tener cierta analogía a las células T cooperadoras, pero en la contraparte de inmunidad innata. Estas producen IL-5, IL-9 e IL-13 y su papel ha sido mejor descrito en la respuesta contra filarias y otros parásitos multicelulares. Por su parte, las ILC3 producen IL-17, IL-22 e INF-g y participan en la reparación de la barrera intestinal y contra tumores.25

Las células dendríticas en contexto

Las células dendríticas pueden derivar de los linajes linfoide o mieloide, aunque la frecuencia de estas últimas es mayor. Los recientes estudios de seguimiento poblacional, a través de código de barras molecular, han sugerido la clasificación de las células dendríticas como un linaje independiente, aunque aún es incierto si su segregación en el mapa jerárquico se da en paralelo con la linfopoyesis o la mieloipoyesis.9 Las PDC CD123+ (células dendríticas plasmacitoides) se derivan principalmente de los ELP, y defectos en la señalización de IL-7 han confirmado el pasado linfoide de esta población, en la cual las señales por Flt3 y STAT3 son cruciales.17 (Figura 4)

En contraste, a las CDC (células dendríticas convencionales) CD11c+ se les atribuye un origen mieloide, ya que su progenitor directo depende de señales de Flt3, c-kit y M-CSF (en inglés, Macrophage colony-stimulating factor). Otra categoría descrita en ratón es la de IKDC (en inglés, Interferon killer dendritic cell), cuyas funciones son parecidas a las clásicas de las NK, pero intensificadas en la capacidad de reconocimiento de células tumorales, lo que las convierten en efectores potenciales de terapia antitumoral. Desafortunadamente, su homólogo en el humano aún se encuentra en investigación.27

Desarrollo del linaje mieloide

La formación de las células encargadas de la fagocitosis y primera línea de defensa mieloide se lleva a cabo en la MO con el inicio del programa mieloide en los MPP, que posteriormente dan origen a progenitores eritroides-megacariocíticos y a los CFU-GM (unidades formadoras de granulo-monocíticos).28 En el progreso de la ruta de diferenciación, se derivan las CFU-M (unidades formadoras de colonias monocíticas), precursoras de monoblastos, promonocitos y monocitos que madurarán a macrófagos en sus tejidos de residencia. En paralelo, se segregan las CFU-M , que en línea con la maduración granulocítica transitarán a través de poblaciones de mieloblastos, promielocitos, mielocitos y metamielocitos, hasta granulocitos maduros.29 Dentro de los reguladores de la biología de estos progenitores están el GM-CSF (factor estimulante de colonias de granulocitos y monocitos), el G-CSF (factor estimulante de colonias de granulocitos), el M-CSF (factor estimulante de colonias de monocitos), IL-3, IL-6, SCF y Flt3-L.29

Microambiente hematopoyético y nichos de diferenciación

La suma de las características físicas y metabólicas que aportan las células que dan soporte a la hematopoyesis a lo largo de la vida en la MO es a lo que denominamos microambiente hematopoyético, es decir, el bien logrado microscópico ecosistema, cuyo fin es concertar todos los eventos de proliferación, diferenciación y quiescencia o dormancia necesarios para mantener una arquitectura perfecta y perpetuar la homeostasis del sistema.2

La interdependencia total de las HSC y los progenitores con su microambiente ha sido comprobada tras varios intentos frustrados de preservar la propiedad de auto-renovación seminal ex vivo y a través de experimentos de mantenimiento y diferenciación a largo plazo en co-cultivos con monocapas de células estromales de MO.30  Además, los modelos de ratón han sido poderosamente útiles, tanto para el conocimiento de la ontogenia del sistema inmune del humano, como en el estudio de los nichos hematopoyéticos donde estas células se originan. El estándar de oro en la investigación de la hematopoyesis normal y maligna es el xenotrasplante en cepas de ratones inmunodeficientes, en donde la derivación de hematopoyesis humana a partir de HSC y progenitores indica que el microambiente murino comparte características estructurales y moleculares con la MO humana.31

Los componentes del estroma medular que hasta la fecha se han identificado son las células perivasculares de origen mesenquimal, células endoteliales, osteoblastos, nervios simpáticos, así como los osteoclastos que son los macrófagos residentes de la MO.32‑34 En conjunto, otorgan un soporte físico, mecánico y metabólico que permite la producción de factores de crecimiento, citocinas, gradientes de iones y otros metabolitos, así como mantener zonas de hipoxia, todas ellas relevantes para una hematopoyesis estable. Por lo menos, son cuatro las funciones que el nicho hematopoyético ejerce sobre las HSC: retención, promoción de estados de quiescencia, control de la proliferación y expansión celular y regulación de los procesos de diferenciación.34 De crucial importancia para la medicina, los nichos hematopoyéticos en la MO también sufren remodelaciones con el envejecimiento y en condiciones de malignidad. En personas adultas, la elevada adipogénesis se asocia a un fenotipo represor de la linfopoyesis e incrementada actividad mieloide, mientras que durante la infancia la linfopoyesis es favorecida.35

La identidad del nicho linfoide

Los experimentos seminales para el descubrimiento de los nichos que permiten el desarrollo de células linfoides han sido realizados en ratones reporteros y genéticamente modificados. Los ratones deficientes en la producción de IL-7 carecen de todas las células del sistema linfoide, por lo que este es uno de los factores linfopoyéticos clave. Como se mencionó anteriormente, en el humano esto no ha sido claro para el desarrollo de células B debido a que los individuos SCID pueden generar algunos linfocitos B.36

En etapas previas a la expresión del receptor de IL-7, existe otra molécula que regula el desarrollo linfoide, que fue definido inicialmente como SDF-1 (factor derivado de estroma 1) y posteriormente identificado como la quimiocina CXCL12, que, principalmente, estimulaba la proliferación de linfocitos B.32 De forma reiterada, los modelos experimentales han permitido señalar que el CXCL12 es expresado por osteoblastos que forman el nicho linfoide más temprano del que se tiene conocimiento, ya que la interrupción genética de esta quimiocina produce un decremento en los CLP pero no del HSC o de los progenitores mieloides.37

La expresión funcional de CXCR4 (el receptor de CXCL12) es esencial para la producción eficiente de linfocitos B, NK y pDC además de ser indispensable para el mantenimiento de HSC en el nicho,38  por lo que su interrupción es detrimental para la linfopoyesis. El ratón reportero de CXCL12 ha evidenciado a las células reticulares como la mayor fuente de esta quimiocina en la MO, por lo que fueron denominadas células CAR (en inglés, CXCL12-abundant reticular cells).39 Las investigaciones más recientes señalan que IL-7 y SCF también son producidas abundantemente por poblaciones de CAR, lo que las coloca como el principal nicho linfoide.40 (Figura 5)

Diversas poblaciones no hematopoyéticas rigen la homeostasis del desarrollo inmuno-hematopoyético a lo largo de la vida, fundamentada en la alta organización celular de la médula ósea y la función reguladora de nichos especializados con baja tensión de oxígeno. El nicho endosteal se conforma primordialmente por células osteoblásticas ubicadas en el endosteo, en constante convivencia con osteoclastos que remodelan el hueso, en tanto las células endoteliales que recubren los sinusoides y otras vénulas que irrigan a este órgano dan soporte al nicho endotelial y las poblaciones especializadas de células mesenquimales como las CAR constituyen el nicho perivascular y reticular. El microambiente es un continuum celular que provee a las células en formación los factores de crecimiento y citocinas necesarias para su diferenciación, mantenimiento y proliferación.

Hasta la fecha, se desconoce si las células de memoria coexisten en los mismos nichos que sus progenitores, pero se postula que se sostienen por poblaciones de células mesenquimales. De gran interés, las células mesenquimales han sido investigadas por sus propiedades inmunoreguladoras, ya que son altamente productoras de IL10, lo que favorece la formación de subpoblaciones reguladoras. Hasta el momento se desconoce su papel en el desarrollo de los componentes celulares de inmunovigilancia, pero fuertes evidencias derivadas del estudio de neoplasias hematológicas malignas sugieren su participación inhibitoria o activadora de fenotipos inmunosupresores en la MO, lo que potencialmente tendría valor en la dinámica de crecimiento tumoral y vigilancia inmunológica.

Nichos mieloides

Además de estar constituido por poblaciones de vida relativamente corta y alto recambio, el sistema mieloide parece ser más flexible que el linfoide en términos de necesidades microambientales, aunque el aporte de SCF, Flt3-L, CXCL12 se encuentra ampliamente distribuido entre los diferentes nichos físicos.41 El análisis de los elementos solubles producidos en los estromas derivados de MO en humanos señala la elevada producción de factores mieloides como GM-CSF, G-CSF, M-SCF, IL3 e IL6, entre otros. (Figura 5) Posiblemente la vasta producción de los elementos microambientales que regulan la mielopoyesis está en correlación con su participación fisiológica en la respuesta inmune innata.

Inmuno hematopoyesis emergente

Desde su origen, las HSC y los progenitores tempranos son provistos de un gran repertorio de PRR (receptores de reconocimiento de patrones), de los cuales los primeros en ser estudiados fueron los TLR (receptores tipo Toll).42 En situaciones de insulto generadas por la exposición celular a patrones moleculares asociados a patógenos o a daño tisular (PAMPs y DAMPs, respectivamente), las poblaciones seminales en la MO pueden recibir señales liberadas por estas moléculas a través de sus receptores específicos. En contraste a la activación de funciones efectoras del sistema inmune innato desencadenada por la vía de TLR-MyD88, el efecto neto final de su señalización en células indiferenciadas es la redirección de las decisiones de linaje a favor del desarrollo de células innatas, mieloides y NK, que ayuden a la eliminación del agente o bien a la reparación del daño.

Por ejemplo, el estímulo del compartimiento HSC y CMP a través de TLR4 promueve la intensa producción de células mieloides, en tanto la exposición del compartimiento ELP y CLP a ligandos de TLR9 bloquea la producción del linaje B y promueve la diferenciación de células NK y células dendríticas.43

Estos hallazgos han mostrado una nueva perspectiva del reconocimiento inmunológico de agentes extraños y de las respuestas más tempranas en beneficio de la producción incrementada de elementos del sistema innato. Por tanto, para comprender la patobiología de padecimientos sistémicos crónicos que generan fenómenos proinflamatorios, será indispensable incluir la inmuno hematopoyesis de emergencia que puede modificar la inmunidad desde el nivel central de la hematopoyesis.

Diferenciación maligna de las células del sistema inmune

El conjunto de enfermedades del sistema hematopoyético de mayor importancia clínica y epidemiológica en todo el mundo son las neoplasias malignas, particularmente las leucemias agudas. Dentro de la MO, la proliferación descontrolada y la imposibilidad de una correcta diferenciación en poblaciones precursoras da lugar a estas patologías, en las cuales los precursores leucémicos aprovechan los nichos hematopoyéticos normales y desplazan paulatinamente a los progenitores sanos para instalar el tumor y remodelar el microambiente a su favor.44,45 Los signos y síntomas de los individuos con leucemia se conforman por  distintos cuadros que resultan de pancitopenia severa, problemas hemostáticos e infecciones recurrentes debido a la carente formación de los elementos celulares que lleven a cabo estas funciones. Tanto los linajes linfoides como mieloides pueden verse afectados por las transformaciones malignas, en la edad pediátrica prevalentemente por la leucemia linfoblástica aguda, mientras que en la población adulta por la alta recurrencia de leucemias mieloides.7 (Figura 6)

La identidad de poblaciones de precursores malignos puede establecerse por citometría de flujo con tinciones de anticuerpos contra antígenos de superficie celular conjugados a fluorocromos. En las leucemias linfoblásticas, prevalece la acumulación y alta frecuencia de precursores linfoides de linaje B en la médula ósea del paciente (panel superior), mientras que en las leucemias mieloides se afecta la vía de diferenciación de dicho linaje (panel inferior).

El diagnóstico integral de las neoplasias hematológicas incluye el estudio de translocaciones, citogenética, morfología, histoquímica y citometría de flujo multiparamétrica, que además permiten la estratificación de grupos de riesgo para un tratamiento óptimo y control de la enfermedad. Basado en su heterogeneidad molecular, biológica y clínica, las leucemias son altamente complejas, por lo que su investigación y tratamiento deben ser integrales. A pesar del éxito de los diferentes esquemas terapéuticos actuales, la creciente casuística de recaídas tempranas acompañadas de resistencia al tratamiento y la infiltración a órganos extramedulares, como el sistema nervioso central o gónadas y desenlace fatal, han hecho prioritario el estudio de las células iniciadoras o fundadoras de la leucemia, así como la instalación de programas sistemáticos de detección temprana en países y grupos de mayor prevalencia y riesgo.46,47

El trasplante de células hematopoyéticas y la reconstitución inmunológica en el individuo oncológico es una alternativa para los grupos de pronóstico desfavorable. Indudablemente, la consideración del microambiente hematopoyético y de novedosas poblaciones reguladoras y supresoras del sistema inmune será de crucial importancia en la conducción de estos protocolos, así como para la investigación de índices inmunológicos que contribuyan a la reconstitución inmunológica.

La onco-hematología es, sin duda, el área de la práctica médica que más se ha beneficiado de las técnicas de análisis celular y constituye uno de los mejores ejemplos del traslado oportuno y rápido de los conocimientos básicos a la práctica clínica. El entendimiento de los mecanismos normales de la hematopoyesis ha permitido comprender también los desvíos que condicionan la leucemogénesis y, en algunos casos, ha resultado en variantes terapéuticas que hubiesen parecido inconcebibles. Tal es el caso del empleo del ácido holo-trans-retinoico en el tratamiento de la variante promielocítica de la leucemia mieloide, en la que una traslocación recíproca t (15;17) tiene como resultado la formación del gen híbrido PML-RARa responsable de la interrupción del progreso de la maduración del linaje mieloide por resistencia al ácido retinoico.

Sin duda, en el futuro a mediano plazo, se estarán diseñando pruebas de diagnóstico muy sensibles y específicas, así como formas exitosas de terapias farmacológicas o biotecnológicas con fundamento en el conocimiento cada vez más preciso de los mecanismos de la hematopoyesis.

Conclusiones

El sistema inmune se deriva de las células troncales hematopoyéticas a partir de un proceso biológicamente jerárquico y altamente regulado denominado hematopoyesis. La diferenciación y desarrollo de los linajes linfoide y mieloide que constituyen las líneas de defensa inmunológica se lleva a cabo en nichos altamente especializados en la médula ósea y son dependientes de las señales microambientales generadas por células estromales residentes. En condiciones de emergencia, verbi gratia, durante una infección, proceso pro-inflamatorio o escenarios de malignidad, el sistema inmuno-hematopoyético responde desde las etapas más tempranas de diferenciación, produciendo de forma extraordinaria células del sistema inmune innato. Los nuevos retos en el ámbito de la ontogenia de la inmunidad incluyen la identificación clonal de precursores de poblaciones reguladoras y la explotación de su plasticidad para el robustecimiento de linajes y nichos especializados en beneficio la Medicina Moderna de Precisión.

Agradecimientos

Los proyectos realizados en el Laboratorio de Oncoinmunología del CIBIOR reciben el apoyo de la Coordinación de Investigación en Salud del IMSS (Instituto Mexicano del Seguro Social) y CONACYT (Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología).

Referencias

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