Respuesta Inmunológica Adaptativa

Alejandro Escobar Gutiérrez

Secretaría de Salud, Instituto de Diagnóstico y Referencia Epidemiológicos Manuel Martínez Báez. Ciudad de México, México.

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El estado de inmunidad por el cual el individuo impide o limita diversos estados patológicos es uno de los elementos fundamentales para la supervivencia de los organismos y es el resultado de la suma de múltiples procesos complejos que aparecieron paulatinamente a lo largo de la evolución. Asimismo, se han acumulado y diversificado, y sus resultados ofrecen una importante ventaja selectiva para las especies que los han desarrollado.

La posibilidad de que virus, bacterias, hongos, protozoarios y helmintos parásitos, así como componentes ambientales diversos y células propias malignas, afecten la salud e integridad de un individuo al colonizarlo y proliferar en su economía o tener un efecto nocivo directo, es limitada o eliminada por mecanismos inmunológicos. Todo como parte de la homeostasis del individuo. La inmunidad es llevada a cabo por estructuras anatómicas, células y moléculas solubles que participan en diferentes procesos que interaccionan entre sí, con efectos que son complementarios y sinergistas. Cuando estos procesos están en actividad permanente se les llama inmunidad constitutiva, si se hallan latentes, en tanto que si son inducidos y puestos en juego después de la llegada de estímulos se les refiere como respuesta inmunológica.

La respuesta inmunológica cuenta con dos grandes ramas: la respuesta innata y la respuesta adaptativa, que no son excluyentes y están estrechamente relacionadas, sin dejar de tener características distintivas individuales. Como ya fue descrito en otro capítulo de esta obra, la respuesta innata es inducida a muy corto plazo por PAMP de origen exógeno o DAMP de origen endógeno, y es efectuada por prácticamente todas las células del individuo, que participan de acuerdo con sus respectivas características fisiológicas y manifiestan rasgos limitados de especificidad y memoria (entrenamiento). A diferencia de esta, la respuesta adaptativa es de aparición posterior y ofrece ventajas selectivas muy importantes para la supervivencia del individuo que cuenta con ella.

Características generales de la respuesta adaptativa

Las características más frecuentes de la respuesta adaptativa son las siguientes:

1) Esta respuesta se induce por el reconocimiento de antígenos, que son moléculas de peso molecular alto, principalmente proteínas y polisacáridos. Este reconocimiento lo efectúan moléculas de membrana celular (receptores) o solubles (anticuerpos) y se realiza mediante la unión de un sitio activo en el receptor o el anticuerpo y regiones discretas en la estructura del antígeno llamadas epítopos, o determinantes antigénicos. Las moléculas de peso molecular bajo (haptenos) por sí solas no dan lugar a respuestas adaptativas, pero pueden inducirlas en caso de que se combinen con macromoléculas que le sirven de acarreadoras; en estas condiciones el hapteno se comporta como un epítopo. La respuesta se lleva a cabo contra antígenos que le son extraños, sean o no patogénicos, y genera mecanismos para su eliminación, lo cual no ocurre con las moléculas propias del individuo debido a un estado de auto-tolerancia del sujeto; en caso de que esta tolerancia se rompa pueden desarrollarse enfermedades autoinmunes.

2) Muestra especificidad muy alta hacia los antígenos que la indujeron, de modo que los elementos celulares y moleculares que participan cuentan con regiones estructurales (sitios activos) que se ajustan con gran precisión sólo a la molécula inductora y con ninguna otra más.

3) Manifiesta memoria de larga duración, es decir, después del primer encuentro con el antígeno la respuesta aparece en un plazo de varios días (respuesta primaria), en tanto que con cada nuevo contacto con el mismo antígeno la respuesta es más rápida, de magnitud mayor y más prolongada en el tiempo (respuesta secundaria).

4) El reconocimiento antigénico a nivel celular está a cargo de células linfoides especializadas: los linfocitos T y los B con receptores para antígeno llamados TCR (del inglés T cell receptor) y BCR (del inglés B cell receptor), respectivamente. La estimulación por el antígeno, junto con otras señales complementarias, conduce a su proliferación clonal con la producción de dos grupos de células: las de memoria, que son de larga vida y conservan la especificidad de la precursora, y otro de células efectoras que llevan a cabo funciones definidas.

5) Los linfocitos T se diferencian en el timo, expresan en su membrana el marcador CD3 y llevan a cabo la respuesta adaptativa celular. Las células efectoras fundamentalmente son de dos tipos, unas son las células T cooperadoras, definidas por la molécula de superficie CD4, productoras de citocinas con actividades sobre otras células. El otro tipo de células efectoras son las T citotóxicas, con el marcador CD8, que además de producir citocinas, provocan la muerte por apoptosis de células blanco que identifican por medio de su TCR.

6) Los linfocitos B tienen su origen en la médula ósea, expresan el marcador de superficie CD19   y dan lugar a la respuesta adaptativa humoral. Su estimulación genera células plasmáticas productoras de moléculas efectoras que son los anticuerpos, glicoproteínas solubles de la familia de las inmunoglobulinas (Ig), caracterizados por su capacidad de combinarse específicamente con el antígeno inductor mediante su sitio activo. En el humano existen cinco clases de inmunoglobulinas: IgM, IgG, IgA, IgD e IgE.

7) La respuesta celular y la humoral están sujetas a una regulación muy estricta en cuanto a su dirección, magnitud y duración, todos a cargo de mecanismos de complejidad variable dependientes de procesos de autorregulación intrínsecos a las células participantes, al igual que células especializadas en la citotoxicidad y la producción de citocinas especializadas (TGF-b e IL-10). Existen células T reguladoras CD4+ de dos orígenes, unas derivadas del timo (tTreg) con funciones de mantenimiento de la autotolerancia y prevención de la autoinmunidad y la alergia, y otras que se forman por estímulo antigénico periférico (pTreg), capaces de frenar la respuesta celular y humoral en curso. También se han identificado otras células de control como Treg CD8+ y Tgd reg, y en la respuesta humoral se generan células B reguladoras (Breg).

8) Funcionalmente, la respuesta adaptativa es primariamente protectora, no sólo contra agentes infecciosos sino también en contra de células neoplásicas. Ante el primer encuentro con agentes infecciosos, la respuesta innata es la que primero se manifiesta, en tanto que los efectos de la adaptativa se observan hasta días después. En muchas ocasiones, la inmunidad constitutiva y la respuesta innata pueden ser suficientes para detener la infección y, si esto no ocurre, el agente se instala, progresa y en forma aguda se manifiestan sus efectos patogénicos que dan lugar a una entidad clínica que puede llegar a ser mortal. La infección es detenida y eliminada hasta que aparece la respuesta adaptativa primaria, a menos que el avance del agente sea más rápido que el surgimiento de esta o se desarrolle con lentitud por efecto de los mecanismos de evasión del propio agente o por un estado primario o secundario de inmunodeficiencia del hospedero. En los encuentros posteriores con el mismo agente, las células de memoria formadas en la respuesta primaria permiten una rápida respuesta secundaria adaptativa, que generalmente elimina al agente sin que llegue a presentarse ninguna manifestación de su presencia.

9) La respuesta adaptativa pueden conducir al daño tisular (hipersendsibilidad), lo cual constituye una excepción y no una regla en los procesos inmunológicos. Los mecanismos inmunológicos de protección y daño no difieren cualitativamente y muchas veces forman parte del proceso mismo de eliminación del inductor. La diferencia cuantitativa entre protección y patología, resulta fundamentalmente de alteraciones en los mecanismos de regulación de la respuesta por exceso del agente inductor, estados patológicos concomitantes, disbiosis de la microbiota, entre otras cosas, todo ello modulado por la genética y epigenética del individuo y otros factores como la edad, género, fisiología, etcétera.

Inducción de la respuesta adaptativa

Los linfocitos se originan, adquieren su especificidad y se seleccionan en los órganos linfoides primarios, timo y médula ósea, y se encuentran en un estado de renovación continua a lo largo de la vida del individuo. Los receptores de la membrana se originan a partir de pocos cientos de genes codificados en el genoma que se recombinan somáticamente al azar para dar lugar a millones de especificidades antigénicas; cada linfocito muestra una especificidad única. En los órganos linfoides primarios hay mecanismos de selección negativa que se encargan de eliminar células con receptores específicos para lo propio (autorreactivos) y de selección positiva que permiten la sobrevivencia y distribución en el organismo de las células específicas para componentes que son extraños al individuo.

El receptor de células T (TCR) es un complejo molecular formado por la asociación de varias moléculas. La que tiene el sitio activo de reconocimiento antigénico está constituida por un par de cadenas polipeptídicas que son de dos variedades: a-b, predominante en linfocitos del medio interno y g-d, en células de la periferia. Además, hay tres pares de moléculas (C3g-C3e, C3d-C3e y C3z-C3z), que son las que transmiten la señal de activación al interior de la célula.

El receptor de células B (BCR) está formado por una inmunoglobulina de membrana con dos sitios activos de combinación para el mismo epítopo que se acompaña de dos pares de moléculas conocidas como Iga (CD79A) e Igb (CD79B), que son las que efectúan la transmisiòn de la señal de activación celular.

Las células T y B maduras que salen de sus órganos de origen emigran a los órganos linfoides periféricos (ganglios linfáticos, bazo, amígdalas, apéndice, tejido linfoide asociado a mucosas, etc.), donde no residen permanentemente y están en continua recirculación por las vías linfática y sanguínea. Mientras no reconocen a su antígeno se les llaman inocentes (“naïve”), están latentes funcionalmente y mueren por apoptosis si no son activadas dentro de un lapso definido. A la llegada del antígeno homólogo, este selecciona a la célula o células inocentes cuyos receptores específicos se combinan mejor con sus epítopos y se inicia su activación. Ésta requiere de tres señales: 1) la primera es específica y está dada por la unión del TCR o del BCR a sus epítopos correspondientes, con la participación o no de un correceptor; 2) la segunda señal es generada por la interacción de moléculas de coestimulación presentes en la superficie del linfocito y de una célula cooperadora; y 3) una o más señales promovidas por citocinas autócrinas o heterócrinas. Como fue ya mencionado, el resultado es la expansión clonal con la formación de células de memoria de vida muy prolongada y de células efectoras de vida corta. El contacto subsecuente con un antígeno previamente reconocido da lugar a una respuesta secundaria por la rápida estimulación de células de memoria.

Respuesta adaptativa celular

En el timo, los linfocitos se desarrollan a lo largo de una sucesión de etapas. Primero se expresa la molécula C3, luego el TCR (ab o gd) y más tarde los correceptores CD4 y CD8, cuya función se verá más adelante. En una etapa intermedia hay células que simultáneamente son CD4+ y CD8+ (DP, doble positivas), que después se diferencían en poblaciones con un solo correceptor, que son las que salen a la periferia. Las células T CD4+ son cooperadoras (Th, del inglés helper, cooperadora) y producen múltiples citocinas de efectos autócrinos (sobre la misma célula), parácrinos (a corta distancia) y heterocrinos (a mayor distancia). Las células T CD8+ también producen citocinas y tienen actividad citotóxica (Tc).

La primera señal de activación en las células Tab, conocidas como “convencionales” (así llamadas por su abundancia relativa y haber sido las primeras en describirse), es que sus TCR interactúen con epítopos presentados en moléculas especializadas codificadas en el complejo principal de histocompatibilidad (MHC, del inglés major histocompatibility complex), nombre originado al haberse identificado en relación con el rechazo alogénico de trasplantes. Este complejo está localizado en una región única en el brazo corto del cromosoma 6 humano y consta de diversos genes distribuidos en dos grupos, conocidos como de clase I y de clase II, al igual que sus productos. Estos son glicoproteínas transmembranales de la superficie celular, muy polimóficas, llamadas en humanos como moléculas HLA (del inglés human leukocyte antigens).

Las moléculas de clase I (MHC-I) están formadas por dos cadenas. Una es la alfa, transmembranal, con tres dominios extracelulares (a1, a2 y a3) y la otra, que sólo es extracelular, se llama beta-2 microglobulina (b2m) y es la que estabiliza la molécula. Los dominios a1 y a2 adoptan una conformación tal que da lugar a una oquedad, llamada surco, donde se inserta el epítopo polipeptídico, proveniente del antígeno, de alrededor de 9 residuos de aminoácidos. La unión APC-MHC-I-epítopo:TCR-célula T debe ser complementada por el correceptor CD8 (propio de células T citotóxicas), que forma un enlace con el dominio a3 de la molécula MHC-I. Existen dos grupos de moléculas MHC-I, llamadas Ia o “clásicas” (HLA-A, HLA-B y HLA-C), altamente polimórficas, que existen en todas las células nucleadas del individuo, lo que permite que todas puedan actuar como células presentadoras de antígeno (APC, del inglés antigen presenting cells). El otro grupo de moléculas MHC-I son las MHC-Ib o “no clásicas” (HLA-E, HLA-F y HLA-G), de muy bajo polimorfismo, con distribución más restringida y funciones no relacionadas con la presentación de antígenos ni con la histocompatibilidad.

Las moléculas de clase II (MHC-II) consisten en dos cadenas transmembranales, alfa y beta, cada una con dos dominios extracelulares (a1, a2 y b1, b2); a1 y b1 forman un surco muy similar al de las moléculas MHC-I, pero es más abierto y permite la inserción de polipéptidos de hasta 21 aminoácidos. Aquí, el correceptor CD4 es el participante complementario (en células T cooperadoras). Las moléculas MHC-II se expresan constitutivamente en las APC “profesionales” que son las dendríticas en la respuesta primaria, todos los macrófagos en la secundaria o las células B activadas en la respuesta humoral. También pueden localizarse en otras células “no profesionales”, (epiteliales, endoteliales, eosinófilos, basófilos y células T), pero sólo si están activadas. También hay dos grupos de moléculas, uno compuesto por las HLA-DR, HLA-DQ y HLA-DP, polimórficas en la superficie celular y, por otro lado, el grupo conformado por HLA-DO y HLA-DN intracelulares.

En todas las interacciones entre un TCR y su epítopo-MHC, debe ocurrir otra asociación TCR-MHC en un sitio diferente al involucrado en el reconocimiento antigénico y que se define durante el desarrollo ontogénico. Esta situación se le llama restricción y limita a que las interacciones célula T-APC sólo ocurran si ambas son del mismo individuo y no con las de cualquier otro donador.

El origen de los epítopos que reconocen las células T CD4+ son antígenos exógenos (virus, microorganismos, componentes ambientales, etc.), que son capturados por células dendríticas, macrófagos y células B (APC “profesionales”), procesados en su interior y presentados en moléculas MHC-II en la membrana celular, lo cual también puede ocurrir en las APC “no profesionales”. En las células T CD8+ los epítopos provienen de antígenos endógenos (infección viral o transformación maligna), procesados en la propia célula y presentados en moléculas MHC-I. Si el encuentro se efectúa entre una célula inocente o de memoria con una APC que expresa moléculas de coestimulación (descritas más adelante), el resultado es su expansión clonal. En caso contrario, el efecto es la actividad citotóxica sobre la APC, como ocurre cuando se trata de una célula nucleada del sujeto que le presente su epítopo-molécula MHC-I.

La segunda señal de activación es la dada por moléculas de coestimulación que se realiza a través de las interacciones entre moléculas complementarias ubicadas en una y otra células y que debe establecerse de inmediato. Se han descrito alrededor de una docena de pares moleculares, los más importantes entre los de activación son: CD28:CD80/CD81; ICOS(CD278):ICOSL; CD40L:CD40; OX40:OX40L, en la célula T y la APC, respectivamente (ICOS, del inglés inducible T cell co-stimulator). Estas interacciones contribuyen a la adecuada activación y supervivencia de las células T, producción de citocinas, expansión clonal y la inducción de subpoblaciones celulares.

Existen otros pares de inhibición del proceso que llevan a la muerte de la célula T, como son CD28:CTLA-4; PD-1:PD-L; BTLA:B7-H4 (CTLA-4, del inglés; cytotoxic t lymphocyte antigen, antígeno de linfocitos T citotóxicos; PD-1, del inglés programmed death, muerte programada; BTLA, del inglés T and B lymphocyte attenuator, atenuador de linfocitos T y B).

La tercera señal de activación es inicialmente dada por la citocina IL-2, de origen autócrino, que inicia la expansión celular y según la presencia en el microambiente de citocinas originadas en la respuesta innata, la clona se diferencia en subpoblaciones con características particulares.

Las interacciones moleculares involucradas en la inducción suceden dentro de un área, llamada sinapsis inmunológica, en una balsa membranal bien delimitada entre la célula T y la APC. En su forma madura, la sinapsis está estabilizada periféricamente por moléculas de adhesión: CD48:CD2 e ICAM-1:LFA-1 en la APC y el linfocito, respectivamente (ICAM-1, del inglés intercellular adhesion molecule 1, molécula de adhesión intercelular; LFA-1, del inglés leukocyte function-associated antigen 1, antígeno leucocitario asociado a la función). En la zona interior de la sinapsis, llamada SMAC (del inglés supra-molecular activation complex, complejo de activación supramolecular), quedan concentrados e inmovilizados múltiples complejos MHC-epítopo-TCR-correceptor y los pares de moléculas de coestimulación. Como resultado la activación celular es completa y eficiente.

Con respecto a las células Th CD4+, en la Tabla 1 se muestran las subpoblaciones que resultan, las citocinas que favorecen su diferenciación y su origen celular, los factores de transcripción involucrados, las citocinas que producen una vez diferenciadas y las principales funciones en inmunidad y en patología. Es importante señalar que estas subpoblaciones no son estables y presentan el fenómeno de plasticidad. Por ejemplo, las células Th1 pueden convertirse en Th17 y estas en pTreg, según los cambios de citocinas en el ambiente. Las células Tc CD8+, además de su capacidad citotóxica, también dan lugar a subpoblaciones similares a las descritas, que producen las citocinas correspondientes.

Células T no convencionales

Existen otros linfocitos T con características distintas a las descritas para las T “convencionales”, predominantes en el medio interno. Sus receptores con diversidad limitada y la rapidez con que responden los hacen similares a las células innatas.

Las células NKT (NKT), expresan CD3, propia de células T, y simultáneamente a CD16, CD56 y CD161 que lo son de las células NK. Residen en mucosas y reconocen glicolípidos (de origen viral, microbiano o propio) presentados en moléculas CD1d, no polimórficas, que se expresan en células dendríticas, células B, epiteliales y endoteliales; su estructura es similar a las MHC-I pero sus genes están ubicados fuera del MHC. Hay dos grupos de células NKT, las NKT-I que expresan un TCR invariable (Va24Ja18/Vb11) y las NKT-II con TCR de mayor diversidad. La estimulación de células iNKT es rápida y no utiliza moléculas correceptoras, pero sí de coestimulación y citocinas (IL-12). Tienen actividades de citotoxicidad y de producción de grandes cantidades de citocinas, tanto de inmunidad perfil 1 (IFN-g), de perfil 2 (IL-4) y de perfil 17 (IL-17), pero bajo ciertas circunstancias pueden polarizarse hacia un sólo perfil. Las células iNKT son importantes en la eliminación rápida de agentes infecciosos, la inducción y polarización de respuestas adaptativas y en la patología de enfermedades por autoinmunidad, alérgicas y cáncer.

Las células T asociadas a mucosas (MAIT, del inglés mucosal-associated T cells), son especialmente abundantes en intestino y en circulación pueden alcanzar el 10 %. Tienen un TCR invariable (Va7.2/Va19Ja33) que reconoce metabolitos de la vitamina B2 (riboflavina), de origen bacteriano, los cuales son presentados por la molécula MR-1, no polimórfica, con estructura de MHC-I; posiblemente existen otras moléculas activadoras, aún por definirse. También es posible activarlas por el estímulo directo dado por IL-12 e IL-18. Se ha demostrado que hay tres subgrupos de células MAIT, según la presencia de los correceptores CD4+ y CD8+ o su ausencia (DN). Producen citocinas de perfiles 1, 2 y 3 y son también citotóxicas. Su papel es protector contra infecciones bacterianas y han sido implicadas también en inmunopatología.

Las células Tgd tienen TCR con diversidad relativamente limitada y diferente en estructura y funcionalidad al TCRab. Se ubican en la piel y las mucosas de los pulmones, intestino y órganos genitales. Constituyen una población muy heterogénea con subpoblaciones equivalentes a las descritas para las células Tab. Tienen una amplia gama de inductores de activación, no presentadas en productos del MHC, como moléculas simples de origen microbiano o tumoral notablemente ricas en fósforo (fosfoantígenos), superantígenos microbianos, moléculas CD1c y C1d, MIC-A y MIC-B (del inglés: MHC class I-related chains, cadenas relacionadas con las de MHC clase I) expresadas en condiciones de estrés y otras. Responden con rapidez y dan lugar a subpoblaciones de diversidad similar a las de las células T “convencionales”: Tgd-1 (IFN-g), Tgd-2 (IL-4), Tgd-17 (IL-7), Tgd-FH y Tgd-reg (IL-10, TGF-b), además de otra con capacidad citotóxica directa por perforinas y granzimas e indirecta a través del receptor NKG2D. Las células Tgd pueden presentar antígenos a células Tab y modular las funciones de las células B. Tienen funciones de protección contra infecciones y cáncer, asimismo participan en la autoinmunidad y la alergia.

Respuesta adaptativa humoral

La respuesta humoral es llevada a cabo por moléculas solubles con actividad de anticuerpo y se llama así por ser encontrados en los humores del sujeto (plasma circulante, lágrimas, saliva, secreciones de las mucosas, calostro y leche maternas, entre otros). Su origen son las células plasmáticas, derivadas de las células B estimuladas antigénicamente y son responsables de protección sistémica y local.

Además de su inducibilidad, especificidad y memoria, la respuesta humoral es transferible, es decir, los anticuerpos producidos en otro individuo de la misma u otra especie son funcionales en el sujeto en el que se administran (inmunidad pasiva). Cuando los anticuerpos transferidos provienen de otra especie (heterólogos) su uso es restringido por el riesgo de que induzcan respuestas nocivas por anafilaxia o complejos antígeno-anticuerpo. Este riesgo disminuye con el uso de anticuerpos faboterápicos, que son tratados previamente con papaína para eliminar su componente Fc, que es el más inmunogénico y el que fija complemento.

La transferencia pasiva homóloga ocurre naturalmente en etapa fetal por el paso de anticuerpos maternos por placenta durante el último trimestre del embarazo, el nacimiento y durante los primeros meses de vida por el calostro y la leche materna. También están disponibles en el mercado anticuerpos homólogos purificados (inmunoglobulina humana), específicos contra el antígeno D (Rh), preventivo en casos de incompatibilidad materno-fetal o contra infecciones de curso agudo (rabia, hepatitis A, sarampión, rubéola, herpes-zoster, etc.).

La inmunoglobulina intravenosa (IVIG, del inglés intravenous immunoglobulin), que también puede administrarse por vía subcutánea, es una preparación enriquecida de IgG (95 − 98 %) e IgA (2 – 3 %), que tiene como indicación primaria la terapia de reemplazo en inmunodeficiencias primarias, aunque también se ha demostrado su utilidad como anti-inflamatoria e inmunomoduladora. En estos dos útimos casos, se desconoce mucho de sus mecanismos de acción, pero los más importantes son la activación de receptores de inhibición de macrófagos y células B y la inducción de células pTreg.

Los anticuerpos son glicoproteínas que corresponden a la familia de las inmunoglobulinas (Ig). Están formados por una unidad básica constituida por dos cadenas pesadas (H, del inglés heavy) y dos cadenas ligeras (L) unidas entre sí por puentes disulfuro; la conformación de unidad básica se asemeja a una “Y”, los brazos son sendos fragmentos Fab (cada uno con una cadena L y el extremo amino-terminal de una de las H) y la cola es el fragmento Fc (formado por los dos extremos carboxi-terminales de las cadenas H), que se mantienen asociados por porciones de posición intermedia de las cadenas H (bisagra).

Estructuralmente, tanto las cadenas H como las L están formadas por regiones de alta homología llamadas dominios, dos en las cadenas L y cuatro o cinco en las H; los dominios de los extremos amino terminales son variables en cuanto a sus secuencias (VL y VH), de allí la especificidad, y los puntos de unión con sus epítopo se llaman regiones determinantes de la complementaridad (CDR, del inglés complementary determinating region). Los dominios restantes son constantes (CL y CH) con respecto a cada tipo de cadena H o de cadena L. Muchas otras moléculas del individuo cuentan con dominios similares a los de las Ig, por lo que se les ha agrupado en la superfamilia de las Ig (SFIg); todas tienen en común su capacidad para asociase con otras moléculas, homólogas o heterólogas, sean o no de la SFIg.

En el humano existen cinco clases de Ig: IgM, IgG, IgA, IgD e IgE. De estas, hay cuatro subclases de la IgG (IgG1, IgG2, IgG3 e IgG4) y dos de la IgA (IgA1 e IgA2), cada una con propiedades diferentes entre sí. Estas nueve moléculas son los isotipos de Ig. Las Ig pueden constar de una sola estructura básica (monómeros) con dos sitios activos (IgG1, IgG2, IgG3 IgG4; IgA1, IgA2 plasmáticas; IgD e IgE), o poliméricas como la IgM que es un pentámero con diez sitios activos, y la IgA de secreción que es dimérica, con cuatro sitios activos. Ambas Ig poliméricas tienen una cadena J (del inglés joining, unión) entre los Fc, la cual favorece su asociación.

Las cadenas H son exclusivas para cada isotipo y se denominan con la letra griega correspondiente (m, g1, g2, g3, g4, a1, a2, d, e). Las cadenas L tienen un dominio variable y uno constante, el cual puede corresponder al tipo k o al l. Son comunes a todos los isotipos, pero en una molécula individual sólo se encuentran cadenas k o l, nunca mixtas.

Cuantitativamente, la IgA es la que se forma diariamente en mayor cantidad, seguida de la IgG, IgM e IgE. Sin embargo, después de un estímulo primario, la IgM se produce en primer término, seguida de la IgG y la IgA. En la respuesta secundaria la predominante y de mayor permanencia es la IgG, por lo que en el plasma circulante es la más abundante. Por el contrario, en las mucosas los anticuerpos predominantes son del isotipo IgA que tienen una estructura molecular especial, conocida como sIgA o IgA de secreción, que consiste en un dímero de IgA asociado a una molécula llamada componente de secreción o SC (del inglés secretory component). En estos sitios también se encuentran cantidades menores de IgM e IgG.

En la Tabla 2 se muestran las características fisicoquímicas e inmunológicas fundamentales de los isotipos de Ig.

Actividades de la respuesta humoral

Los anticuerpos llevan a cabo funciones de gran trascendencia en la protección y la regulación de la respuesta inmunológica y la inflamación, aunque también pueden ser causa de patología.

Neutralización. Se manifiesta como el bloqueo de la capacidad de multiplicacón de agentes infecciosos o la patogénica de productos microbianos, toxinas y venenos y sólo requiere de la unión de un antígeno con un anticuerpo.

Sistema del complemento. El complemento es un sistema multimolecular de proteínas solubles y asociadas a membranas celulares que normalmente está inactivo y su actividad se puede disparar por estímulos innatos (vías de las lectinas y altena) o adaptativos (vía clásica). Es de alta eficiencia como efector de la reacción antígeno-anticuerpo y una vez activado tiene como consecuencias principales incrementar la neutralización e inducir inflamación, quimiotaxis de neutrófilos y macrófagos, opsonización y citolisis.

La vía clásica de activación es iniciada por complejos antígeno-anticuerpo (IgM, IgG1, IgG2 o IgG3) que reclutan al primer componente del complemento, C1, a su vez formado por las proteínas C1q, C1r y C1s. El subcomponente C1s de C1 es una proteasa que hidroliza sucesivamente a los componentes C4 y C2. En ambos casos hay escisión molecular con formación de fragmentos C4b y C2a, que se asocian y se fijan a la superficie celular, y la liberación de C4a y C2b. El dímero C4b,2a es la C3 convertasa “clásica” que actúa como proteasa para el componente C3. Este es roto en los fragmentos C3b, que se fija a la membrana, y C3a que se libera.

El proceso continúa con un mayor depósito de fragmentos C3b en la vecindad inmediata al centro de reacción y la fijación de múltiples componentes C5 a los fragmentos C3b fijos, contiguos a C4b,2a. Al organizarse C4b,2a,3b puede actuar como C5 convertasa e hidrolizar a C5 para liberar el fragmento C5a. El complejo C3b,C5b acopla a los componentes C6, C7, que no sufren modificaciones, y C8 que se inserta parcialmente a la membrana y allí polimeriza a C9, que forma una estructura cilíndrica (complejo de ataque a la membrana, MAC, del inglés membrane attack complex), que perfora la membrana.

Los resultados de esta cascada son: 1) amplificación de la inflamación por efecto de las anafilatoxinas C4a, C3a y C5a sobre células cebadas, basófilos y macrófagos que secretan mediadores pro-inflamatorios (histamina, leucotrienos, prostaglandinas, etc.); 2) quimiotaxis de neutrófilos, monocitos y macrófagos mediada por el fragmento C5a; 3) opsonización de la partícula recubierta por anticuerpos y depósito de los fragmentos C3b y sus productos de degradación iC3b y C3d, que se unen a sus receptores CR1 (CD35), CR2 (CD21), CR3 (CD11b/CD18) y CR4 (CD11c/CD18) en fagocitos, células B, entre otros; y 4) lisis celular resultante de la perforación de la célula por el complejo MAC: C5b,6,7,8,(9)n.

Receptores para el Fc. Muchos fenómenos efectores de los anticuerpos se realizan cuando estos se combinan con receptores de membrana celular para su Fc (FcR). En general, los FcR tienen tres porciones, una extracelular de la SIg (excepto en FceRII) y que reconoce al Fc de la Ig, una intramembranal que la mantiene anclada y una intracelular que, sola o asociada con otras moléculas, induce cascadas de activación o de inhibición de las funciones celulares. Estos efectos suceden segùn la presencia de ciertas regiones intracitoplásmáticas conocidas como ITAM (del inglés immunoreceptor tyrosine-based activation motif, motivo de activación dependiente de tirosina de un inmunorreceptor), que inician la cascada de activación celular o como ITIM (del inglés immunoreceptor tyrosine-based inhibition motif), que llevan a cabo inhibiciones funcionales al desfosforilar moléculas de las cascadas activadas.

En la Tabla 3 se muestran los receptores más importantes para los Fc de las Ig.

Para la IgG, los receptores opsonizantes y de activación de fagocitos son FcgRI (CD64), FcgRIIA (CD32A) y FcγRIIC (CD32C), todos ITAM+, en cambio, FcgRIIB, en células B y macrófagos, es ITIM+ y participa antagónicamente con el FcgRIIA para mantener un equilibrio permanente entre las señales de estimulación e inhibición de estas células. El receptor FcgRIIIA (CD16A) es ITAM+, se encuentra principalmente en células NK y da lugar al fenómeno de citotoxicidad celular dependiente de anticuerpos. Es notable FcgRIIIB (CD16B) en neutrófilos, que carece de porción intracitoplasmática, se mantiene unido a la superficie celular por un grupo glicoinositol-fosfato y su función es la depuración de complejos antígeno-anticuerpo solubles sin promoción de la inflamación. El receptor FcRn se encuentra en endotelio y placenta, reconoce a la IgG y a la albúmina pero sólamente a pH ácido, por lo que todas permanecen separadas en condiciones fisiológicas (ligeramente alcalinas). La endocitosis y la acidificación de la vesícula favorece que en su interior se lleve a cabo la integración del complejo. En las células endoteliales, la IgG y la albúmina circulantes son continuamente capturadas, asociadas y retenidas intracelularmente por algún tiempo y luego recicladas al medio externo, lo cual explica la vida media prolongada de ambos ligandos. En la placenta acontece un proceso similar de captura de IgG materna y las vesículas cargadas se transportan hacia la circulación fetal, donde el pH alcalino libera la IgG y la albúmina de su receptor y la sangre fetal queda enriquecida de anticuerpos que otorgan un estado de protección pasiva en el último trimestre de vida fetal y en el recién nacido.

Para la IgA monomérica, el receptore FcaR (CD89) se identifica en neutrófilos, monocitos-macrófagos, eosinófilos y células dendríticas. Tiene funciones de regulación de la inflamación debido a actividades antagónicas según su estado de agregación: los complejos FcaR-IgA se forman constantemente en circulación y mantienen inhibidas las actividades pro-inflamatorias celulares, pero al formarse complejos multiméricos antígeno-IgA-FcaR se completan las condiciones para disparas las actividades inflamatoriass de las células respectivas.

Con respecto a la IgE, hay dos receptores celulares: los FceRI son de alta afinidad, se ubican en células cebadas y basófilos.Su función es promover la secreción de mediadores pro-inlamatorios con un papel relevante en la protección contra helmintos y en fenómenos de anafilaxia. Los receptores FceRII (CD23 son de baja afinidad para la IgE y también pueden reconocer a CD21, CD11b y CD11c. Se expresan en células B, plaquetas, células dendríticas, neutrófilos, eosinófilos y una fracción de monocitos y macrófagos. Participan en la activación celular, la inmunidad a parásitos y la regulación inmunológica.

Para las Ig poliméricas hay varios receptores. Los receptores pIgR de la región basolateral de las células epiteliales de las mucosas, capturan IgM e IgA dimérica (A2) de sìntesis local. El complejo pIgR-IgA2, es endocitado y transportado en una vesícula hacia la dirección apical. Cuando los complejos pIg-IgA2 quedan expuestos en la superficie celular, las proteasas locales hidrolizan al complejo, pero sin eliminar la región extracitoplásmática del receptor, que ahora recibe el nombre de SC (del inglés, secretory component, componente de secreción) y la molécula IgA2.SC es la IgA de secreción. El receptor Fca/mR (CD351), se encuentra en las células BMZ y en las células dendríticas foliculares, donde participa en la regulación de la producción de anticuerpos.

 

Inducción de la respuesta humoral

Las células B maduran en la médula ósea, expresan el receptor para antígeno BCR, el marcador de superficie CD19 y a CD40, una molécula fundamental en la coestimulación que promueve el cambio de isotipo sintetizado. Las células B comprenden tres grandes subpoblaciones con características y participaciones bien definidas. Las células B1 son propias de las cavidades pleural y peritoneal. Su activación es timo-independiente y responden contra antígenos con epítopos repetitivos con la producción de los llamados anticuerpos “naturales”, principalmente de la clase IgM. Los anticuerpos producidos por estas células son polirreactivos y de baja afinidad y resultan importantes como primera línea de respuesta contra agentes infecciosos.

Las células B2 o foliculares, se ubican fundamentalmente en los órganos linfoides del medio interno y recirculan permanente. Constituyen las células B “clásicas” que responden hacia la gran mayoría de los antígenos que tienen acceso al individuo, son altamente dependientes de la cooperación con células T (aunque pueden ser timo-independientes), y dan lugar a células de memoria y dos tipos de plasmáticas, unas de vida corta que principalmente producen IgM y las de vida prolongada, productoras de todos los isotipos de Ig.

Las células B de zona marginal (BMZ), se localizan en el bazo entre la pulpa roja y el seno marginal. Son timo-independientes y los anticuerpos son baja afinidad y fundamentalmente IgM. Su papel es crítico al generar una respuesta rápida y eficiente contra antígenos que llegan por la circulación sanguínea. Pueden expresar la molécula CD1d, por lo que actúan como APC en la respuesta de células NKT.

Los anticuerpos son sintetizados y secretados por clonas provenientes de células B activadas por la interacción BCR-antígeno específico como primera señal. El complejo molecular del BCR consta de una molécula de reconocimiento que estructuralmente es una IgM monomérica anclada en la membrana celular, acompañada de un dímero transductor de la señal formado por las moléculas Iga e Igb (CD79A y CD79B).

El epítopo homólogo no tuvo que haber sido procesado en una célula especializada y puede ser reconocido formando parte integral de su antígeno. Para que un linfocito B forme una clona eficiente se necesita la segunda señal de coestimulación y la tercera inducida por citocinas provistas por una célula T CD4+ (respuesta timo-dependiente o TD) o por otras de origen innato (respuesta timo-independiente o TI).

La respuesta timo dependiente está fundamentalmente dirigida contra estructuras conformacionales de proteínas. A la llegada del antígeno a los ganglios linfáticos, en el área intermedia entre las zonas T y B foliculares, hay una rápida respuesta de células B. Los BCR se combinan con el antígeno homólogo y se oligomerizan en la superficie, se dispara una señal al interior de la célula y los complejos BCR-antígeno son endocitados, las proteínas se procesan y sus epítopos son presentados en moléculas MHC-II a células T cooperadoras foliculares (Tfh, del inglés T follicular helper), que son las que aportan las moléculas coestimulantes como ICOS-ICOSL (diferenciación y mantenimiento a la Tfh) y CD40L (CD154)-CD40 (cambio de isotipo), además de producir grandes cantidades de IL-21 (además de IL-4, IL-17 y IFN-g), indispensables para la formación de la clona B, el cambio de isotipo y la formación de células de memoria y plasmáticas. Las células B activadas foliculares dan lugar a células plasmáticas y de memoria de vida corta.

Las células Tfh emigran dentro del folículo y se desarrollan como Tfh de centro germinal donde cooperan con las B y dan lugar a respuestas humorales de gran eficiencia de especificidad y memoria. En las etapas iniciales de la expansión clonal se llevan a cabo ciclos de hipermutación somática de los genes de las zonas variables de los BCR y hace que las células hijas sean muy hetergéneas en cuanto a sus BCR, con distintos grados de afinidad por el epítopo inductor. Aquellas cuyo BCR resulte de mayor afinidad por el antigeno se combinarán mejor, proliferarán activamente y producirán células de memoria y plasmáticas de vida larga y anticuerpos de alta afinidad (maduración de la afinidad), con cambio de isotipo. Las células con BCR de menor o escasa afinidad dejan de ser activadas y mueren por apoptosis.

La respuesta timo-independiente (TI), se lleva a cabo mediante otros mecanismos de colaboración con células B. Es inducida por moléculas no proteínicas, generalmente polisacáridos. Es de aparición rápida y la memoria que se genera es pobre.

Para la formación de la clona son necesarias otras señales que no son proporcionadas por células Tfh y se reconocen tres posibilidades que corresponden a las llamadas respuestas TI-1, TI-2 y TI-3. En las respuestas TI-1, después que el BCR se ha combinado con su antígeno, la señal complementaria es inducida por una molécula TLR del propio linfocito B, estimulada por un PAMP presente en el antígeno como lo pueden ser lipopolisacáridos, RNA virales, proteínas o residuos CpG de DNA microbiano.

Las respuestas TI-2 se deben a la actividad de polisacáridos con estructura de repetición (como son los de Streptococcus pneumoniae, Haemophilus influenzae o de Neisseria meningitidis), que entrelazan firmemente múltiples BCR y resultan en clonas productoras de IgM sin cambio de isotipo y escasas células de memoria. Las respuestas TI-3 se relacionan con señales dadas por células innatas en un estado de activación adecuado, y pueden ser células especialazas como NKTfh, macrófagos, células cebadas, neutrófilos fh, basófilos y otras por descubrirse. En estos casos, la maduración de la afinidad y la duración de las células de memoria son limitadas.

Todos los antígenos naturales o sintéticos tienen epítopos diversos y una vez que un antígeno dado entra en contacto con el sistema inmunocompetente, cada epítopo activa a su clona específica por lo que la respuesta será necesariamente policlonal y heterogénea, sin perder la especificidad por el antígeno. Esto puede ser un inconveniente para fines de diagnóstico o terapéuticos, ya que se requieren poblaciones homogéneas de anticuerpos con especificidad única. Esto fue posible con el desarerollo de la técnica de obtención de anticuerpos monoclonales (AcMo). En esta, las células linfoides de bazo de un ratón inmunizado se fusionan con células plasmáticas de un linfoma, con ayuda de un solvente de grasas, para formar células híbridas (hidridomas), cada una con la capacidad de formar anticuerpos de una especificidad única al tiempo que se están multiplicándo indefinidamente. El proceso culmina con la selección de los híbridomas adecuados para los fines previstos, se cultivan in vitro y los AcMo del sobrenadante se purifican y se utilizan como tales o modificados.

Las células de memoria son determinantes para el mantenimiento del estado de protección específica.

Las células T y B de memoria son las responsables de la respuesta secundaria y, por lo tanto, de mantener latente el estado de protección. Mediante el marcador de superficie CD45 se pueden diferenciar a los linfocitos T “naïve” (CD45RO+), de las células T de memoria (CD45RA+). Se reconocen dos grupos de células de memoria: las centrales, que residen en ganglios linfáticos y tienen en superficie a las moléculas CD62L (selectina L) y CCR7 (receptor para las quimiocinas CCL19 y CCL21), que les permiten emigrar por vía sanguínea a otros órganos linfoides periféricos, donde ya no expresan dichos marcadores, pero pueden ser activadas nuevamente ante la llegada del antígeno correspondiente.

Los linfocitos B de memoria expresan constitutivamente las moléculas CD80 y CD86. Además, muchas células plasmáticas pueden sobrevivir inmovilizadas durante años almacenadas en la médula ósea o el bazo. Esto puede incidir en la perpetuación de respuestas protectoras (aunque también de problemas inmunopatológicos), ya que una vez almacenadas por años pueden activarse de inmediato ante estímulos exógenos o endógenos.

La respuesta inmunológica adaptativa se encuentra autorregulada.

1)     En condiciones de salud, tanto la respuesta T como la B no se expanden indefinidamente, sino que están sujetas a diversos mecanismos de regulación endógena. Un mecanismo muy general es la presencia misma del antígeno; en cuanto es eliminado, la respuesta empieza a decaer por ausencia de estímulo. Durante la inducción de las respuestas T, la expresión tardía de CD52 (CTLA-4, del inglés cytotoxic T-lymphocyte antigen 4) desplaza a CD28 de su unión a CD80/CD86 y emite una señal inhibitoria. En la respuesta T, las subpoblaciones Th1 y Th2 se inhiben una a la otra, el IFN-g inhibe las respuestas Th2 y la IL-4 las respuestas Th1.

Además de las células pTreg ya mencionadas, se encuentra una población de células T reguladoras tímicas (tTreg), originadas en el timo, que constitutivamente expresan CD4 y CD25 y emplean a FoxP3 como factor de transcripción.

2) Los mecanismos de regulación que llevan a cabo otras células como son los macrófagos, las células NK, NKT y Tgd, aún no han sido bien establecidos.

3) En la respuesta humoral, la IgG combinada con su antígeno inhibe a las células B a través del receptor FcgRIIB.

Referencias

  1. Xiao X, Cai J. Mucosal-Associated Invariant T Cells: New insights into antigen recognition and activation. Front Immunol. 2017; 8: 1540.

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