15.4Q: Inmunidad innata

La capacidad de un organismo multicelular para defenderse contra la invasión por patógenos (bacterias, hongos, virus, etc.) depende de su capacidad para montar respuestas inmunes. Todos los metazoos (probablemente) tienen mecanismos de defensa innatos que constituyen inmunidad innata. Los vertebrados no sólo tienen inmunidad innata sino que también son capaces de montar mecanismos de defensa que constituyen inmunidad adaptativa. Esta tabla da algunas de las características distintivas de cada tipo de inmunidad.

Inmunidad innata	Inmunidad Adaptativa
Patógeno reconocido por receptores codificados en la línea germinal	Patógeno reconocido por receptores generados aleatoriamente
Los receptores tienen una amplia especificidad, es decir, reconocen muchas estructuras moleculares relacionadas llamadas PAMP (p atogen- a ssociated m oleculares p atterns)	Los receptores tienen una especificidad muy estrecha; es decir, reconocen un epítopo particular
Los PAMP son polisacáridos y polinucleótidos esenciales que difieren poco de un patógeno a otro pero que no se encuentran en el hospedador.	La mayoría de los epítopos se derivan de polipéptidos (proteínas) y reflejan la individualidad del patógeno.
Los receptores son PRR (p attern r ecognition r eceptores)	En los vertebrados de mandíbula, los receptores son receptores de células B (BCR) y de células T (TCR) para antígeno
Respuesta inmediata	Respuesta lenta (3—5 días) (debido a la necesidad de que se desarrollen clones de células que responden)
Poco o ningún recuerdo de exposición previa	Memoria de exposición previa
Ocurre en todos los metazoos	Ocurre solo en vertebrados

Las células del sistema inmune innato

Una variedad de diferentes tipos de células participan en la inmunidad innata. Lo que todos tienen en común es que los receptores por los cuales reconocen patógenos están limitados en su especificidad. Esto contrasta con las células B y las células T del sistema inmune adaptativo que generan receptores —BCR y TCR respectivamente— que son exquisitamente específicos para el patógeno. Los jugadores:

• Los diversos granulocitos de la sangre y los tejidos
  • neutrófilos
  • eosinófilos
  • basófilos y mastocitos
• monocitos y macrófagos
• células dendríticas
• Células Linfoides Innatas (CIL). Se trata de células que parecen linfocitos pero que no tienen los receptores de antígeno que se encuentran en los linfocitos B (BCR) y los linfocitos T (TCR). Incluyen células citotóxicas Natural Killer (NK) y varios subconjuntos de células no citotóxicas (ILC1, ILC2, ILC3, etc.) cada una con su propio patrón de secreción de citocinas y dianas favorecidas.

Patrones Moleculares Asociados a Patógenos (PAMP)

Los patógenos, especialmente las bacterias, tienen estructuras moleculares que no son compartidas con su huésped y son compartidas por muchos patógenos relacionados. Son relativamente invariantes; es decir, no evolucionan rápidamente (en contraste, por ejemplo, con moléculas patógenas como la hemaglutinina y la neuraminidasa de los virus de la influenza).

Ejemplos:

• la flagelina de flagelos bacterianos
• el peptidoglicano de bacterias Gram-positivas
• el lipopolisacárido (LPS, también llamado endotoxina) de bacterias Gram-negativas
• ARN bicatenario. (Algunos virus tanto de plantas como de animales tienen un genoma de ARNds. Y muchos otros virus tanto de plantas como de animales tienen un genoma de ARN que en la célula hospedadora se convierte brevemente en ARNds).
• ADN no metilado (los eucariotas tienen muchas veces más citosinas, en el dinucleótido CpG, con grupos metilo unidos).

Receptores de Reconocimiento de Patrones (PRR)

Hay tres grupos:

1. moléculas secretadas que circulan en la sangre y la linfa;
2. receptores de superficie en células fagocíticas como macrófagos que se unen al patógeno para engullir;
3. receptores de superficie celular que se unen al patógeno iniciando una señal que conduce a la liberación de moléculas efectoras (citocinas).

PRR secretados

Ejemplo: Proteínas circulantes (por ejemplo, proteína C reactiva) que se unen a PAMP en la superficie de muchos patógenos. Esta interacción desencadena la cascada del complemento que conduce a la opsonización del patógeno y su rápida fagocitosis.

Receptores de fagocitosis

Los macrófagos tienen receptores de superficie celular que reconocen ciertos PAMP, por ejemplo, los que contienen manosa. Cuando un patógeno cubierto de polisacárido con manosa en sus puntas se une a estos, se engulle en un fagosoma.

Receptores Toll-Like (TLR)

Los macrófagos, las células dendríticas y las células epiteliales tienen un conjunto de receptores transmembrana que reconocen diferentes tipos de PAMP. Estos se llaman receptores tipo Toll (TLR) debido a su homología con los receptores descubiertos y nombrados por primera vez en Drosophila. Los mamíferos tienen 12 TLR diferentes, cada uno de los cuales se especializa, a menudo con la ayuda de moléculas accesorias, en un subconjunto de PAMP. De esta manera, los TLR identifican la naturaleza del patógeno y activan una respuesta efectora apropiada para tratarlo. Estas cascadas de señalización conducen a la expresión de diversos genes de citocinas. Ejemplos:

• TLR-1: Forma un heterodímero con TLR-2 en la superficie celular que se une al peptidoglicano de bacterias Gram-positivas como Estreptococos y Estafilococos.
• TLR-2: Con TLR-1, se une a los componentes de la pared celular de bacterias Gram-positivas.
• TLR-3: Se une al ARN bicatenario de virus engullidos en endosomas.
• TLR-4: Activado por el lipopolisacárido (endotoxina) en la membrana externa de bacterias Gram-negativas como Salmonella y E. coli O157:H7
• TLR-5: Se une a la flagelina de bacterias móviles como Listeria.
• TLR-6: Forma un heterodímero con TLR-2 y responde al peptidoglicano y a ciertas lipoproteínas.
• TLR-7 y TLR-8: Forman un heterodímero que se une a los genomas de ARN monocatenario (ARNss) de virus como influenza, sarampión y paperas que han sido engullidos en endosomas.
• TLR-9: Se une al CpG no metilado del ADN de bacterias que han sido engulladas en endosomas. (Las citosinas en los dinucleótidos CpG del huésped a menudo tienen grupos metilo unidos).
• TLR-11: En ratones, une proteínas expresadas por varios protozoos infecciosos (Apicomplexa) así como, como TLR-5, a la flagelina. Los humanos no tienen TLR-11.

En todos estos casos, la unión del patógeno al TLR inicia una vía de señalización que conduce a la activación de NF-κB. Este factor de transcripción activa muchos genes de citocinas como los del factor de necrosis tumoral alfa (TNF-α), interleucina-1 (IL-1) y quimiocinas, que atraen los glóbulos blancos al sitio. Todas estas moléculas efectoras conducen a la inflamación en el sitio. E incluso antes de que ocurran estos eventos tardíos, la unión de bacterias Gram-positivas a TLR-2 y bacterias Gram-negativas a TLR-4 potencia la fagocitosis y la fusión de los fagosomas con lisosomas.

La inmunidad innata puede desencadenar la inmunidad adaptativa

Esto puede ocurrir de varias maneras:

Los macrófagos y las células dendríticas son fagocitos y también son responsables de “presentar” antígenos a las células T para iniciar respuestas inmunitarias adaptativas mediadas por células y mediadas por anticuerpos.

• Los fragmentos digeridos del patógeno envuelto son devueltos a la superficie celular enclavada en la cavidad de moléculas de histocompatibilidad clase II.
• La transcripción génica activada por la interacción de PAMP y TLR hace que las moléculas transmembrana llamadas B7 aparezcan en la superficie celular.
• Las células T tienen un receptor para B7 llamado CD28.
• Encuadernación simultánea de
  • CD28 a B7 y
  • el complejo antígeno/clase II a TCR específicos para él
• activa la célula T.
• Esto conduce a repetidas divisiones mitóticas que producen clones de células T ^CD4+ que pueden llevar a cabo respuestas inmunes mediadas por células y/o estimular a las células B a secretar anticuerpos de la especificidad apropiada

Las células dendríticas también engullen autoantígenos, por ejemplo, células del cuerpo que han muerto por apoptosis, pero debido a que estas no tienen PAMP asociadas a ellas, no hay una segunda señal para activar las células T.

La interacción de PAMP y TLR en las células dendríticas hace que secreten citocinas, incluyendo

• interleucina 12 (IL-12) que estimula la producción de células Th1
• interleucina 23 (IL-23) que estimula la producción de células Th17
• interleucina 6 (IL-6), que interfiere con la capacidad de las células T reguladoras para suprimir las respuestas de las células T efectoras al antígeno. Un doble negativo es un positivo.

Las células B también son células presentadoras de antígeno. Se unen al antígeno con sus BCR y lo engullan en lisosomas. Luego transportan los fragmentos digeridos a la superficie celular incorporados en moléculas de histocompatibilidad clase II tal como lo hacen los macrófagos y las células dendríticas. Las células B también tienen TLR. Cuando un PAMP como el LPS se une al TLR, potencia la respuesta de la célula B al antígeno.

Se sabe desde hace muchos años que para que las vacunas sean efectivas, la preparación debe contener no solo el antígeno sino también materiales llamados adyuvantes. Varios adyuvantes contienen PAMP, y su estímulo al sistema inmune innato potencia la respuesta del sistema inmune adaptativo al antígeno en la vacuna. Los patógenos recubiertos con fragmentos de la proteína C3 del complemento no solo se opsonizan para la fagocitosis sino que también se unen más fuertemente a las células B que se han unido al patógeno a través de su BCR. Este efecto sinérgico permite que la producción de anticuerpos se produzca a dosis de antígeno muy inferiores a las que serían necesarias de otro modo. Algunos trabajadores sienten que, de hecho, la inmunidad adaptativa no es posible sin la ayuda de los mecanismos de inmunidad innata.

Péptidos antimicrobianos

Además de sus sistemas innatos de reconocimiento de patógenos, vertebrados (incluyéndonos a nosotros mismos), invertebrados (e.g., Drosophila), incluso plantas y hongos secretan péptidos antimicrobianos que los protegen de la invasión por bacterias y otros patógenos. De hecho, probablemente todos los organismos multicelulares se benefician de esta forma de inmunidad innata. Para los humanos, los péptidos antimicrobianos mejor estudiados son las defensinas, hepcidina y catelicidinas

Defensinas

Todas nuestras superficies epiteliales

• piel
• revestimiento del tracto GI
• revestimiento de los tractos genitourinarios
• revestimiento de las fosas nasales y los pulmones

están protegidos por defensinas.

• Algunas defensinas son secretadas por las propias células epiteliales; otras por células Th17 y neutrófilos.
• Algunos son secretados todo el tiempo; otros sólo en respuesta al ataque de patógenos. (En algunos casos sus genes son activados por TLR activados).
• Se sintetizan a partir de precursores codificados por genes más grandes que son
• cortar para producir el péptido activo.
• Estos varían en longitud de 25 a 45 aminoácidos.
• En humanos, contienen 6 cisteínas invariantes que forman 3 enlaces disulfuro que ayudan a producir una estructura secundaria que consiste en 3 hebras de lámina beta antiparalela.
• Atacan la superficie externa de la membrana celular que rodea al patógeno y finalmente perforan agujeros letales en él. (A diferencia de los eucariotas, los fosfolípidos en la membrana externa de las bacterias transportan un excedente de cargas negativas, y las cargas positivas en las defensinas probablemente les permiten penetrar en las membranas bacterianas al tiempo que ahorran las membranas del huésped).

Curiosamente, algunas defensinas (β-defensina) también afectan el color del pelaje (en perros y ratones) y de otras maneras imitan los efectos de la hormona estimulante de melanocitos (MSH).

Hepcidina

La hepcidina es un péptido de 25 aminoácidos con una estructura secundaria (lámina beta) como la de las defensinas. Es secretada por el hígado y controla el nivel de hierro en la sangre y ECF regulando su liberación de las reservas intracelulares. La secreción de hepcidina se incrementa en respuesta a la invasión por patógenos (hongos y bacterias). Muchos de estos requieren de hierro por su virulencia y al bloquear la liberación de hierro en la sangre, la hepcidina les priva de este factor esencial.

Catelicidinas

La catelicidina humana más conocida es LL37, un péptido de 37 aminoácidos sintetizados por macrófagos, neutrófilos, adipocitos y células epiteliales (proporcionando protección antimicrobiana a nuestra piel y al revestimiento de nuestro tracto urinario). A diferencia de las defensinas, su estructura secundaria es la hélice alfa.

Al igual que las defensinas, el gen para LL37 puede activarse mediante TLR activados. En los macrófagos, por ejemplo, la síntesis de catelicidina dentro de la célula promueve la muerte de bacterias envueltas como M. tuberculosis, el agente de la TB. La activación del gen catelicidina requiere la presencia de la forma activa de vitamina D (1,25 [OH] ₂ vitamina D ₃). Esto puede explicar:

• por qué las personas con deficiencia de vitamina D son más susceptibles a la tuberculosis;
• la base fisiológica para la práctica de exponer a los pacientes a la luz solar en los sanatorios de TB (antes de los días de antibióticos).

Péptidos Antimicrobianos y Tracto GI

El contenido del tracto GI (especialmente el colon) está cargado de bacterias. Pero la mayoría de estos no causan problemas gracias a una variedad de defensas. Entre estos se encuentra la barrera de péptidos antimicrobianos que existe desde la boca hasta el ano.

• El epitelio de boca y lengua está protegido por una capa de péptidos antimicrobianos así como los secretados en la saliva.
• El estómago también está protegido por péptidos antimicrobianos (cortados por pepsina de un precursor más grande) así como por el bajo pH del jugo gástrico.
• Los contenidos licuados que salen del estómago son rápidamente neutralizados por los iones bicarbonato en el líquido pancreático. Sin embargo, cualquier bacteria que sobreviviera al viaje a través del estómago (por ejemplo, E. coli tiene una bomba de protones que le permite sobrevivir al ácido fuerte del jugo gástrico) se mantiene bajo control por los péptidos antimicrobianos secretados por las células Paneth del intestino delgado. Entonces, el contenido del intestino delgado normalmente contiene sólo una pequeña población de microbios.
• No así para el intestino grueso (colon). El colon soporta una enorme población (>10 ¹³) de microorganismos, pero estos rara vez invaden su revestimiento gracias a
  • una barrera protectora de péptidos antimicrobianos, así como
  • las acciones protectoras de la estimulación continua de
    • TLR-2 por comensales Gram-positivos y
    • TLR-4s por comensales Gram-negativos
• El recto también está protegido por una barrera epitelial de péptidos antimicrobianos.