42.1: Respuesta Inmune Innata
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- Describir las barreras inmunes físicas y químicas
- Explicar las respuestas inmunes innatas inmediatas e inducidas
- Discutir las células asesinas naturales
- Describir moléculas principales de histocompatibilidad clase I
- Resumir cómo funcionan las proteínas en un sistema de complemento para destruir patógenos extracelulares
El sistema inmunitario comprende respuestas inmunitarias tanto innatas como adaptativas. La inmunidad innata ocurre naturalmente por factores genéticos o fisiología; no es inducida por infección o vacunación sino que trabaja para reducir la carga de trabajo para la respuesta inmune adaptativa. Tanto los niveles innatos como adaptativos de la respuesta inmune implican proteínas secretadas, señalización mediada por receptor y comunicación intrincada célula a célula. El sistema inmune innato se desarrolló temprano en la evolución animal, hace aproximadamente mil millones de años, como una respuesta esencial a la infección. La inmunidad innata tiene un número limitado de dianas específicas: cualquier amenaza patógena desencadena una secuencia consistente de eventos que pueden identificar el tipo de patógeno y eliminar la infección de forma independiente o movilizar una respuesta inmune adaptativa altamente especializada. Por ejemplo, las lágrimas y las secreciones de moco contienen factores microbicidas.
Barreras físicas y químicas
Antes de que se active algún factor inmune, la piel funciona como una barrera continua e intransitable para patógenos potencialmente infecciosos. Los patógenos son destruidos o inactivados en la piel por desecación (secado) y por la acidez de la piel. Además, los microorganismos benéficos que coexisten en la piel compiten con patógenos invasores, previniendo la infección. Las regiones del cuerpo que no están protegidas por la piel (como los ojos y las membranas mucosas) tienen métodos alternativos de defensa, como lágrimas y secreciones de moco que atrapan y enjuagan patógenos, y cilios en las fosas nasales y vías respiratorias que empujan el moco con los patógenos fuera del cuerpo. En todo el cuerpo hay otras defensas, como el bajo pH del estómago (que inhibe el crecimiento de patógenos), las proteínas sanguíneas que se unen e interrumpen las membranas celulares bacterianas, y el proceso de micción (que elimina los patógenos del tracto urinario).
A pesar de estas barreras, los patógenos pueden ingresar al cuerpo a través de abrasiones o pinchazos cutáneos, o por la recolección en superficies mucosas en grandes cantidades que superan el moco o los cilios. Algunos patógenos han desarrollado mecanismos específicos que les permiten superar barreras físicas y químicas. Cuando los patógenos ingresan al cuerpo, el sistema inmunitario innato responde con inflamación, engullido de patógenos y secreción de factores inmunes y proteínas.
Reconocimiento de Patógenos
Una infección puede ser intracelular o extracelular, dependiendo del patógeno. Todos los virus infectan las células y se replican dentro de esas células (intracelularmente), mientras que las bacterias y otros parásitos pueden replicarse intracelularmente o extracelularmente, dependiendo de la especie. El sistema inmune innato debe responder en consecuencia: identificando el patógeno extracelular y/o identificando células hospedadoras que ya han sido infectadas. Cuando un patógeno ingresa al cuerpo, las células de la sangre y la linfa detectan los patrones moleculares específicos asociados a patógenos (PAMP) en la superficie del patógeno. Los PAMP son “firmas” de carbohidratos, polipéptidos y ácidos nucleicos que se expresan por virus, bacterias y parásitos pero que difieren de las moléculas en las células hospedadoras. El sistema inmune tiene células específicas, descritas en la Figura\(\PageIndex{1}\) y mostradas en la Figura\(\PageIndex{2}\), con receptores que reconocen estos PAMP. Un macrófago es una célula fagocítica grande que envuelve partículas extrañas y patógenos. Los macrófagos reconocen PAMP a través de receptores de reconocimiento de patrones complementarios (PRR). Los PRR son moléculas en macrófagos y células dendríticas que están en contacto con el ambiente externo. Un monocito es un tipo de glóbulo blanco que circula en la sangre y la linfa y se diferencia en macrófagos después de que se mueve hacia el tejido infectado. Las células dendríticas se unen a las firmas moleculares de patógenos y promueven la engulgación y destrucción de patógenos. Los receptores tipo Toll (TLR) son un tipo de PRR que reconoce moléculas que son compartidas por patógenos pero que se distinguen de las moléculas hospedadoras). Los TLR están presentes tanto en invertebrados como en vertebrados, y parecen ser uno de los componentes más antiguos del sistema inmune. También se han identificado TLR en el sistema nervioso de los mamíferos.
Afecto a la liberación de
La unión de los PRR con PAMP desencadena la liberación de citocinas, las cuales señalan que un patógeno está presente y necesita ser destruido junto con cualquier célula infectada. Una citocina es un mensajero químico que regula la diferenciación celular (forma y función), la proliferación (producción) y la expresión génica para afectar las respuestas inmunitarias. Al menos 40 tipos de citocinas existen en humanos que difieren en cuanto al tipo de célula que las produce, el tipo de célula que responde a ellas y los cambios que producen. Un tipo de citocina, el interferón, se ilustra en la Figura\(\PageIndex{3}\).
Una subclase de citocinas es la interleucina (IL), llamada así porque median las interacciones entre leucocitos (glóbulos blancos). Las interleucinas están involucradas en unir las respuestas inmunes innatas y adaptativas. Además de ser liberadas de las células después del reconocimiento de PAMP, las citocinas son liberadas por las células infectadas que se unen a células cercanas no infectadas e inducen a esas células a liberar citocinas, lo que da como resultado un estallido de citocinas.
Una segunda clase de citocinas de acción temprana son los interferones, que son liberados por las células infectadas como advertencia a las células no infectadas cercanas. Una de las funciones de un interferón es inhibir la replicación viral. También tienen otras funciones importantes, como la vigilancia tumoral. Los interferones funcionan mediante la señalización de las células vecinas no infectadas para destruir el ARN y reducir la síntesis de proteínas, señalando a las células infectadas vecinas que experimenten apoptosis (muerte celular programada) y activando las células inmunitarias
En respuesta a los interferones, las células no infectadas alteran su expresión génica, lo que aumenta la resistencia de las células a la infección. Un efecto de la expresión génica inducida por interferón es una síntesis de proteínas celulares muy reducida. Las células infectadas por virus producen más virus al sintetizar grandes cantidades de proteínas virales. Así, al reducir la síntesis de proteínas, una célula se vuelve resistente a la infección viral.
Fagocitosis e Inflamación
Las primeras citocinas que se producen son proinflamatorias; es decir, fomentan la inflamación, el enrojecimiento localizado, la hinchazón, el calor y el dolor que resultan del movimiento de leucocitos y líquidos a través de capilares cada vez más permeables a un sitio de infección. La población de leucocitos que llega a un sitio de infección depende de la naturaleza del patógeno infeccioso. Tanto los macrófagos como las células dendríticas engullen patógenos y desechos celulares a través de la fagocitosis. Un neutrófilo es también un leucocito fagocítico que engulle y digiere patógenos. Los neutrófilos, mostrados en la Figura\(\PageIndex{1}\), son los leucocitos más abundantes del sistema inmune. Los neutrófilos tienen un núcleo con dos a cinco lóbulos, y contienen orgánulos, llamados lisosomas, que digieren patógenos engullidos. Un eosinófilo es un leucocito que trabaja con otros eosinófilos para rodear a un parásito; está involucrado en la respuesta alérgica y en la protección contra helmintos (gusanos parásitos).
Los neutrófilos y eosinófilos son leucocitos particularmente importantes que engullen patógenos grandes, como bacterias y hongos. Un mastocito es un leucocito que produce moléculas inflamatorias, como la histamina, en respuesta a grandes patógenos. Un basófilo es un leucocito que, al igual que un neutrófilo, libera sustancias químicas para estimular la respuesta inflamatoria como se ilustra en la Figura\(\PageIndex{4}\). Los basófilos también están involucrados en las respuestas de alergia e hipersensibilidad e inducen tipos específicos de respuestas inflamatorias. Los eosinófilos y basófilos producen mediadores inflamatorios adicionales para reclutar más leucocitos. Una respuesta inmune hipersensible a antígenos inofensivos, como en el polen, a menudo implica la liberación de histamina por basófilos y mastocitos.
Las citocinas también envían retroalimentación a las células del sistema nervioso para provocar los síntomas generales de sentirse enfermo, que incluyen letargo, dolor muscular y náuseas. Estos efectos pueden haber evolucionado porque los síntomas alientan al individuo a descansar y evitar que propague la infección a otros. Las citocinas también aumentan la temperatura corporal central, causando fiebre, lo que hace que el hígado retenga hierro de la sangre. Sin hierro, ciertos patógenos, como algunas bacterias, son incapaces de replicarse; esto se llama inmunidad nutricional.
Células asesinas naturales
Los linfocitos son leucocitos que son histológicamente identificables por sus núcleos grandes y de tinción oscura; son células pequeñas con muy poco citoplasma, como se muestra en la Figura\(\PageIndex{5}\). Las células infectadas son identificadas y destruidas por células asesinas naturales (NK), linfocitos que pueden matar células infectadas con virus o células tumorales (células anormales que se dividen e invaden incontrolablemente otros tejidos). Las células T y las células B del sistema inmune adaptativo también se clasifican como linfocitos. Los linfocitos T son linfocitos que maduran en la glándula del timo, y los linfocitos B son linfocitos que maduran en la médula ósea. Las células NK identifican infecciones intracelulares, especialmente por virus, por la expresión alterada de moléculas de clase mayor de histocompatibilidad (MHC) I en la superficie de las células infectadas. Las moléculas MHC I son proteínas en la superficie de todas las células nucleadas, por lo que son escasas en glóbulos rojos y plaquetas que no están nucleadas. La función de las moléculas del MHC I es mostrar fragmentos de proteínas de los agentes infecciosos dentro de la célula a las células T; las células sanas serán ignoradas, mientras que las proteínas “no propias” o extrañas serán atacadas por el sistema inmune. Las moléculas del MHC II se encuentran principalmente en células que contienen antígenos (“proteínas no propias”) y en linfocitos. Las moléculas del MHC II interactúan con las células T auxiliares para desencadenar la respuesta inmune apropiada, que puede incluir la respuesta inflamatoria.
Una célula infectada (o una célula tumoral) suele ser incapaz de sintetizar y mostrar moléculas de MHC I de manera apropiada. Los recursos metabólicos de las células infectadas por algunos virus producen proteínas que interfieren con el procesamiento y/o tráfico del MHC I a la superficie celular. La reducción del MHC I en las células hospedadoras varía de virus a virus y resulta de inhibidores activos producidos por los virus. Este proceso puede agotar las moléculas del MHC I huésped en la superficie celular, las cuales las células NK detectan como “insalubres” o “anormales” mientras buscan moléculas celulares del MHC I. De manera similar, la expresión génica drásticamente alterada de las células tumorales conduce a la expresión de moléculas MHC I extremadamente deformadas o ausentes que también señalan “insalubres” o “anormales”.
Las células NK siempre están activas; una interacción con moléculas MHC I normales e intactas en una célula sana desactiva la secuencia de muerte y la célula NK avanza. Después de que la célula NK detecta una célula infectada o tumoral, su citoplasma secreta gránulos compuestos por perforina, una proteína destructiva que crea un poro en la célula diana. Las granzimas se liberan junto con la perforina en la sinapsis inmunológica. Una granzima es una proteasa que digiere proteínas celulares e induce a la célula diana a sufrir muerte celular programada, o apoptosis. Las células fagocíticas luego digieren los restos celulares que quedan atrás. Las células NK patrullan constantemente el cuerpo y son un mecanismo eficaz para controlar posibles infecciones y prevenir la progresión del cáncer.
Complemento
Una matriz de aproximadamente 20 tipos de proteínas solubles, llamadas sistema de complemento, funciona para destruir los patógenos extracelulares. Las células del hígado y los macrófagos sintetizan continuamente proteínas del complemento; estas proteínas son abundantes en el suero sanguíneo y son capaces de responder inmediatamente a microorganismos infectantes. El sistema del complemento se llama así porque es complementario a la respuesta de anticuerpos del sistema inmune adaptativo. Las proteínas del complemento se unen a las superficies de los microorganismos y son particularmente atraídas por patógenos que ya están unidos por anticuerpos. La unión de las proteínas del complemento ocurre en una secuencia específica y altamente regulada, activándose cada proteína sucesiva por escisión y/o cambios estructurales inducidos tras la unión de la (s) proteína (s) anterior (s). Después de que las primeras proteínas del complemento se unen, sigue una cascada de eventos de unión secuenciales en los que el patógeno se recubre rápidamente con proteínas del complemento.
Las proteínas del complemento realizan varias funciones. Las proteínas sirven como marcador para indicar la presencia de un patógeno a las células fagocíticas, como los macrófagos y las células B, y potenciar el engullido; este proceso se denomina opsonización. Ciertas proteínas del complemento pueden combinarse para formar complejos de ataque que abren los poros en las membranas celulares microbianas. Estas estructuras destruyen patógenos al provocar que sus contenidos se fuguen, como se ilustra en la Figura\(\PageIndex{6}\).
Resumen
El sistema inmune innato sirve como primer respondedor a las amenazas patógenas que pasan por alto las barreras físicas y químicas naturales del cuerpo. Mediante una combinación de ataques celulares y moleculares, el sistema inmune innato identifica la naturaleza de un patógeno y responde con inflamación, fagocitosis, liberación de citocinas, destrucción por células NK y/o un sistema de complemento. Cuando los mecanismos innatos son insuficientes para eliminar una infección, la respuesta inmune adaptativa es informada y movilizada.
Glosario
- basófilo
- leucocitos que liberan sustancias químicas generalmente involucradas en la respuesta inflamatoria
- Célula B
- linfocito que madura en la médula ósea y se diferencia en células plasmáticas secretoras de anticuerpos
- sistema de complemento
- matriz de aproximadamente 20 proteínas solubles del sistema inmune innato que mejoran la fagocitosis, perforan los patógenos y reclutan linfocitos; mejora la respuesta adaptativa cuando se producen anticuerpos
- citocina
- mensajero químico que regula la diferenciación celular, la proliferación, la expresión génica y el tráfico celular para efectuar respuestas inmunitarias
- eosinófilos
- leucocito que responde a los parásitos y está involucrado en la respuesta alérgica
- granzima
- proteasa que ingresa a las células diana a través de perforina e induce apoptosis en las células diana; utilizada por las células NK y las células T asesinas
- inflamación
- enrojecimiento localizado, hinchazón, calor y dolor que resulta del movimiento de leucocitos y líquido a través de capilares abiertos a un sitio de infección
- inmunidad innata
- inmunidad que ocurre naturalmente por factores genéticos o fisiología, y no es inducida por infección o vacunación
- interferón
- citocina que inhibe la replicación viral y modula la respuesta inmune
- linfocito
- leucocito que es histológicamente identificable por sus grandes núcleos; es una célula pequeña con muy poco citoplasma
- macrófagos
- célula fagocítica grande que envuelve partículas extrañas y patógenos
- molécula I/II de clase mayor de histocompatibilidad (MHC)
- proteína que se encuentra en la superficie de todas las células nucleadas (I) o específicamente en las células presentadoras de antígeno (II) que indica a las células inmunitarias si la célula está sana/normal o está infectada/cancerosa; proporciona el molde apropiado en el que los antígenos pueden cargarse para su reconocimiento por linfocitos
- mastocitos
- leucocitos que producen moléculas inflamatorias, como la histamina, en respuesta a grandes patógenos y alérgenos
- monocito
- tipo de glóbulo blanco que circula en la sangre y la linfa y se diferencia en macrófagos después de que se mueve hacia el tejido infectado
- célula asesina natural (NK)
- linfocitos que pueden destruir células infectadas con virus o células tumorales
- neutrófilos
- leucocitos fagocíticos que engullan y digieren patógenos
- opsonización
- proceso que potencia la fagocitosis usando proteínas para indicar la presencia de un patógeno a las células fagocíticas
- Patrón molecular asociado a patógenos (PAMP)
- “" "firma "” de carbohidratos, polipéptidos y ácidos nucleicos que se expresa por virus, bacterias y parásitos pero difiere de las moléculas en las células hospedadoras
- receptor de reconocimiento de patrones (PRR)
- molécula en macrófagos y células dendríticas que se une a las firmas moleculares de patógenos y promueve la absorción y destrucción de patógenos
- perforina
- proteína destructiva que crea un poro en la célula diana; utilizada por las células NK y las células T asesinas
- Célula T
- linfocito que madura en la glándula del timo; una de las principales células involucradas en el sistema inmune adaptativo