anticuerpos. inmunoquímica. síntesis y regulación de la ige célula b madura produce uno y sólo...

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BASES ESTRUCTURALES Y QUÍMICAS DE LOS ANTICUERPOS Uno de los primeros experimentos que demostraron la exis- tencia de la inmunidad adquirida fue la inducción de la respuesta inmune humoral por toxinas microbianas. Esta forma de inmu- nidad, llamada inmunidad humoral, está mediada por una fami- lia de glicoproteínas denominadas anticuerpos. Las moléculas de anticuerpos son inmunoglobulinas de una determinada espe- cificidad sintetizadas por las células B. Inicialmente, se pensó que los anticuerpos estaban incluidos en la fracción gamma asociada a la separación electroforética de las proteínas plasmáticas pero, posteriormente, cuando se aplicó la inmunoelectroforesis al estu- dio de las proteínas séricas, se vio que no todos los anticuer- pos migraban como fracción gamma, comprobándose que muchos de ellos lo hacían en las fracciones correspondientes a las α y β globulinas. A partir de ahí se acuñó el término inmu- noglobulinas para designar a todas las proteínas con capacidad de anticuerpos. Los anticuerpos son proteínas que elaboran los vertebra- dos al ser estimulados con un antígeno y que tienen la propie- dad para reaccionar específicamente con el inductor. A diferen- cia de otras sustancias que se encuentran en los humores animales, y que también reaccionan de manera más o menos específica con ciertos agentes, la síntesis y proliferación de los anticuerpos es dependiente de los antígenos que los estimulan, y cada antígeno producirá una población de anticuerpos espe- cífica contra él, que reaccionará con el fin de neutralizarlo. Los anticuerpos, las moléculas del complejo principal de his- tocompatibilidad (MCH) y los receptores de las células T, son las tres clases de moléculas utilizadas en la inmunidad adquirida para reconocer los antígenos. Los anticuerpos se unen específicamente a los antígenos, tanto en la fase de reconocimiento como en la fase efectora de la inmunidad humoral. La mayor parte de los anticuerpos se encuentra en el plasma circulante como constituyentes proteicos de él. También se encuentran en otros fluidos biológicos, mucosas y en la super- ficie de algunas células, como los fagocitos mononucleares, las células NK o los mastocitos. Los anticuerpos y los receptores de las células B están for- mados por dos tipos de péptidos, que forman unidades de dis- tinto peso molecular: cadenas pesadas (H) y cadenas ligeras (L). Cada uno de estos péptidos está codificado por genes que, a su vez, se forman por la unión de otros segmentos de genes. Cada célula B madura produce uno y sólo un tipo de cadenas pesa- das y de cadenas ligeras. Dada la variedad de segmentos de genes que codifican los anticuerpos o receptores de células B, y la estrategia que utilizan para reordenarse y formar los genes productivos de anticuerpos, tanto los receptores como los anti- cuerpos presentes en los diferentes clones de células B son tan diversas que, colectivamente, podrían reconocer cualquier molé- cula orgánica. Las células B no secretan anticuerpos espontáneamente. Antes tienen que activarse, para lo cual deben primero recono- cer un antígeno a través de sus receptores. Una vez activada, la célula B tiene la oportunidad de realizar el cambio de clase de inmunoglobulina, que suele ser de la clase IgM, a uno de los isotipos IgG, IgA o IgE. La manera en que las células B reali- zan dicho cambio isotípico es intercambiando la región cons- tante que codifica la IgM por otra región constante que codi- fica otro isotipo, eliminando el ADN de los segmentos de genes que sobran, en lo que podemos asimilar a un proceso de cor- tar y unir. Las citocinas juegan un papel importantísimo en dicho cambio isotípico. Cada clase de inmunoglobulina tiene una función biológica diferente (Tabla I) y apropiada a cada caso para la defensa con- tra distintas y diversas formas de agresión, por lo que la presen- cia de las citocinas adecuadas establece el cambio a la clase opor- tuna de anticuerpos, que contribuye a asegurar la eficacia de la defensa inmunológica adquirida. Estructura de las inmunoglobulinas (1-8) Todas las moléculas de anticuerpos comparten las mismas características estructurales básicas, aunque poseen un alto grado de variabilidad en las regiones que se unen a los antígenos. En esas regiones, tremendamente variables, reside la esencia de dichos anticuerpos, dado que ello permite entender la capaci- dad de los mismos para unirse a la enorme diversidad de molé- culas antigénicas disponibles (10 7 -10 9 ). M.L. Sanz Larruga, J. Martínez Quesada, R. Escudero, B.E. García Figueroa Anticuerpos. Inmunoquímica. Síntesis y regulación de la IgE capítulo 2

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BASES ESTRUCTURALES Y QUÍMICAS DE LOS ANTICUERPOS

Uno de los primeros experimentos que demostraron la exis-tencia de la inmunidad adquirida fue la inducción de la respuestainmune humoral por toxinas microbianas. Esta forma de inmu-nidad, llamada inmunidad humoral, está mediada por una fami-lia de glicoproteínas denominadas anticuerpos. Las moléculasde anticuerpos son inmunoglobulinas de una determinada espe-cificidad sintetizadas por las células B. Inicialmente, se pensó quelos anticuerpos estaban incluidos en la fracción gamma asociadaa la separación electroforética de las proteínas plasmáticas pero,posteriormente, cuando se aplicó la inmunoelectroforesis al estu-dio de las proteínas séricas, se vio que no todos los anticuer-pos migraban como fracción gamma, comprobándose quemuchos de ellos lo hacían en las fracciones correspondientes alas α y β globulinas. A partir de ahí se acuñó el término inmu-noglobulinas para designar a todas las proteínas con capacidadde anticuerpos.

Los anticuerpos son proteínas que elaboran los vertebra-dos al ser estimulados con un antígeno y que tienen la propie-dad para reaccionar específicamente con el inductor. A diferen-cia de otras sustancias que se encuentran en los humoresanimales, y que también reaccionan de manera más o menosespecífica con ciertos agentes, la síntesis y proliferación de losanticuerpos es dependiente de los antígenos que los estimulan,y cada antígeno producirá una población de anticuerpos espe-cífica contra él, que reaccionará con el fin de neutralizarlo.

Los anticuerpos, las moléculas del complejo principal de his-tocompatibilidad (MCH) y los receptores de las células T, son lastres clases de moléculas utilizadas en la inmunidad adquiridapara reconocer los antígenos.

Los anticuerpos se unen específicamente a los antígenos,tanto en la fase de reconocimiento como en la fase efectora dela inmunidad humoral.

La mayor parte de los anticuerpos se encuentra en el plasmacirculante como constituyentes proteicos de él. También seencuentran en otros fluidos biológicos, mucosas y en la super-ficie de algunas células, como los fagocitos mononucleares, lascélulas NK o los mastocitos.

Los anticuerpos y los receptores de las células B están for-mados por dos tipos de péptidos, que forman unidades de dis-tinto peso molecular: cadenas pesadas (H) y cadenas ligeras (L).Cada uno de estos péptidos está codificado por genes que, a suvez, se forman por la unión de otros segmentos de genes. Cadacélula B madura produce uno y sólo un tipo de cadenas pesa-das y de cadenas ligeras. Dada la variedad de segmentos degenes que codifican los anticuerpos o receptores de células B, yla estrategia que utilizan para reordenarse y formar los genesproductivos de anticuerpos, tanto los receptores como los anti-cuerpos presentes en los diferentes clones de células B son tandiversas que, colectivamente, podrían reconocer cualquier molé-cula orgánica.

Las células B no secretan anticuerpos espontáneamente.Antes tienen que activarse, para lo cual deben primero recono-cer un antígeno a través de sus receptores. Una vez activada,la célula B tiene la oportunidad de realizar el cambio de clasede inmunoglobulina, que suele ser de la clase IgM, a uno de losisotipos IgG, IgA o IgE. La manera en que las células B reali-zan dicho cambio isotípico es intercambiando la región cons-tante que codifica la IgM por otra región constante que codi-fica otro isotipo, eliminando el ADN de los segmentos de genesque sobran, en lo que podemos asimilar a un proceso de cor-tar y unir. Las citocinas juegan un papel importantísimo en dichocambio isotípico.

Cada clase de inmunoglobulina tiene una función biológicadiferente (Tabla I) y apropiada a cada caso para la defensa con-tra distintas y diversas formas de agresión, por lo que la presen-cia de las citocinas adecuadas establece el cambio a la clase opor-tuna de anticuerpos, que contribuye a asegurar la eficacia de ladefensa inmunológica adquirida.

Estructura de las inmunoglobulinas(1-8)

Todas las moléculas de anticuerpos comparten las mismascaracterísticas estructurales básicas, aunque poseen un alto gradode variabilidad en las regiones que se unen a los antígenos. Enesas regiones, tremendamente variables, reside la esencia dedichos anticuerpos, dado que ello permite entender la capaci-dad de los mismos para unirse a la enorme diversidad de molé-culas antigénicas disponibles (107-109).

M.L. Sanz Larruga, J. Martínez Quesada, R. Escudero, B.E. García Figueroa

Anticuerpos. Inmunoquímica. Síntesis y regulación de la IgE

capítulo 2

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La estructura básica de la molécula de un anticuerpo estáformada por cuatro cadenas peptídicas dispuestas simétrica-mente dos a dos. Cada plano de simetría está constituido poruna cadena pesada (H) y una ligera (L) unidas entre sí por puen-tes disulfuro y por otros enlaces de tipo no covalente. Las dosunidades simétricas están unidas entre sí mediante enlaces cova-lentes –S-S– y no covalentes, por sus cadenas pesadas.

Las cadenas L tienen unos 25 kDa mientras que las H tienenun peso molecular de 55 a 70 kDa. Tanto las cadenas H comolas L contienen una serie de unidades homólogas repetidas deunos 110 residuos de aminoácidos que se pliegan de forma inde-pendiente en una estructura globular que contiene un puentedisulfuro. A cada una de estas series se les denomina dominiode la inmunoglobulina. Todas las moléculas que contiene estetipo de dominios pertenecen a la superfamilia de las inmuno-globulinas. En dicho grupo se incluyen las moléculas de anticuer-pos, inmunoglobulinas de superficie, receptor de células T, molé-culas del complejo principal de histocompatibilidad de clase I yclase II, CD2, CD4, CD8, B7, Thy-1, ICAM-1, ICAM-2, FcγRII, IL-1R, VCAM-1 y algunas otras.

La molécula de anticuerpo puede asimilarse a una Y en laque la cola estaría constituida por las dos mitades COOH termi-nales de las cadenas pesadas (fracción constante: Fc) y cada unode los brazos estaría formado por la mitad NH2 de la cadenapesada unida a la cadena ligera; cada brazo constituye lo quese llama fragmento Fab. Cada uno de los fragmentos Fab poseeun dominio constante, que es el que está unido al fragmentoFc, por la región bisagra; y un dominio variable (V) asociado a laregión NH2, por donde se une al antígeno. Las regiones carbo-xiterminales de los anticuerpos que contienen los dominios cons-tantes (C) son los que participan en las funciones efectoras delas inmunoglobulinas.

La mayor parte de las diferencias entre las secuencias delas moléculas de anticuerpos están limitadas a tres regiones cor-

tas que se sitúan en las regiones V de las cadenas H y L, y quese denominan segmentos hipervariables. Estos segmentos sonlos que poseen la función específica de unión al antígeno.

Clases de inmunoglobulinas. Isotipos(1-8)

Las moléculas de anticuerpos se pueden dividir en diferen-tes clases y subclases sobre la base de las diferencias de la estruc-tura de la región C de sus cadenas H. Así, las moléculas de anti-cuerpos se pueden dividir en cinco clases diferentes basándoseen esas diferencias. Dichas clases también pueden ser denomi-nadas isotipos: IgM (con cadenas H tipo µ), IgG (con cadenasH tipo γ), IgA (con cadenas H tipo α), IgD (con cadenas H tipoδ) e IgE (con cadenas H tipo ε).

Por otro lado y, de acuerdo con el mismo concepto anterior,se pueden definir dos isotipos distintos de cadenas L: cadenas Lisotipo kappa (κ) y cadenas L isotipo lambda (λ).

Inmunoglobulina GSon las inmunoglobulinas más abundantes y poseen muy

variadas funciones en la defensa inmunológica a nivel extrace-lular. Su estructura es monomérica y se representa esquemáti-camente en la Figura 1. Su habilidad para madurar en afinidadle confiere una efectividad inmunológica muy elevada en la res-puesta secundaria. Parece ser que es la única clase de inmuno-globulinas que atraviesa la placenta merced a la existencia dereceptores para la fracción Fc que se localizan en el sinciotro-foblasto.

Inmunoglobulina MLa IgM se encuentra en forma monomérica como receptor

en la superficie celular de los linfocitos B, o en forma penta-

28 Anticuerpos. Inmunoquímica. Síntesis y regulación de la IgE

Clase de Propiedades del anticuerpo. Funcionesanticuerpo efectoras

IgM Fija complemento, opsonización, respuestaprimaria, receptor de células B en forma sIgM(IgM de superficie)

IgA Resistente a los ácidos del tracto digestivo,protege las mucosas, secretado en la leche

IgG Fija complemento, opsonización, colabora en ladestrucción de células NK, atraviesa la placenta,inmunidad neonatal, maduración de la afinidad yrespuesta secundaria

IgE Defensa contra parásitos, anafilaxia,hipersensibilidad del tipo I

IgD Receptor de células B en forma sIgD (IgD desuperficie)

TABLA I. Propiedades biológicas (funciones efectoras) de lasdiferentes clases de inmunoglobulinas

FIGURA 1. Estructura de la IgG.

Región variableActividad del anticuerpo

Región constanteActividad biológica

VH

VL

CL1

CH1

VH

CH1

VL

CL1

CH2 CH3

CH1 CH2 CH3

CL1VH

VL

Plasmina

Pepsina

Papaína

Facb

Fab

F(ab)2

NH3+

Región visagra

Fc

COO-

Regiones hipervariables (HV)HVJ + HVH = idiotipo

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mérica cuando se encuentra en la sangre. Es una inmunoglobu-lina con baja afinidad por los antígenos, pero su valencia alta lehace ser efectiva en la respuesta primaria, donde juega un papelimportantísimo como fuerza de choque. Los cinco monómerosde IgM se unen a través de puentes disulfuro por la fracciónconstante carboxiterminal de las cadenas H. Cada polímero con-tiene una cadena J de 15 kDa que se une a dos de los monóme-ros vecinos mediante enlaces –S-S–. Parece ser que esta piezade unión juega un papel importante en la polimerización dedichas inmunoglobulinas.

Inmunoglobulina AEsta inmunoglobulina se encuentra en forma monomérica

en suero y en forma dimérica en las mucosas donde ejerce supapel inmunológico fundamental. Los dos monómeros de la IgAestán unidos a la cadena J mediante puentes disulfuro. Al con-trario que la IgM y la IgG, tiene muy poca capacidad de opsoni-zación y fija débilmente el complemento, limitándose su efectoa los neutrófilos y no a los macrófagos.

Inmunoglobulina DSu estructura es monomérica y, al igual que la sIgM, se le

atribuye un papel de receptor de superficie de células B.

Inmunoglobulina EEsta inmunoglobulina monomérica se encuentra en muy

bajas concentraciones séricas y su principal función la ejerceunida a la superficie de basófilos y mastocitos donde es capazde disparar reacciones de tipo inflamatorio. Se le asume un papelimportante en la defensa contra parásitos, principalmente hel-mintos intestinales, así como en las reacciones de hipersensibi-lidad de tipo I (Tabla II).

Relaciones estructura-función en las moléculas de anticuerpos(1-8)

Conceptos relacionados con el reconocimientoantigénico

El reconocimiento de un antígeno por un anticuerpo es espe-cífico y podrá ser más o menos efectivo dependiendo la cons-tante del grado de avidez de dichos anticuerpos por los antí-genos (afinidad cuando se trata de un fragmento Fab y unhapteno). Todos estos hechos reflejan las propiedades de lasregiones V de los anticuerpos.

EspecificidadLos anticuerpos son capaces de distinguir entre pequeñas

diferencias en la estructura química de los antígenos, y esto esaplicable a todas las clases de moléculas. A veces, determinadosanticuerpos pueden reconocer estructuras antigénicas distin-tas que poseen algunas (normalmente pequeñas) diferencias,determinándose de este modo el fenómeno o concepto de reac-tividad cruzada.

DiversidadLa presencia de un gran número de anticuerpos que se unen

a diferentes antígenos constituye el concepto de diversidad y, alconjunto de anticuerpos que poseen especificidades diferentes,se le denomina repertorio de anticuerpos.

Afinidad/avidezLa fuerza con la que un fragmento Fab de un anticuerpo

se une a un epítopo (determinante antigénico) se denomina afi-nidad. Cuando, en vez de un fragmento Fab y un epítopo, sehabla de anticuerpos o poblaciones de anticuerpos y antígenos,el concepto de afinidad debe trasladarse al de avidez de los anti-

29Aspectos generales de las enfermedades alérgicas

Vida Fijación a Fijación a Clase/ Coeficiente MW Dominios % Concentración media Fijación mastocitos/ macrófagos/

subclase sedimentación (kDa) cadena H Glúcidos sérica (mg%) (días) complemento basófilos polimorfonucleares

IgG/IgG1 7S 146 4 2-3 820 21 Sí No Sí

IgG/IgG2 7S 146 4 2-3 290 20 Sí No No

IgG/IgG3 7S 170 4 2-3 90 7 Sí No Sí

IgG/IgG4 7S 146 4 2-3 50 21 No Sí Sí

IgA/IgA1 7S 160 4 7-11 170 6 Sí No Sísérica (por la vía alterna)

IgA/IgA2 7S 160 4 7-11 40 6 Sí No Sísérica (por la vía alterna)

IgA secretora 11S 385 4 7-11 No No Sí

IgM 19S 970 5 12 90 5 Sí No No

IgD 7S 184 4 9-14 3 3 No No No

IgE 8S 188 5 12 0,025 2 No Sí No

TABLA II. Características físico-químicas y biológicas de las inmunoglobulinas humanas

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cuerpos por los antígenos. Las interacciones no covalentes (ióni-cas, hidrofóbicas y puentes de hidrógeno) que se establecen enla unión antígeno-anticuerpo contribuyen a establecer el gradode afinidad, y éste puede ser cuantificado mediante la determi-nación de su constante de disociación (Ka).

Aspectos relacionados con las funciones efectorasLa mayor parte de las funciones efectoras de los anticuer-

pos están mediadas por sus fragmentos Fc. Cada una de las cla-ses o subclases de inmunoglobulinas se asocia a una funciónefectora distinta. Las funciones efectoras de las inmunoglobu-linas se inician sólo en el caso de que éstas ejerzan su funcióncomo anticuerpo, esto es, que se unan al antígeno. Los cam-bios isotípicos durante la respuesta humoral influyen en “el cómoy el cuándo” de la erradicación o neutralización de la fuenteantigénica. Las regiones constantes de las cadenas pesadas delos anticuerpos determinan su distribución en las células o lostejidos.

SUBCLASES DE INMUNOGLOBULINAS(1,9-13)

Las inmunoglobulinas se subdividen en subclases de acuerdoa sus diferencias estructurales y antigénicas en las regiones cons-tantes de sus cadenas pesadas. Todas las moléculas de una sub-clase de inmunoglobulina deben expresar determinantes anti-génicos isotípicos únicos para esa clase pero, además, expresanotros epítopos que hacen a esa subclase diferente del resto. LaIgG tiene cuatro subclases designadas como IgG1, IgG2, IgG3e IgG4. Mientras que, entre las cinco clases de inmunoglobuli-nas, existe sólo un 30% de identidad, existe una similitud tresveces mayor entre las subclases de IgG.

La IgA se divide en dos subclases, IgA1 e IgA2, mientras queel resto de las inmunoglobulinas no poseen subclases. La fun-ción de cada una de ellas difiere de una a otra subclase; así, porejemplo, la IgG4 no es capaz de fijar complemento (Tabla III).

FUNCIONES EFECTORAS DE LOS ANTICUERPOS(1,9-13)

Los anticuerpos ejercen sus funciones en lugares remotos desu producción; desde el torrente circulatorio difunden a travésde las paredes vasculares al espacio extravascular, llegando tam-bién a las secreciones mucosas.

Entre las funciones más importantes de los anticuerpos seencuentran las siguientes:

• Neutralización de los microorganismos y sus toxinas.• Unión a células del sistema inmunitario a través de recepto-

res para la fracción Fc, provocando la opsonización y fago-citosis de microorganismos.

• Activación de la vía clásica del complemento, tras la cual segeneran mediadores de la inflamación, se promueve la fago-citosis y la lisis de los microorganismos.

• Defensa en las secreciones mucosas y en la leche, ejercidapor la IgA.Tras su unión a la superficie de las células, cada isotipo posee

unas funciones efectoras específicas; así, la IgG participa en laopsonización de los antígenos para su posterior fagocitosismediada por macrófagos y neutrófilos; activa el complementopor la vía clásica; participa en los mecanismos de citotoxicidadmediada por células dependientes de anticuerpos y se transfierea través de la placenta.

La IgM activa el complemento por la vía clásica y constituyeel receptor antigénico en las células B vírgenes. La IgA es unapieza fundamental en la inmunidad de las mucosas y en la inmu-nidad neonatal, mientras que la IgE participa en los mecanis-mos de citotoxicidad celular dependiente de anticuerpos rela-cionada con los eosinófilos y en la degranulación de mastocitosy basófilos. La IgD se constituye en el receptor antigénico decélulas B.

Receptores de anticuerpos y sus funcionesEl receptor Fc es una estructura presente en la superficie

de algunos linfocitos, macrófagos o mastocitos que se unenespecíficamente a la región Fc de las inmunoglobulinas, a menudocuando este Fc se encuentra agregado (Figura 2).

Los receptores para la IgE se denominan FcεR, los de la IgGse denominan FcγR y los de la IgA, FcαR. Los receptores parala IgM no están bien definidos.

Los neutrófilos, los eosinófilos, los fagocitos mononucleares,las células B, algunas células T y las células accesorias, llevanreceptores Fc para la IgG en su membrana. Cuando la región Fc

30 Anticuerpos. Inmunoquímica. Síntesis y regulación de la IgE

Ig IgG IgM IgA IgE IgD

Clase cadena H γ µ α ε δ

Subclases γ1 γ2 γ3 γ4 µ1 µ2 α1 α2

TABLA III. Designación de las cadenas pesadas deinmunoglobulinas que determinan su división en subclases

FIGURA 2. Receptores para la IgG, IgA e IgE.

Receptor para la IgA

FcαRI

Receptores para la IgE

FcεRIIFcεRI

Receptores para la IgG

FcγRI FcγRII FcγRIII

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se une a su receptor se produce un influjo de sodio y potasioque activa la fagocitosis, la formación de H2O2 y la movilidad delos macrófagos.

Los receptores Fc se encuentran en el 95% de los linfocitosT de sangre periférica. En el 75% de estas células son específi-cos para IgM (células Tµ); el resto, para IgG (células Tγ).

Los receptores para la IgG (FcγγR)Están presentes en la superficie de linfocitos T y B, células

NK, polimorfonucleares, fagocitos mononucleares y plaquetas.Median diversas funciones efectoras tales como la fagocitosis,la citotoxicidad celular dependiente de anticuerpos, la liberaciónde mediadores y la presentación de antígenos.

Existen tres grupos de receptores para la IgG: FcγRI (CD64),que se une a la IgG con elevada afinidad, fundamentalmenteIgG1 e IgG3 en humanos; el receptor FcγRII (CD32), amplia-mente distribuido por muchas células y que tiene baja afinidad,y el FcγRIII (CD16), que se expresa en macrófagos, células NKy células T.

Estos receptores para IgG pueden dar lugar a 12 isoformasy existe un polimorfismo genético, tanto para el FcγRII, comopara el FcγRIII.

El receptor para la IgE (FcεεR)Se han descrito dos tipos de receptores celulares de IgE, el

de alta afinidad para IgE monómera (FcεRI), que se encuentrapreferentemente en células cebadas y basófilos, aunque recien-temente se ha descrito que también lo expresan las células deLangerhans, monocitos de personas atópicas y eosinófilos enenfermedades parasitarias, y el de baja afinidad (FcεII o CD23),que se encuentra en la mayoría de células hematopoyéticas eincluso en algunas células epiteliales.

Cuando un complejo inmune se une a estos receptores, lacélula correspondiente libera mediadores de la hipersensibilidadinmediata tales como la histamina y la serotonina y ocurre unamodulación de la síntesis de anticuerpos.

El FcεεRI presenta una estructura tetramérica, exponiéndoseen la superficie celular la cadena alfa con dos bucles, cuyo aco-plamiento a anticuerpos dirigidos frente a la misma origina ladegranulación de los basófilos y mastocitos. La cadena beta pre-senta dos regiones extracelulares y, por último, presenta doscadenas gamma unidas por puentes disulfuro. La molécula solu-ble de este receptor tiene 25 kDa.

Este receptor interacciona con el extremo distal de las cade-nas pesadas de la IgE (CH2 y/o CH3). Es necesaria la unión deun antígeno bivalente al menos unido a dos moléculas de IgEpara que se produzca la degranulación de la célula.

Se ha demostrado su expresión sobre las células de Lan-gerhans, en eosinófilos de algunos pacientes con síndrome hiper-eosinófilo, en monocitos de pacientes con enfermedades atópi-cas, en células dendríticas circulantes y plaquetas. Este receptor,al ser activado por la unión del alérgeno a la IgE, puede inducirla activación del NF-kappa B en monocitos y células dendríticas.Éste a su vez, promueve la transcripción de TNF-α y MCP-1.De esta manera, los alérgenos podrían generar inflamación

utilizando la IgE en células como los monocitos o las células den-dríticas en patologías como la dermatitis atópica o el asma alér-gica(14).

La estructura de este receptor varía dependiendo del tipo decélula en la que se expresa, de tal manera que existen diferen-tes isoformas: el complejo tetramérico αβγ2 o bien la isoformaalternativa αγ2. Tras la unión bivalente del antígeno al recep-tor ocurre la agregación del receptor tetramérico en basófilosy mastocitos y se inicia la activación de la célula, que culmina enla liberación de mediadores responsables de las respuestas dehipersensibilidad. La isoforma trimérica se expresa en monoci-tos, células de Langerghans y células dendríticas, y su papel nose conoce por el momento(15).

El receptor de baja afinidad de la IgE FcεRII (CD23) se expresaen los linfocitos humanos; se encuentra colocado en posición inver-tida con el extremo carboxiterminal dirigido hacia el medio extra-celular. Se han clonado y secuenciado dos isoformas: el FcεRIIa,que se expresa en linfocitos B, y el FcεRIIb (CD23), que se expresaen células T, B, monocitos, macrófagos y eosinófilos tras acciónde la IL-4. La afinidad de este receptor varía considerablementeentre los distintos tipos de células que lo expresan.

Se encuentra elevado en el suero de pacientes con IgE ele-vada. Se ha podido demostrar que las células epiteliales bron-quiales de individuos atópicos que sufren asma bronquial expre-san de forma aumentada este receptor de baja afinidad, lo quesugiere su posible activación directa por el antígeno(16).

MECANISMOS DE REGULACIÓN DE LA SÍNTESIS DE IgE(1,9-17)

Los individuos normales producen IgM o IgG en respuestaal antígeno, pero los individuos atópicos producen grandes can-tidades de IgE en respuesta a alérgenos que son inocuos para lapoblación normal.

En los últimos 20 años, se han estudiado de forma exhaus-tiva los mecanismos responsables de la producción de IgE y, muyrecientemente, se ha visto cómo las células T reguladoras ejer-cen un papel importante en este proceso. Estas células se encar-gan, además, de controlar la respuesta de otros tipos celula-res. A su vez, la genética controla la susceptibilidad para presentaruna reacción mediada por IgE de la que hablaremos más ade-lante.

Células, citocinas y otros factores que intervienen en la regulación de la síntesis de IgE

Entre otros mecanismos que regulan la producción de IgE seencuentra, en primer lugar, la activación de clones de células TCD4+ del tipo Th2 productoras de IL-4, IL-5 e IL-13, capacesde inducir el cambio de isotipo de las células B hacia la pro-ducción de IgE. Los pacientes atópicos presentan mayor númerode estas células en la piel y en la mucosa bronquial que los indi-viduos sanos y producen mayor cantidad de IL-4.

Se ha visto cómo la IL-4 induce a la producción de IgE y elreclutamiento de eosinófilos. La IL-13 refuerza este mecanismo.

31Aspectos generales de las enfermedades alérgicas

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Además de la carga genética del individuo tal y como seha comentado, los factores ambientales son importantes paradeterminar la naturaleza y extensión de la enfermedad alér-gica.

Naturaleza del alérgenoLos alérgenos proteicos o algunas sustancias químicas uni-

das a proteínas son capaces de provocar una respuesta de tipoIgE en los individuos atópicos. No se conocen bien las propieda-des que debe presentar un alérgeno para provocar una respuestapreferente IgE pero se sabe que una elevada glucosilación inducehacia una respuesta anafiláctica.

También la estructura de las proteínas influye sobre la des-naturalización de las mismas en el tubo digestivo, de tal maneraque la absorción de la proteína completa genera la presentaciónde péptidos reconocidos por la célula T y que se acoplan a la IgE.Los polisacáridos, por otra parte, son incapaces de activar unarespuesta T dependiente y no generan la producción de IgE,excepto si se encuentran ligados a proteínas. En el caso de algu-nos medicamentos, los conjugados hapteno-proteína inducen auna respuesta Th2 con la producción de IgE.

Por otra parte se ha visto que, para que se desarrolle unarespuesta IgE, es necesaria la exposición repetida al alérgeno,para que ocurra el cambio de isotipo en la célula B.

Acontecimientos moleculares e interacciones celularesrequeridas para el cambio de isotipo a IgE

En el proceso normal de una respuesta inmunitaria, el linfo-cito B puede expresar diferentes isotipos de inmunoglobulinasque comparten las mismas regiones variables, en un procesodenominado cambio de isotipo o recombinación de clase, de talmanera que una célula B produce diferentes tipos de cadenaspesadas con la misma especificidad pero con diferentes fun-ciones efectoras.

Este cambio de isotipo hacia la producción de IgE se produceen dos fases, ya que la célula B necesita dos tipos de señalespara que este proceso tenga lugar.

La señal 1 es dependiente de citocinas y resulta de la activa-ción del proceso de transcripción de una región específica en ellocus de las inmunoglobulinas y es lo que dicta la especificidadde isotipo.

La señal 2 es dependiente del CD40 y activa la maquinariade recombinación y, como resultado final, ocurre el cambio enla recombinación del ADN.

Ambas señales son transmitidas por la célula T a la célula B.Las dos señales son enviadas por la célula T a la célula B a

través de una compleja serie de interacciones cuya cronologíaes difícil de precisar, tras lo cual ocurre la síntesis de la IgE.

Señal 1 inducida por IL-4/IL-13Tras la estimulación de la célula T por el antígeno, la cinética

de producción de la IL-4 es diferente de la IL-13, de tal maneraque la IL-4 se secreta en cantidades pequeñas durante las pri-meras 24 horas, mientras que la IL-13 se secreta de forma abun-dante durante unos 6 días.

Una vez producidas la IL-4 e IL-13, la interacción de la IL-4con su receptor da lugar a la primera señal que activa el procesodel cambio de isotipo hacia IgE. La IL-13 comparte algunas pro-piedades funcionales con la IL-4, induciendo también la síntesisde IgE por las células B; no obstante, la homología que presen-tan estas dos citocinas es sólo del 30% y lo mismo ocurre consus receptores.

El receptor de la IL-4 es un complejo formado por dos com-ponentes. La IL-13 inhibe de forma competitiva la unión de laIL-4 a su receptor, comprobándose que ambas citocinas com-parten el mismo receptor(18).

El receptor de la IL-4 acopla tanto IL-4 como IL-13, tras cuyaunión se produce la activación de la vía de señalización celularJAK1/2/3-STAT6.

La IL-4 promueve la diferenciación Th2 y las respuestas IL-4/IL-13 están involucradas en el control de la síntesis de IgE, qui-miocinas y producción de moco en los lugares en los que con-curre una inflamación alérgica.

El receptor funcional de la IL-4 está formado por la unión ini-cial de la IL-4 a su receptor, subsecuentemente ocurre el reclu-tamiento del complejo de la cadena gamma creando el recep-tor I en las células inmunológicas y el receptor tipo II en las célulasno inmunológicas. Por otra parte, el receptor de la IL-4 puede,asimismo interaccionar con el complejo. IL-13/IL-13RA1 para for-mar un receptor tipo II similar.

La IL-4 e IL-13 actúan a través del mismo complejo recep-tor de la IL-4 a través de la cadena alfa y no de la gamma(19).

Parece ser que, en algunos estadios de la diferenciaciónTh, la producción de IL-13 e IL-4 se regula de forma indepen-diente ya que se ha comprobado que, las células T vírgenes (naive)CD4+CD45+RO- se convierten en células efectoras que segre-gan IL-13, IL-5, e IFNγ, pero no IL-4. Estas células median tam-bién la producción de IgE.

Uno o más genes localizados en la región 5q31.1, incluyendolos genes IL-4, IL-13, IL-5 e IL-9, parecen ser responsables de laregulación de la IgE. Se han identificado polimorfismos de unúnico nucleótido dentro de estos genes, algunos de ellos rela-cionados con la cadena alfa del receptor de la IL-4 (IL-4R) y aso-ciados a un aumento en los niveles de IgE. Parece que, a nivelde la IL-13, existen polimorfismos relacionados con la produc-ción basal de IgE.

Más adelante se presentarán en detalle estos hallazgos.

Señal 2: interacciones CD40/CD154La unión del CD40 de las células B con el CD154 de las

células T constituye la segunda señal requerida para el cambiode isotipo a IgE. El CD154 puede ser reemplazado in vitropor anti-CD40, para observar sus efectos. El CD40 es una gli-coproteína de 50 kDa expresada en la superficie de la célula By que pertenece a la superfamilia del receptor del TNF. Seexpresa, además, en los monocitos activados por citocinas,células dendríticas foliculares y células epiteliales, pero no enlas células T.

Juega un papel importante en la supervivencia, crecimientoy diferenciación de las células B. Su activación o la transmi-

32 Anticuerpos. Inmunoquímica. Síntesis y regulación de la IgE

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sión de señales a través suyo rescata las células del procesode apoptosis inducido por el Fas (CD95) o por complejos deIgM.

El CD154 es una glicoproteína de membrana que se expresade forma transitoria en células Th1 y Th2, pero no en células enreposo. Su interacción con el CD40 es crítica en activar la segundaseñal requerida para la producción de IgE. Esta interacción, enlos centros germinales, provoca la activación de células B, el cam-bio de isotipo y la producción de anticuerpos.

Esta interacción está regulada finamente, de manera que lascélulas T sólo son competentes para activar las células B tras laexpresión de CD154 y para ello se requiere la activación del TCRmediante el antígeno.

Algunas células CD4+ de memoria de los centros germina-les contienen el CD154 preformado, que será rápida y transito-riamente expresado en su superficie tras la activación del TCR.La interacción del CD154 con el CD40 induce una drástica endo-citosis del CD154 y la liberación de CD40 soluble por las célulasB, lo que inhibe al ARN mensajero del CD154.

Moléculas coestimuladoras que amplifican la señalTras la unión de las moléculas CD40 y CD154, intervienen

otras moléculas que estabilizan esta unión, tales como el CD28y los receptores de ligandos CD80-CD86. El CD28 en la célula Ty el CD80 (B7.1) y el CD86 (B7.2) en la célula B participan en losmecanismos de interacción T/B.

La expresión del CD86 se incrementa significativamente trasla unión a las moléculas clase II del MHC y, de forma más efec-tiva, si participa en la unión la molécula de adhesión ICAM-1.

Una molécula importante en este proceso es el coestimula-dor inducible (ICOS) miembro de la familia del receptorCD28/CD152 involucrado en la activación de las células T. ElICOS libera señales a la célula T y su déficit resulta en una gravealteración en las respuestas T-B dependientes, debido a un falloen la presentación antigénica por las células B y que finalmentese traducen en baja producción de IL-4 y niveles bajos de IgE, detal manera que se considera que el ICOS puede ser un compo-nente importante de la cascada de acontecimientos requeridospara que ocurra una activación T.

Amplificación de la síntesis de IgE no mediada por células T

Dado que los basófilos humanos y los mastocitos segreganIL-4 e IL-13 y expresan CD154, pueden participar en las seña-les 1 y 2 comentadas anteriormente necesarias para la síntesisde IgE.

Estas células participan en la amplificación de la respuestaIgE más que en la inducción de la misma. Para que se produz-can IL-4 e IL-13, estas células necesitan que se produzca la acti-vación específica de antígeno del receptor unido a la IgE. Unavez producida, la IgE se une a los mastocitos y basófilos e inducela producción de IL-4 e IL-13 y la expresión de CD154, de talmanera que, mediante este mecanismo, se puede producir unaumento policlonal de la producción de IgE, que se produceen algunas situaciones clínicas que cursan con hiper-IgE.

Interacciones T-B responsables del cambio de isotipo a IgEEn resumen, las interacciones T-B provocan el cambio de iso-

tipo a IgE. Las señales requeridas para este cambio de isotipo lellegan a la célula B a través de una compleja serie de interaccio-nes tras la estimulación antígeno-específica de la célula T queresumimos de la siguiente manera:• La célula B que expresa IgM de membrana específica para el

alérgeno y se une al mismo presentándolo a la célula Th2,la cual está programada para producir IL-4 pero no IFNγ.

• La unión del complejo del receptor de la célula T: TCR/CD3a las moléculas de clase II del MHC en la célula B resulta enla expresión de CD154 en la célula T.

• Este CD154 se une a su contraceptor, el CD40, en las célu-las B.

• Las interacciones T/B mediadas por este mecanismo se ampli-fican por interacciones de las moléculas coestimuladoras,especialmente el CD28 (en la célula T) y el CD80-86 en lacélula B. La unión del CD40 (célula B) con el CD154 aumentala expresión de CD80/86 en la célula B.

• El CD80/86 se une al CD28 en la célula Th2 induciendoaumento de la transcripción y la secreción de IL-4 e IL-13que, posteriormente, se unirán a sus receptores.En este momento, la célula B está recibiendo las dos seña-

les requeridas para el cambio de isotipo y la IL-4 activa la trans-cripción de la línea germinal épsilon, provocando la recombina-ción correspondiente de la región. La unión del CD40 en la célulaB con el CD40L activa la recombinación del ADN, dando lugaral isotipo IgE y a la secreción de IgE.

Importancia de las citocinas procedentes de las célulasTh2 en la producción de IgE

El perfil de producción de citocinas por las células T vienedeterminado por la naturaleza del antígeno en primer lugar ypor la carga genética individual. Las células Th2 producen altascantidades de IL-4, IL-5 e IL-13 y promueven la producción deIgE y están presentes en los individuos atópicos. Los antígenosque expresan los parásitos promueven este tipo de respuesta,sin mediar la genética y, en el caso de la respuesta IgE frente alos alérgenos, la carga genética es crítica para este tipo de res-puesta IgE.

La IL-4 producida por las células Th2 inhibe la producción deIFNγ y promueve la diferenciación de precursores de células T acélulas Th2 maduras, al contrario de lo que ocurre con el IFNγproducido por las células Th1, que promueve la diferenciaciónde células Th1, de tal manera que, una vez activado un brazode esta respuesta, se activa la producción del mismo clon.

La IL-13 como citocina efectora de la inflamaciónalérgica

Recientemente, se ha podido determinar la importanciadel papel de la IL-13 en la inflamación alérgica, detectándoseasociaciones entre determinados alelos de IL-13 y fenotipos alér-gicos. Así, la variante IL-13+2044GA se asocia fuertemente conel incremento en la producción de IgE y las pruebas cutáneaspositivas. La variante IL-13-1112CT se asocia con asma, hiperre-

33Aspectos generales de las enfermedades alérgicas

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actividad bronquial y respuesta positiva en pruebas cutáneas,IgE total y sensibilización frente a alimentos e inhalantes. La aso-ciación entre algunas variantes de IL-13 y la inflamación alérgicaes muy fuerte y se ha observado en poblaciones étnicamentediferentes; sin embargo, los mecanismos que subyacen a esteefecto son desconocidos.

La IL-13 producida por las células Th2 es el mediador centralde la inflamación alérgica y suficiente para inducir la mayoría delos hechos clave del asma experimental: promueve la hiper-reactividad bronquial inducida por el alérgeno, el daño epitelial,la hiperplasia de las células productoras de moco y la eosinofi-lia. Todos estos efectos están mediados por el IL-4R y el STAT6y no dependen de la IL-4.

La IL-13 estimula la fibrosis de las vías respiratorias a travésde la capacidad que tienen las metalopeptidasas 9 y 12 para acti-var el TGFβ1 en estado latente, el cual, tras su activación, favo-rece el acúmulo de eosinófilos y macrófagos en el pulmón, traslo cual se produce una amplificación de la inflamación por la res-puesta local del epitelio, músculo liso, fibroblastos y macrófagosa través de la producción de quimiocinas, citocinas y otras molé-culas efectoras.

La importancia de la IL-13 en estos procesos se potencia conel hallazgo de que puede ser secretada por células no-T, talescomo los eosinófilos, lo cual favorece el aumento de inflamaciónen las vías respiratorias. Los eosinófilos del pulmón son activadospara producir IL-13 por la acción de la IL-5 derivada de las célu-las Th2 y por las eotaxinas liberadas por las células epiteliales.

La IL-13 induce el cambio de isotipo hacia IgE y aumenta laexpresión de CD23, el receptor de baja afinidad de la IgE enmonocitos/macrófagos. Este hecho es importante y demuestrala importancia de la IL-13 en la inflamación alérgica.

En los últimos años, se han estudiado las variaciones gené-ticas naturales, tanto de la función, como de la expresión de laIL-13. Estas variaciones genéticas pueden modificar las funcio-nes de la proteína, la transcripción y la estabilidad del ARN. Así,se ha comprobado que la variante IL-13R130Q es significativa-mente más activa en la inducción de la señal de fosforilación delSTAT6 en los monocitos y células B productoras de IgE(20).

Estos hallazgos abren nuevas alternativas terapéuticas apli-cando ingeniería genética.

Acontecimientos moleculares que inducen al cambio de isotipo

El cambio de isotipo es un acontecimiento que ocurre en elADN y parece estar dirigido por las citocinas que actúan en con-junto con la regulación de la proliferación y diferenciación de lascélulas B. La inducción del cambio de isotipo a un gen particu-lar de las cadenas pesadas se correlaciona con la activación trans-cripcional del mismo gen en la línea germinal. Antes de que ocu-rra el cambio de isotipo el locus IgE está en la configuración delínea germinal, con todos los genes que controlan las regionesconstantes de las cadenas pesadas; durante el cambio de iso-tipo se produce la deleción de las regiones señaladas en el pro-ceso. Durante el proceso, la región susceptible al cambio de iso-tipo se hace accesible a una recombinasa común.

La transducción de la señal de la IL-4 al núcleo es depen-diente de la fosforilación, dimerización y activación del STAT6.El factor nuclear kappa B (NF-κB) coopera con el STAT6 en laactivación sinérgica de la transcripción ε de la línea germinal.El CD40 induce activación de este factor NF-κB y su actividad esesencial para la respuesta a la IL-4.

Otro factor de trascripción, la BSAP, proteína activadoraespecífica de las células B presente en la superficie de estacélula B, es crítico en la inducción del cambio de isotipo haciaIgE.

SUSCEPTIBILIDAD GENÉTICAMENTE DETERMINADA A PRESENTAR ENFERMEDADES ALÉRGICAS(1-13)

En el control genético de la enfermedad alérgica mediadapor IgE intervienen varios genes, por lo que se considera unaenfermedad multigénica.

Uno de los posibles loci implicados en la atopia se sitúa enel cromosoma 5q, cerca de los genes que controlan la produc-ción de algunas interleucinas como IL-3, 4, 5, 9 y 13. Tambiénla región cromosómica 11q13, región en la que se aloja el genque codifica la cadena beta del receptor de la IgE de alta afini-dad, tiene influencia en el origen de la atopia.

Alteraciones genéticas como responsables de la disregulación en la síntesis de IgE

Recientemente, se ha descrito con detalle el mapa que incluyealgunas de las interacciones celulares, moleculares y los genesque los controlan, responsables de la regulación de la síntesis deIgE, tratando de integrar los mecanismos que intervienen endicha regulación; algunos genes responsables de la codificaciónde algunas moléculas que regulan la síntesis de IgE han sidoidentificados, otros están relacionados parcialmente y otros nohan sido determinados.

Para comprender mejor la patogénesis de la inflamación alér-gica podemos clasificar las células, moléculas y genes correspon-dientes en tres apartados: activación y regulación, diferenciaciónTh1/Th2 y fase efectora de la reacción.

Activación y regulaciónEn la primera fase de la patogenia de la inflamación alérgica,

los alérgenos son captados por las células dendríticas (célulaspresentadoras de antígeno), las cuales presentan el antígeno alas células precursoras Th CD4, bajo la estricta influencia de lascélulas T reguladoras. En esta etapa intervienen algunos genescuyo polimorfismo está relacionado con su función, tales comolos de TLR2, CD14, IL-10, TGFβ, los cuales influyen decisivamenteen la regulación de la síntesis de IgE y en la inflamación alérgica,aunque los mecanismos moleculares precisos que intervienenson desconocidos.

Se ha visto cómo los fitoprostanos asociados a los pólenes,que son moléculas parecidas a la PGE2 endógena, pueden actuardirectamente sobre las células dendríticas, disminuyendo la expre-sión de IL-12 y polarizando la respuesta Th2.

34 Anticuerpos. Inmunoquímica. Síntesis y regulación de la IgE

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Diferenciación Th1/Th2Éste es un proceso clave en la regulación de la síntesis de IgE.

Se trata de un proceso altamente plástico en el que el encuentrode los alérgenos, presentados por la célula dendrítica, por el recep-tor de la célula T, induce a la formación de GATA-3 y T-bet (fac-tores de transcripción asociados a la diferenciación Th2 y Th1,respectivamente). Esta actividad transcripcional es independientede las citocinas, pero no es suficiente para mantener la diferen-ciación Th. Para que ocurra la completa polarización Th2 se nece-sita la participación de señales adicionales dependientes de IL-4/STAT6 que inducirán al GATA-3. Éste provoca la autoactivaciónde STAT6, que facilita su expresión y el proceso se autoactiva.

La actividad del GATA-3 (Th2) es inhibida por el T-bet (Th1)a través de interacciones mediadas por la tirosina cinasa, entrelos dos factores de trascripción que interfieren con la unión delGATA-3 a su diana. Por el contrario, el aumento de la expresiónde GATA-3 inhibe la expresión de la cadena alfa del receptorpara la IL-12: IL-12Rα2 y el desarrollo de células Th1.

En condiciones de polarización de la respuesta hacia Th1, lasseñales del IFNγ al STAT1 incrementan la expresión de T-bet enlas células Th1, lo que directamente induce a la formación deIFNγ y a la transcripción de genes de la cadena beta2 del recep-tor de la IL-12.

Así, parece que el GATA-3 y el T-bet son piezas clave, en ladiferenciación Th2 o Th1, respectivamente. Se ha visto que algu-nas variantes de éstos, están relacionadas con fenotipos de infla-mación alérgica, incluyendo los niveles elevados de IgE.

Fase efectoraNumerosas vías y mecanismos están dirigidas en esta etapa

por la IL-4 e IL-13. Dado que estas dos citocinas son las únicas

que provocan activación sobre la síntesis de IgE, los polimorfis-mos en los genes correspondientes se asocian con la hiperpro-ducción de IgE.

Las citocinas Th2 inducen la transmisión de señales en lascélulas B a través de la cadena alfa del receptor de la IL-4 y lacadena alfa1 del receptor de la IL-13. La interacción de los genesque controlan la IL-13 y su receptor modifican la susceptibilidada padecer asma. Así, los individuos que expresan IL-13R130Qy la variante IL-4V50R551 o bien IL-13-1112CT y IL-4RAS478Ppresentan mayor susceptibilidad a padecer asma.

La unión de las citocinas Th2 a sus receptores activa la señalSTAT6, que será regulada por diferentes mecanismos, entre ellospor la vía SOCS. La variante genética de éste, SOCS1, modulala respuesta de IgE.

Las señales que determinan si una respuesta de anticuerposva a ser del tipo IgG4 o IgE no se conocen, pero es probable queestén controladas genéticamente, dado que sólo una minoríade los individuos expuestos a alérgenos expresan IgE y todosellos expresan IgG4. Los polimorfismos en la IL-13 o IL-4 pue-den influir sobre la amplificación dependiente de citocinas Th2expresadas por los basófilos y mastocitos, así como sobre lainducción de la respuesta IgE dependiente de células T.

Por otra parte, la unión de la IgE a su receptor FcεRI consti-tuye el mayor estímulo para la secreción de citocinas por los basó-filos y mastocitos. Los polimorfismos de este receptor puedenafectar, no sólo a la liberación de dichas células mediada por IgE,sino también a las vías de transmisión de señales que controlanla expresión de citocinas Th2 en las células no T (Figura 3).

Todo este proceso se puede resumir en la importancia de lasinteracciones gen a gen que, en última instancia, son las quecontrolan la síntesis de IgE. Algunas de estas interacciones son

35Aspectos generales de las enfermedades alérgicas

FIGURA 3. Regulación de la síntesis de IgE e inflamación alérgica según la fase de la reacción alérgica y niveles de posibleintervención genética.

1. Activacióny regulación

IL-10*

Céluladendrítica

TGFβ*

TLR2*Polen

Receptorprostanoide *

Ag

CD4+Th0

IL-4*IL-13*

IL-4R*

IL-13R*

IL-4*IL-13*

Célula B

SOCS*

IgG4Ag-esp

IgE

IgEAg-esp

FcεRI*Mastocitobasófilo

Th2

Th1

Microbios

IFNγTbet*

T reg

GATA3*STAT6*

STAT6

3. Fase efectora

2. DiferenciaciónTh1-Th2

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conocidas, pero queda bastante camino por recorrer para quelos mecanismos que regulan la producción de IgE se conozcanen su totalidad. No obstante, los datos referidos abren la posi-bilidad de numerosas intervenciones terapéuticas que, sin duda,mediante técnicas de ingeniería genética modularán, en un futurono lejano, las enfermedades mediadas por IgE.

PAPEL DE LA IgA SECRETORA(1-13)

La IgA sérica se presenta en forma monomérica pero, cuandointeracciona con la cadena J, forma un polímero y es la inmu-noglobulina preponderante en las secreciones mucosas. La IgAsecretora posee algunas propiedades únicas. En primer lugar, essintetizada por las células plasmáticas localizadas en u origina-das a partir de los tejidos mucosos. En las secreciones, se pre-senta en una forma polimérica con dos subunidades asociadasa un componente secretor de 70 kDa que es sintetizado por lascélulas epiteliales del tubo intestinal. Su función completa no seconoce bien, pero parece que actúa como receptor de la IgA yque juega un papel en atraer a los linfocitos portadores de IgAhacia el intestino o hacia otros órganos secretores. Tambiénparece aportar esta pieza una resistencia a la digestión por enzi-mas proteolíticas.

Dado que la mayoría de los agentes infecciosos entran a tra-vés del tracto gastrointestinal o respiratorio, la respuesta inmunehumoral implica de forma preferente a la IgA secretora en ladefensa frente a dichos agentes. Debido a este hecho, las vacu-naciones orales para ciertos agentes resultan más efectivas quelas administradas por vía sistémica.

A pesar de que la IgA es débil en cuanto a la activación decomplemento o en la iniciación de los procesos de fagocitosis,constituye una barrera defensiva de primera línea muy impor-tante en la defensa frente a los agentes infecciosos.

Síntesis y funciones de la IgA secretoraLa IgA secretora (IgAs) difiere de la sérica tanto en térmi-

nos de actividad del anticuerpo como en tamaño molecular.En las secreciones externas, los niveles de IgA secretora del adultose alcanzan antes (1 mes a los 2 años) que en el suero (adoles-cencia). El 98% de la IgA secretora se forma localmente en lasmucosas de los tejidos y una muy pequeña porción procede dela circulación. En cuanto a las subclases de IgA, la IgA1 contiene13 residuos de aminoácidos en la región bisagra, lo que la con-vierten en más flexible y susceptible a las proteasas específicasproducidas por las bacterias. Las células plasmáticas producto-ras de IgA1 se encuentran en la mayoría de los tejidos huma-nos, especialmente en el intestino delgado y en el tracto respi-ratorio, mientras que en el colon y tracto genital predominan lascélulas plasmáticas productoras de IgA2.

En cuanto a las funciones más importantes de esta IgAs,en las superficies mucosas están las siguientes: barrera para pre-venir la adhesión y colonización por patógenos, neutralizar virusy toxinas; estos anticuerpos confieren una ventaja adicional yaque presentan propiedades antiinflamatorias.

Receptor polimérico de Ig y transporte de IgAEl receptor polimérico de Ig se sintetiza como una proteína

trasmembranaria en las células epiteliales y se expresa en susuperficie basolateral. Actúa como receptor para la IgA polimé-rica (que contiene la cadena J) y tras cuya unión ésta es endo-citada por la célula epitelial en el bronquio, en el intestino del-gado, en los túbulos renales o en las glándulas. La expresión deestos receptores está regulada por citocinas (IFNγ, TNFα, IL-1α,IL-1b β, TGFβ).

Inhibición de la adherencia microbianaLa inhibición de la adherencia microbiana juega un papel

crítico en la protección del huésped y es mediada por mecanis-mos específicos e inespecíficos. Cuando un microorganismointeractúa con las moléculas de IgAs, su superficie se hace menoshidrofóbica y hace que sea más difícil la interacción con el epi-telio de la mucosa y, además, hace que sea más fácilmente atra-pado por el moco. Las cadenas de carbohidratos de la moléculade IgAs se unen a las bacterias y a otros antígenos y represen-tan otro mecanismo inespecífico que inhibe la adherencia micro-biana.

Neutralización de virus, enzimas y toxinasSe ha comprobado que los anticuerpos IgA secretores son

efectivos en la neutralización de virus en varios estudios expe-rimentales y en diferentes etapas del proceso inflamatorio. Enparticular, la IgAs específica frente a la hemaglutinina del virusde la influenza puede interferir con la unión inicial del virus a lascélulas diana o con la internalización y replicación intracelulardel virus. También es capaz de neutralizar intracelularmente lainfección viral y la actividad catalítica de muchas enzimas de ori-gen microbiano.

Acción antiinflamatoriaLa IgA secretora, que es incapaz de activar el complemento

por la vía clásica o alternativa, puede, sin embargo, interferir conla activación del complemento mediada por la IgM o IgG. Tam-bién inhibe la fagocitosis, la actividad bactericida y la quimio-taxis de los neutrófilos, monocitos y macrófagos. Además, la IgApuede frenar la síntesis de TNFα y de IL-6 y facilitar la produc-ción de antagonistas del receptor de la IL-1 por monocitos acti-vados con LPS. Estas propiedades antiinflamatorias de la IgAsson de importancia definitiva para la integridad de la mucosa ylimitan el daño producido por la continua exposición a antíge-nos ambientales y de la dieta. Por otra parte, la IgAs limita lasreacciones inflamatorias que resultan de la fijación de comple-mento y de la activación fagocitaria y contribuye a inhibir lasreacciones anafilácticas mediadas por la IgE.

PAPEL DE LA IgG4 EN ALERGIA. INMUNOGLOBULINAANAFILÁCTICA Y/O BLOQUEANTE(21)

En 1970, Parish(22) describió unos anticuerpos anafilácticosen el hombre pertenecientes a la clase IgG, que se caracteriza-

36 Anticuerpos. Inmunoquímica. Síntesis y regulación de la IgE

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ban por su débil unión a los tejidos, a los cuales conferían sen-sibilización durante 2-4 horas y bloqueaban, durante ese tiempo,la sensibilización por IgE. Esta capacidad sensibilizante no seafectaba por el calor, ni por la reducción dependiente del mer-captoetanol.

IgG4. Inmunoglobulina anafiláctica(22)

En 1973, Stanworth(23) encontró pruebas que le llevaron aafirmar que los anticuerpos que Parish denominara en su díaSTS-A (short term sensitizing antibody) correspondían a la sub-clase IgG4(23). Desde entonces, diversos trabajos postulan quela IgG4 presenta actividad citotrópica-anafiláctica. Tras los expe-rimentos de Parish, en los que detectaba anticuerpos IgG huma-nos con capacidad para sensibilizar mastocitos cutáneos demono, otros estudios han confirmado que la IgG4 es capazde unirse a los mismos receptores o a receptores similares a losde la IgE. A la vista de estos experimentos obtenidos en ensa-yos heterólogos, se estudiaron los receptores de IgG4 en basó-filos y mastocitos humanos. Algunos de estos estudios demues-tran degranulación y liberación de histamina producida poranti-IgG4.

En la práctica clínica diaria, con cierta frecuencia se encuen-tran pacientes con clínica sugestiva de hipersensibilidad inme-diata a un alérgeno, sin que puedan demostrarse anticuerposIgE específicos frente al mismo. En algunos de estos casos sondetectables anticuerpos IgG4 específicos del antígeno. Este tipode hallazgos ha hecho que algunos autores hayan consideradola IgG4 como principal anticuerpo responsable de las manifes-taciones clínicas en algunos pacientes, así como causante de lasposibles discordancias entre las pruebas cutáneas y la IgE espe-cífica.

Sin embargo, diversos estudios han fracasado en su intentode producir liberación de histamina específica de antígeno a tra-vés de la IgG4. Por otra parte, es un hecho conocido que, conrelativa frecuencia, se encuentran estos anticuerpos IgG4 espe-cíficos en individuos sin manifestaciones clínicas de hipersensi-bilidad a dicho alérgeno.

En los individuos alérgicos, entre los anticuerpos específicosde alérgeno existe una preponderancia de la IgG1 e IgG4, mien-tras que la respuesta a la IgG2 e IgG3 es pobre. Otros hallazgosen los pacientes alérgicos incluyen concentraciones elevadas deIgG4 que se observan frecuentemente en los pacientes coneccema y dermatitis atópica, probablemente como resultado deuna prolongada estimulación antigénica.

IgG4. Actividad bloqueante(24)

Los anticuerpos bloqueantes fueron definidos como aque-llos capaces de neutralizar el alérgeno, evitando que éste reac-cione con los anticuerpos IgE en la reacción de hipersensibilidaddel tipo inmediato. La primera descripción de la existencia deanticuerpos bloqueantes fue hecha en sueros de individuos alér-gicos que habían sido sometidos a hiposensibilización. La pre-sencia de anticuerpos bloqueantes, aunque predomina en losindividuos que reciben inmunoterapia, también es detectable enpacientes no tratados. No obstante, en estudios realizados con

inmunoterapia específica, especialmente en la inmunoterapiacon venenos de himenópteros e inhalantes, se observa unaumento de la IgG4 específica del antígeno, que algunos auto-res consideran responsable de la mejoría clínica y atribuible a suactividad bloqueante, aunque no se ha demostrado una corre-lación definitiva con el estado clínico. Probablemente los anti-cuerpos IgG/IgG4 específicos son meros marcadores biológicosde exposición, excepto en el caso de inmunoterapia con vene-nos de himenópteros donde la cuantificación de IgG e IgG4 espe-cíficas del antígeno se considera un parámetro útil en la moni-torización del tratamiento.

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Asma y atopia son enfermedades comunes que involucranreacciones adversas del sistema inmunitario. Ya en 1819, JohnBostock describió “el catarro estival” o fiebre del heno y en 1873,Charles Blackley reconoció que los granos de polen eran la causade la fiebre del heno(1). Posteriormente, en 1923, Coca y Cooke(2)

acuñaron el término atopia para referirse a la “ocurrencia deasma, rinitis alérgica y dermatitis atópica asociada con pruebascutáneas positivas inmediatas frente a antígenos ambientales”.

Desde entonces, la atopia se ha definido como una predis-posición genética a responder frente a antígenos ambientalescomunes (alérgenos) con la producción de cantidades significa-tivamente altas de anticuerpos IgE específicos. Recientemente,Jackola y cols.(3) han demostrado que todos los individuos tie-nen una respuesta inmunitaria frente a alérgenos extraños pero,en los sujetos atópicos, hay una incrementada producción deanticuerpos IgE de alta afinidad, mientras que en los sujetosno atópicos se produce igualmente una respuesta de anticuer-pos IgG1 de alta afinidad.

Esta patología está asociada con diferentes tipos de sinto-matología que cubren un amplio espectro: desde individuos asin-tomáticos a los que muestran asma bronquial, rinitis alérgica odermatitis atópica.

La gran variabilidad en los fenotipos atópicos muestra la com-plejidad de este tipo de enfermedades, pudiendo ser un reflejode su carácter multifactorial, es decir, de la implicación, tanto defactores genéticos, como ambientales.

Sin embargo, la existencia de una predisposición familiar o basegenética para el desarrollo de asma, fiebre del heno y dermatitisatópica, está bien documentada(4-7), avalada, además, por la demos-tración de la mayor concordancia de afección de enfermedadesatópicas entre los gemelos homocigotos que los dicigotos(8-10).

La alergia clínica parece ser el resultado de una interacciónentre la exposición de un individuo genéticamente susceptiblea un alérgeno y varios factores ambientales modificadores. Enlos últimos 10 años, los esfuerzos se han centrado fundamen-talmente en identificar factores protectores que puedan incre-mentar el desarrollo de la tolerancia a los alérgenos. De hecho,el objetivo de múltiples investigaciones se ha centrado en tratarde identificar factores de riesgo potenciales en el ambiente eidentificar “genes de la alergia”.

Hasta el momento, aunque hay muchos hallazgos relevan-tes que demuestran la existencia de regiones cromosómicas ygenes de susceptibilidad, asociados a distintos fenotipos alérgi-cos, no se han conseguido identificar factores principales deriesgo, por lo que no se dispone aún de métodos efectivos que,con certeza, puedan discriminar a los individuos que desarrolla-rán alergia.

Sin embargo, hay una serie de puntos clave que sí son admi-tidos por la comunidad científica, como son el destacar la impor-tancia de ambos tipos de factores en el desarrollo y expresiónde las enfermedades atópicas, así como considerar que la pato-génesis de este tipo de enfermedades, aunque tiene una basegenética, no sigue un modelo mendeliano y se trata de enfer-medades poligénicas complejas, que seguirían un modelo tri-dimensional en el que, como ha señalado Hershey(11), los genes,el ambiente y el momento de la exposición, podrían ser los tresejes clave de estudio. Según su explicación, los genes potencial-mente relevantes para originar trastornos alérgicos pueden noserlo (es decir, ser modulados) dependiendo de la exposiciónambiental a la que una población determinada esté sometida,así como las exposiciones ambientales potencialmente rele-vantes para el desarrollo de una sintomatología alérgica, seránmás o menos influyentes dependiendo del contexto genético.Por otro lado, el momento de la exposición también es muyimportante, ya que el contexto inmunológico en un momentodeterminado está influenciado por las exposiciones ambienta-les a las que ha sido sometido de forma individual y, a su vez, surespuesta frente a estas exposiciones estará determinada gené-ticamente. Además, las influencias ambientales y genéticas sonmúltiples y ocurren de forma simultánea, así, las contribucionescolectivas pueden ser bastante diferentes de lo que se podríaanticipar de los efectos individuales aislados. Por tanto, la iden-tificación de estos tipos de factores es fundamental para preve-nir la enfermedad y podría cambiar la clasificación, así como eltratamiento de las mismas.

En este capítulo se revisarán los avances más recientes en elconocimiento de la interacción genética-ambiente, en relacióncon las enfermedades alérgicas, a la luz de los resultados deri-vados de los estudios epidemiológicos y genéticos de los últimosaños.

B. Cárdaba

Genética y medio ambientecapítulo 3

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Los progresos en el conocimiento de cómo se desarrolla lainmunidad tras el nacimiento también han influido en el cam-bio de planteamiento en el estudio de este tipo de enfermeda-des. Björkstén B(12) resume este concepto argumentando que,actualmente, en lugar de plantearse la búsqueda de factores deriesgo ambientales o de susceptibilidad genética, muchos tra-bajos se preguntan más bien: ¿por qué hay gente que se hacealérgica y por qué no todos lo somos? Las enfermedades alér-gicas se plantearían como el resultado de un prolongado periodotras el nacimiento con un sistema inmunitario inmaduro y comoconsecuencia de una estimulación inmunitaria disminuida. Esteconcepto enfatiza la idea de que la sociedad moderna promuevela ausencia de factores que estimulen al sistema inmunitario paraque pueda desarrollar una respuesta protectora y establecerde ese modo un control apropiado de este tipo de respuestas.

El término coloquial de factor de riesgo, que ha sido amplia-mente utilizado para ilustrar asociaciones potenciales entre expo-sición y afección, implica el concepto de un ambiente adversoque afecta a la salud humana. La disciplina epidemiológica fuefundada basándose en esta idea; sin embargo, según resume vonMutius(13), las aproximaciones epidemiológicas modernas paraenfermedades crónicas requieren de otro concepto. A pesar deque es concebible que los rápidos cambios en nuestro estilo devida afectan a la incidencia de las enfermedades emergentes,lo contrario también es plausible, la pérdida de la protecciónambiental por falta de exposición puede favorecer la incidenciade enfermedades. Lo que es un hecho constatado y alarmantees el incremento en la prevalencia de las enfermedades alérgicasobservado en los últimos años(14), siendo consideradas como unade las principales causas de baja laboral en los países desarro-llados. Este incremento se ha asociado con el cambio de estilo devida, lo que se denomina, “estilo de vida de los países del Este”.De hecho, mientras que en el siglo XIX las enfermedades alér-gicas estaban restringidas a las clases privilegiadas, actualmentealrededor de un cuarto de la población de algunos países del Estetienen sensibilización a uno o más de los alérgenos comunes. Enpaíses como Gran Bretaña o Australia, un cuarto de los niñosmenores de 14 años tienen asma y un quinto, eccema(15). La causade este incremento pueden ser los cambios ambientales, talescomo un incremento en la exposición de alérgeno del interior decasa (p. ej., ácaros) debido al aislamiento en casa o la menoralimentación con leche materna(16), un incremento en la poluciónambiental(17) y cambios en la dieta y la flora intestinal(18). Muchosestudios, sin embargo, llegaron a la conclusión de que un cam-bio en el nivel y el tipo de infecciones infantiles podrían ser elprincipal factor de desarrollo de enfermedades alérgicas. Ya en1976, Gerrard y cols.(19) demostraron menores niveles de IgE enlos indios Metis que vivían en un ambiente rural en Canadá,cuando se comparaban con la comunidad blanca local. Ellos dije-ron que el “estado atópico era el precio que pagaba la comuni-dad blanca por estar relativamente libre de virus, bacterias y hel-mintos”. En 1989, Strachan(20) explicó la relación entre higiene yalergia, con la denominada “hipótesis de la higiene”, que es yha sido una de las hipótesis más admitidas y estudiada en los últi-mos años, con acepciones que están siendo revisadas.

HIPÓTESIS DE LA HIGIENE

La hipótesis de la higiene es la más aceptada por la comuni-dad científica para explicar la compleja relación entre genes yambiente. En su planteamiento inicial, básicamente afirmabaque “en los niños pequeños, la infección, transmitida por el con-tacto ‘no higiénico’ con sus hermanos mayores, o adquirida pre-natalmente de su madre infectada por el contacto de sus hijosmayores, puede prevenir el desarrollo de las enfermedades alér-gicas”. Además, esta hipótesis establece que la mejora en lahigiene observada en la sociedad industrializada, junto con lasmejoras en las medidas de salud pública y el uso de vacunas yantibióticos, han reducido la incidencia de infecciones que nor-malmente estimulan el sistema inmunitario para protegerle con-tra el desarrollo de las enfermedades alérgicas(21).

Inicialmente, estos datos fueron (y aún lo son ocasionalmente)interpretados en el contexto de la tradicional dicotomía Th1/Th2y proponían que el ambiente protege frente a la respuesta Th2.Las células Th2, al secretar mediadores tales como la IL-4 e IL-5,son importantes iniciando y sosteniendo las respuestas alér-gica y asmática por la regulación de la producción de IgE y elcrecimiento, diferenciación y reclutamiento de eosinófilos(22). Lascélulas Th1, secretoras de IFN-γ e involucradas en la respuestainmunitaria frente a un gran número de patógenos intracelu-lares, disminuyen la actividad de las células Th2(23).

Holt y cols.(24) propusieron que el primer contacto de las célu-las T frente a los antígenos ambientales se produce en el úterode la madre o justo nada más nacer, en un ambiente inmunoló-gico polarizado hacia un fenotipo Th2. La desviación hacia Th1se origina tras el parto, por un efecto inmunológico originadopor la estimulación microbiana; por esta razón, una falta deinfecciones facilitaría el desarrollo de una respuesta Th2(25,26).

Los datos epidemiológicos posteriores subrayan que, aun-que la hipótesis de la higiene puede ser extensiva, no deja deser controvertida en muchos aspectos, motivo por el que ha sidocausa de múltiples estudios y debates.

Múltiples datos epidemiológicos iniciales avalan esta hipó-tesis (resumidos en la Figura 1):1. La incidencia de enfermedades alérgicas es menor en los

niños con hermanos mayores (niños > niñas). El pertenecera una familia numerosa o el acudir muy pronto a una guar-dería, situaciones, por tanto, presumiblemente de alta expo-sición a agentes infecciosos, protegen contra el desarrollode enfermedades alérgicas(27-30).

2. Se ha sugerido que la infección en la infancia por Mycobac-terium tuberculosis(31), la hepatitis A(32) o el sarampión(33), yotras previenen del desarrollo posterior de enfermedadesalérgicas. Sin embargo, la relación inversa no ha sido demos-trada.

3. El cambio en la flora microbiana (derivado del cambio en elestilo de vida) ha sido asociado con diferencias en las condi-ciones atópicas. Algunos artículos publican un desequilibrioen la flora intestinal de los niños alérgicos(34). Por ejemplo, lacomposición de la flora intestinal de los niños de un añosanos de Estonia, los cuales presentan una prevalencia menor

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de alergias, y de Suecia (con una prevalencia tres veces mayorde reactividad por pruebas cutáneas), es diferente: Lactoba-cilli (asociada con la respuesta Th1) es la predominante enlos niños de Estonia, mientras que Clostridium difficile lo esen los niños de Suecia.

4. La exposición a animales de granja en edades tempranas dela vida (al igual que tener perros u otros animales domésti-cos) previene la sensibilización alérgica, como ha sido demos-trado por Braun-Fahrländer y cols.(35) analizando la exposi-ción ambiental a productos microbianos, tales como lacuantificación de niveles de endotoxinas en los ácaros delcolchón.

5. La exposición a las endotoxinas ha sido descrita como pro-tectora, incluso en condiciones de baja exposición, comoocurre en casas que no tienen granjas anexas.A pesar de los resultados anteriores, algunos estudios demues-

tran que estas asociaciones no son tan evidentes ni sencillas.Aunque habitualmente se ha asociado el tener hermanos

mayores e ir a la guardería con la protección frente a la disneay el asma(27,36), los estudios recientes sugieren que los mecanis-mos protectores implicados son complejos y no tan definitivoscomo en principio se pensaba. Parece que la influencia protec-tora de la guardería frente al desarrollo de eccema y asma puedeestar restringida a los individuos sin una historia familiar de asma.Por el contrario, en aquellos con una historia materna de asma,la asistencia a la guardería se encontró asociada con el incre-mento de asma a la edad de 6 años(37). Es decir, la relación entreasistencia a guardería y asma parece estar influida por la histo-ria familiar, un ejemplo más de la importancia de interaccióngen-ambiente.

La influencia protectora del tamaño familiar ha sido inter-pretada tradicionalmente como una prueba a favor de la hipó-tesis de la higiene. La observación de que los niños de familiasnumerosas tienen una frecuencia menor de enfermedades alér-

gicas se ha relacionado con el hecho de que cuantos más niñoshay en la familia, más infecciones padecen. Esto llevó a la hipó-tesis de que un mayor número de infecciones en la infancia puedeayudar a prevenir las enfermedades alérgicas y, por tanto, quelos niños de familias numerosas padecen menos enfermeda-des atópicas. Sin embargo, una publicación reciente demuestraque los sucesivos embarazos pueden disminuir la reactividadcutánea materna(38). Los autores argumentan que esta aparentereducción en la atopia materna puede afectar el estatus atópicode los niños sucesivos, proporcionando así una explicación adi-cional para la observación de la reducción en la prevalencia deatopia en familias grandes.

ALERGIA E INFECCIONES

La relación entre infección y el desarrollo de alergia y asmaen humanos es altamente controvertida. Hay autores que apo-yan la noción de que las infecciones, particularmente víricas, dis-paran y exacerban el asma(39). Recientemente, de Marco y cols.(40)

publicaron que las infecciones respiratorias tempranas están aso-ciadas con un incremento en el riesgo de padecer asma, mien-tras que el contacto temprano con niños mayores estaba aso-ciado a una protección permanente frente al asma y a unincremento en la remisión del asma en niños. Estos patrones deasociación fueron independientes de la presencia o ausencia deIgE específica de alérgeno, sugiriendo que la exposición a lasinfecciones microbianas puede, parcialmente, interferir con unapredisposición adquirida al asma. Similarmente, la otitis mediay otras infecciones en la infancia pueden proteger contra la sen-sibilización alérgica en niños mayores y quinceañeros(41,42).

Esta afirmación estaría en concordancia con la patogenia delas infecciones virales más frecuentes (habituales en niños conhermanos mayores): las producidas por el virus del sarampión,de la hepatitis A y otros enterovirus que, al ser grandes induc-tores de INF-γ, equilibrarían el sistema inmunitario hacia un patrónTh1; por el contrario, el virus respiratorio sincitial (VRS) puedeestimular el desarrollo de enfermedades alérgicas y de asma. Enconjunto, los resultados de los estudios sobre las infecciones vira-les sugieren que, aunque algunos virus pueden estimular el desa-rrollo de atopia, la mayoría de las infecciones virales parecenejercer un efecto protector.

Si el incremento de enfermedades por un fallo de la regu-lación inmunitaria es debido a un descenso en la exposición aciertos microorganismos, se puede especular que ciertas espe-cies bacterianas comensales pueden ser usadas como protec-toras o vacunas terapéuticas contra enfermedades como elasma alérgica. A este respecto, las infecciones con micobacte-rias o vacunas han sido sujeto de estudio. Las micobacteriasson, en general, saprofitos presentes en el suelo, agua y áca-ros en un ambiente natural. Ya que la exposición a estas bac-terias está regulada por el estilo de vida, la exposición a lasmicobacterias puede estar altamente reducida en las socieda-des del Este. Hay trabajos que apoyan esta hipótesis. Los estu-dios realizados con niños suecos criados en un ambiente antro-

41Aspectos generales de las enfermedades alérgicas

FIGURA 1. Resumen de los factores más importantes rela-cionados con la regulación alérgica, según la teoría de la hipó-tesis de la higiene.

Enfermedades alérgicas(asma, eccema, rinitis)

(Th2)

Modulación de la respuesta alérgica

No alérgico(Th1)

T reguladoras??

Países “en vías de desarrollo”Familias de gran tamañoCasas y estilo de vida ruralMicroflora intestinal variableEscaso uso de antibióticosAlta carga de infeccionesMala sanidad

Países “desarrollados”Familias pequeñasEstilo de vida urbanoMicroflora intestinal estableAlto uso de antibióticosBaja o ausente presencia de helmintosBuena sanidad, pocas infecciones

Genes

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posófico demostraron en éstos una prevalencia significativa-mente más baja de enfermedades alérgicas que los niños cria-dos en otros ambientes.

Las infecciones con micobacterias normalmente dan lugar auna fuerte respuesta Th1, por lo que fueron muy interesantesdesde el principio de la hipótesis de la higiene. Además, expre-san un gran rango de ligandos que disparan la señalización através de un patrón de receptores de reconocimiento sobre losfagocitos huéspedes y otras células inmunitarias, tales como elreceptor de manosa y “los receptores de tipo Toll 2 y 4” (TLR2y 4). Esta interacción da lugar a una activación de estas célulasy una liberación de mediadores pro y antiinflamatorios, impor-tantes en la regulación del sistema inmunitario durante la infla-mación(43). Los modelos animales han demostrado que la vacu-nación con micobacterias puede suprimir la respuesta alérgica,aunque con una implicación, no sólo de las células Th1/Th2, sinotambién de las células T reguladoras (cuyo papel será discutidomás adelante).

La atopia también se ha correlacionado positivamente conla vacunación triple vírica y el uso temprano de antibióticos. Otrosestudios son contradictorios con estos resultados, ya que demues-tran el efecto inmunomodulador Th1 de algunas vacunas comoPertussis y BCG, pero no en el caso de otras. El primer estudioepidemiológico publicado demostró que, dentro de una pobla-ción de niños japoneses vacunados con BCG, una reacción detuberculina positiva a los 6-12 años se asociaba con una redu-cida incidencia de manifestaciones alérgicas comparada conniños con una reacción negativa(44). En contra, algunos trabajosretrospectivos no consiguieron demostrar esta relación. Estosresultados podrían explicarse por diferencias en la edad, la fre-cuencia en la vacunación con micobacterias, la cepa usada oalérgenos(45). Además, la tuberculina puede no ser un buen pará-metro de inmunización(46). Incluso, más importante, puede serla relación genética en la posible correlación inversa entreinfección y desarrollo de alergia y asma.

En definitiva, aunque hay datos controvertidos, en generalse considera que las infecciones tempranas producen un efectode protección en el desarrollo de la atopia.

MICROBIOTA Y FUNCIÓN INMUNITARIA

La flora intestinal es, cuantitativamente hablando, la fuentemás importante de estimulación microbiana y puede proporcio-nar una señal primaria para dirigir la maduración postnatal delsistema inmunitario y la inducción de una inmunidad balan-ceada(47). Existen pruebas de que los microorganismos comen-sales adquiridos durante el periodo postnatal son necesarios parael desarrollo de la tolerancia, no sólo frente a lo propio, sino tam-bién frente a otros antígenos. Por ejemplo, las respuestas inmu-nitarias mediadas por células Th2 no son susceptibles de indu-cir tolerancia oral en ratones libres de gérmenes y sólo se inducetras la introducción de la microflora normal(48).

Como ya se ha reseñado antes, los recién nacidos tienenuna respuesta inmunológica orientada hacia el fenotipo Th2 y

será posteriormente cuando la mayoría de niños tenderán amodificar este fenotipo hacia el definitivo Th1. El porqué deeste desequilibrio hacia el modelo Th1 no está todavía bienesclarecido, sin embargo parece ser que es consecuencia de lamaduración en el tiempo de las células presentadoras de antí-geno, las cuales son capaces de producir citocinas tipo IL-12,que estimulan la respuesta Th1 directamente a partir de cé-lulas Th o bien a partir de las células NK, estimulando la pro-ducción de IFN-γ. En la maduración de estas células presenta-doras de antígeno parece que juegan un papel muy importantelos distintos agentes microbianos, y es aquí donde la micro-flora intestinal juega un papel básico, puesto que representacuantitativamente la fuente más importante de estimulaciónantigénica. El recién nacido posee un tracto digestivo estéril,y su colonización tiene lugar a partir de la primera semanade vida, no siendo hasta los 3 meses cuando alcanza su defi-nitiva colonización. Las poblaciones con altas tasas de coloni-zación intestinal presentan menor incidencia de alergia queaquellas menos colonizadas. Así, los niños que han precisadotratamientos antibióticos que modifican la flora intestinal pare-cen estar más expuestos a colonizaciones posteriores. La “hipó-tesis de la higiene” sugiere que los niños con flora intestinalinsuficiente, ya sea por tratamientos antibióticos o por la ali-mentación, poseen una mayor predisposición a padecer enfer-medades alérgicas. En la actualidad, no sólo existe una menortasa de colonización intestinal, sino que hay trabajos quedemuestran que ésta ha cambiado. En épocas no lejanas, losrecién nacidos eran colonizados rápidamente en los primerosdías de vida por E. coli y otras enterobacterias, sin embargo,la “occidentalización” ha dado lugar a que esta colonizaciónsea mucho más lenta y que aparezcan bacterias como Staphy-lococcus aureus, grampositivo y, en general, bacterias conmenor capacidad de estimular respuestas Th1. Los Lactobaci-lli se observan con más frecuencia en los niños no alérgicosque en los alérgicos, donde Clostridium es más habitual, porlo que se han propuesto como beneficiosos sobre todo en eltratamiento de la dermatitis atópica.

En este contexto, la administración de probióticos abre uncampo interesante, ya que son potentes inductores de IL-12,citocina básica en la inmunidad Th1. Los últimos resultadosde la administración de probióticos como medida de preven-ción primaria en este tipo de enfermedades ha sido resumidorecientemente por Upham y cols.(49). La administración perina-tal de probióticos reduce la incidencia de eccema atópico enniños de 2 años(50) y hasta los 4 años(51). Los efectos beneficio-sos de los probióticos pueden extenderse en el grupo de edadpreescolar, con una continuada reducción del número de niñoscon eccema. Sin embargo, no se observaron diferencias en lareactividad por pruebas cutáneas, lo que sugiere que los meca-nismos por los que los probióticos previenen el eccema son inde-pendientes de otras influencias en la sensibilización alérgica(51).Los efectos beneficiosos de los probióticos proporcionan prue-bas circunstanciales de apoyo a esta hipótesis, por lo que suestudio puede aportar nuevas ideas sobre los mecanismos deacción.

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ENDOTOXINAS Y EXPOSICIÓN AMBIENTAL

Las exposiciones microbianas también ocurren en ausenciade infección. Gérmenes viables y partes no viables de organis-mos microbianos son ubicuos de la naturaleza y se encuentranen concentraciones variables en ambientes, tanto externos, comodentro del hogar. Estas substancias microbianas son reconoci-das por el sistema inmunitario innato en ausencia de infeccióne inducen una potente respuesta inflamatoria(35). En este con-texto, es particularmente interesante la exposición a las endo-toxinas, fragmentos de LPS (lipopolisacáridos) que rodean lamembrana externa de las bacterias gramnegativas.

Las endotoxinas están en el ambiente y producen un granespectro de manifestaciones agudas y crónicas de las vías respi-ratorias. Sin embargo, existen pruebas de que la exposicióndurante épocas precoces de la vida a las endotoxinas ambienta-les puede proteger del desarrollo de alergia o asma. Esta hete-rogeneidad en la respuesta a la endotoxina ha desarrollado impor-tantes retos en el estudio de la interacción huésped-ambiente,como ha sido recientemente revisado por Singh J y cols.(52).

Estos productos microbianos son especialmente abundantesen los ambientes donde existen animales como, por ejemplo, enlas granjas. En los ácaros y en el aire de ambientes domésticosy ocupacionales, como los almacenes de grano o textiles, se handescubierto cantidades altamente variables y significativas deendotoxinas, si bien también existen concentraciones significa-tivas en las casas que tienen animales domésticos, alfombras,sistemas de aire acondicionado(53). Algunos investigadores tam-bién han encontrado endotoxinas en el humo del tabaco(54) ypartículas aerocontaminantes(55). En los establos se encuentrauna gran variedad de gérmenes grampositivos y gramnegativos,al igual que esporas y hongos. Además, en el interior de las casasde granja, se encuentran también de forma abundante partesno viables de microbios, tales como endotoxinas y ácido murá-mico (un componente de peptidoglucanos). Se ha demostradoque los niños que crecen en estos ambientes tienen una preva-lencia menor de sensibilización atópica, fiebre del heno y asma,comparados con los niños del mismo ambiente rural que no con-viven con animales. El contacto con granjas, aves de corral y“leche de granja” explicó la relación entre este tipo de vida yatopia(30). El tiempo de exposición, como destaca von Mutius(13),fue crucial para el efecto protector observado. Únicamente losniños expuestos a animales de establo o leche no pasteurizadaen el primer año de vida, comparados con los que tienen unaexposición posterior, mostraban una reducida prevalencia deasma. Cuando, adicionalmente, se valoraba la exposición maternaa los animales de granja durante el embarazo y la lactancia laprotección era aún mayor(30). Recientes artículos han publicadoque la exposición a las endotoxinas, determinada como nivelesde ácaros, disminuye de forma significativa el riesgo de padecerfiebre del heno, sensibilización atópica y asma atópica en losniños(35,56). Por otro lado, los niveles altos de endotoxinas se corre-lacionan con bajos niveles de sensibilización en los niños alema-nes(57) y mayores niveles de endotoxinas en el ambiente maternoestán asociados con una menor incidencia de fiebre del heno y

sensibilización atópica(35). Todos estos resultados sostienen laposibilidad de que la exposición temprana puede ser protectoradel eventual desarrollo de asma y atopia.

Sin embargo, otros estudios epidemiológicos no mantienenestas asociaciones. De hecho, hay estudios epidemiológicos quedescriben lo contrario, que la mayor exposición a las endotoxi-nas en edades tempranas de la vida puede incrementar el riesgode desarrollar asma. Un estudio reciente ha mostrado que losniveles elevados de endotoxinas domésticas pueden constituirun riesgo para el desarrollo del asma en los niños(58). Además,en modelos animales, la exposición a las endotoxinas inhala-das origina una respuesta similar al asma aguda, tanto fisiológi-camente como a nivel celular: obstrucción de las vías respira-torias, aumento de la hiperreactividad bronquial, reclutamientoen los lavados broncoalveolares de macrófagos y neutrófilos, asícomo incremento de las citocinas IL-1, IL-6, IL-8 y TNF-α. ¿Cómodesempeña la endotoxina todos estos papeles? Los elementosclave parecen ser la dosis y el tiempo de exposición, así como lainfluencia genética en un sistema inmunitario(52).

Los niveles de endotoxinas en los hogares parecen estar inver-samente asociados con un diagnóstico de eccema, incluso trasajustarlo con la estación de nacimiento y sexo(59).

El efecto de tener animales de compañía en el desarrollode las enfermedades atópicas también sigue siendo controver-tido. Mientras que muy pocos recomiendan que los pacientessensibilizados deberían minimizar la exposición a gatos y perros,cada vez parece más claro que esta precaución es inefectiva parala prevención en niños pequeños, y puede incluso ser contrapro-ducente(60). Al contrario de lo que ocurre con otros alérgenos,no existe una correlación lineal entre la exposición a los alérge-nos del gato (Fel d 1) y la sensibilización que originan. Por elcontrario, la exposición temprana a los gatos ha sido descritacomo protectora para desarrollar alergia al gato y el subsiguienteasma(61-63), además de reducir la sensibilización a otros alérge-nos, mientras que otros investigadores describen resultados opues-tos(36). Interesantemente, Polo y cols.(64) publicaron que, mientraslos niveles de Fel d 1 en los ácaros de casa dentro de los cincoprimeros años de vida protegía de sibilancias tempranas, los nive-les elevados de Fel d 1 estaban asociados con un incremento delas sibilancias a la edad de 4 años, pero sólo si la madre pade-cía asma. El contacto con perros en edades tempranas de la vidatambién parece asociarse con una reducción de la sensibilizaciónalérgica y de la dermatitis atópica(62,65). Si los niveles de alérge-nos de perro y gato constituyen el reflejo de otra exposición bio-lógicamente relevante como, por ejemplo, la endotoxina, o siestán relacionados de forma casual, es una cuestión difícil dedeterminar. Sin embargo, Gern y cols.(65) mostraron pruebas deuna importante interacción gen-ambiente que involucra CD14,parte del complejo receptor de la endotoxina bacteriana. El geno-tipo CD14-159TT parece proteger de la dermatitis atópica sóloen los niños que tienen un perro en el domicilio, sugiriendo queestos efectos beneficiosos pueden estar mediados, al menosen parte, por incremento de la exposición a endotoxina.

Por otro lado, la exposición a niveles elevados de alérgenode gato está asociada con una respuesta Th2 modificada(60). Se

43Aspectos generales de las enfermedades alérgicas

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observan respuestas de anticuerpos IgG en suero (IgG4, depen-diente de la síntesis de IL-4) en ausencia de anticuerpos IgE, ensujetos no alérgicos. Esta respuesta se ha interpretado como unarespuesta Th2 modificada en un modelo en el que la alta y bajaexposición a Fel d 1 inducen una respuesta de células “Th” conun fenotipo diferente, y postulan que la IL-10 (secretada por Tr1)puede jugar un papel regulador en la producción de los distin-tos isotipos de anticuerpos IgE e IgG4 (respuesta Th2 modifi-cada).

Este tipo de respuesta ha sido también constatada en los cui-dadores de animalarios que trabajan con ratas(66), así como enlos apicultores, individuos expuestos a niveles elevados del alér-geno mayoritario del veneno de abeja, la fosfolipasa A2

(67). Lainformación disponible sobre la exposición a otros alérgenos deanimales sugiere una relación directa entre la sensibilización y laexposición a niveles elevados de alérgenos de cucarachas y algu-nos roedores, incluso cuando se ajustan por el estatus socio-económico(68-70).

La relación entre sensibilización y exposición a los ácarosde polvo no está muy clara. Las investigaciones previas notifica-ron que la exposición a niveles domésticos de Der p 1 superio-res a 10 mg/g de ácaros durante la infancia es un factor de riesgopara padecer asma en los niños mayores(71) pero sólo en aque-llos que tienen una historia familiar de enfermedades alérgi-cas. Una mayor exposición a los ácaros se asocia con un mayorriesgo de sensibilización en los niños con una historia familiarpositiva, pero con un menor riesgo de sensibilización en los niñossin una historia atópica paterna(72). Cullinan y cols.(73) publicaronque no existía una relación entre la exposición temprana a losalérgenos de ácaros y la sensibilización por IgE o el asma ató-pica a la edad de 5 años. Sin embargo, exámenes más detalla-dos de la relación exposición-respuesta mostraron un incrementode la sensibilización y de la disnea en situaciones de bajos nive-les de exposición de alérgeno, y una reducción de ambos ensituaciones de niveles elevados de exposición alergénica(73). Estasrelaciones fueron modificadas por el orden de nacimiento y laatopia paterna. Nuestro grupo también ha constatado que existeuna protección frente a la sensibilización al polen del olivo enuna población que está expuesta a altas dosis de este alérgenodesde el nacimiento(74). Aún no está claro si los aparentes efec-tos protectores de la exposición a altas dosis del alérgeno pue-den ser atribuidos a la tolerancia inmunológica con las dosis ele-vadas(60,75), a la exposición simultánea a endotoxinas, a laimplicación de factores genéticos o a la combinación de variosmecanismos. El clarificar estos puntos es muy importante parael desarrollo de futuras estrategias de acción.

Las bases biológicas para el efecto potencialmente protec-tor de la exposición temprana a bajas dosis de endotoxinas esel cambio en el balance Th1/Th2(76). Sin embargo, los hallazgosrecientes indican que, tanto la inmunidad mediada por célulasTh1, como por células Th2, puede producir obstrucción del flujorespiratorio y de las vías respiratorias(77). Las endotoxinas y, pre-sumiblemente, otros estímulos del sistema inmunitario innatopueden afectar de forma importante a la función de las célulasT reguladoras, que controlan la actividad biológica de los linfo-

citos Th1 y Th2. De este modo, bajo ciertas circunstancias (depen-dientes de la dosis y del desarrollo), los estímulos de la respuestainmunitaria innata, a través de sus efectos sobre las células den-dríticas y T reguladoras, pueden participar profundamente en eldesarrollo de alergia, asma y otras enfermedades mediadas porel sistema inmunitario. Teniendo en cuenta los efectos de lasendotoxinas y otros estímulos de la respuesta inmunitaria innatasobre el desarrollo de las enfermedades alérgicas, es concebibleconsiderar que el sistema inmunitario innato controla o regulala inmunidad adaptativa. Esta idea está siendo analizada porvarios inmunólogos y puede representar una nueva aproxima-ción para controlar el asma y otras formas de enfermedades res-piratorias.

UN MECANISMO PARA LA HIPÓTESIS DE LA HIGIENE:Th1, Th2 Y CÉLULAS T REGULADORAS

El primer mecanismo propuesto para la hipótesis de la higieneestaba basado en la dicotomía Th1 y Th2. Actualmente, la visiónde esta hipótesis está cambiando ya que el desequilibrio Th1frente Th2 no está claro. En primer lugar, la respuesta Th1 puedeno siempre regular una respuesta Th2 establecida. Además,los sitios inflamatorios donde existe una respuesta mixta Th1/Th2son propensos a originar daño inmunológico particularmenteintenso y son típicos de muchos estados de infección crónicagrave.

En contra de este mecanismo aceptado mayoritariamente,además está la observación en las infecciones con helmintos deuna respuesta protectora, masivamente Th2. Por otro lado, laincidencia de enfermedades autoinmunitarias de tipo Th1 como,por ejemplo, la diabetes 1 o la esclerosis múltiple, también seestán incrementando(78,79). Es importante destacar que ambostipos de enfermedades, alérgicas y autoinmunitarias, compar-ten el hecho de ser enfermedades exacerbadas del sistema inmu-nitario y pobremente reguladas. Por estas razones, la hipótesisde la higiene ha cambiado su planteamiento inicial de la dico-tomía Th1/Th2 para enfatizar el potencial papel de las célulasT reguladoras como dianas y mediadoras de los cambios ambien-tales debidos al descenso en las infecciones, la disminución deflora microbiana y, de forma más general, el estilo de vida delEste(80-82).

Las características de las células T reguladoras han sido amplia-mente revisadas(83-87), considerándose que la mayoría de la regu-lación del sistema inmunitario está realizada por varios tiposde células T reguladoras(88). Estas células, constitutivamente,suponen sólo de un 5 a un 10% de la población total de los lin-focitos CD4+, aunque se incrementan espontáneamente en eltimo. Aún no está claro si las células T reguladoras son una únicapoblación o incluyen subclases (p. ej., CD4+CD25+, Th3, Tr1)con diferente especialización. Expresan a menudo el marcadorde activación CD25, pero no invariablemente, de manera quela demostración de que estas células expresan selectivamente elfactor de transcripción Foxp3 ha supuesto una nueva y útil herra-mienta de identificación de este tipo de células. Esta molécula

44 Genética y medio ambiente

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parece ser más que un marcador, ya que la expresión ectópicade Foxp3 se mostró como suficiente para conferir propiedadesreguladoras a las células CD4+CD25+(89,90).

Las características cardinales de las células T reguladoras sub-yacen en su posibilidad de inducir tolerancia y prevenir enferme-dades inmunitarias dañinas (particularmente, respuestas T diri-gidas contra antígenos propios), como ocurre en la autoinmunidady en los trasplantes. La especificidad de las células T reguladorases aún una cuestión abierta. Los mecanismos que subyacen enla supresión de las T reguladoras no están claros, pero se piensaque requieren un contacto célula-célula, y dan lugar a la inhibi-ción de la transcripción de la IL-2 en la respuesta de las célulasT. La secreción de IL-10 y TGF-β y, posiblemente, la expresión enla membrana del TGF-β(91), son el punto débil de la actividad delas células T reguladoras. Estas células previenen la actividad delas células T efectoras y otras células inflamatorias mediante lasecreción de estas citocinas, pero también por contacto con lascélulas T efectoras o presentadoras de antígeno(92).

Como se resume en la Figura 2(93), los mecanismos de regu-lación alérgica pueden utilizar múltiples efectos supresores pararegular las acciones indeseadas de las células efectoras. Por unlado, la producción de IgE sería suprimida, induciéndose los iso-tipos no inflamatorios IgG4 e IgA por la IL-10 y el TGF-β, respec-tivamente. Estas dos citocinas podrían suprimir directamente lascélulas efectoras de la inflamación alérgica (mastocitos, basófi-los y eosinófilos). También las células Th2 pueden ser suprimi-

das, eliminando de este modo la producción de citocinas Th2(IL-3, IL-4, IL-5 e IL-9), las cuales son requeridas para la diferen-ciación, supervivencia y actividad de mastocitos, basófilos, eosi-nófilos y células productoras de moco. Por otro lado, la supre-sión en la inducción Th0/Th1 puede eliminar los mecanismos dedaño tisular, tales como la apoptosis de los queratinocitos y célu-las del epitelio bronquial a través del TNF-α, IFN-γ y ligando deFas (FasL).

Estas células T reguladoras han sido postuladas como lasposibles responsables de los mecanismos de tolerancia observa-dos frente a algunos alérgenos inhalados como, por ejemplo, esel caso de la sensibilización al gato.

A pesar de que la mayoría de las investigaciones sobre célu-las T reguladoras se han enfocado en su habilidad para regularlas células T efectoras, la cuestión que surge es, ¿quién regulaa los reguladores?(94). Más específicamente, ¿cómo se controlala actividad de las células T reguladoras, de manera que seanefectivas contra los patógenos pero la reactividad contra lo pro-pio se vea suprimida? Parece que células del sistema inmunita-rio y sus receptores juegan un papel central en estos procesos.

Las respuestas inmunitarias dependen de la integración fun-cional de 2 componentes: uno innato, no específico del antí-geno y otro adaptativo, específico del antígeno. La complejainteracción entre los dos es quizá la característica más distintivade los procesos inmunitarios. La inmunidad innata usa una fami-lia de receptores de reconocimiento de patrón no clonal (los TLRs)para actuar como un mediador entre el medio externo y elinterno. Por otro lado, las células del sistema inmunitario innatoreciben las señales proporcionadas por los patógenos ambien-tales, que alertan al sistema de la presencia de intrusos poten-cialmente peligrosos. A través de la liberación de citocinas infla-matorias y la expresión de moléculas coestimuladoras, las célulasinmunitarias innatas (típicamente, células dendríticas, DC) inte-raccionan con las células T-CD4, instruyéndolas a diferenciarsedependiendo de la naturaleza del agente microbiano(95-97). Porotro lado, y quizá más importante, resultados recientes demues-tran que la activación eficiente de las células T efectoras en elmomento de la agresión microbiana requiere la regulación domi-nante negativa por las células T(94).

En los últimos años, nuestro entendimiento sobre las vías detransmisión de señales de los TLRs ha aumentado mucho, gra-cias al descubrimiento y caracterización de nuevos componen-tes. Entre éstos, TIRAP/Mal(4) median la transmisión de señales através de TLR2/4 pero no TLR9, 5 ó 7 proporcionando, de estemodo, especificidad(98,99). El tradicional salto entre respuestainmunitaria adaptativa e innata ha sido más evidente por el des-cubrimiento de SOCS-1, una molécula conocida como que actúainhibiendo la transmisión de señales a través de STAT, regulandotambién negativamente la respuesta a los lipopolisacáridos(100,101).

Un trabajo reciente(102) describe, además, la posibilidad, almenos en ratones, de que las células T reguladoras puedan direc-tamente responder a los productos de patógenos gracias a suhabilidad para expresar TLRs. Se encontró que los receptores TLR4,TLR5, TLR7 y TLR8 se expresaban selectivamente en las célulasCD4 que contenían células T reguladoras. La exposición de célu-

45Aspectos generales de las enfermedades alérgicas

FIGURA 2. Células T reguladoras en la inflamación alér-gica. Línea oscura: supresión; línea clara: inducción. Múlti-ples efectos supresores de las células T reguladoras (a tra-vés de la secreción de IL-10 y TGF-β, influyen directamentesobre las células efectoras de la respuesta alérgica)(93).

Inducción de IgG4, IgASupresión de IgE

Cel B

TReg Th2Th0Th1

Disminución decitocinas Th2

Apoptosisepitelial

Efectos supresores directos e indirectos sobremastocitos, basófilos, eosinófilos y secreción de mucus

Basófilos Eosinófilos Secreciónde mucus

Celmast

IL-10TGFβ

IL-10TGFβ

Supresiónde célulasefectorasTh0/Th1

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las CD4+CD25+ al ligando del TLR4 hizo que se expresaran algu-nos marcadores de activación y se incrementara la supervivenciacelular y proliferación, de forma independiente de las células pre-sentadoras de antígeno. Estos resultados destacan la compleji-dad de las interacciones entre los mecanismos de activación regu-ladores y la respuesta innata. Aún no se sabe si la activacióndirecta, mediada por TLR, por patógenos bacterianos ocurre enlas células T humanas; sin embargo, se han descrito asociacionesgenéticas (que se discutirán más adelante) entre ciertos TLRs y laregulación de la respuesta alérgica. Indudablemente, el mayorconocimiento de los mecanismos de actuación y regulación deeste tipo de células será de gran importancia para el futuro deltratamiento de las enfermedades alérgicas.

FACTORES GENÉTICOS

Gracias a la reciente finalización del Proyecto GenomaHumano, en la actualidad se dispone de las herramientas nece-sarias para redefinir la Medicina del siglo XXI. Las últimas ten-dencias de la Medicina Molecular son, tanto la identificación dela susceptibilidad genética, como la intervención antes de quese manifieste la enfermedad y el diseño de fármacos individua-lizados en función del genotipo.

El mapeo de rasgos complejos tales como el asma y atopiasupone una de las más importantes áreas de la genética humana.A pesar de su complejidad, se han conseguido múltiples avan-ces en los últimos diez años, que han sido recientemente revi-sados(103,104).

A pesar de que, habitualmente, el análisis de la susceptibi-lidad de padecer asma y enfermedades alérgicas se ha evaluadoestudiando la implicación de muchos genes y muchos factoresambientales, pero de forma individual, y la realidad es muchomás compleja, con genes que interaccionan entre sí y con fac-tores de riesgo ambientales que confieren susceptibilidad, lasaproximaciones simplistas, tanto por ligamiento como por aso-ciación, han proporcionado importantes descubrimientos. Sehan encontrado muchas regiones del genoma ligadas a fenoti-pos de asma y atopia. Sobre 70 variantes de genes candidatoshan sido publicados como asociados a estos fenotipos. Las prin-cipales regiones se han localizado en los cromosomas 2q, 5q,6p, 11q, 12q, 16q y 17q (Figura 3)(103). En particular, 5 genes hansido identificados por estudios de ligamiento familiar y, después,por análisis clonal: ADAM33, DPP10, PHF11 y SETDB2, GPRA ySPINK5. Estos genes cubren un gran rango de funciones y entodos los casos eran desconocidos o no habían sido considera-dos como genes del asma antes de su descubrimiento. Van Eer-dewegh(105) fue el primero en publicar la asociación de ADAM33,

46 Genética y medio ambiente

FIGURA 3. Localización aproximada sobre los cromosomas humanos de los genes de asma y atopia. Los cinco genes iden-tificados a través de estudios de ligamiento, seguidos por estudios de clonaje posicional, están marcados en rojo oscuro. Los22 genes que fueron identificados a través de estudios de asociación y replicados en estudios posteriores, también están indi-cados (resumido de Hoffjan y cols.(110)). Los 8 genes que han sido replicados en más de 5 estudios se muestran en rojo claroy los 13 genes que han sido replicados en menos de 5 estudios se muestran en negro(103).

DPP10

CTLA4IL10

CCR5

STAT6

IFNG

NOS1

CARD15

RANTESSCYA11

NOS3

CC10

LTC4S

PHF11

ADAM33

GPRAHLA-GTNFLTADRBI FCERB1

CD14

IL4IL13

ADRB2

IL4RA

1 2 3 5 6 7 11

12 13 16 17 20

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en el cromosoma 20p13 con el fenotipo asma y su expresión enlos tejidos bronquial y muscular, considerándose que este genpodría influir en la hiperrespuesta bronquial y la inflamaciónde las vías respiratorias. Posteriormente, Allen y cols.(106) descri-bieron un gen para la dipeptidilpeptidasa 10 (DPP10) en el cro-mosoma 2q14 como un gen de susceptibilidad de asma. Codi-fica por una peptidasa que actúa sobre los dos péptidosterminales de quimiocinas. Zhang y cols.(107) definieron el genPHF11 (PDH finger protein 11) en el cromosoma 13q14 queinfluye en la IgE y el asma. Latinen y cols.(108) publicaron un genasociado con el asma en el cromosoma 7q (GPRA). SPINK5, ubi-cado en el cromosoma 5q32, se ha publicado como un gen dela atopia. Codifica un multidominio serín proteasa inhibidor que,probablemente, tiene actividad frente a múltiples substratos(109).

La función exacta de todos estos genes no está clara. Losmecanismos bioquímicos que unen estos genes con los fenoti-pos asmáticos son aún bastante poco claros. Pueden existirmuchos otros genes con efectos más moderados. La extensiónde qué genes y polimorfismos predecirán el tipo de asma a untratamiento aún no se conoce.

De los más de 100 genes que han sido analizados por estu-dios de asociación(110), 8 genes han sido replicados en más de 5estudios y otros 13 han sido replicados pero en menos de 5 estu-dios. Estos 21 genes son, probablemente, verdaderos genes desusceptibilidad, pero representan la punta del iceberg, ya que, enbreve, más genes localizados mediante clonación posicional seránpublicados y muchos otros genes candidatos serán identificadosy clonados. Se puede concluir que el campo de la genética delasma ha sido bastante útil y muchos genes han sido identificadoscomo implicados en el riesgo de desarrollar la enfermedad.

Los análisis de ligamiento (posicional) o los factores biológi-cos que influyen en los fenotipos (funcionales) son las bases usa-das para la selección de genes candidatos en los estudios de aso-ciación. Las investigaciones de las variantes genéticas candidatasmás comunes han sido revisadas por regiones cromosómicas(104).

Cromosoma 2qLa región 2q, identificada como asociada al fenotipo de asma,

contiene los genes del antagonista del receptor de la IL-1 (IL1RN)y del antígeno 4 de los linfocitos T citotóxicos (CTLA4). Las varian-tes en IL1RN se han asociado con asma y alergia(111-113). El CTLA4sólo se expresa en células T activadas y es un potente inhibidorde la activación de células T. Además, un polimorfismo de este genestá asociado con niveles elevados de IgE total y rinitis alérgica enlas mujeres(114) y varios polimorfismos se han asociado con asma,IgE sérica, gravedad del asma y respuesta de las vías respiratorias(110).

Cromosomas 5q y 16qEstá demostrado que la activación del gen del receptor de

la IL-4 (IL4RA) estimula la producción de los niveles de IgE séricatotal. El gen que codifica la IL-4 está localizado en el cromosoma5q31 y el del IL4RA, en el cromosoma 16q12, ambos descritosmediante estudios de ligamiento genético como asociados alfenotipo de asma. Muchos estudios han demostrado que lospolimorfismos funcionales del promotor de la IL-4 y del IL4RA

están asociados con fenotipos de asma(110). Recientemente, seha publicado(115) que un polimorfismo en estos genes confieresusceptibilidad para asma y atopia en individuos de raza blancay un nuevo polimorfismo en la IL-4(116) se ha asociado con asmae IgE en niños. Un artículo reciente(117) sugiere que la variante3017G/T o los haplotipos identifican la influencia de la IL-4 enla modulación los niveles de IgE total y justifican la inconsis-tencia de resultados de distintos artículos sobre IL-4 con diferen-cia en las frecuencias alélicas, un desequilibrio de ligamiento deestos polimorfismos o con los haplotipos.

Otros genes estudiados en el cromosoma 5 incluyen IL-13,CD14, SPINK5 (inhibidor de serín proteasa kazal del tipo 5) yLTC4S (leucotrieno C4 sintasa). Las variantes polimórficas en elpromotor y regiones codificantes de estos genes se han asociadocon asma y fenotipos de la respuesta inmunitaria(110). Heinzmanny cols.(118) confirmaron la asociación de la variante Arg110Glnde la IL-13 con las enfermedades atópicas.

El CD14 es quizá el más claro ejemplo de un gen mediadorde la respuesta gen-ambiente y por eso ha sido estudiado engran detalle desde distintos puntos de vista: epidemiológico, dela genética molecular y de la funcionalidad (revisado por Ver-celli)(119). El interés del CD14 como elemento clave en las inte-racciones gen-ambiente en relación con el asma, la alergia oambos procede de análisis genéticos de ligamiento, que demos-traron que algunos loci del cromosoma 5q podían controlarlos niveles de IgE, la expresión del asma y la hiperrespuesta bron-quial a estímulos no específicos(119-124). Uno de estos genes eraCD14, un componente de los complejos receptores que recono-cen patógenos. A pesar de que no contribuye directamente enla especificidad de interacción receptor-ligando ni a la señal, elCD14 es crítico para el desarrollo de respuestas óptimas a bajasconcentraciones de productos de patógenos, al menos a tra-vés de los receptores de tipo Toll TLR4 y 2(125). No se conocenmuy bien los mecanismos moleculares de cómo el CD14 estáimplicado en la respuesta a patógenos, pero esta proteína (tantoanclada en la membrana como soluble) contribuye al incrementode afinidad o la avidez o ambas de la interacción entre pro-ductos de patógenos y TLR. Además, los polimorfismos de losgenes que codifican estos receptores pueden modular los efec-tos protectores observados en las poblaciones de granjeros ymodificar los efectos de la exposición. Recientemente ha sidopublicado que un polimorfismo en el gen que codifica el TLR2interactúa con un ambiente de granja . Sólo los niños con unalelo T TLR2/–16934 fueron susceptibles de protección por losfactores de la granja, mientras que los niños homocigotos AApresentaban la misma prevalencia de asma y atopia que los niñosno expuestos a este ambiente. Por otro lado, entre los niñosno expuestos al ambiente de granja, el TLR2 no tenía ningúnefecto, lo que sugiere una fuerte interacción gen-ambiente.

Baldini y cols.(126) demostraron una asociación entre un poli-morfismo de un único nucleótido (SNP) en el promotor del CD14(CD14*C-159T), un aumento de los niveles de CD14 soluble yuna reducción de los niveles de IgE sérica en niños de Tucson.Estos resultados fueron consistentes con la implicación del CD14en la respuesta inmunitaria innata, incrementando la genera-

47Aspectos generales de las enfermedades alérgicas

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ción de una respuesta T protectora frente el desarrollo de aler-gia(80). Esta demostración, asociación entre una variante gené-tica del promotor de CD14 y una reducción de los niveles de IgEen suero, fue crítica para definir la noción de que los genes dela inmunidad innata pueden ser elementos clave en el procesode una enfermedad, como en la alergia, en la que los procesosefectores están típicamente originados por células de la inmu-nidad adquirida(80). Guerra y cols.(127) publicaron que el CD14 esun receptor de componentes celulares de la pared celular bac-teriana que puede influir en la respuesta inmunitaria. Ellos publi-caron que una producción reducida de IFN-γ y CD14 solubleen épocas tempranas de la vida predice la aparición de proble-mas respiratorios recurrentes a edades tempranas. Un polimor-fismo funcional de este gen se ha asociado con la atopia y losniveles de IgE(128-131). Sin embargo, otros grupos describen unafalta de asociación entre genotipos del CD14 e IgE, al igual quecon atopia, en la población alemana. Sus hallazgos parecen indi-car que los genotipos del CD14 pueden no estar directamenteimplicados en el desarrollo de alergia durante la infancia(132).

Moffatt(133) resume los datos relativos a SPINK5, un gen paradermatitis atópica y el asma. El LTC4 se ha asociado con el asmay la eosinofilia(110).

Además, en la literatura se han descrito otros muchos genes,como el factor 2 estimulador de colonias (CSF2), IL-12B, glutatión-S-transferasa (GSTP1), todos ellos localizados en el cromosoma 5q.

Cromosoma 6p21Los genes de antígenos leucocitarios humanos, HLA-DRB1,

del TNF (TNFA) y de la linfotoxina (LTA), se han asociado confenotipos de asma.

Desde hace años se sabe que las moléculas HLA de clase IIestán involucradas en el control de la respuesta inmunitaria frentea los alérgenos(134). Múltiples trabajos han publicado asociacio-nes entre estos genes y las respuestas alérgicas IgE específicas.Recientemente, Moffatt y cols.(135) publicaron una asociaciónentre atopia, función respiratoria y HLA-DR en aborígenes aus-tralianos. Varios grupos han publicado la asociación de unavariante funcional (TNFA-308) en el promotor de este gen conel asma y los niveles de IgE sérica(136-138).

Cromosoma 11q13El gen de la cadena beta del receptor de alta afinidad para la

IgE (FCERIB), localizado en la región 11q13 del cromosoma, seha ligado con la atopia. Los polimorfismos o haplotipos en estegen se han asociado con el asma y sus fenotipos asociados(110,134).

Cromosoma 12qLos polimorfismos del gen transductor de señales y activador

de la transcripción 6 (STAT6) y del óxido nítrico sintasa 1 (NOS1)también se han descrito asociados con el asma y la atopia(110).El STAT6 se ha implicado en la iniciación de la transmisión deseñales en las células Th2, particularmente a través de los recep-tores de IL-4 e IL-13 en una población india. Otros grupos tam-bién han publicado que las variantes de STAT6 se asocian conasma, enfermedades alérgicas y niveles de IgE total(110,139-141).

Los polimorfismos del NOS1 se han asociado con el asma, elnúmero de eosinófilos y los niveles de IgE sérica total(110,142).

Cromosoma 17qEl gen de la eotaxina (SCYA11), principal quimoatrayente de

eosinófilos, está localizado en la región cromosómica 17q. Lospolimorfismos en su región promotora se han asociado con asma,eosinofilia, función pulmonar y niveles de IgE total(110,138).

A pesar de que hay estudios que no han confirmado estasasociaciones, otros estudios han demostrado la replicación deasociación entre los polimorfismos funcionales de estos genes ylos fenotipos de asma.

Uno de los mayores problemas de los estudios de asociacióngenética es el de la replicación. Incluso entre las asociacionesgénicas más replicadas, hay muchos estudios con resultadosnegativos. Incluso cuando la asociación de un gen es replicada,a menudo es con un fenotipo diferente. Este nivel de compleji-dad fue inesperado y se ha sugerido que los modelos de suscep-tibilidad que consideran un locus cada vez, como es el paradigmade enfermedades mendelianas, no son adecuados para descu-brir y caracterizar loci de susceptibilidad de asma y enfermeda-des alérgicas. Más bien, para elucidar la arquitectura genéticade asma y atopia pueden ser necesarios los modelos que inclu-yan interacciones entre genes y factores ambientales de riesgo(103).

INTERACCIÓN GENES-AMBIENTE Y ASMA

Muchos autores han empezado a investigar las interaccionesentre genotipos individuales y exposición ambiental como un pri-mer paso en el desarrollo de modelos más complejos de suscep-tibilidad. Estos modelos consideran que los genotipos específicospueden dar lugar a fenotipos específicos sólo en ciertos ambien-tes o que un genotipo específico puede originar diferentes feno-tipos, dependiendo de exposiciones ambientales. Tales interaccio-nes pueden enmascarar asociaciones si el estudio de la muestraes heterogéneo con respecto a la exposición o ser la explicaciónde resultados discrepantes entre muestras recogidas de poblacio-nes que difieren con respecto a la exposición. Recientemente, sehan publicado varios ejemplos de interacciones genes-ambienteen cuanto al riesgo de asma y atopia(143-150) y estos datos sugierenque tales efectos pueden ser más la regla que la excepción. Estosejemplos están resumidos en la Tabla I, en la que los efectos espe-cíficos de un genotipo son modificados por exposiciones ambien-tales. A pesar de que no todas estas interacciones han sido repli-cadas, proporcionan las bases para futuros estudios y paracaracterizar el rango de efectos de exposición ambiental impor-tantes como modificadores del riesgo de la enfermedad.

Otros factores ambientales de riesgoLa madre, no sólo transfiere el 50% de sus genes al niño sino

que, además, es la responsable exclusiva del ambiente del bebédurante los primeros nueve meses y tras el nacimiento, si le dade mamar, es un elemento clave de su entorno. Parece que elnacer por cesárea produce un incremento en la posibilidad de

48 Genética y medio ambiente

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padecer alergia (no se sabe por qué, pero la flora intestinal pareceser distinta en los niños nacidos por cesárea) además de la edadde la madre, que también parece influir. Las madres mayores de30 años tienen más posibilidad de tener niños alérgicos. Ade-más, en un estudio de cohortes prospectivo realizado a lo largode 20 años, asociaron los partos prolongados con el desarrollode atopia, mientras que la exposición a animales domésticos dis-minuía el riesgo a padecer atopia(151); el tabaquismo pasivodurante o después del embarazo es un factor de riesgo para eldesarrollo de atopia. Igualmente, los niños expuestos a unambiente con humo de tabaco presentan eosinofilia e incre-mento de los niveles de IgE e IL-4. La administración de un suple-mento de aceite de pescado materno durante el embarazo redujola gravedad de la dermatitis atópica, asociada con una reducidasensibilización al huevo a la edad de un año y con alteracionesen la respuesta de citocinas neonatales in vitro(152). El suplemento

de aceite de pescado en niños de 6 meses redujo la aparición desibilancias en los niños atópicos de 3 años, pero no cambió elasma, el eccema o la sensibilización alérgica(153). El porqué loscambios de prevalencia de las enfermedades atópicas puedenser atribuidos a alteraciones en la dieta sigue siendo un tema deinvestigación no aclarado, pero está avalado por los resultadosque describen que niños que mantienen una dieta rica en pes-cados azules tienen un riesgo menor de padecer enfermedadesalérgicas. En los países occidentales ha crecido considerable-mente el consumo de alimentos que contienen ácido linoleico(omega 6), como los aceites vegetales, mientras que ha dismi-nuido el consumo de ácidos grasos poliinsaturados omega 3,como es el caso del aceite de pescado.

Todos estos datos sugieren que algunos eventos que se pro-ducen durante el embarazo o en el nacimiento pueden tener unefecto sobre la atopia muchos años después.

49Aspectos generales de las enfermedades alérgicas

Exposición

Gen ambiental Fenotipo Asociación Referencia

LTC4S Exposición a aspirina Asma Incremento del Alelo -444C en sujetos con asma Sanak y cols.(144)

inducida por aspirina vs asmáticos tolerantes a aspirina

ADRB2 Fumadores Asma Arg16 asociado con un incremento en el riesgo de tener Wang y cols.(145)

asma los fumadores

ADRB2 Actividad física Asma Gly16 aumenta el riesgo de asma en mujeres sedentarias Barr y cols.(146)

pero no en activas

TIM1 HAV Atopia HAV protege de la atopia sólo a sujetos con la inserción McIntire y cols.(147)

de 6 aminoácidos en el residuo 157

TLR4 Niveles de endotoxina Asma A altos niveles de exposición de endotoxina portadores Werner y cols.(148)

de Gly299 e Ile399 tienen un menor riesgo de asma que portadores de otros genotipos

CD14 Convivir con un perro Dermatitis atópica El genotipo -159TT es protector de dermatitis atópica en Gern y cols.(65)

desde el nacimiento el primer año de vida de niños que conviven con un perro

GSTM1 Partículas de diésel IgE y respuesta Incrementada respuesta en sujetos GSTM1-nulo, pero Gilliland y cols.(149)

histamínica no con otros genotipos

GSTP1 Partículas de diésel IgE y respuesta Incrementada respuesta en sujetos con el alelo Ile150, Gilliland y cols.(149)

histamínica pero no asociado con otros genotipos

NOS3 Asistencia a guarderías Cambio en la Homocigosidad para Asp298 asociada con pequeños Hofjan y cols.(150)

los primeros 6 meses respuesta Th2 en cambios en respuestas Th2 en niños que van a guardería de vida el 1er año de vida y mayores en niños que no van

FCERB1 Asistencia a guarderías Respuesta de IL-5 Alelo Gly237 asociado con descenso de Il-5 en niños que Hofjan y cols.(150)

los primeros 6 meses el 1er año de vida van a guarderías e incremento en niños que no vande vida

IL4RA Asistencia a guarderías Respuesta de IFN-γ Homocigosidad de Val50 asociada con menor respuesta Hofjan y cols.(150)

los primeros 6 meses el 1er año de vida en niños que van a la guardería y mayor respuesta en de vida niños que no van

HLAG Hiperreactividad Asma e HRB Alelo -964G asociado con asma en niños con madres Nicolae y cols.(143)

bronquial materna en niños con HRB, -964A asociado con atopia y asma en niños (HRB) de madres sin HRB

TABLA I. Ejemplos de interacción gen-medio ambiente sobre enfermedades atópicas y asma(103)

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La exposición al tráfico urbano y a ambientes de tabaco puedeestar asociada a la sensibilización alérgica, de modo que tales aso-ciaciones pueden estar confundidas por el status socioeconómico.El estrés psicológico está asociado con una mayor respuesta de lascélulas T frente a los alérgenos y mayores niveles de IgE total enlos dos primeros años de vida(154), mientras que un elevado índicede masa corporal y la pubertad precoz pueden estar asociados ala persistencia del asma de niños a adolescentes(155). El uso decremas que contienen aceite de cacahuete y la ingestión de lechede soja o una fórmula basada en la soja, están asociados con eldesarrollo de alergia a cacahuete(156). Los autores sugieren que laexposición a bajas dosis de aceite de cacahuete a través de la pielinflamada puede ser una causa importante de sensibilización.

CONCLUSIÓN

De esta revisión se deduce la enorme complejidad de lasenfermedades alérgicas. La implicación de múltiples genes inte-raccionando con diferentes factores ambientales es un conceptoque requiere estudios con un planteamiento diferente en elfuturo. Analizando conjuntamente temporalidad e interaccio-nes genes-ambiente, al igual que los efectos epigenéticos, secomprenderán mejor las causas de enfermedades complejascomo asma y enfermedades atópicas.

Si la adaptación a los estímulos por el sistema inmunitarioinnato es una indicación, está claro que existe una interaccióndinámica entre el genoma, el ambiente y el riesgo de desarro-llar enfermedades clínicas. El análisis genómico sugiere que haymuchos genes con efectos moderados. Probablemente se pro-bará que muchos de estos genes, que influyen en la respuestainmunitaria, son polimórficos, y esta relevancia clínica deberáser analizada en estudios de casos y controles, implicando apacientes con diferentes manifestaciones y severidad de la enfer-medad, obtenidos de poblaciones representativas con factoresambientales bien definidos.

El siguiente paso en la investigación genética debería conti-nuar analizando la naturaleza e importancia de interaccionesgenes-ambiente e intergénicas (genes-genes) en el desarrollo delos fenotipos alérgicos sobre la progresión de la enfermedad ysu gravedad y sobre la respuesta a las intervenciones terapéu-ticas. El objetivo es conseguir que los conocimientos obtenidosen los próximos años derivados de investigaciones en gené-tica-ambiente de las enfermedades alérgicas, den paso al cono-cimiento de la nueva medicina molecular.

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