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INTRODUCCIÓN Vivimos en un mundo potencialmente hostil, col-mado por un número sorprendente de agentes in-fecciosos (figura 1.1), de formas, tamaños, compo-sición y agresividad diversos que, sin duda, nosutilizarían como refugios para la propagación desus genes “egocéntricos” si no hubiéramos desarro-llado a su vez un conjunto de mecanismos de de-fensa. Estos mecanismos son, al menos, igualmenteeficaces e ingeniosos (con la excepción de muchasinfecciones parasitarias, en las cuales la situación sedescribe mejor como una tregua incómoda y a me-nudo incompleta) y pueden establecer un estado deinmunidad contra la infección (lat. immunitas, exen-to de). El funcionamiento de esos mecanismos es labase de la maravillosa ciencia denominada “Inmu-nología”.

Además de los poco conocidos factores constitu-cionales que inducen susceptibilidad innata en unaespecie y confieren resistencia a ciertas infeccionesen otra, se han descubierto diversos procesos anti-microbianos relativamente inespecíficos (p. ej., fa-gocitosis) que son innatos en el sentido de que noson afectdos intrínsicamente por el contacto previocon el agente infeccioso. Analizaremos estos proce-sos y cómo, por la inmunidad adquirida específi-ca, aumentan su eficacia en forma notable.

BARRERAS EXTERNAS CONTRA LA INFECCIÓN La forma más simple de evitar la infección es impe-dir el acceso de los microorganismos al cuerpo deun individuo (figura 1.2). En efecto, la principal lí-nea de defensa es la piel que, cuando está intacta,resulta impermeable a la mayoría de los agentes in-fecciosos; si hay pérdida cutánea, por ejemplo, enlas quemaduras, la infección se convierte en unproblema importante. Además, la mayoría de las

bacterias no sobrevive durante mucho tiempo so-bre la piel debido a los efectos inhibitorios directosdel ácido láctico y los ácidos grasos de las secrecio-nes sudoríparas y sebáceas, y al bajo pH que crean.Staphylococcus aureus constituye una excepción, yaque a menudo infecta los folículos pilosos y lasglándulas, relativamente vulnerables.

El moco secretado por las membranas que revis-ten las superficies internas del organismo actúacomo una barrera protectora que bloquea la adhe-rencia de las bacterias a las células epiteliales. Laspartículas microbianas y de otro tipo, extrañas alorganismo y atrapadas en el moco adhesivo, soneliminadas mediante artilugios mecánicos, comoel movimiento ciliar, la tos y el estornudo. Entreotros factores mecánicos que contribuyen a prote-ger las superficies epiteliales también se debeagregar la acción de lavado de las lágrimas, la sa-liva y la orina. Muchos de los líquidos corporalessecretados contienen componentes bactericidas,como ácido clorhídrico en el jugo gástrico, esper-mina y cinc en el semen, lactoperoxidasa en la le-che y lisozima en las lágrimas, las secreciones na-sales y la saliva.

Un mecanismo por completo diferente es el anta-gonismo microbiano asociado con la flora bacteria-na normal del organismo, que suprime el creci-miento superficial de muchas bacterias y hongospotencialmente patógenos por competición con nu-trientes esenciales o la producción de sustancias in-hibitorias. Por ejemplo, la invasión de patógenos eslimitada por el ácido láctico que producen determi-nadas especies de bacterias comensales, las cualesmetabolizan el glucógeno secretado por el epiteliovaginal. Cuando los comensales protectores son al-terados por la acción de los antibióticos, aumenta lasusceptibilidad a infecciones oportunistas por Can-dida y Clostridium difficile. Los comensales intestina-

1 Inmunidad innataCAPÍTULO 1

les también pueden formar colicinas, una clase debactericidinas que se unen a la superficie con carganegativa de las bacterias susceptibles e insertanuna horquilla helicoidal hidrófoba en la membrana;la molécula sufre entonces una transformación detipo “Dr. Jekyll y Mr. Hyde”, se torna completa-mente hidrófoba y forma en la membrana un canalregulado por voltaje que mata la célula por la des-trucción de su potencial energético. Incluso en estenivel la supervivencia es un juego difícil.

Si los microorganismos ingresan en el organismo,comienzan a actuar dos mecanismos defensivosimportantes: el efecto destructor de factores quími-cos solubles, como las enzimas bactericidas, y la fa-gocitosis, es decir, la ingestión por la célula (hito1.1).

LAS CÉLULAS FAGOCÍTICAS DESTRUYEN LOS MICROORGANISMOS

Los neutrófilos y los macrófagos son fagocitos “profesionales” diligentes

La endocitosis y la digestión de microorganismosson procesos asignados a dos tipos celulares princi-pales, a los que Metchnikoff denominó, a fines delsiglo XIX, micrófagos y macrófagos.

El neutrófilo polimorfonuclear Esta célula, la más pequeña de las dos, compartecon los demás elementos corpusculares de la san-gre un precursor común, la célula madre hemato-poyética, y es el leucocito dominante en el torrentesanguíneo. Es una célula de vida corta, que no sedivide, con un núcleo multilobulado y numerososgránulos (figura 1.3) que casi no se tiñen con los co-lorantes histológicos, como hematoxilina-eosina, adiferencia de las estructuras del eosinófilo y el ba-sófilo, estrechamente relacionados con el neutrófilo(figura 1.4). Los gránulos neutrófilos son de dos ti-pos principales: a) el gránulo primario azurófilo seforma al inicio del desarrollo (figura 1.4e), presentala típica morfología lisosómica y contiene mielope-roxidasa y la mayoría de los efectores antimicrobia-nos no oxidativos, como defensinas, proteína bacte-ricida estimuladora de la permeabilidad (BPI) y ca-tepsina G (figura 1.3); b) los gránulos secundariosespecíficos peroxidasa negativos que contienenlactoferrina, gran parte de la lisozima, fosfatasa al-calina (figura 1.4d) y citocromo b558 unido a mem-

CAPÍTULO 1 — INMUNIDAD INNATA2

Figura 1.1. El espectro enorme deagentes infecciosos que debe enfren-tar el sistema inmunitario. Si bien nose los suele clasificar como tales, por-que carecen de pared celular, los mico-plasmas son incluidos por convenien-cia entre las bacterias. Los hongosadoptan muchas formas y se dan losvalores aproximados de algunas de lasformas más pequeñas. , variaciónde tamaños observados por los mi-croorganismos indicados por la flecha;

, los microorganismos mencionadostienen el tamaño indicado por la fle-cha.

Figura 1.2. Primeras líneas de defensa contra la infección:protección por las superficies corporales externas.

CAPÍTULO 1 — INMUNIDAD INNATA 3

El perspicaz zoólogo ruso Elie Metchnikoff (1845-1916)descubrió que ciertas células especializadas median ladefensa contra las infecciones microbianas, por lo cualpuede ser considerado el padre del concepto general deinmunidad celular. Estaba intrigado por las células mó-viles de las larvas transparentes de estrella de mar yrealizó la observación fundamental de que, pocas horasdespués de introducir en esas larvas una espina de ro-sa, ésta era rodeada por las células móviles. Un año des-pués, en 1883, observó que las esporas de los hongospodían ser atacadas por las células sanguíneas de Daph-nia, un diminuto metazoo transparente que se puedeestudiar de manera directa con el microscopio. Metch-nikoff extendió sus investigaciones a los leucocitos demamíferos y demostró su capacidad de “engullir” mi-croorganismos mediante un mecanismo que denominófagocitosis.

Como comprobó que este proceso era aún más efi-caz en los animales que se recuperaban de una infec-ción, llegó a la conclusión algo polarizada de que la fa-gocitosis brindaba la principal defensa, si no la única,contra las infecciones. Continuó con la definición de laexistencia de dos tipos de fagocitos circulantes: el leu-cocito polimorfonuclear, al que denominó “micrófa-go”, y el “macrófago”, de mayor tamaño.

Hito 1.1 — Fagocitosis

Figura H1.1.1. Caricatura del profesor Metchnikoff en Chan-teclair, 1908, N° 4, p. 7. (Reproducción cedida por cortesía deThe Wellcome Institute Library, Londres.)

Figura H1.1.2. Reproducciones de algunas de las ilustracio-nes del libro de Metchnikoff, Comparative Pathology of Inflam-mation (1893). a) Cuatro leucocitos de rana con bacilos decarbunco en su interior; algunos están vivos y aparecen sinteñir, mientras que otros están muertos, han captado el co-lorante vesuvina y se tiñeron; b) dibujo de un bacilo de car-bunco, teñido con vesuvina, en un leucocito de rana; las dosfiguras representan dos fases del movimiento del mismo

leucocito, que contiene bacilos de carbunco teñidos en la va-cuola fagocítica; c) y d) cuerpo extraño (teñido) en una lar-va de estrella de mar rodeado por fagocitos fusionados pa-ra formar un plasmodio multinucleado, que se ve con ma-yor aumento en d); e) esta imagen permite apreciar la atrac-ción dinámica de los fagocitos móviles del mesénquima ha-cia un intruso extraño dentro de una larva de estrella demar.

brana (figura 1.3). Los abundantes depósitos deglucógeno se utilizan en la glucólisis, lo cual lespermite a las células actuar en condiciones de anae-robiosis.

El macrófago Estas células derivan de los promonocitos de la mé-dula ósea que, tras su diferenciación en monocitossanguíneos, se instalan por último en los tejidos co-mo macrófagos maduros donde constituyen el sis-tema fagocítico mononuclear (figura 1.5). Se en-cuentran en el tejido conectivo y alrededor de lamembrana basal de los vasos sanguíneos de peque-ño calibre, aparecen en mayor concentración en lospulmones (figura 1.4h; macrófagos alveolares), elhígado (células de Kupffer) y el revestimiento delos sinusoides esplénicos y los senos medulares delos ganglios linfáticos, donde ocupan localizacionesestratégicas para filtrar y eliminar el material extra-ño. Otros ejemplos son las células mesangiales delglomérulo renal, la microglia del encéfalo y los os-teoclastos de los huesos. A diferencia de los poli-

morfonucleares, son células de vida prolongada,con cantidades significativas de retículo endoplas-mático rugoso y mitocondrias (figura 1.8b); mien-tras los polimorfonucleares constituyen la principaldefensa contra las bacterias piógenas (formadorasde pus), en general se puede decir que los macrófa-gos están más preparados para combatir las bacte-rias (figura 1.4g), los virus y los protozoos capacesde vivir dentro de las células del huésped.

Los receptores de reconocimiento de patrones (PRR) de las células fagocíticas reconocen patrones molecularesasociados a patógenos (PAMP) y son activados por éstos

Es casi innecesario aclarar que el organismo proveeun medio interno muy complejo y que los fagocitosse enfrentan constantemente con una extraordina-ria variedad de células y moléculas solubles. Debencontar con mecanismos que les permitan distinguirestos componentes propios inocuos de los agentesmicrobianos lesivos y potencialmente peligrosos, y,como lo describe en forma tan adecuada Charlie Ja-neway, deben ser capaces de discriminar entre “lopropio no infeccioso y lo no propio infeccioso”. Co-mo propuso Polly Matzinger, no sólo se deben re-conocer las infecciones, sino también es necesariogenerar una señal “de peligro”.

En interés de la supervivencia del huésped, lascélulas fagocíticas han desarrollado un sistema dereceptores capaces de reconocer patrones molecula-res expresados sobre la superficie de los patógenos(PAMP, pathogen-associated molecular patterns) queson conservados (rara vez presentan mutaciones),son compartidos por un gran grupo de agentes in-fecciosos (lo cual evita la necesidad de demasiadosreceptores) y se distinguen con claridad de los pa-trones propios. Varios de estos receptores de reco-nocimiento de patrones (PRR, pattern recognition re-ceptors) se asemejan a las lectinas y se unen en for-ma multivalente y con especificidad considerable alos azúcares expuestos de la superficie microbiana,con sus características configuraciones tridimensio-nales rígidas (PAMP). No se unen de una maneraapreciable a los grupos de galactosa o ácido siálico,que suelen ser los azúcares último y penúltimo delos polisacáridos de superficie de los mamíferos, de modo tal que proporcionan las bases molecula-res para discriminar entre las células propias y lasmicrobianas no propias.

Un subconjunto importante de estos PRR perte-nece a las clase de los denominados receptores detipo Toll (TLR, Toll-like receptors) por su similitudcon el receptor Toll de la mosca de la fruta, Drosop-hila, que en el adulto activa una cascada intracelu-lar que da lugar a la expresión de péptidos antimi-crobianos en respuesta a la infección microbiana. Se


Figura 1.3. Ultraestructura del neutrófilo. Se distinguen bien elnúcleo multilobulado y los dos tipos principales de gránulos ci-toplasmáticos. (Cortesía del doctor D. McLaren.)


Figura 1.4. Células que intervienen en la inmunidad innata. a)Monocito que muestra el núcleo “en herradura” y el citoplasmapálido, moderadamente abundante. Obsérvense los tres neutrófi-los polimorfonucleares multilobulados y el linfocito pequeño (án-gulo inferior izquierdo). Coloración de Romanowsky. b) Dos mo-nocitos teñidos para esterasa no específica mediante α-naftil ace-tato. Se aprecia el citoplasma vacuolado. La pequeña célula continción focal en la parte superior es un linfocito T. c) Cuatro leu-cocitos polimorfonucleares (neutrófilos) y un eosinófilo. Se distin-guen con claridad los núcleos multilobulados y los gránulos cito-plasmáticos; los del eosinófilo presentan una tinción muy intensa.d) Neutrófilo polimorfonuclear con gránulos citoplasmáticos te-ñidos para fosfatasa alcalina. e) Neutrófilos tempranos en médu-la ósea. Los gránulos primarios azurófilos (PG), en principioagrupados cerca del núcleo, se desplazan hacia la periferia, don-de los gránulos neutrófilos específicos son formados por el apara-to de Golgi a medida que la célula madura. El núcleo se torna gra-dualmente lobular (LN) Giemsa. f) Células inflamatorias del sitiode una hemorragia cerebral, con un gran macrófago activo en elcentro que contiene eritrocitos fagocitados y vacuolas destacadas.

A la derecha se observa un monocito con núcleo en herradura ycristales de bilirrubina (hematoidina) en el citoplasma. Se distin-guen con claridad varios neutrófilos multinucleados. Giemsa. g)Macrófagos en cultivos en monocapa tras la fagocitosis de mico-bacterias (teñidas de rojo). Carbolfucsina con tinción de contrastede verde de malaquita. h) Numerosos macrófagos alveolaresgrandes en espacios aéreos dentro del pulmón. i) Basófilo con grá-nulos intensamente teñidos, comparado con un neutrófilo (abajo).j) Mastocito de médula ósea. Núcleo central redondo rodeado porgrandes gránulos oscuros. En la parte inferior se muestran dos pe-queños precursores de eritrocitos. Coloración de Romanowsky. k)Mastocitos tisulares en la piel, teñidos con azul de toluidina. Losgránulos intracelulares son metacromáticos y se tiñen de colorpúrpura rojizo. Obsérvese la agrupación cerca de los capilaresdérmicos. (Las diapositivas de las que se reprodujeron las ilustra-ciones a, b, d, e, f, i y j fueron gentilmente cedidas por el señor M.Watts, del Departamento de Hematología del Middlesex HospitalMedical School; c cortesía del profesor J.J. Owen; g de los profeso-res P. Lydyard y G. Rook, h del doctor Meryl Griffiths y k del pro-fesor N. Woolf.)

a b c

d e f

g h i

j k

han identificado varios TLR de la superficie celularque actúan como sensores de las infecciones extra-celulares (cuadro 1.1) y que son activados por ele-mentos microbianos como peptidoglucano, lipo-proteínas, lipoarabinomanano micobacteriano, zi-mosán de levaduras y flagelina.

Los fagocitos también despliegan otro conjuntode PRR de unión celular, las lectinas tipo C (depen-dientes del calcio), entre las que puede citarse comoejemplo el receptor para manosa del macrófago. Es-tas proteínas transmembrana tienen múltiples do-minios de reconocimiento de hidratos de carbonocuya ocupación con sus PAMP microbianos relacio-nados genera una señal de activación intracelular.Los receptores depuradores (scavenger receptors) re-presentan aún una clase adicional de receptores fa-gocíticos que reconocen una diversidad de políme-ros aniónicos y proteínas acetiladas de baja densi-dad. Merece alguna atención la función de la molé-cula recolectora de detritos CD14 en el tratamientodel LPS (endotoxina) de las bacterias gramnegati-vas, ya que en caso contrario se puede producir unshock séptico. La porción de lípido A biológicamen-te reactiva de LPS es reconocida por una proteínaplasmática de unión al LPS, y el complejo, que escapturado por la molécula CD14 recolectora de de-tritos en la célula fagocítica, activa el TLR4. Comosucede con la ocupación de los otros TLR de la su-perficie microbiana por sus PAMP microbianos rela-cionados que alertan a la célula del peligro e inicianel proceso fagocítico, éste a su vez desencadena unconjunto de procesos que culminan con la libera-ción del NFκB a partir de su inhibidor. El NFκB es

translocado al núcleo y, junto con losfactores de transcripción reguladoresde interferón, induce la fagocitosisacompañada por la liberación de me-diadores proinflamatorios (cuadro 1.1).Éstos comprenden los interferones an-tivirales (véase p. 305), las pequeñasproteínas citocinas interleucina-1β (IL-1 β), IL-6, IL-12 y TNF (TNFα) (véase p.186) que activan otras células a travésde la unión con receptores específicos,y quimiocinas como IL-8 que represen-tan un subconjunto de citocinas con ac-tividad quimiotáctica.

Si ahora dirigimos la atención a losagentes infecciosos que ganaron el inte-rior de la célula, los productos microbia-nos de degradación nucleotídica puedenser reconocidos por las denominadasproteínas NOD y el motivo CpG delDNA típicamente se une al TLR9 endo-sómico. Otros receptores endosómicos

de tipo Toll, TLR3 y TLR7/8, se unen a secuencias delRNA viral intracelular.

Además de activar la fagocitosis, la unión a PAMPlibera con rapidez un grupo de diversas proteínasmultifuncionales del huésped que reclutan y pro-graman a macrófagos y células dendríticas para lainteracción con los linfocitos con el fin de iniciar lasrespuestas inmunitarias adaptativas (que se descri-birán en el capítulo siguiente) a través de la diferen-ciación de células dendríticas inmaduras y la regu-lación positiva de las moléculas coestimuladorasfundamentales B7.1 y B7.2 (véase p. 190). Estos po-derosos inmunoestimulantes, que incluyen las de-fensina y la catelicidina, que son de por sí antimi-crobianos, actúan como señales de alerta tempranapara preparar las respuestas inmunitarias innata yadaptativa.

La muerte celular programada (apoptosis; véasemás delante) es un componente esencial del desa-rrollo embrionario y el mantenimiento del estadofisiológico normal. Las células muertas deben sereliminadas por fagocitosis, pero como no represen-tan ningún “peligro”, esto tiene lugar en forma si-lenciosa, sin activar las señales de alarma. En con-secuencia, el reconocimiento de las células apoptó-sicas por los macrófagos, directamente, a través delreceptor CD14, e indirectamente, a través de launión de C1q a los nucleosomas de superficie (véa-se p. 485), tiene lugar sin provocar la liberación demediadores proinflamatorios. En agudo contraste,las células lesionadas por infecciones y que sufrennecrosis liberan proteína 60 endógena del choquetérmico, que actúa como señal de peligro para las


Figura 1.5. Sistema fagocítico mononuclear. Los precursores promonocitos de lamédula ósea evolucionan a monocitos de la sangre circulante, que luego se dis-tribuyen en todo el organismo como macrófagos maduros (Macr.), según semuestra. La otra célula fagocítica importante, el neutrófilo polimorfonuclear, es-tá en su mayor parte confinado al torrente sanguíneo, excepto cuando es recluta-do por los sitios de inflamación aguda.

células fagocíticas y establece una respuesta infla-matoria protectora.

Los microorganismos son ingeridos por células fagocíticasactivadas

Tras la adherencia del microorganismo a la superfi-cie del neutrófilo o macrófago a través del recono-cimiento de un PAMP (figura 1.6.2), la señal obteni-da (figura 1.6.3) inicia la fase de ingestión median-te la activación de un sistema contráctil de actina-miosina que extiende seudópodos alrededor de lapartícula (figuras 1.6.4 y 1.7); cuando se adhierende modo secuencial receptores adyacentes a la su-perficie del microorganismo, la membrana cito-plasmática es traccionada alrededor de la partículaen forma similar a una “cremallera”, hasta incluir-la por completo en una vacuola (fagosoma; figuras1.6.5 y 1.8). Los procesos se suceden a continuacióncon eficiencia y al cabo de un minuto los gránuloscitoplasmáticos se fusionan con el fagosoma y libe-

ran sus contenidos alrededor del microorganismocapturado (figuras. 1.6.7 y 1.8), que es sometido a laacción de una serie extraordinaria de mecanismosbactericidas.

Hay un amplio espectro de mecanismos de destrucción

Destrucción por especies reactivas del oxígeno Para el invasor el problema comienza en el mo-mento en que se inicia la fagocitosis. Hay un nota-ble incremento de la desviación de la hexosa mo-nofosfato, que genera menor cantidad del nicotina-mida adenina dinucleótido fosfato reducido(NADPH). Los electrones pasan desde NADPH auna flavoproteína de membrana que contiene fla-vina adenina dinucleótido (FAD) y luego a un cito-cromo (cyt b558) plasmático singular. Éste tiene unpotencial de oxidorreducción de punto medio muybajo de –245 mV, lo cual le permite reducir el oxí-geno molecular directamente a anión superóxido(figura 1.9a). Por lo tanto, la reacción clave catali-


Cuadro 1.1. Las ”señales de peligro” microbianas PAMP activan a los macrófagos y las células dendríticas a través de los recep-tores de tipo Toll. El encuentro del complejo PAMP con el receptor celular estimula secuencias de reacciones intracelulares que con-ducen a la activación de NFκB y otros factores de transcripción. Las moléculas efectoras inducen la fagocitosis y reclutan y progra-man las células presentadoras de antígeno para la iniciación de las respuestas inmunitarias adaptativas (véase capítulo 2).

Superficie celular TLR1 TLR1/TLR2 TLR2/TLR6

TLR4

TLR5

TLR10

Endosómico TLR3

TLR7/8

TLR9

Peptidoglucano de grampositivos Lipoproteínas Lipoarabinomanano micobacteriano Zimosán de levaduras

LPS de gramnegativas

Flagelina

Desconocido

RNA bicatenario viral

RNA monocatenario viral Imidazoquinolinas (fármacos antivirales)

CpG del DNA bacteriano y viral Hemozoína palúdica

IRF5NFκB

IRF3NFκB IRF5

NFκB IRF5

NFκB

IRF3NFκB

IRF7

NFκB IRF5

Citocinas inflamatorias

IFNβ




IFNβ

IFNα


IRF, factor de transcripción regulador de interferón.

Receptor de tipo Toll

Reconoce Patrones molecularesasociados a patógenos (PAMP)

Producen Inducen Factores detranscripción

Moléculas efectoras


Figura 1.6. Fagocitosis y destrucción deuna bacteria. Estadios 3/4, estallido res-piratorio y activación de NADPH oxida-sa; estadio 5, daño por especies reactivasdel oxígeno; estadios 6/7, daño por ac-ción de peroxidasa, proteínas catiónicas,defensinas peptídicas antibióticas, lisozi-ma y lactoferrina.

a b

Figura 1.7. Adherencia y fagocitosis. a) Fagocitosis de Candida albicans por unleucocito polimorfonuclear (neutrófilo).La adherencia al manano de la superficiede la pared de la levadura inicia la inclu-sión de la partícula fúngica dentro de los“brazos” citoplasmáticos. Los gránuloslisosómicos son abundantes, pero hayescasas mitocondrias (15.000×). b) Fago-citosis de C. albicans por un monocito,donde se muestra la formación casi com-pleta del fagosoma (flechas) alrededor deun microorganismo y la ingestión com-pleta de otros dos (5.000×). (Cortesía deldoctor H. Valdimarsson.)

a b

Figura 1.8. Formación del fagolisosoma.a) Neutrófilo 30 minutos después de laingestión de C. albicans. El citoplasma yaestá desgranulado en parte y dos gránu-los de lisosoma (flechas) se fusionan conla vacuola fagocítica. Se destacan dos ló-bulos del núcleo (5.000×). b) Imagen conmayor aumento de a), en la que se obser-van gránulos fusionados que vuelcan sucontenido en la vacuola fagocítica (fle-chas) (33.000×). (Cortesía del doctor H.Valdimarsson.)

zada por esa NADPH oxidasa, que inicia la forma-ción de especies reactivas del oxígeno (IRO), es lasiguiente:

oxidasa

NADPH + O2 n NADP+ + •O2- (anión superóxido)

El anión superóxido se convierte en peróxido dehidrógeno bajo la influencia de la superóxido dis-mutasa y luego en radicales oxhidrilo (⋅⋅OH). Cadauno de estos productos tiene notable reactividadquímica y una amplia variedad de blancos molecu-lares, por lo cual son agentes antimicrobianos ex-traordinarios; en particular, el ⋅⋅OH es uno de los ra-dicales libres más reactivos que se conocen. Ade-más, la combinación de peróxido, mieloperoxidasae iones haluro constituye un poderoso sistema ha-logenante, capaz de destruir bacterias y virus (figu-ra 1.9a). Si bien el H2O2 y los compuestos halogena-dos no son tan activos como los radicales libres, tie-nen más estabilidad y por ello se difunden mejor, y,en consecuencia, son tóxicos para los microorganis-mos en las inmediaciones extracelulares.

Destrucción por especies reactivas del nitrógeno El óxido nítrico surgió como un mediador fisioló-gico destacado cuando se demostró que era idénti-

co al factor de relajación derivado del endotelio. Seha demostrado que ésta es sólo una de sus nume-rosas funciones (aunque parezca asombroso, tam-bién actúa en la erección del pene), pero en estecontexto tiene mayor interés su formación por unaNO· sintasa inducible (iNOS) dentro de la mayoríade las células, pero sobre todo en macrófagos yneutrófilos humanos, por lo cual crea un poderososistema antimicrobiano (figura 1.9b). Mientras quela NADPH oxidasa tiene la función de destruir mi-croorganismos extracelulares, captados por fagoci-tosis y atrapados dentro de la vacuola fagocítica, elmecanismo NO· puede actuar contra agentes queinvaden el citosol; por lo tanto, no sorprende quela mayoría de las células no fagocíticas, capaces deser infectadas por virus y otros parásitos, estén do-tadas de capacidad iNOS. El mecanismo de acción


Figura 1.9. Mecanismos antimicrobianos de las células fagocí-ticas. a) Producción de intermediarios reactivos del oxígeno. Loselectrones provenientes de NADPH son transferidos por la enzi-ma flavocitocromo oxidasa al oxígeno molecular, para formar lasespecies moleculares microbicidas que se muestran en los recua-dros anaranjados. [Para los más estudiosos: el agente que desenca-dena la fagocitosis se une a un receptor transmembrana de sietedominios, ligado a proteína G clásica, que activa una proteína deunión al trifosfato de guanosina (GTP) intracelular. A su vez, es-ta última proteína activa un conjunto de enzimas: la fosfoinosi-tol-3-cinasa, que interviene en la reorganización citoesqueléticasubyacente a las respuestas quimiotácticas (p. 10), la fosfolipasa-Cγ2, que media los procesos tendientes a la desgranulación liso-sómica y la fosforilación de phox p47, a través de la activación dela proteincinasa C y de los sistemas de cinasas MEK y MAP (véa-se figura 8.7), que controlan el ensamble de la NADPH oxidasa.Esta enzima está compuesta por el citocromo b558 de la membra-na, que consiste en una proteína hémica p21 ligada a gp9l con si-tios de unión para NADPH y FAD en su cara intracelular, dondese translocan p47 y p67 fosforiladas desde el citosol al activarsela oxidasa.] b) Generación de óxido nítrico. La enzima, que es-tructuralmente se asemeja a NADPH, puede ser inhibida por elanálogo de arginina N-monometil-L-arginina (L-NMMA). Lacombinación de NO· con el anión superóxido produce el radicalperoxinitrito ⋅⋅ONOO sumamente tóxico, que se escinde al acep-tar un protón y forma moléculas reactivas ⋅⋅OH y NO2. El NO·puede formar complejos mononucleares ditioldinitroso de hie-rro, lo cual da como consecuencia el agotamiento de los depósi-tos de hierro y la inhibición de varias enzimas. c) La base de lossistemas antimicrobianos independientes del oxígeno.

puede ser a través de la degradación de los gruposprostéticos Fe-S de determinadas enzimas trans-portadoras de electrones, la disminución de hierroy la producción de radicales tóxicos •ONOO. En laactualidad se sabe que el gen N-ramp, relacionadocon la resistencia a microorganismos como el baci-lo de Calmette-Guérin (BCG), Salmonella y Leishma-nia, capaces de vivir en un hábitat intracelular, ex-presa una proteína que forma un canal de trans-membrana susceptible de intervenir en el trans-porte de NO· a través de las membranas de los li-sosomas.

Destrucción por antimicrobianos preformados (figura 1.9c)Estas moléculas, contenidas en los gránulos de lospolimorfonucleares, entran en contacto con el mi-croorganismo ingerido cuando tiene lugar la fusióncon el fagosoma. La dismutación del superóxidoconsume los iones hidrógeno y eleva ligeramente elpH de la vacuola, lo cual permite el funcionamien-to óptimo de la familia de proteínas y péptidos ca-tiónicos. Éstos se conocen como defensinas, pesan3,5-4 kDa y siempre tienen un alto contenido de ar-ginina, que en el fagosoma alcanza concentracionesincreíblemente elevadas, del orden de 20-100mg/mL. Al igual que las colicinas bacterianas re-cién descritas, su estructura anfipática les permiteinsertarse en las membranas microbianas para for-mar canales iónicos regulados por voltaje desesta-bilizantes (cabe preguntarse “quién” copió a“quién”). En concentraciones de 10-100 μg/mL, es-tos péptidos antibióticos actúan como desinfectan-tes contra un amplio espectro de bacterias grampo-sitivas y gramnegativas, muchos hongos y variosvirus provistos de envoltura. Muchos muestranuna notable selectividad para los microorganismosprocariontes y eucariontes en relación con las célu-las huésped, que en parte depende de la diferentecomposición lipídica de las membranas. Impresio-na la capacidad de esta herramienta de una simple-

za sorprendente para discriminar grandes clases decélulas no propias –es decir, los microorganismos–de lo propio.

Como si esto no fuera suficiente, las membranasbacterianas son lesionadas además por la acción deuna proteinasa neutra (catepsina G) y por la transfe-rencia directa a la superficie microbiana de la BPI, locual incrementa la permeabilidad bacteriana. El pHbajo, la lisozima y la lactoferrina constituyen factoresbactericidas o bacteriostáticos, independientes deloxígeno, que pueden actuar en condiciones de anae-robiosis. Es interesante destacar que la lisozima y lalactoferrina tienen acción sinérgica (figura 1.10). Porúltimo, los microorganismos muertos son digeridospor enzimas hidrolíticas y los productos de degrada-ción se liberan al exterior (figura 1.6.8).

Por el momento aceptaremos la presunción de queel lector está amparado por el impresionante poten-cial antimicrobiano de las células fagocíticas. Pero sedeben considerar ciertos obstáculos; nuestro formi-dable arsenal es inútil a menos que el fagocito pue-da a) ser “atraído” por el microorganismo; b) adhe-rirse a éste, y c) responder mediante la activación dela membrana que inicia la fagocitosis. Algunas bac-terias producen sustancias químicas, como el pépti-do formil-Met.Leu.Phe, que atraen y dirigen los leu-cocitos a través de un proceso denominado quimio-taxis; numerosos microorganismos se adhieren a lasuperficie del fagocito y muchos generan en formaespontánea la señal de iniciación de membrana ade-cuada. Sin embargo, nuestros abundantes adversa-rios microbianos sufren mutaciones permanentesque generan nuevas especies capaces de superar lasdefensas mediante la producción de compuestos di-ferentes de los mencionados. Cabe entonces pregun-tarse qué hacer. El organismo ha resuelto estos pro-blemas con la facilidad natural que proviene de va-rios millones de años de evolución mediante el desa-rrollo del sistema del complemento.

EL COMPLEMENTO FACILITA LA FAGOCITOSIS

El complemento y su activación

Complemento es el nombre dado a un conjuntocomplejo de alrededor de 20 proteínas, que, juntocon la coagulación sanguínea, la fibrinólisis y laformación de cininas, constituye uno de los siste-mas de enzimas activadoras desencadenantes en-contradas en el plasma. Estos sistemas se caracteri-zan por producir una respuesta rápida y muy am-plificada frente a un estímulo desencadenante me-diado por un fenómeno en cascada, en el cual elproducto de una reacción es el catalizador enzimá-tico de la reacción que sigue.


Figura 1.10. Acción microbicida sinérgica de la lisozima y lalactoferrina. (Reproducida con autorización de Singh P.K. ycols. [2000] American Journal of Physiology 279, L799-L805.)

Algunos de los componentes del complemento sedesignan con la letra “C” seguida por un númerorelacionado más con la cronología de su descubri-miento que con su posición en la secuencia de reac-ción. El componente más abundante y esencial esC3, con peso molecular de 195 kDa y una concen-tración plasmática de alrededor de 1,2 mg/mL.

C3 sufre escisión espontánea lenta En condiciones normales, un enlace tioléster internoen C3 (figura 1.11) se activa espontáneamente a muybaja velocidad, sea por reacción con agua o con ves-tigios de una enzima proteolítica plasmática, paraformar un compuesto intermedio reactivo: el pro-ducto de escisión C3b o una molécula de función si-milar denominada C3i o C3(H2O). En presencia deMg2+ se pueden formar complejos con otro compo-nente del complemento, el factor B, que luego es es-cindido por una enzima normal del plasma (factorD) para generar C3bBb. Cabe destacar que por con-vención se ha establecido que una barra sobre uncomplejo denota actividad enzimática y que en la es-cisión de un componente del complemento por logeneral se denomina con el sufijo “b” el producto demayor tamaño y con “a” el más pequeño.

C3bBb tiene una importante actividad enzimáticanueva: es una C3 convertasa, capaz de dividir C3 enC3a y C3b. Se analizarán brevemente las importantesconsecuencias biológicas de la escisión de C3 relacio-nadas con las defensas microbianas, pero en condi-ciones normales debe haber algún mecanismo querestrinja este proceso hasta un nivel “crítico” ya quetambién puede dar origen a más C3bBb, es decir, setrata de un circuito de retroalimentación positivacon posibilidades de descontrol (figura 1.12). Comosucede con todas las cascadas potencialmente explo-sivas, hay poderosos mecanismos reguladores.

La concentración de C3b suele estar estrechamentecontrolada En solución, la C3bBb convertasa es inestable y elfactor B es desplazado con facilidad por otro com-ponente, el factor H, para formar C3bH susceptiblede ser atacado por el inactivador de C3b, factor I(figura 1.12; mayores detalles en la p. 348). El iC3binactivado carece de actividad biológica y sufre ladegradación ulterior por acción de las proteasas delos líquidos corporales. Más adelante se analizaránotros mecanismos reguladores (véase p. 348).

La C3 convertasa es estabilizada en la superficiemicrobiana Varios microorganismos pueden activar la C3bBbconvertasa para generar gran cantidad de produc-tos de escisión de C3 mediante la estabilización dela enzima en sus superficies (hidrocarbonadas), porlo cual el C3b es protegido del factor H. Otra pro-teína, la properdina, actúa entonces sobre esa con-vertasa fijada para estabilizarla más aún. CuandoC3 es escindida por la enzima unida a la membra-na de superficie para formar C3b naciente, sufre uncambio de conformación y queda expuesto el enla-ce tioléster interno potencialmente reactivo. Dadoque la vida media de C3b naciente es inferior a 100microsegundos, sólo puede difundirse a través deuna distancia corta antes de formar enlaces cova-lentes con grupos oxhidrilo o amino disponiblessobre la superficie celular microbiana (figura 1.11).De este modo, cada sitio catalítico produce acumu-lación de gran cantidad de moléculas de C3b sobreel microorganismo. Este conjunto de reacciones di-rigidas a la degradación de C3, provocada directa-mente por los microorganismos, se ha denominadovía alternativa de activación del complemento (fi-gura 1.12).


Figura 1.11. Base estructural de la escisión de C3 por la C3 convertasa y su enlace covalente con grupos ⋅⋅OH o ⋅⋅NH2 en la superficiecelular por exposición de los enlaces tioléster internos. La escisión posterior da lugar a fragmentos cada vez más pequeños, C3dg yC3d, adheridos a la membrana. (Basado en lo esencial en Law SHA and Reid K.B.M. [1988] Complement, figura 2-4. IRL Press, Oxford.)

La vía posterior a C3 genera un complejo de ataque de membranaEl reclutamiento de otra molécula de C3b por elcomplejo enzimático C3bBb genera una C5 conver-tasa, que activa a C5 por escisión proteolítica, libe-ra un polipéptido pequeño, C5a, y queda el frag-mento C5b de mayor tamaño unido en forma laxacon C3b. La adherencia secuencial de C6 y C7 a C5bda lugar a un complejo con un sitio de unión demembrana transitorio y afinidad por la cadena delpéptido β de C8. La cadena C8α se sitúa sobre lamembrana y dirige los cambios de conformaciónen C9, que lo transforman en una molécula anfipá-tica capaz de insertarse en la bicapa lipídica (véasecolicinas, p. 2) y de polimerizarse para constituir uncomplejo de ataque de membrana anular (MAC;figuras 1.13 y 2.4). Se forma así un canal transmem-brana totalmente permeable a los electrólitos y elagua, en el que, y debido a la elevada presión os-mótica coloidal interna, hay un flujo neto hacia elinterior de Na+ y agua que a menudo conduce a lalisis.

El complemento tiene una diversidad de funciones biológicasdefensivas

Estas funciones se pueden agrupar de un modoconveniente bajo tres títulos:

1. C3b se adhiere a los receptores para el complemento

Las células fagocíticas tienen receptores para C3b(CR1) e iC3b (CR3), que facilitan la adherencia delos microorganismos recubiertos por C3b a la su-perficie celular (descrito con mayor detalle en la p.293).

2. Son liberados fragmentos con actividad biológica C3a y C5a, los pequeños péptidos escindidos de lasmoléculas originales durante la activación del com-plemento, tienen varias funciones importantes.Ambos actúan directamente sobre los fagocitos, enespecial los neutrófilos, para estimular el estallidorespiratorio asociado con la producción de especiesreactivas del oxígeno y aumentar la expresión de


Figura 1.12. Activación microbiana de la víaalternativa del complemento por estabiliza-ción de la C3 convertasa (C3bBb) y su controlpor los factores H e I. Cuando está unido a lasuperficie de una célula huésped o en la fase lí-quida, se dice que el C3b en la convertasa está“desprotegido”, ya que su afinidad por el factorH es mucho mayor que por el factor B, por locual es susceptible a la degradación por los fac-tores H e I. Sobre una superficie microbiana,C3b se une al factor B con mucha mayor inten-sidad que al factor H, de manera que está “pro-tegido” o “estabilizado” contra la escisión, in-cluso más cuando luego se une a la properdina.Si bien en términos filogenéticos ésta es la víamás antigua del complemento, se descubriódespués de otra que se analizará en el próximocapítulo, por lo cual recibió la denominación“alternativa”. representan un procesode activación. La barra horizontal sobre uncomponente designa su activación.

los receptores de superficie para C3b e iC3b. Ade-más, ambos son anafilatoxinas por su capacidad dedesencadenar la liberación de mediadores de losmastocitos (figuras 1.4k y 1.14) y su contrapartida cir-culante, el basófilo (figura 1.4i), un fenómeno de talrelevancia para esta descripción que en la figura 1.15

se presentan detalles de los mediadores y sus accio-nes; obsérvense en particular las propiedades qui-miotácticas de estos mediadores y sus efectos sobrelos vasos sanguíneos. El C3a ejerce por sí mismo ac-ción quimiotáctica sobre los eosinófilos, mientrasque C5a es un poderoso agente quimiotáctico delos neutrófilos y también tiene una notable capaci-dad para actuar directamente sobre el endotelio ca-pilar con producción de vasodilatación y aumentode la permeabilidad, efectos que parecen ser pro-longados por el leucotrieno B4 liberado por losmastocitos, los neutrófilos y los macrófagos activados.


Figura 1.13. Vía posterior a C3 que genera C5a y el complejode ataque de membrana C5b-9 (MAC). a) Esquema de ensam-ble molecular. El cambio de conformación de la estructura de laproteína C9, que la convierte de una molécula hidrófila en otraanfipática (portadora de regiones hidrófobas e hidrófilas), pue-de ser interrumpido por un anticuerpo generado contra pépti-dos lineales derivados de C9; como que el anticuerpo no reac-ciona con las formas solubles o unidas a membrana de la molé-cula, debe detectar una estructura intermedia revelada transito-riamente en un reordenamiento estructural muy profundo. b)Micrografía electrónica de un complejo de membrana C5b-9 in-corporado a membranas liposómicas que muestran con clari-dad la estructura anular. El complejo cilíndrico se observa des-de el lado insertado en la membrana del liposoma de la izquier-da, y desde el extremo en el de la derecha. Si bien es una estruc-tura espléndida, es posible que la formación del cilindro anularC9 no sea esencial para la alteración citotóxica de la membranade la célula diana, ya que eso se puede lograr mediante la inser-ción de moléculas C9 anfipáticas demasiado escasas para for-mar un MAC claramente definido. (Cortesía del profesor J. Tra-num-Jensen y el doctor S. Bhakdi.)

Figura 1.14. Mastocito o célula cebada. a) Célula en reposo conmuchos gránulos unidos a la membrana que contienen media-dores preformados. b) Mastocito activado. Los gránulos han li-berado su contenido y su morfología está alterada, por lo cualson más grandes y menos electrondensos. Si bien la mayor par-te de los gránulos alterados se mantiene dentro de la circunfe-rencia de la célula, se abren al espacio extracelular. (Microgra-fías electrónicas 5.400×) (Cortesía de los doctores D. Lawson, C.Fewtrell, B. Gomperts y M.C. Raff, Journal of Experimental Medi-cine 1975; 142, 391.)

3. El complejo terminal puede inducir lesiones de membranaComo ya se describió, la inserción del complejo deataque de membrana en una membrana puede pro-ducir lisis celular. Afortunadamente, el complemen-to es bastante poco eficaz en la lisis de las membra-nas celulares autólogas del huésped debido a la pre-sencia de proteínas de control (véase p. 348).

EL COMPLEMENTO PUEDE MEDIAR UNA REACCIÓN INFLAMATORIA AGUDA Ahora es posible organizar un escenario defensivoorquestado con eficacia, iniciado por la activación dela vía alternativa del complemento (figura 1.16).

En el primer acto, C3bBb es estabilizado sobre lasuperficie del microorganismo y escinde grandes

cantidades de C3. Se libera el fragmento C3a, perolas moléculas C3b se fijan en abundancia sobre elmicroorganismo y activan el próximo paso de la se-cuencia, para generar C5a y el complejo de ataquede membrana (si bien muchos microorganismos re-sisten su acción).

El mastocito desempeña una función central

En el próximo paso, C3a y C5a, junto con los media-dores que activan a partir de los mastocitos, intervie-nen en el reclutamiento de fagocitos polimorfonu-cleares y más componentes plasmáticos del comple-mento hacia el sitio de invasión microbiana. La rela-jación inducida en las paredes arteriolares incremen-ta el flujo sanguíneo y la dilatación de los vasos de pe-queño calibre, mientras que la contracción de las cé-


Fig. 1-15. La estimulación de mastocitoscausa la liberación de mediadores pordos vías principales: a) liberación de me-diadores preformados que se encuentranen los gránulos; b) metabolismo del ácidoaraquidónico producido por activación deuna fosfolipasa. El Ca2+ y el AMP cíclicointracelulares son esenciales para la ini-ciación de estos procesos, pero aún se des-conocen los detalles. La activación de losmastocitos puede producirse a través deC3a, C5a e incluso algunos microorganis-mos capaces de actuar directamente sobrelos receptores de la superficie celular. Enla página 374 se describe la heterogenei-dad de los mastocitos. ECF, factor quimio-táctico de eosinófilos; GM-CSF, factor esti-mulante de colonias de granulocitos ymacrófagos; NCF, factor quimiotáctico deneutrófilos. La quimiotaxis designa la mi-gración dirigida de los granulocitos a fa-vor del gradiente de concentración delmediador del mecanismo.

lulas endoteliales capilares permiten la exudación deproteínas plasmáticas. Bajo la influencia de las qui-miotaxinas, los neutrófilos se desplazan con mayorlentitud y al estimularse la expresión de las molécu-las de adhesión de superficie se marginan sobre lasparedes de los capilares, a las que atraviesan por bre-chas entre las células endoteliales (diapédesis) a favordel gradiente de concentración de factores quimiotác-ticos, hasta que se enfrentan con el microorganismorecubierto por C3b. Entonces tiene lugar la adheren-cia a los receptores C3b de los neutrófilos; C3a y C5a,en concentraciones bastante elevadas en el gradientequimiotáctico, activan el estallido respiratorio y pue-de comenzar la destrucción del último acto.

Los procesos de dilatación capilar (rubor), exuda-ción de proteínas plasmáticas y de líquido (edema)por los cambios de presiones hidrostática y osmóti-ca, y la acumulación de neutrófilos se denominanen conjunto respuesta inflamatoria aguda.

Los macrófagos también pueden hacerlo Aunque aún no se cuenta con la misma certeza quese tiene sobre la función del mastocito en la infla-mación aguda, parece surgir el concepto de que elmacrófago tisular podría mediar un conjunto para-lelo de procesos con el mismo resultado final. Losprocesos fagocíticos inespecíficos y ciertas toxinas

bacterianas, como los lipopolisacáridos (LPS), pue-den activar a los macrófagos; pero no hay dudas deque la fagocitosis de microorganismos opsonizadoscon C3b y la acción directa de C5a, generado poractivación del complemento, inducen una copiosasecreción celular de mediadores solubles de la res-puesta inflamatoria aguda (figura 1.17).

Estos compuestos ejercen una regulación positivasobre la expresión de moléculas de adhesión deneutrófilos sobre la superficie de las células endote-liales, aumentan la permeabilidad capilar y favore-cen la quimiotaxis y la activación de los neutrófilospolimorfonucleares. En consecuencia, bajo el estí-mulo de la activación del complemento, el macró-fago sufre una serie de procesos celulares que re-fuerza la vía mediada por los mastocitos y conducea la inflamación aguda: otro de los sistemas redun-dantes de seguridad del organismo (a menudo de-nominado principio de “cinto y tirantes”).

LOS MECANISMOS HUMORALES PROPORCIONAN UNA SEGUNDA ESTRATEGIA DEFENSIVA

Factores antimicrobianos en las secreciones

Al volver ahora a los sistemas de defensa mediadosen su totalidad por factores solubles, cabe recordar


Figura 1.16. Estrategia defensiva de lareacción inflamatoria aguda iniciadapor la activación bacteriana de la víaalternativa del complemento. Direccio-nes: ①, comienza con la activación de laC3 convertasa C3bBb por la bacteria; ②,se observa la generación de C3b (③ quese une a la bacteria), C3a y C5a, ➃, quereclutan mediadores de mastocitos; ➄,siguen sus efectos sobre la dilatación ca-pilar y el exudado de proteínas plasmá-ticas, y ➅, la atracción quimiotáctica deneutrófilos hacia la bacteria recubiertapor C3b y el triunfo en ➆, de la adhe-rencia con activación final de neutrófi-los para la destrucción. Mast, mastocito.

que muchos microorganismos activan el sistemadel complemento y pueden experimentar lisis porla inserción del complejo de ataque de membrana.La diseminación de la infección puede ser limitadapor enzimas que se liberan tras el daño tisular queactiva el sistema de la coagulación. De las sustan-cias bactericidas solubles elaboradas por el organis-mo, quizá la más abundante y difundida sea la en-zima lisozima, una muraminidasa que escinde lapared de los peptidoglucanos expuestos de las bac-terias susceptibles (véase figura 12.5).

Al igual que las α-defensinas de los gránulos delos neutrófilos, las β-defensinas humanas son pép-tidos derivados de precursores de mayor tamañopor escisión proteolítica; tienen estructuras en hojaβ, 29-40 aminoácidos y tres puentes disulfuro intra-moleculares, aunque difieren de las α-defensinasen la localización de las seis cisteínas. La principalβ-defensina humana, hDB-1, es producida en abun-dancia en el riñón, el aparato reproductor femeni-no, la mucosa bucal y sobre todo en las vías aéreasrespiratorias. Como se sostiene que todos los díasel organismo es infectado por cientos de miles debacterias transportadas por el aire, debe ser un me-canismo de defensa importante. De tal modo, la in-hibición de hDB-1 y de una segunda defensina pul-monar, hDB-2, por la elevada fuerza iónica, podríaser la determinante de la susceptibilidad a infeccio-nes de los pacientes con fibrosis quística, ya quepresentan una mutación del canal iónico que au-menta la concentración de cloruros en los líquidosde la superficie de las vías aéreas. Otro agente anti-microbiano de las vías aéreas con actividad contra

bacterias gramnegativas y grampositivas es LL-37,un péptido alfahelicoidal de 37 residuos liberadopor proteólisis del precursor de una catelicidina(inhibidor de catepsina L).

Esta característica se presenta también en el estó-mago, donde un péptido escindido proveniente dela lactoferrina por acción de la pepsina podríaaportar cierta actividad antimicrobiana a las secre-ciones gástrica e intestinal. En muchas secrecioneshumanas aparece un péptido bastante más largo dedos dominios con 108 residuos, denominado inhi-bidor de leucoproteasa secretora (secretory leukopro-tease inhibitor, SLPI). El dominio C-terminal es anti-proteasa, pero el dominio N-terminal constituye unproblema desagradable para células fúngicas conactividad metabólica y diversos microorganismosasociados a la piel, por lo cual su producción porlos queratinocitos humanos los torna especialmen-te adecuados. Vale destacar que muchos análogosde péptidos antibióticos con D-aminoácidos formanhélices con giro hacia la izquierda que retienen lacapacidad de inducir la creación de canales iónicosde membrana y, en consecuencia, sus poderes anti-microbianos; debido a su resistencia al catabolismoen el organismo podrían ser interesantes candida-tos para una nueva generación de antibióticos sin-téticos. Por último, se pueden mencionar las dosproteínas surfactantes pulmonares SP-A y SP-D,que junto con diversos lípidos disminuyen la ten-sión superficial de las células de revestimiento epi-telial del pulmón para mantener permeables lasvías aéreas; pertenecen a un grupo estructural demoléculas totalmente diferentes, denominadas co-


Figura 1.17. La estimulación a través decomponentes del complemento y toxi-nas bacterianas, como LPS, induce lasecreción por los macrófagos de me-diadores de una respuesta inflamatoriaaguda. Los neutrófilos de la sangre seunen a las moléculas de adhesión de lacélula endotelial y traccionan para for-zar su paso entre las células a través dela membrana basal (con ayuda de laelastasa secretada) y a favor del gra-diente quimiotáctico.

lectinas (véase más adelante), y contribuyen a la in-munidad innata mediante la fijación de sus domi-nios similares a lectinas a los hidratos de carbonodel microorganismo y su eje de colágeno a recepto-res relacionados sobre las células fagocíticas, por loque fagocíticas, por lo cual facilitan la ingestión y ladestrucción de los agentes infecciosos.

Las proteínas de fase aguda aumentan en respuesta a infecciones

Ciertas proteínas plasmáticas, denominadas enconjunto proteínas de fase aguda, muestran un au-mento notable de concentración en respuesta a me-diadores tempranos “de alarma”, como la interleu-cina 1 (IL-1) derivada de macrófagos y liberada co-mo consecuencia de infección o daño tisular. Son laproteína C reactiva (CRP), la lectina de unión a ma-nosa (MBL) y el componente P del amiloide sérico(cuadro 1.2). Entre otras proteínas de fase agudaque experimentan un aumento moderado de laconcentración se hallan αl-antiquimiotripsina, fibri-nógeno, ceruloplasmina, C9 y factor B. En general,es probable que la respuesta de fase aguda tengaun efecto beneficioso al incrementar la resistenciadel huésped, atenuar el daño tisular y favorecer laresolución y la reparación de la lesión inflamatoria.

Por ejemplo, durante una infección los productosmicrobianos, como las endotoxinas, estimulan la li-beración de IL-1, un pirógeno endógeno (en ciertoscasos capaz de mejorar las defensas generales por

aumento de la temperatura corporal), y de IL-6. Asu vez estos compuestos actúan sobre el hígado pa-ra aumentar la síntesis y la secreción de CRP hastael punto de que su concentración plasmática puedeelevarse 1000 veces.

La CRP humana está constituida por cinco poli-péptidos idénticos unidos en forma no covalente ydispuestos como un pentámero cíclico alrededor deuna cavidad fijadora de Ca. Estas pentraxinas pro-teicas han sido halladas en el reino animal desdehace bastante tiempo, ya que un homólogo estre-chamente relacionado, la limulina, aparece en lahemolinfa del cangrejo herradura, no precisamenteun pariente cercano del Homo sapiens. Una de lasprincipales propiedades de la CRP es su capacidadde unirse de una manera dependiente de calcio, co-mo molécula de reconocimiento de patrón, a nume-rosos microorganismos que contienen fosforilcoli-na en sus membranas; el complejo tiene la útil pro-piedad de activar el complemento (por la vía clási-ca y no por la vía alternativa que conocemos hastaahora). Esto causa el depósito de C3b sobre la su-perficie del microorganismo, que queda opsoniza-do (es decir, “listo para la mesa”) para su adheren-cia a los fagocitos.

Otro miembro de esta familia pentamérica es elcomponente P del amiloide sérico (SAP). Se tratade una proteína que puede formar un complejo conel condroitinsulfato, un glucosaminoglucano de lamatriz celular, y luego unirse a enzimas lisosómi-cas, como la catepsina B liberada dentro de un focode inflamación. El SAP degradado se convierte enun componente de los depósitos amiloides fibrila-res que acompañan a las infecciones crónicas, e in-cluso puede ser un iniciador fundamental para eldepósito de amiloide (véase p. 439).

Una opsonina de fase aguda de gran importanciaes la lectina de unión a manosa (mannose-bindinglectin; MBL) dependiente de Ca, que puede reac-cionar no sólo con manosa, sino también con otrosazúcares, lo cual le permite unirse con una varie-dad excepcionalmente amplia de bacterias gramne-gativas y grampositivas, levaduras, virus y parási-tos; su capacidad posterior para activar la C3 con-vertasa clásica, por medio de dos serinproteasasnuevas asociadas (MASP-1 y MASP-2), es la basede lo conocido como vía de la lectina de la activa-ción del complemento. (Por favor, tómenlo con cal-ma, en el próximo capítulo se desentrañarán los se-cretos de las vías clásica y de la lectina.) La MBL esun múltiplo de complejos triméricos y cada unidadcontiene una región similar de colágeno ligada a undominio globular de unión a la lectina. Esta estruc-tura la sitúa en la familia de las colectinas (coláge-no + lectina), las cuales tienen la capacidad de re-


Cuadro 1.2. Proteínas de fase aguda

Reactante de fase aguda

Aumento notable de la concentración:

Proteína C reactiva Lectina de unión a manosa Glucoproteina ácida α1Componente P del amiloide sérico

Aumentos moderados de la concentración:

Inhibidores de proteinasa α1Antiquimotripsina α1C3, C9, factor B

Ceruloplasmina Fibrinógeno Angiotensina Haptoglobina Fibronectina

Función

Fija complemento, opsoniza Fija complemento, opsoniza Proteína de transporte Precursor del componente amiloide

Inhibe proteasas bacterianas Inhibe proteasas bacterianas Aumenta la función del comple-mento Recolector de detritos ⋅⋅O2

Coagulación Presión arterial Se une a hemoglobina Adherencia celular

conocer patrones de hidratos de carbono “extra-ños” que difieren de los polisacáridos de superfi-cie “propios”, por lo general con grupos termina-les de galactosa y ácido siálico, mientras que la re-gión de colágeno se puede unir a las células fago-cíticas y activarlas a través de receptores comple-mentarios sobre su superficie. Las colectinas, enespecial MBL y las moléculas surfactantes alveola-res SP-A y SP-D ya mencionadas, poseen muchosatributos que las califican para funciones de pri-mera línea en la inmunidad innata, entre ellas lacapacidad de diferenciar lo propio de lo no pro-pio, unirse a diversos microorganismos, generarmecanismos efectores secundarios y aparecer am-pliamente distribuidas en todo el organismo, in-cluso en las secreciones mucosas. En realidad, sonla contrapartida soluble de las lectinas tipo C de lasuperficie celular y otros receptores de reconoci-miento de patrón descritos antes.

El interés por la colectina conglutinina aumentóen época reciente con la demostración, en primerlugar, que se encuentra en seres humanos y no sóloen bovinos, y en segundo lugar, que se puede unira N-acetilglucosamina; como es polivalente, estoimplica la capacidad de recubrir las bacterias conC3b mediante entrecruzamientos entre el residuode azúcar disponible en el fragmento del comple-mento y el proteoglucano bacteriano. Si bien no sesabe con certeza si la conglutinina es miembro de lafamilia de proteínas de fase aguda, se la mencionaaquí porque refuerza el concepto general de que laevolución de las moléculas similares a la lectina,que se unen a los polisacáridos microbianos en lu-gar de hacerlo a los propios y que luego se vincu-lan por sí mismos al sistema del complemento o alas células fagocíticas, es una forma útil y probadade protección para el huésped (figura 1.18).

Los interferones inhiben la replicación viral

Los interferones son una familia de agentes an-tivirales de amplio espectro, presentes en aves,reptiles y peces, además de mamíferos. Fuerondescubiertos por el fenómeno de interferencia vi-ral en el que un animal infectado por un virus re-siste la sobreinfección por un segundo virus no re-lacionado. Se han identificado distintas formasmoleculares de interferones y todas han sido clo-nadas genéticamente. Hay por lo menos 14 inter-ferones alfa (IFNα) producidos por leucocitos,mientras que los fibroblastos, y tal vez todos los ti-pos celulares, sintetizan IFNβ. Por ahora no se co-mentará un tercer tipo (IFNγ) no inducido directa-mente por virus.

Cuando las células son infectadas por un virussintetizan interferón y lo secretan al líquido extra-celular, donde se une a receptores específicos so-bre células vecinas no infectadas. El interferónunido ejerce su efecto antiviral de la siguiente ma-nera: se considera que en la célula tratada con in-terferón se desreprimen al menos dos genes, locual permite la síntesis de dos enzimas nuevas. Laprimera, una proteincinasa, cataliza la fosforila-ción de una proteína ribosómica y de un factor deiniciación necesario para la síntesis proteica, porlo cual disminuye en gran medida la traducciónde mRNA. La otra cataliza la formación de un po-límero corto de ácido adenílico, que activa a unaendonucleasa latente; a su vez, ésta degrada losmRNA virales y del huésped.

En última instancia, cualquiera fuere el meca-nismo de acción preciso, el resultado es la forma-ción de un cordón de células no infectables alre-dedor del sitio de infección viral, de manera quese restringe su diseminación. La eficacia del in-terferón in vivo se puede inferir de experimentosen ratones en los que se inyectó un antisuero con-tra interferones murinos, tras lo cual se observóque morían con dosis de virus varios cientos deveces inferiores que las necesarias para matar loscontroles. Cabe suponer que el interferón desem-peña una función importante en la recuperaciónde infecciones virales, a diferencia de su preven-ción.

Como grupo, los interferones podrían desempe-ñar una función biológica más amplia que el con-trol de la infección viral. Por ejemplo, parece ob-vio que las enzimas inducidas antes descritas po-drían actuar como inhibidores de la división delas células del huésped con la misma eficacia queen la replicación viral. Los interferones tambiénpodrían modular la actividad de otras células, porejemplo, las natural killer que se describirán en lapróxima sección.


Figura 1.18. Importante estrategia defensiva por factores solu-bles. Los elementos de reconocimiento de patrón (PRR) unenlos microorganismos a un sistema antimicrobiano a través de la región adaptadora. PAMP, patrón molecular asociado conpatógenos.

MUERTE EXTRACELULAR

Células natural killer (NK)

Los virus carecen de los aparatos necesarios para laautorrenovación, de modo que les es esencial pene-trar en las células del huésped infectado con el finde tomar a su cargo la maquinaria de replicación.Es evidente que al huésped le interesa encontraruna forma de eliminar las células infectadas antesde que el virus tenga la oportunidad de reproducir-se. Las células NK parecen cumplir esta función, almenos in vitro.

Estas células son grandes linfocitos granulares(figura 2.6a) con morfología característica (figura2.7b). Las células killer y las células diana se enfren-tan (figura 1.19) previo reconocimiento a cargo dereceptores del tipo de las lectinas (es decir, unionesa hidratos de carbono) y de otros tipos de recepto-res en la célula NK (véase p. 77) de estructuras so-bre glucoproteínas de alto peso molecular que selocalizan en la superficie de las células infectadaspor el virus. La activación de la célula NK lleva a lapolarización de los gránulos, entre el núcleo y la cé-lula diana en pocos minutos y a la liberación extra-celular de su contenido hacia el espacio entre lasdos células, a lo cual sigue la sigue la muerte de lacélula diana.

Uno de los componentes más importantes de losgránulos es una perforina o citolisina, que tiene cier-ta homología estructural con C9; al igual que esaproteína, pero sin otra ayuda que la del Ca2+, es ca-paz de insertarse en la membrana de la célula diana,al parecer mediante la unión a la fosforilcolina, a tra-vés del dominio anfipático central. Luego se polime-riza para formar un poro transmembrana con estruc-tura anular comparable a la del complejo de ataquede membrana del complemento (figura 1.19).

Las células diana reciben la orden de suicidarse

Mientras que la lisis celular inducida por C9 tienelugar por el daño inferido a las membranas exter-nas, seguido después por cambios nucleares, las cé-lulas NK destruyen por activación de la apoptosis(muerte celular programada), un mecanismo pre-sente en todas las células que conduce a la autoin-molación. La apoptosis está mediada por una cas-cada de enzimas proteolíticas denominadas caspa-sas. Al igual que otras cascadas con componentesmúltiples, como los sistemas de la coagulación ydel complemento, depende de la activación porproteólisis de una proenzima que le sigue en la ca-dena, y así sucesivamente. La secuencia terminacon una fragmentación nuclear muy rápida, lleva-da a cabo por una endonucleasa dependiente de Caque actúa sobre el DNA vulnerable situado entre

nucleosomas, para producir los fragmentos “en es-calera de nucleosomas” de 200 kb; sólo después sepuede detectar la liberación de proteínas citoplas-máticas marcadas con 51Cr a través de membranasdefectuosas de la superficie celular. Estos cambiosnucleares no son producidos por C9. En consecuen-cia, si bien la perforina y C9 parecen producir “po-


Figura 1.19. Muerte por la acción extracelular de una célula na-tural killer (NK) sobre una célula infectada por virus. La uniónde los receptores NK a la superficie de la célula infectada por elvirus activa la liberación extracelular de moléculas de perforinaa partir de los gránulos; éstas se polimerizan para formar canalestransmembrana que pueden facilitar la lisis de la célula diana alpermitir el ingreso de granzimas que inducen la muerte celularpor apoptosis mediante la activación de la cascada de proteasascaspasas y la fragmentación posterior del DNA nuclear. (Modelosimilar al propuesto por Hudig D, Ewoldt GR y Woodward SL[1993] Current Opinion in Immunology 5, 90). Otro componente delos gránulos, el TNF, activa la apoptosis dependiente de caspasaa través de los “dominios de muerte” de los receptores de TNFde la superficie de la célula diana. La ocupación del receptor NKtambién activa un mecanismo de destrucción paralelo, mediadopor la unión del ligando Fas (FasL) en el efector con el receptorFas de la célula diana, cuyos dominios de muerte citoplasmáticosactivan la procaspasa 8. Como la apoptosis es un mecanismo“predeterminado” fundamental en todas las células, es esencialque esté muy bien regulado; en consecuencia, un gran grupo deproteínas reguladoras, la subfamilia Bcl-2, inhibe la apoptosis,mientras que las subfamilias Bax y BH3 la favorecen. En griegoantiguo la palabra “apoptosis” describe la caída de las hojas delos árboles o de los pétalos de las flores, e ilustra muy bien laapoptosis de las células cuando se desprenden de sus estructurasde sostén en la matriz extracelular. (Véase en la figura 11.8 el as-pecto morfológico de las células apoptósicas.)

ros” de membrana comparables, hay una notablediferencia entre sus mecanismos destructivos.

Además de la perforina, los gránulos contienenfactor de necrosis tumoral (TNFα), linfotoxina β eIFNγ, y una familia de serinproteasas denomina-das granzimas, una de las cuales, la granzima B,puede actuar como un factor citotóxico NK al pa-sar a través del poro de membrana perforina has-ta el citoplasma, donde desdobla la procaspasa 8 yactiva el proceso de apoptosis. El factor de necro-sis tumoral puede inducir la muerte celular porapoptosis, al reaccionar con los receptores paraTNF de la superficie celular cuyos “dominios demuerte” citoplasmáticos también pueden activarla procaspasa 8. El condroitinsulfato A es un pro-teoglucano con fuerte carga negativa, resistente alas proteasas, que se encuentra en los gránulos ypuede intervenir en la protección de la célula NKcontra la autólisis provocada por sus propiosagentes letales.

La destrucción por células NK también puede te-ner lugar en ratones con deficiencia de perforina, talvez mediante un mecanismo paralelo en el que in-tervienen moléculas del receptor Fas sobre la super-ficie de la célula diana. La ocupación del receptorFas por el ligando Fas (FasL) sobre la célula efecto-ra proporciona otra vía para la inducción de una se-ñal apoptósica en la infortunada célula diana.

Los diversos interferones aumentan la citotoxici-dad NK, y como son producidos por las células in-fectadas con virus, se forma un sistema de defensabien integrado por retroalimentación.

Eosinófilos Los parásitos de gran tamaño, como los helmintos,no pueden ser físicamente fagocitados y la destruc-ción extracelular, a cargo de los eosinófilos, parecehaber evolucionado para contribuir a la solución deeste problema. Esos polimorfonucleares “primos”de los neutrófilos tienen gránulos bien diferencia-dos, que se tiñen ávidamente con colorantes ácidos(figura 1.4c) y presentan un aspecto característico enel microscopio electrónico (figura 12.23). Una proteí-na básica importante se localiza en el centro del grá-nulo, mientras que en su matriz se ha identificadouna proteína catiónica eosinófila junto con una pero-xidasa. También se encuentran otras enzimas, comoarilsulfatasa B, fosfolipasa D e histaminasa. Estas cé-lulas tienen receptores de superficie para C3b y suactivación producen un estallido respiratorio muyimpresionante, con generación simultánea de meta-bolitos de oxígeno activos. No satisfecha con esto, lanaturaleza también armó a la célula con proteínasgranulares capaces de producir en ella un tapóntransmembrana de modo similar a C9 y la perforinade NK. Una célula bastante peligrosa.

La mayoría de los helmintos puede activar la víaalternativa del complemento, pero aunque resisten-te al ataque de C9, su cubierta con C3b permite laadherencia de eosinófilos a través de sus receptoresC3b. Si este contacto llevara a la activación, el eosi-nófilo lanzaría su ataque extracelular, que com-prende la liberación de las principales proteínas bá-sicas y, en especial, la proteína catiónica que daña lamembrana del parásito.


Hay una gran variedad de mecanismos inmunitariosinnatos que no mejoran con la exposición repetida a lainfección.

Barreras contra la infección • Los microorganismos son mantenidos fuera del cuer-po por la piel, la secreción de moco, la acción ciliar, laacción de lavado de los líquidos bactericidas (p. ej., lá-grimas), el ácido gástrico y el antagonismo microbiano. • Si se produce la penetración, las bacterias son destrui-das por factores solubles como la lisozima y por fagoci-tosis con digestión intracelular.

Las células fagocíticas destruyen a los microorganismos • Las principales células fagocíticas son los neutrófilospolimorfonucleares y los macrófagos. • Las células fagocíticas usan sus receptores de recono-cimiento de patrón (PRR) para reconocer patrones mo-leculares asociados con patógenos (PAMP) que se ha-llan en la superficie del microorganismo y adherirse aellos.

• Los microorganismos que se adhieren a la superficiedel fagocito activan el proceso de endocitosis y son in-ternalizados por la célula, tras lo cual se fusionan congránulos citoplasmáticos. • Los PRR incluyen los receptores de tipo Toll, los de ti-po C y los receptores depuradores (scavenger). • Los microorganismos que se adhieren a la superficiede los fagocitos activan el proceso de endocitosis y sonintroducidos en la célula donde se fusionan con los grá-nulos citoplasmáticos. • Actúa después una serie formidable de mecanismosantimicrobianos: la conversión de O2 a especies reacti-vas del oxígeno, la síntesis de óxido nítrico y la libera-ción de múltiples factores independientes del oxígeno apartir de los gránulos. • La adherencia a PRR sobre las células dendríticas inicialos procesos inmunitarios adaptativos (véase capítulo 2).

El complemento facilita la fagocitosis • El sistema del complemento es una cascada de enzi-mas, desencadenada por múltiples componentes, que

RESUMEN


se utiliza para atraer células fagocíticas hacia los mi-croorganismos y “engullirlos”. • En lo que se conoce como vía alternativa del comple-mento, el componente más abundante, C3, es escindi-do por una enzima convertasa formada a partir de supropio producto de escisión C3b y factor B, y estabili-zado para evitar la degradación causada por los facto-res H e I por asociación con la superficie microbiana. Amedida que se produce, el C3b forma enlaces covalen-tes con el microorganismo y actúa como una opsonina. • El componente siguiente, C5, se activa y produce unpéptido pequeño, C5a; el C5b residual se une a la su-perficie y ensambla los componentes terminales C6-9en un complejo de ataque de membrana que es muypermeable a solutos y puede conducir a la lisis por ósmosis. • C5a es un potente agente quimiotáctico de neutrófi-los, que además aumenta en gran medida la permeabi-lidad capilar. • C3a y C5a actúan sobre los mastocitos e inducen la li-beración de otros mediadores, como histamina, leuco-trieno B4 y factor de necrosis tumoral (TNF), con efec-tos sobre la permeabilidad y la adhesividad de los capilares, y también sobre la quimiotaxis de los neutró-filos, a los que igualmente activan.

La reacción inflamatoria aguda mediada por el complemento • Tras la activación del complemento con la consiguien-te atracción y estimulación de los neutrófilos, los fago-citos activados se unen a los microorganismos recu-biertos por C3b por sus receptores C3b de superficie yluego los pueden ingerir. El ingreso de polimorfonu-cleares y el aumento de la permeabilidad vascularconstituyen la poderosa respuesta inflamatoria aguda(figura 2.18). • La inflamación también puede ser iniciada por losmacrófagos tisulares, con función similar a los mastoci-

tos, dado que la señalización por toxinas bacterianas ybacterias recubiertas por C5a o iC3b que se adhieren alos receptores del complemento superficiales induce laliberación de factores quimiotácticos y activadores deneutrófilos.

Los mecanismos humorales proporcionan una segunda estrategiadefensiva • Además de la lisozima, las defensinas peptídicas y elsistema del complemento, otras defensas humorales in-cluyen las proteínas de fase aguda, como la proteína Creactiva y la proteína de unión a manosa, cuya síntesisestá muy aumentada en la infección. La lectina deunión a manosa genera una vía del complemento quedifiere de la vía alternativa en sus reacciones tempra-nas, como se describirá en el capítulo 2. Es un miembrode la familia de las colectinas, que comprende la con-glutinina y los agentes surfactantes SP-A y SP-D, connotable capacidad para distinguir entre los grupos dehidratos de carbono microbianos y los “propios” me-diante sus moléculas de reconocimiento de patrones. • La recuperación de las infecciones virales puede lo-grarse con los interferones que bloquean la replicacióndel virus.

Muerte extracelular • Las células infectadas por virus pueden ser destrui-das por linfocitos grandes granulares con actividadNK, a través de una vía de perforinas y granzimas y deun mecanismo separado en el que interviene el recep-tor Fas que conducen a la muerte celular programada(apoptosis) mediada por la activación de la cascada deproteasas caspasas que fragmentan el DNA nuclear. • La destrucción extracelular por eosinófilos unidos aC3b puede determinar que muchos parásitos de grantamaño no establezcan su punto de apoyo en huéspe-des potenciales.

capÍtulo 1 1 inmunidad innata - media.axon.esmedia.axon.es/pdf/68537.pdf · nea de defensa es la...

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