Roitt - Inmunología 2008

INTRODUCCIN Vivimos en un mundo potencialmente hostil, col-mado por un nmero sorprendente de agentes in-fecciosos (figura 1.1), de formas, tamaos, compo-sicin y agresividad diversos que, sin duda, nosutilizaran como refugios para la propagacin desus genes egocntricos si no hubiramos desarro-llado a su vez un conjunto de mecanismos de de-fensa. Estos mecanismos son, al menos, igualmenteeficaces e ingeniosos (con la excepcin de muchasinfecciones parasitarias, en las cuales la situacin sedescribe mejor como una tregua incmoda y a me-nudo incompleta) y pueden establecer un estado deinmunidad contra la infeccin (lat. immunitas, exen-to de). El funcionamiento de esos mecanismos es labase de la maravillosa ciencia denominada Inmu-nologa.

Adems 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 inespecficos (p. ej., fa-gocitosis) que son innatos en el sentido de que noson afectdos intrnsicamente por el contacto previocon el agente infeccioso. Analizaremos estos proce-sos y cmo, por la inmunidad adquirida especfi-ca, aumentan su eficacia en forma notable.

BARRERAS EXTERNAS CONTRA LA INFECCIN La forma ms simple de evitar la infeccin es impe-dir el acceso de los microorganismos al cuerpo deun individuo (figura 1.2). En efecto, la principal l-nea de defensa es la piel que, cuando est intacta,resulta impermeable a la mayora de los agentes in-fecciosos; si hay prdida cutnea, por ejemplo, enlas quemaduras, la infeccin se convierte en unproblema importante. Adems, la mayora de las

bacterias no sobrevive durante mucho tiempo so-bre la piel debido a los efectos inhibitorios directosdel cido lctico y los cidos grasos de las secrecio-nes sudorparas y sebceas, y al bajo pH que crean.Staphylococcus aureus constituye una excepcin, yaque a menudo infecta los folculos pilosos y lasglndulas, relativamente vulnerables.

El moco secretado por las membranas que revis-ten las superficies internas del organismo actacomo una barrera protectora que bloquea la adhe-rencia de las bacterias a las clulas epiteliales. Laspartculas microbianas y de otro tipo, extraas alorganismo y atrapadas en el moco adhesivo, soneliminadas mediante artilugios mecnicos, comoel movimiento ciliar, la tos y el estornudo. Entreotros factores mecnicos que contribuyen a prote-ger las superficies epiteliales tambin se debeagregar la accin de lavado de las lgrimas, la sa-liva y la orina. Muchos de los lquidos corporalessecretados contienen componentes bactericidas,como cido clorhdrico en el jugo gstrico, esper-mina y cinc en el semen, lactoperoxidasa en la le-che y lisozima en las lgrimas, 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 patgenos por competicin con nu-trientes esenciales o la produccin de sustancias in-hibitorias. Por ejemplo, la invasin de patgenos eslimitada por el cido lctico que producen determi-nadas especies de bacterias comensales, las cualesmetabolizan el glucgeno secretado por el epiteliovaginal. Cuando los comensales protectores son al-terados por la accin de los antibiticos, aumenta lasusceptibilidad a infecciones oportunistas por Can-dida y Clostridium difficile. Los comensales intestina-

1 Inmunidad innataCAPTULO 1

Roitt - Inmunologa 2008. Editorial Mdica Panamericana

les tambin pueden formar colicinas, una clase debactericidinas que se unen a la superficie con carganegativa de las bacterias susceptibles e insertanuna horquilla helicoidal hidrfoba en la membrana;la molcula sufre entonces una transformacin detipo Dr. Jekyll y Mr. Hyde, se torna completa-mente hidrfoba y forma en la membrana un canalregulado por voltaje que mata la clula por la des-truccin de su potencial energtico. Incluso en estenivel la supervivencia es un juego difcil.

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

LAS CLULAS FAGOCTICAS DESTRUYEN LOS MICROORGANISMOS

Los neutrfilos y los macrfagos son fagocitos profesionales diligentes

La endocitosis y la digestin de microorganismosson procesos asignados a dos tipos celulares princi-pales, a los que Metchnikoff denomin, a fines delsiglo XIX, micrfagos y macrfagos.

El neutrfilo polimorfonuclear Esta clula, la ms pequea de las dos, compartecon los dems elementos corpusculares de la san-gre un precursor comn, la clula madre hemato-poytica, y es el leucocito dominante en el torrentesanguneo. Es una clula de vida corta, que no sedivide, con un ncleo multilobulado y numerososgrnulos (figura 1.3) que casi no se tien con los co-lorantes histolgicos, como hematoxilina-eosina, adiferencia de las estructuras del eosinfilo y el ba-sfilo, estrechamente relacionados con el neutrfilo(figura 1.4). Los grnulos neutrfilos son de dos ti-pos principales: a) el grnulo primario azurfilo seforma al inicio del desarrollo (figura 1.4e), presentala tpica morfologa lisosmica y contiene mielope-roxidasa y la mayora de los efectores antimicrobia-nos no oxidativos, como defensinas, protena bacte-ricida estimuladora de la permeabilidad (BPI) y ca-tepsina G (figura 1.3); b) los grnulos secundariosespecficos peroxidasa negativos que contienenlactoferrina, gran parte de la lisozima, fosfatasa al-calina (figura 1.4d) y citocromo b558 unido a mem-

CAPTULO 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 ms pequeas. , variacinde tamaos observados por los mi-croorganismos indicados por la flecha;

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

Figura 1.2. Primeras lneas de defensa contra la infeccin:proteccin por las superficies corporales externas.


CAPTULO 1 INMUNIDAD INNATA 3

El perspicaz zologo ruso Elie Metchnikoff (1845-1916)descubri que ciertas clulas especializadas median ladefensa contra las infecciones microbianas, por lo cualpuede ser considerado el padre del concepto general deinmunidad celular. Estaba intrigado por las clulas m-viles de las larvas transparentes de estrella de mar yrealiz la observacin fundamental de que, pocas horasdespus de introducir en esas larvas una espina de ro-sa, sta era rodeada por las clulas mviles. Un ao des-pus, en 1883, observ que las esporas de los hongospodan ser atacadas por las clulas sanguneas de Daph-nia, un diminuto metazoo transparente que se puedeestudiar de manera directa con el microscopio. Metch-nikoff extendi sus investigaciones a los leucocitos demamferos y demostr su capacidad de engullir mi-croorganismos mediante un mecanismo que denominfagocitosis.

Como comprob que este proceso era an ms efi-caz en los animales que se recuperaban de una infec-cin, lleg a la conclusin algo polarizada de que la fa-gocitosis brindaba la principal defensa, si no la nica,contra las infecciones. Continu con la definicin de laexistencia de dos tipos de fagocitos circulantes: el leu-cocito polimorfonuclear, al que denomin micrfa-go, y el macrfago, de mayor tamao.

Hito 1.1 Fagocitosis

Figura H1.1.1. Caricatura del profesor Metchnikoff en Chan-teclair, 1908, N 4, p. 7. (Reproduccin cedida por cortesa 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 estn vivos y aparecen sinteir, mientras que otros estn muertos, han captado el co-lorante vesuvina y se tieron; b) dibujo de un bacilo de car-bunco, teido con vesuvina, en un leucocito de rana; las dosfiguras representan dos fases del movimiento del mismo

leucocito, que contiene bacilos de carbunco teidos en la va-cuola fagoctica; c) y d) cuerpo extrao (teido) 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-cin dinmica de los fagocitos mviles del mesnquima ha-cia un intruso extrao dentro de una larva de estrella demar.


brana (figura 1.3). Los abundantes depsitos deglucgeno se utilizan en la gluclisis, lo cual lespermite a las clulas actuar en condiciones de anae-robiosis.

El macrfago Estas clulas derivan de los promonocitos de la m-dula sea que, tras su diferenciacin en monocitossanguneos, se instalan por ltimo en los tejidos co-mo macrfagos maduros donde constituyen el sis-tema fagoctico mononuclear (figura 1.5). Se en-cuentran en el tejido conectivo y alrededor de lamembrana basal de los vasos sanguneos de peque-o calibre, aparecen en mayor concentracin en lospulmones (figura 1.4h; macrfagos alveolares), elhgado (clulas de Kupffer) y el revestimiento delos sinusoides esplnicos y los senos medulares delos ganglios linfticos, donde ocupan localizacionesestratgicas para filtrar y eliminar el material extra-o. Otros ejemplos son las clulas mesangiales delglomrulo renal, la microglia del encfalo y los os-teoclastos de los huesos. A diferencia de los poli-

morfonucleares, son clulas de vida prolongada,con cantidades significativas de retculo endoplas-mtico rugoso y mitocondrias (figura 1.8b); mien-tras los polimorfonucleares constituyen la principaldefensa contra las bacterias pigenas (formadorasde pus), en general se puede decir que los macrfa-gos estn ms preparados para combatir las bacte-rias (figura 1.4g), los virus y los protozoos capacesde vivir dentro de las clulas del husped.

Los receptores de reconocimiento de patrones (PRR) de las clulas fagocticas reconocen patrones molecularesasociados a patgenos (PAMP) y son activados por stos

Es casi innecesario aclarar que el organismo proveeun medio interno muy complejo y que los fagocitosse enfrentan constantemente con una extraordina-ria variedad de clulas y molculas 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 slo se deben re-conocer las infecciones, sino tambin es necesariogenerar una seal de peligro.

En inters de la supervivencia del husped, lasclulas fagocticas han desarrollado un sistema dereceptores capaces de reconocer patrones molecula-res expresados sobre la superficie de los patgenos(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 azcares expuestos de la superficie microbiana,con sus caractersticas configuraciones tridimensio-nales rgidas (PAMP). No se unen de una maneraapreciable a los grupos de galactosa o cido silico,que suelen ser los azcares ltimo y penltimo delos polisacridos de superficie de los mamferos, de modo tal que proporcionan las bases molecula-res para discriminar entre las clulas 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 expresin de pptidos antimi-crobianos en respuesta a la infeccin microbiana. Se


Figura 1.3. Ultraestructura del neutrfilo. Se distinguen bien elncleo multilobulado y los dos tipos principales de grnulos ci-toplasmticos. (Cortesa del doctor D. McLaren.)



Figura 1.4. Clulas que intervienen en la inmunidad innata. a)Monocito que muestra el ncleo en herradura y el citoplasmaplido, moderadamente abundante. Obsrvense los tres neutrfi-los polimorfonucleares multilobulados y el linfocito pequeo (n-gulo inferior izquierdo). Coloracin de Romanowsky. b) Dos mo-nocitos teidos para esterasa no especfica mediante -naftil ace-tato. Se aprecia el citoplasma vacuolado. La pequea clula contincin focal en la parte superior es un linfocito T. c) Cuatro leu-cocitos polimorfonucleares (neutrfilos) y un eosinfilo. Se distin-guen con claridad los ncleos multilobulados y los grnulos cito-plasmticos; los del eosinfilo presentan una tincin muy intensa.d) Neutrfilo polimorfonuclear con grnulos citoplasmticos te-idos para fosfatasa alcalina. e) Neutrfilos tempranos en mdu-la sea. Los grnulos primarios azurfilos (PG), en principioagrupados cerca del ncleo, se desplazan hacia la periferia, don-de los grnulos neutrfilos especficos son formados por el apara-to de Golgi a medida que la clula madura. El ncleo se torna gra-dualmente lobular (LN) Giemsa. f) Clulas inflamatorias del sitiode una hemorragia cerebral, con un gran macrfago activo en elcentro que contiene eritrocitos fagocitados y vacuolas destacadas.

A la derecha se observa un monocito con ncleo en herradura ycristales de bilirrubina (hematoidina) en el citoplasma. Se distin-guen con claridad varios neutrfilos multinucleados. Giemsa. g)Macrfagos en cultivos en monocapa tras la fagocitosis de mico-bacterias (teidas de rojo). Carbolfucsina con tincin de contrastede verde de malaquita. h) Numerosos macrfagos alveolaresgrandes en espacios areos dentro del pulmn. i) Basfilo con gr-nulos intensamente teidos, comparado con un neutrfilo (abajo).j) Mastocito de mdula sea. Ncleo central redondo rodeado porgrandes grnulos oscuros. En la parte inferior se muestran dos pe-queos precursores de eritrocitos. Coloracin de Romanowsky. k)Mastocitos tisulares en la piel, teidos con azul de toluidina. Losgrnulos intracelulares son metacromticos y se tien de colorprpura rojizo. Obsrvese la agrupacin cerca de los capilaresdrmicos. (Las diapositivas de las que se reprodujeron las ilustra-ciones a, b, d, e, f, i y j fueron gentilmente cedidas por el seor M.Watts, del Departamento de Hematologa del Middlesex HospitalMedical School; c cortesa 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 actan como sensores de las infecciones extra-celulares (cuadro 1.1) y que son activados por ele-mentos microbianos como peptidoglucano, lipo-protenas, lipoarabinomanano micobacteriano, zi-mosn de levaduras y flagelina.

Los fagocitos tambin despliegan otro conjuntode PRR de unin celular, las lectinas tipo C (depen-dientes del calcio), entre las que puede citarse comoejemplo el receptor para manosa del macrfago. Es-tas protenas transmembrana tienen mltiples do-minios de reconocimiento de hidratos de carbonocuya ocupacin con sus PAMP microbianos relacio-nados genera una seal de activacin intracelular.Los receptores depuradores (scavenger receptors) re-presentan an una clase adicional de receptores fa-gocticos que reconocen una diversidad de polme-ros aninicos y protenas acetiladas de baja densi-dad. Merece alguna atencin la funcin de la mol-cula recolectora de detritos CD14 en el tratamientodel LPS (endotoxina) de las bacterias gramnegati-vas, ya que en caso contrario se puede producir unshock sptico. La porcin de lpido A biolgicamen-te reactiva de LPS es reconocida por una protenaplasmtica de unin al LPS, y el complejo, que escapturado por la molcula CD14 recolectora de de-tritos en la clula fagoctica, activa el TLR4. Comosucede con la ocupacin de los otros TLR de la su-perficie microbiana por sus PAMP microbianos rela-cionados que alertan a la clula del peligro e inicianel proceso fagoctico, ste a su vez desencadena unconjunto de procesos que culminan con la libera-cin del NFB a partir de su inhibidor. El NFB es

translocado al ncleo y, junto con losfactores de transcripcin reguladoresde interfern, induce la fagocitosisacompaada por la liberacin de me-diadores proinflamatorios (cuadro 1.1).stos comprenden los interferones an-tivirales (vase p. 305), las pequeasprotenas citocinas interleucina-1 (IL-1 ), IL-6, IL-12 y TNF (TNF) (vase p.186) que activan otras clulas a travsde la unin con receptores especficos,y quimiocinas como IL-8 que represen-tan un subconjunto de citocinas con ac-tividad quimiotctica.

Si ahora dirigimos la atencin a losagentes infecciosos que ganaron el inte-rior de la clula, los productos microbia-nos de degradacin nucleotdica puedenser reconocidos por las denominadasprotenas NOD y el motivo CpG delDNA tpicamente se une al TLR9 endo-smico. Otros receptores endosmicos

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

Adems de activar la fagocitosis, la unin a PAMPlibera con rapidez un grupo de diversas protenasmultifuncionales del husped que reclutan y pro-graman a macrfagos y clulas dendrticas para lainteraccin con los linfocitos con el fin de iniciar lasrespuestas inmunitarias adaptativas (que se descri-birn en el captulo siguiente) a travs de la diferen-ciacin de clulas dendrticas inmaduras y la regu-lacin positiva de las molculas coestimuladorasfundamentales B7.1 y B7.2 (vase p. 190). Estos po-derosos inmunoestimulantes, que incluyen las de-fensina y la catelicidina, que son de por s antimi-crobianos, actan como seales de alerta tempranapara preparar las respuestas inmunitarias innata yadaptativa.

La muerte celular programada (apoptosis; vasems delante) es un componente esencial del desa-rrollo embrionario y el mantenimiento del estadofisiolgico normal. Las clulas muertas deben sereliminadas por fagocitosis, pero como no represen-tan ningn peligro, esto tiene lugar en forma si-lenciosa, sin activar las seales de alarma. En con-secuencia, el reconocimiento de las clulas apopt-sicas por los macrfagos, directamente, a travs delreceptor CD14, e indirectamente, a travs de launin de C1q a los nucleosomas de superficie (va-se p. 485), tiene lugar sin provocar la liberacin demediadores proinflamatorios. En agudo contraste,las clulas lesionadas por infecciones y que sufrennecrosis liberan protena 60 endgena del choquetrmico, que acta como seal de peligro para las


Figura 1.5. Sistema fagoctico mononuclear. Los precursores promonocitos de lamdula sea evolucionan a monocitos de la sangre circulante, que luego se dis-tribuyen en todo el organismo como macrfagos maduros (Macr.), segn semuestra. La otra clula fagoctica importante, el neutrfilo polimorfonuclear, es-t en su mayor parte confinado al torrente sanguneo, excepto cuando es recluta-do por los sitios de inflamacin aguda.


clulas fagocticas y establece una respuesta infla-matoria protectora.

Los microorganismos son ingeridos por clulas fagocticasactivadas

Tras la adherencia del microorganismo a la superfi-cie del neutrfilo o macrfago a travs del recono-cimiento de un PAMP (figura 1.6.2), la seal obteni-da (figura 1.6.3) inicia la fase de ingestin median-te la activacin de un sistema contrctil de actina-miosina que extiende seudpodos alrededor de lapartcula (figuras 1.6.4 y 1.7); cuando se adhierende modo secuencial receptores adyacentes a la su-perficie del microorganismo, la membrana cito-plasmtica es traccionada alrededor de la partculaen 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 continuacincon eficiencia y al cabo de un minuto los grnuloscitoplasmticos se fusionan con el fagosoma y libe-

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

Hay un amplio espectro de mecanismos de destruccin

Destruccin por especies reactivas del oxgeno Para el invasor el problema comienza en el mo-mento en que se inicia la fagocitosis. Hay un nota-ble incremento de la desviacin de la hexosa mo-nofosfato, que genera menor cantidad del nicotina-mida adenina dinucletido fosfato reducido(NADPH). Los electrones pasan desde NADPH auna flavoprotena de membrana que contiene fla-vina adenina dinucletido (FAD) y luego a un cito-cromo (cyt b558) plasmtico singular. ste tiene unpotencial de oxidorreduccin de punto medio muybajo de 245 mV, lo cual le permite reducir el ox-geno molecular directamente a anin superxido(figura 1.9a). Por lo tanto, la reaccin clave catali-


Cuadro 1.1. Las seales de peligro microbianas PAMP activan a los macrfagos y las clulas dendrticas a travs 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 activacin de NFB y otros factores de transcripcin. Las molculas efectoras inducen la fagocitosis y reclutan y progra-man las clulas presentadoras de antgeno para la iniciacin de las respuestas inmunitarias adaptativas (vase captulo 2).

Superficie celular TLR1 TLR1/TLR2 TLR2/TLR6

TLR4

TLR5

TLR10

Endosmico TLR3

TLR7/8

TLR9

Peptidoglucano de grampositivos Lipoprotenas Lipoarabinomanano micobacteriano Zimosn de levaduras

LPS de gramnegativas

Flagelina

Desconocido

RNA bicatenario viral

RNA monocatenario viral Imidazoquinolinas (frmacos antivirales)

CpG del DNA bacteriano y viral Hemozona paldica

IRF5NFB

IRF3NFB IRF5

NFB IRF5

NFB

IRF3NFB

IRF7

NFB IRF5

Citocinas inflamatorias

IFN




IFN

IFN


IRF, factor de transcripcin regulador de interfern.

Receptor de tipo Toll

Reconoce Patrones molecularesasociados a patgenos (PAMP)

Producen Inducen Factores detranscripcin

Molculas efectoras



Figura 1.6. Fagocitosis y destruccin deuna bacteria. Estadios 3/4, estallido res-piratorio y activacin de NADPH oxida-sa; estadio 5, dao por especies reactivasdel oxgeno; estadios 6/7, dao por ac-cin de peroxidasa, protenas catinicas,defensinas peptdicas antibiticas, lisozi-ma y lactoferrina.

a b

Figura 1.7. Adherencia y fagocitosis. a) Fagocitosis de Candida albicans por unleucocito polimorfonuclear (neutrfilo).La adherencia al manano de la superficiede la pared de la levadura inicia la inclu-sin de la partcula fngica dentro de losbrazos citoplasmticos. Los grnuloslisosmicos son abundantes, pero hayescasas mitocondrias (15.000). b) Fago-citosis de C. albicans por un monocito,donde se muestra la formacin casi com-pleta del fagosoma (flechas) alrededor deun microorganismo y la ingestin com-pleta de otros dos (5.000). (Cortesa deldoctor H. Valdimarsson.)

a b

Figura 1.8. Formacin del fagolisosoma.a) Neutrfilo 30 minutos despus de laingestin de C. albicans. El citoplasma yaest desgranulado en parte y dos grnu-los de lisosoma (flechas) se fusionan conla vacuola fagoctica. Se destacan dos l-bulos del ncleo (5.000). b) Imagen conmayor aumento de a), en la que se obser-van grnulos fusionados que vuelcan sucontenido en la vacuola fagoctica (fle-chas) (33.000). (Cortesa del doctor H.Valdimarsson.)


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

oxidasa

NADPH + O2 n NADP+ + O2

- (anin superxido)

El anin superxido se convierte en perxido dehidrgeno bajo la influencia de la superxido dis-mutasa y luego en radicales oxhidrilo (OH). Cadauno de estos productos tiene notable reactividadqumica 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 ms reactivos que se conocen. Ade-ms, la combinacin de perxido, 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 ms estabilidad y por ello se difunden mejor, y,en consecuencia, son txicos para los microorganis-mos en las inmediaciones extracelulares.

Destruccin por especies reactivas del nitrgeno El xido ntrico surgi como un mediador fisiol-gico destacado cuando se demostr que era idnti-

co al factor de relajacin derivado del endotelio. Seha demostrado que sta es slo una de sus nume-rosas funciones (aunque parezca asombroso, tam-bin acta en la ereccin del pene), pero en estecontexto tiene mayor inters su formacin por unaNO sintasa inducible (iNOS) dentro de la mayorade las clulas, pero sobre todo en macrfagos yneutrfilos humanos, por lo cual crea un poderososistema antimicrobiano (figura 1.9b). Mientras quela NADPH oxidasa tiene la funcin de destruir mi-croorganismos extracelulares, captados por fagoci-tosis y atrapados dentro de la vacuola fagoctica, elmecanismo NO puede actuar contra agentes queinvaden el citosol; por lo tanto, no sorprende quela mayora de las clulas no fagocticas, capaces deser infectadas por virus y otros parsitos, estn do-tadas de capacidad iNOS. El mecanismo de accin


Figura 1.9. Mecanismos antimicrobianos de las clulas fagoc-ticas. a) Produccin de intermediarios reactivos del oxgeno. Loselectrones provenientes de NADPH son transferidos por la enzi-ma flavocitocromo oxidasa al oxgeno molecular, para formar lasespecies moleculares microbicidas que se muestran en los recua-dros anaranjados. [Para los ms estudiosos: el agente que desenca-dena la fagocitosis se une a un receptor transmembrana de sietedominios, ligado a protena G clsica, que activa una protena deunin al trifosfato de guanosina (GTP) intracelular. A su vez, es-ta ltima protena activa un conjunto de enzimas: la fosfoinosi-tol-3-cinasa, que interviene en la reorganizacin citoesquelticasubyacente a las respuestas quimiotcticas (p. 10), la fosfolipasa-C2, que media los procesos tendientes a la desgranulacin liso-smica y la fosforilacin de phox p47, a travs de la activacin dela proteincinasa C y de los sistemas de cinasas MEK y MAP (va-se figura 8.7), que controlan el ensamble de la NADPH oxidasa.Esta enzima est compuesta por el citocromo b558 de la membra-na, que consiste en una protena hmica p21 ligada a gp9l con si-tios de unin para NADPH y FAD en su cara intracelular, dondese translocan p47 y p67 fosforiladas desde el citosol al activarsela oxidasa.] b) Generacin de xido ntrico. La enzima, que es-tructuralmente se asemeja a NADPH, puede ser inhibida por elanlogo de arginina N-monometil-L-arginina (L-NMMA). Lacombinacin de NO con el anin superxido produce el radicalperoxinitrito ONOO sumamente txico, que se escinde al acep-tar un protn y forma molculas reactivas OH y NO2. El NOpuede formar complejos mononucleares ditioldinitroso de hie-rro, lo cual da como consecuencia el agotamiento de los depsi-tos de hierro y la inhibicin de varias enzimas. c) La base de lossistemas antimicrobianos independientes del oxgeno.


puede ser a travs de la degradacin de los gruposprostticos Fe-S de determinadas enzimas trans-portadoras de electrones, la disminucin de hierroy la produccin de radicales txicos ONOO. En laactualidad se sabe que el gen N-ramp, relacionadocon la resistencia a microorganismos como el baci-lo de Calmette-Gurin (BCG), Salmonella y Leishma-nia, capaces de vivir en un hbitat intracelular, ex-presa una protena que forma un canal de trans-membrana susceptible de intervenir en el trans-porte de NO a travs de las membranas de los li-sosomas.

Destruccin por antimicrobianos preformados (figura 1.9c)Estas molculas, contenidas en los grnulos de lospolimorfonucleares, entran en contacto con el mi-croorganismo ingerido cuando tiene lugar la fusincon el fagosoma. La dismutacin del superxidoconsume los iones hidrgeno y eleva ligeramente elpH de la vacuola, lo cual permite el funcionamien-to ptimo de la familia de protenas y pptidos ca-tinicos. stos se conocen como defensinas, pesan3,5-4 kDa y siempre tienen un alto contenido de ar-ginina, que en el fagosoma alcanza concentracionesincreblemente elevadas, del orden de 20-100mg/mL. Al igual que las colicinas bacterianas re-cin descritas, su estructura anfiptica les permiteinsertarse en las membranas microbianas para for-mar canales inicos regulados por voltaje desesta-bilizantes (cabe preguntarse quin copi aquin). En concentraciones de 10-100 g/mL, es-tos pptidos antibiticos actan 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 relacin con las clu-las husped, que en parte depende de la diferentecomposicin lipdica de las membranas. Impresio-na la capacidad de esta herramienta de una simple-

za sorprendente para discriminar grandes clases declulas no propias es decir, los microorganismosde lo propio.

Como si esto no fuera suficiente, las membranasbacterianas son lesionadas adems por la accin 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 bacteriostticos, independientes deloxgeno, que pueden actuar en condiciones de anae-robiosis. Es interesante destacar que la lisozima y lalactoferrina tienen accin sinrgica (figura 1.10). Porltimo, los microorganismos muertos son digeridospor enzimas hidrolticas y los productos de degrada-cin se liberan al exterior (figura 1.6.8).

Por el momento aceptaremos la presuncin de queel lector est amparado por el impresionante poten-cial antimicrobiano de las clulas fagocticas. Pero sedeben considerar ciertos obstculos; nuestro formi-dable arsenal es intil a menos que el fagocito pue-da a) ser atrado por el microorganismo; b) adhe-rirse a ste, y c) responder mediante la activacin dela membrana que inicia la fagocitosis. Algunas bac-terias producen sustancias qumicas, como el ppti-do formil-Met.Leu.Phe, que atraen y dirigen los leu-cocitos a travs de un proceso denominado quimio-taxis; numerosos microorganismos se adhieren a lasuperficie del fagocito y muchos generan en formaespontnea la seal de iniciacin de membrana ade-cuada. Sin embargo, nuestros abundantes adversa-rios microbianos sufren mutaciones permanentesque generan nuevas especies capaces de superar lasdefensas mediante la produccin de compuestos di-ferentes de los mencionados. Cabe entonces pregun-tarse qu hacer. El organismo ha resuelto estos pro-blemas con la facilidad natural que proviene de va-rios millones de aos de evolucin mediante el desa-rrollo del sistema del complemento.

EL COMPLEMENTO FACILITA LA FAGOCITOSIS

El complemento y su activacin

Complemento es el nombre dado a un conjuntocomplejo de alrededor de 20 protenas, que, juntocon la coagulacin sangunea, la fibrinlisis y laformacin 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 rpida y muy am-plificada frente a un estmulo desencadenante me-diado por un fenmeno en cascada, en el cual elproducto de una reaccin es el catalizador enzim-tico de la reaccin que sigue.


Figura 1.10. Accin microbicida sinrgica de la lisozima y lalactoferrina. (Reproducida con autorizacin 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 nmerorelacionado ms con la cronologa de su descubri-miento que con su posicin en la secuencia de reac-cin. El componente ms abundante y esencial esC3, con peso molecular de 195 kDa y una concen-tracin plasmtica de alrededor de 1,2 mg/mL.

C3 sufre escisin espontnea lenta En condiciones normales, un enlace tiolster internoen C3 (figura 1.11) se activa espontneamente a muybaja velocidad, sea por reaccin con agua o con ves-tigios de una enzima proteoltica plasmtica, paraformar un compuesto intermedio reactivo: el pro-ducto de escisin C3b o una molcula de funcin 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-vencin se ha establecido que una barra sobre uncomplejo denota actividad enzimtica y que en la es-cisin de un componente del complemento por logeneral se denomina con el sufijo b el producto demayor tamao y con a el ms pequeo.

C3bBb tiene una importante actividad enzimticanueva: es una C3 convertasa, capaz de dividir C3 enC3a y C3b. Se analizarn brevemente las importantesconsecuencias biolgicas de la escisin de C3 relacio-nadas con las defensas microbianas, pero en condi-ciones normales debe haber algn mecanismo querestrinja este proceso hasta un nivel crtico ya quetambin puede dar origen a ms C3bBb, es decir, setrata de un circuito de retroalimentacin positivacon posibilidades de descontrol (figura 1.12). Comosucede con todas las cascadas potencialmente explo-sivas, hay poderosos mecanismos reguladores.

La concentracin de C3b suele estar estrechamentecontrolada En solucin, 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 biolgica y sufre ladegradacin ulterior por accin de las proteasas delos lquidos corporales. Ms adelante se analizarnotros mecanismos reguladores (vase p. 348).

La C3 convertasa es estabilizada en la superficiemicrobiana Varios microorganismos pueden activar la C3bBbconvertasa para generar gran cantidad de produc-tos de escisin de C3 mediante la estabilizacin dela enzima en sus superficies (hidrocarbonadas), porlo cual el C3b es protegido del factor H. Otra pro-tena, la properdina, acta entonces sobre esa con-vertasa fijada para estabilizarla ms an. CuandoC3 es escindida por la enzima unida a la membra-na de superficie para formar C3b naciente, sufre uncambio de conformacin y queda expuesto el enla-ce tiolster interno potencialmente reactivo. Dadoque la vida media de C3b naciente es inferior a 100microsegundos, slo puede difundirse a travs 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 cataltico produce acumu-lacin de gran cantidad de molculas de C3b sobreel microorganismo. Este conjunto de reacciones di-rigidas a la degradacin de C3, provocada directa-mente por los microorganismos, se ha denominadova alternativa de activacin del complemento (fi-gura 1.12).


Figura 1.11. Base estructural de la escisin de C3 por la C3 convertasa y su enlace covalente con grupos OH o NH2 en la superficiecelular por exposicin de los enlaces tiolster internos. La escisin posterior da lugar a fragmentos cada vez ms pequeos, 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 va posterior a C3 genera un complejo de ataque de membranaEl reclutamiento de otra molcula de C3b por elcomplejo enzimtico C3bBb genera una C5 conver-tasa, que activa a C5 por escisin proteoltica, libe-ra un polipptido pequeo, C5a, y queda el frag-mento C5b de mayor tamao unido en forma laxacon C3b. La adherencia secuencial de C6 y C7 a C5bda lugar a un complejo con un sitio de unin demembrana transitorio y afinidad por la cadena delpptido de C8. La cadena C8 se sita sobre lamembrana y dirige los cambios de conformacinen C9, que lo transforman en una molcula anfip-tica capaz de insertarse en la bicapa lipdica (vasecolicinas, p. 2) y de polimerizarse para constituir uncomplejo de ataque de membrana anular (MAC;figuras 1.13 y 2.4). Se forma as un canal transmem-brana totalmente permeable a los electrlitos y elagua, en el que, y debido a la elevada presin os-mtica 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 biolgicasdefensivas

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

1. C3b se adhiere a los receptores para el complemento

Las clulas fagocticas 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 biolgica C3a y C5a, los pequeos pptidos escindidos de lasmolculas originales durante la activacin del com-plemento, tienen varias funciones importantes.Ambos actan directamente sobre los fagocitos, enespecial los neutrfilos, para estimular el estallidorespiratorio asociado con la produccin de especiesreactivas del oxgeno y aumentar la expresin de


Figura 1.12. Activacin microbiana de la vaalternativa del complemento por estabiliza-cin de la C3 convertasa (C3bBb) y su controlpor los factores H e I. Cuando est unido a lasuperficie de una clula husped o en la fase l-quida, se dice que el C3b en la convertasa estdesprotegido, ya que su afinidad por el factorH es mucho mayor que por el factor B, por locual es susceptible a la degradacin 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 est pro-tegido o estabilizado contra la escisin, in-cluso ms cuando luego se une a la properdina.Si bien en trminos filogenticos sta es la vams antigua del complemento, se descubridespus de otra que se analizar en el prximocaptulo, por lo cual recibi la denominacinalternativa. representan un procesode activacin. La barra horizontal sobre uncomponente designa su activacin.


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

se presentan detalles de los mediadores y sus accio-nes; obsrvense en particular las propiedades qui-miotcticas de estos mediadores y sus efectos sobrelos vasos sanguneos. El C3a ejerce por s mismo ac-cin quimiotctica sobre los eosinfilos, mientrasque C5a es un poderoso agente quimiotctico delos neutrfilos y tambin tiene una notable capaci-dad para actuar directamente sobre el endotelio ca-pilar con produccin de vasodilatacin y aumentode la permeabilidad, efectos que parecen ser pro-longados por el leucotrieno B4 liberado por losmastocitos, los neutrfilos y los macrfagos activados.


Figura 1.13. Va posterior a C3 que genera C5a y el complejode ataque de membrana C5b-9 (MAC). a) Esquema de ensam-ble molecular. El cambio de conformacin de la estructura de laprotena C9, que la convierte de una molcula hidrfila en otraanfiptica (portadora de regiones hidrfobas e hidrfilas), pue-de ser interrumpido por un anticuerpo generado contra ppti-dos lineales derivados de C9; como que el anticuerpo no reac-ciona con las formas solubles o unidas a membrana de la mol-cula, debe detectar una estructura intermedia revelada transito-riamente en un reordenamiento estructural muy profundo. b)Micrografa electrnica de un complejo de membrana C5b-9 in-corporado a membranas liposmicas que muestran con clari-dad la estructura anular. El complejo cilndrico 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 esplndida, es posible que la formacin del cilindro anularC9 no sea esencial para la alteracin citotxica de la membranade la clula diana, ya que eso se puede lograr mediante la inser-cin de molculas C9 anfipticas demasiado escasas para for-mar un MAC claramente definido. (Cortesa del profesor J. Tra-num-Jensen y el doctor S. Bhakdi.)

Figura 1.14. Mastocito o clula cebada. a) Clula en reposo conmuchos grnulos unidos a la membrana que contienen media-dores preformados. b) Mastocito activado. Los grnulos han li-berado su contenido y su morfologa est alterada, por lo cualson ms grandes y menos electrondensos. Si bien la mayor par-te de los grnulos alterados se mantiene dentro de la circunfe-rencia de la clula, se abren al espacio extracelular. (Microgra-fas electrnicas 5.400) (Cortesa 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 describi, la insercin 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 autlogas del husped debido a la pre-sencia de protenas de control (vase p. 348).

EL COMPLEMENTO PUEDE MEDIAR UNA REACCIN INFLAMATORIA AGUDA Ahora es posible organizar un escenario defensivoorquestado con eficacia, iniciado por la activacin dela va 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 molculas C3b se fijan en abundancia sobre elmicroorganismo y activan el prximo paso de la se-cuencia, para generar C5a y el complejo de ataquede membrana (si bien muchos microorganismos re-sisten su accin).

El mastocito desempea una funcin central

En el prximo 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 ms componentes plasmticos del comple-mento hacia el sitio de invasin microbiana. La rela-jacin inducida en las paredes arteriolares incremen-ta el flujo sanguneo y la dilatacin de los vasos de pe-queo calibre, mientras que la contraccin de las c-


Fig. 1-15. La estimulacin de mastocitoscausa la liberacin de mediadores pordos vas principales: a) liberacin de me-diadores preformados que se encuentranen los grnulos; b) metabolismo del cidoaraquidnico producido por activacin deuna fosfolipasa. El Ca2+ y el AMP cclicointracelulares son esenciales para la ini-ciacin de estos procesos, pero an se des-conocen los detalles. La activacin de losmastocitos puede producirse a travs deC3a, C5a e incluso algunos microorganis-mos capaces de actuar directamente sobrelos receptores de la superficie celular. Enla pgina 374 se describe la heterogenei-dad de los mastocitos. ECF, factor quimio-tctico de eosinfilos; GM-CSF, factor esti-mulante de colonias de granulocitos ymacrfagos; NCF, factor quimiotctico deneutrfilos. La quimiotaxis designa la mi-gracin dirigida de los granulocitos a fa-vor del gradiente de concentracin delmediador del mecanismo.


lulas endoteliales capilares permiten la exudacin deprotenas plasmticas. Bajo la influencia de las qui-miotaxinas, los neutrfilos se desplazan con mayorlentitud y al estimularse la expresin de las molcu-las de adhesin de superficie se marginan sobre lasparedes de los capilares, a las que atraviesan por bre-chas entre las clulas endoteliales (diapdesis) a favordel gradiente de concentracin de factores quimiotc-ticos, hasta que se enfrentan con el microorganismorecubierto por C3b. Entonces tiene lugar la adheren-cia a los receptores C3b de los neutrfilos; C3a y C5a,en concentraciones bastante elevadas en el gradientequimiotctico, activan el estallido respiratorio y pue-de comenzar la destruccin del ltimo acto.

Los procesos de dilatacin capilar (rubor), exuda-cin de protenas plasmticas y de lquido (edema)por los cambios de presiones hidrosttica y osmti-ca, y la acumulacin de neutrfilos se denominanen conjunto respuesta inflamatoria aguda.

Los macrfagos tambin pueden hacerlo Aunque an no se cuenta con la misma certeza quese tiene sobre la funcin del mastocito en la infla-macin aguda, parece surgir el concepto de que elmacrfago tisular podra mediar un conjunto para-lelo de procesos con el mismo resultado final. Losprocesos fagocticos inespecficos y ciertas toxinas

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

Estos compuestos ejercen una regulacin positivasobre la expresin de molculas de adhesin deneutrfilos sobre la superficie de las clulas endote-liales, aumentan la permeabilidad capilar y favore-cen la quimiotaxis y la activacin de los neutrfilospolimorfonucleares. En consecuencia, bajo el est-mulo de la activacin del complemento, el macr-fago sufre una serie de procesos celulares que re-fuerza la va mediada por los mastocitos y conducea la inflamacin 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 lareaccin inflamatoria aguda iniciadapor la activacin bacteriana de la vaalternativa del complemento. Direccio-nes: , comienza con la activacin de laC3 convertasa C3bBb por la bacteria; ,se observa la generacin de C3b ( quese une a la bacteria), C3a y C5a, , quereclutan mediadores de mastocitos; ,siguen sus efectos sobre la dilatacin ca-pilar y el exudado de protenas plasm-ticas, y , la atraccin quimiotctica deneutrfilos hacia la bacteria recubiertapor C3b y el triunfo en , de la adhe-rencia con activacin final de neutrfi-los para la destruccin. Mast, mastocito.


que muchos microorganismos activan el sistemadel complemento y pueden experimentar lisis porla insercin del complejo de ataque de membrana.La diseminacin de la infeccin puede ser limitadapor enzimas que se liberan tras el dao tisular queactiva el sistema de la coagulacin. De las sustan-cias bactericidas solubles elaboradas por el organis-mo, quiz la ms abundante y difundida sea la en-zima lisozima, una muraminidasa que escinde lapared de los peptidoglucanos expuestos de las bac-terias susceptibles (vase figura 12.5).

Al igual que las -defensinas de los grnulos delos neutrfilos, las -defensinas humanas son pp-tidos derivados de precursores de mayor tamaopor escisin proteoltica; tienen estructuras en hoja, 29-40 aminocidos y tres puentes disulfuro intra-moleculares, aunque difieren de las -defensinasen la localizacin de las seis cistenas. La principal-defensina humana, hDB-1, es producida en abun-dancia en el rin, el aparato reproductor femeni-no, la mucosa bucal y sobre todo en las vas areasrespiratorias. Como se sostiene que todos los dasel 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-hibicin de hDB-1 y de una segunda defensina pul-monar, hDB-2, por la elevada fuerza inica, podraser la determinante de la susceptibilidad a infeccio-nes de los pacientes con fibrosis qustica, ya quepresentan una mutacin del canal inico que au-menta la concentracin de cloruros en los lquidosde la superficie de las vas areas. Otro agente anti-microbiano de las vas areas con actividad contra

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

Esta caracterstica se presenta tambin en el est-mago, donde un pptido escindido proveniente dela lactoferrina por accin de la pepsina podraaportar cierta actividad antimicrobiana a las secre-ciones gstrica e intestinal. En muchas secrecioneshumanas aparece un pptido bastante ms 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 clulas fngicas conactividad metablica y diversos microorganismosasociados a la piel, por lo cual su produccin porlos queratinocitos humanos los torna especialmen-te adecuados. Vale destacar que muchos anlogosde pptidos antibiticos con D-aminocidos formanhlices con giro hacia la izquierda que retienen lacapacidad de inducir la creacin de canales inicosde membrana y, en consecuencia, sus poderes anti-microbianos; debido a su resistencia al catabolismoen el organismo podran ser interesantes candida-tos para una nueva generacin de antibiticos sin-tticos. Por ltimo, se pueden mencionar las dosprotenas surfactantes pulmonares SP-A y SP-D,que junto con diversos lpidos disminuyen la ten-sin superficial de las clulas de revestimiento epi-telial del pulmn para mantener permeables lasvas areas; pertenecen a un grupo estructural demolculas totalmente diferentes, denominadas co-


Figura 1.17. La estimulacin a travs decomponentes del complemento y toxi-nas bacterianas, como LPS, induce lasecrecin por los macrfagos de me-diadores de una respuesta inflamatoriaaguda. Los neutrfilos de la sangre seunen a las molculas de adhesin de laclula endotelial y traccionan para for-zar su paso entre las clulas a travs dela membrana basal (con ayuda de laelastasa secretada) y a favor del gra-diente quimiotctico.


lectinas (vase ms adelante), y contribuyen a la in-munidad innata mediante la fijacin de sus domi-nios similares a lectinas a los hidratos de carbonodel microorganismo y su eje de colgeno a recepto-res relacionados sobre las clulas fagocticas, por loque fagocticas, por lo cual facilitan la ingestin y ladestruccin de los agentes infecciosos.

Las protenas de fase aguda aumentan en respuesta a infecciones

Ciertas protenas plasmticas, denominadas enconjunto protenas de fase aguda, muestran un au-mento notable de concentracin en respuesta a me-diadores tempranos de alarma, como la interleu-cina 1 (IL-1) derivada de macrfagos y liberada co-mo consecuencia de infeccin o dao tisular. Son laprotena C reactiva (CRP), la lectina de unin a ma-nosa (MBL) y el componente P del amiloide srico(cuadro 1.2). Entre otras protenas de fase agudaque experimentan un aumento moderado de laconcentracin se hallan l-antiquimiotripsina, fibri-ngeno, ceruloplasmina, C9 y factor B. En general,es probable que la respuesta de fase aguda tengaun efecto beneficioso al incrementar la resistenciadel husped, atenuar el dao tisular y favorecer laresolucin y la reparacin de la lesin inflamatoria.

Por ejemplo, durante una infeccin los productosmicrobianos, como las endotoxinas, estimulan la li-beracin de IL-1, un pirgeno endgeno (en ciertoscasos capaz de mejorar las defensas generales por

aumento de la temperatura corporal), y de IL-6. Asu vez estos compuestos actan sobre el hgado pa-ra aumentar la sntesis y la secrecin de CRP hastael punto de que su concentracin plasmtica puedeelevarse 1000 veces.

La CRP humana est constituida por cinco poli-pptidos idnticos unidos en forma no covalente ydispuestos como un pentmero cclico alrededor deuna cavidad fijadora de Ca. Estas pentraxinas pro-teicas han sido halladas en el reino animal desdehace bastante tiempo, ya que un homlogo 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 molcula de reconocimiento de patrn, a nume-rosos microorganismos que contienen fosforilcoli-na en sus membranas; el complejo tiene la til pro-piedad de activar el complemento (por la va clsi-ca y no por la va alternativa que conocemos hastaahora). Esto causa el depsito 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 pentamrica es elcomponente P del amiloide srico (SAP). Se tratade una protena que puede formar un complejo conel condroitinsulfato, un glucosaminoglucano de lamatriz celular, y luego unirse a enzimas lisosmi-cas, como la catepsina B liberada dentro de un focode inflamacin. El SAP degradado se convierte enun componente de los depsitos amiloides fibrila-res que acompaan a las infecciones crnicas, e in-cluso puede ser un iniciador fundamental para eldepsito de amiloide (vase p. 439).

Una opsonina de fase aguda de gran importanciaes la lectina de unin a manosa (mannose-bindinglectin; MBL) dependiente de Ca, que puede reac-cionar no slo con manosa, sino tambin con otrosazcares, lo cual le permite unirse con una varie-dad excepcionalmente amplia de bacterias gramne-gativas y grampositivas, levaduras, virus y parsi-tos; su capacidad posterior para activar la C3 con-vertasa clsica, por medio de dos serinproteasasnuevas asociadas (MASP-1 y MASP-2), es la basede lo conocido como va de la lectina de la activa-cin del complemento. (Por favor, tmenlo con cal-ma, en el prximo captulo se desentraarn los se-cretos de las vas clsica y de la lectina.) La MBL esun mltiplo de complejos trimricos y cada unidadcontiene una regin similar de colgeno ligada a undominio globular de unin a la lectina. Esta estruc-tura la sita en la familia de las colectinas (colge-no + lectina), las cuales tienen la capacidad de re-


Cuadro 1.2. Protenas de fase aguda

Reactante de fase aguda

Aumento notable de la concentracin:

Protena C reactiva Lectina de unin a manosa Glucoproteina cida 1Componente P del amiloide srico

Aumentos moderados de la concentracin:

Inhibidores de proteinasa 1Antiquimotripsina 1C3, C9, factor B

Ceruloplasmina Fibringeno Angiotensina Haptoglobina Fibronectina

Funcin

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

Inhibe proteasas bacterianas Inhibe proteasas bacterianas Aumenta la funcin del comple-mento Recolector de detritos O2Coagulacin Presin arterial Se une a hemoglobina Adherencia celular


conocer patrones de hidratos de carbono extra-os que difieren de los polisacridos de superfi-cie propios, por lo general con grupos termina-les de galactosa y cido silico, mientras que la re-gin de colgeno se puede unir a las clulas fago-cticas y activarlas a travs de receptores comple-mentarios sobre su superficie. Las colectinas, enespecial MBL y las molculas surfactantes alveola-res SP-A y SP-D ya mencionadas, poseen muchosatributos que las califican para funciones de pri-mera lnea 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 patrn descritos antes.

El inters por la colectina conglutinina aumenten poca reciente con la demostracin, en primerlugar, que se encuentra en seres humanos y no sloen 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 azcar 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 protenas de fase aguda, se la mencionaaqu porque refuerza el concepto general de que laevolucin de las molculas similares a la lectina,que se unen a los polisacridos microbianos en lu-gar de hacerlo a los propios y que luego se vincu-lan por s mismos al sistema del complemento o alas clulas fagocticas, es una forma til y probadade proteccin para el husped (figura 1.18).

Los interferones inhiben la replicacin viral

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

Cuando las clulas son infectadas por un virussintetizan interfern y lo secretan al lquido extra-celular, donde se une a receptores especficos so-bre clulas vecinas no infectadas. El interfernunido ejerce su efecto antiviral de la siguiente ma-nera: se considera que en la clula tratada con in-terfern se desreprimen al menos dos genes, locual permite la sntesis de dos enzimas nuevas. Laprimera, una proteincinasa, cataliza la fosforila-cin de una protena ribosmica y de un factor deiniciacin necesario para la sntesis proteica, porlo cual disminuye en gran medida la traduccinde mRNA. La otra cataliza la formacin de un po-lmero corto de cido adenlico, que activa a unaendonucleasa latente; a su vez, sta degrada losmRNA virales y del husped.

En ltima instancia, cualquiera fuere el meca-nismo de accin preciso, el resultado es la forma-cin de un cordn de clulas no infectables alre-dedor del sitio de infeccin viral, de manera quese restringe su diseminacin. La eficacia del in-terfern in vivo se puede inferir de experimentosen ratones en los que se inyect un antisuero con-tra interferones murinos, tras lo cual se observque moran con dosis de virus varios cientos deveces inferiores que las necesarias para matar loscontroles. Cabe suponer que el interfern desem-pea una funcin importante en la recuperacinde infecciones virales, a diferencia de su preven-cin.

Como grupo, los interferones podran desempe-ar una funcin biolgica ms amplia que el con-trol de la infeccin viral. Por ejemplo, parece ob-vio que las enzimas inducidas antes descritas po-dran actuar como inhibidores de la divisin delas clulas del husped con la misma eficacia queen la replicacin viral. Los interferones tambinpodran modular la actividad de otras clulas, porejemplo, las natural killer que se describirn en laprxima seccin.


Figura 1.18. Importante estrategia defensiva por factores solu-bles. Los elementos de reconocimiento de patrn (PRR) unenlos microorganismos a un sistema antimicrobiano a travs de la regin adaptadora. PAMP, patrn molecular asociado conpatgenos.


MUERTE EXTRACELULAR

Clulas natural killer (NK)

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

Estas clulas son grandes linfocitos granulares(figura 2.6a) con morfologa caracterstica (figura2.7b). Las clulas killer y las clulas 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 clula NK (vase p. 77) de estructuras so-bre glucoprotenas de alto peso molecular que selocalizan en la superficie de las clulas infectadaspor el virus. La activacin de la clula NK lleva a lapolarizacin de los grnulos, entre el ncleo y la c-lula diana en pocos minutos y a la liberacin extra-celular de su contenido hacia el espacio entre lasdos clulas, a lo cual sigue la sigue la muerte de laclula diana.

Uno de los componentes ms importantes de losgrnulos es una perforina o citolisina, que tiene cier-ta homologa estructural con C9; al igual que esaprotena, pero sin otra ayuda que la del Ca2+, es ca-paz de insertarse en la membrana de la clula diana,al parecer mediante la unin a la fosforilcolina, a tra-vs del dominio anfiptico 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 clulas diana reciben la orden de suicidarse

Mientras que la lisis celular inducida por C9 tienelugar por el dao inferido a las membranas exter-nas, seguido despus por cambios nucleares, las c-lulas NK destruyen por activacin de la apoptosis(muerte celular programada), un mecanismo pre-sente en todas las clulas que conduce a la autoin-molacin. La apoptosis est mediada por una cas-cada de enzimas proteolticas denominadas caspa-sas. Al igual que otras cascadas con componentesmltiples, como los sistemas de la coagulacin ydel complemento, depende de la activacin porprotelisis de una proenzima que le sigue en la ca-dena, y as sucesivamente. La secuencia terminacon una fragmentacin nuclear muy rpida, lleva-da a cabo por una endonucleasa dependiente de Caque acta sobre el DNA vulnerable situado entre

nucleosomas, para producir los fragmentos en es-calera de nucleosomas de 200 kb; slo despus sepuede detectar la liberacin de protenas citoplas-mticas marcadas con 51Cr a travs 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 accin extracelular de una clula na-tural killer (NK) sobre una clula infectada por virus. La uninde los receptores NK a la superficie de la clula infectada por elvirus activa la liberacin extracelular de molculas de perforinaa partir de los grnulos; stas se polimerizan para formar canalestransmembrana que pueden facilitar la lisis de la clula diana alpermitir el ingreso de granzimas que inducen la muerte celularpor apoptosis mediante la activacin de la cascada de proteasascaspasas y la fragmentacin 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 grnulos, el TNF, activa la apoptosis dependiente de caspasaa travs de los dominios de muerte de los receptores de TNFde la superficie de la clula diana. La ocupacin del receptor NKtambin activa un mecanismo de destruccin paralelo, mediadopor la unin del ligando Fas (FasL) en el efector con el receptorFas de la clula diana, cuyos dominios de muerte citoplasmticosactivan la procaspasa 8. Como la apoptosis es un mecanismopredeterminado fundamental en todas las clulas, es esencialque est muy bien regulado; en consecuencia, un gran grupo deprotenas reguladoras, la subfamilia Bcl-2, inhibe la apoptosis,mientras que las subfamilias Bax y BH3 la favorecen. En griegoantiguo la palabra apoptosis describe la cada de las hojas delos rboles o de los ptalos de las flores, e ilustra muy bien laapoptosis de las clulas cuando se desprenden de sus estructurasde sostn en la matriz extracelular. (Vase en la figura 11.8 el as-pecto morfolgico de las clulas apoptsicas.)


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

Adems de la perforina, los grnulos contienenfactor de necrosis tumoral (TNF), linfotoxina eIFN, y una familia de serinproteasas denomina-das granzimas, una de las cuales, la granzima B,puede actuar como un factor citotxico NK al pa-sar a travs 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 citoplasmticos tambin pueden activarla procaspasa 8. El condroitinsulfato A es un pro-teoglucano con fuerte carga negativa, resistente alas proteasas, que se encuentra en los grnulos ypuede intervenir en la proteccin de la clula NKcontra la autlisis provocada por sus propiosagentes letales.

La destruccin por clulas NK tambin puede te-ner lugar en ratones con deficiencia de perforina, talvez mediante un mecanismo paralelo en el que in-tervienen molculas del receptor Fas sobre la super-ficie de la clula diana. La ocupacin del receptorFas por el ligando Fas (FasL) sobre la clula efecto-ra proporciona otra va para la induccin de una se-al apoptsica en la infortunada clula diana.

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

Eosinfilos Los parsitos de gran tamao, como los helmintos,no pueden ser fsicamente fagocitados y la destruc-cin extracelular, a cargo de los eosinfilos, parecehaber evolucionado para contribuir a la solucin deeste problema. Esos polimorfonucleares primosde los neutrfilos tienen grnulos bien diferencia-dos, que se tien vidamente con colorantes cidos(figura 1.4c) y presentan un aspecto caracterstico enel microscopio electrnico (figura 12.23). Una prote-na bsica importante se localiza en el centro del gr-nulo, mientras que en su matriz se ha identificadouna protena catinica eosinfila junto con una pero-xidasa. Tambin se encuentran otras enzimas, comoarilsulfatasa B, fosfolipasa D e histaminasa. Estas c-lulas tienen receptores de superficie para C3b y suactivacin producen un estallido respiratorio muyimpresionante, con generacin simultnea de meta-bolitos de oxgeno activos. No satisfecha con esto, lanaturaleza tambin arm a la clula con protenasgranulares capaces de producir en ella un tapntransmembrana de modo similar a C9 y la perforinade NK. Una clula bastante peligrosa.

La mayora de los helmintos puede activar la vaalternativa del complemento, pero aunque resisten-te al ataque de C9, su cubierta con C3b permite laadherencia de eosinfilos a travs de sus receptoresC3b. Si este contacto llevara a la activacin, el eosi-nfilo lanzara su ataque extracelular, que com-prende la liberacin de las principales protenas b-sicas y, en especial, la protena catinica que daa lamembrana del parsito.


Hay una gran variedad de mecanismos inmunitariosinnatos que no mejoran con la exposicin repetida a lainfeccin.

Barreras contra la infeccin Los microorganismos son mantenidos fuera del cuer-po por la piel, la secrecin de moco, la accin ciliar, laaccin de lavado de los lquidos bactericidas (p. ej., l-grimas), el cido gstrico y el antagonismo microbiano. Si se produce la penetracin, las bacterias son destrui-das por factores solubles como la lisozima y por fagoci-tosis con digestin intracelular.

Las clulas fagocticas destruyen a los microorganismos Las principales clulas fagocticas son los neutrfilospolimorfonucleares y los macrfagos. Las clulas fagocticas usan sus receptores de recono-cimiento de patrn (PRR) para reconocer patrones mo-leculares asociados con patgenos (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 clula, tras lo cual se fusionan congrnulos citoplasmticos. 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 clula donde se fusionan con los gr-nulos citoplasmticos. Acta despus una serie formidable de mecanismosantimicrobianos: la conversin de O2 a especies reacti-vas del oxgeno, la sntesis de xido ntrico y la libera-cin de mltiples factores independientes del oxgeno apartir de los grnulos. La adherencia a PRR sobre las clulas dendrticas inicialos procesos inmunitarios adaptativos (vase captulo 2).

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

RESUMEN



se utiliza para atraer clulas fagocticas hacia los mi-croorganismos y engullirlos. En lo que se conoce como va alternativa del comple-mento, el componente ms abundante, C3, es escindi-do por una enzima convertasa formada a partir de supropio producto de escisin C3b y factor B, y estabili-zado para evitar la degradacin causada por los facto-res H e I por asociacin con la superficie microbiana. Amedida que se produce, el C3b forma enlaces covalen-tes con el microorganismo y acta como una opsonina. El componente siguiente, C5, se activa y produce unpptido pequeo, 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 smosis. C5a es un potente agente quimiotctico de neutrfi-los, que adems aumenta en gran medida la permeabi-lidad capilar. C3a y C5a actan sobre los mastocitos e inducen la li-beracin 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 tambin sobre la quimiotaxis de los neutr-filos, a los que igualmente activan.

La reaccin inflamatoria aguda mediada por el complemento Tras la activacin del complemento con la consiguien-te atraccin y estimulacin de los neutrfilos, 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 inflamacin tambin puede ser iniciada por losmacrfagos tisulares, con funcin similar a los mastoci-

tos, dado que la sealizacin por toxinas bacterianas ybacterias recubiertas por C5a o iC3b que se adhieren alos receptores del complemento superficiales induce laliberacin de factores quimiotcticos y activadores deneutrfilos.

Los mecanismos humorales proporcionan una segunda estrategiadefensiva Adems de la lisozima, las defensinas peptdicas y elsistema del complemento, otras defensas humorales in-cluyen las protenas de fase aguda, como la protena Creactiva y la protena de unin a manosa, cuya sntesisest muy aumentada en la infeccin. La lectina deunin a manosa genera una va del complemento quedifiere de la va alternativa en sus reacciones tempra-nas, como se describir en el captulo 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 molculas de reconocimiento de patrones. La recuperacin de las infecciones virales puede lo-grarse con los interferones que bloquean la replicacindel virus.

Muerte extracelular Las clulas infectadas por virus pueden ser destrui-das por linfocitos grandes granulares con actividadNK, a travs de una va 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 activacin de la cascada deproteasas caspasas que fragmentan el DNA nuclear. La destruccin extracelular por eosinfilos unidos aC3b puede determinar que muchos parsitos de grantamao no establezcan su punto de apoyo en huspe-des potenciales.


Roitt - Inmunología 2008

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