1

TEMA 21: INMUNIDADE. 1. - INTRODUCIÓN. Unha parte significativa dos microorganismos da nosa biosfera son parasitos doutros organismos e moitos deles teñen ademais carácter patóxeno e orixinan enfermidades nos organismos parasitados. Para defenderse deles, os animais desenvolveron ao longo da súa evolución biolóxica unha serie de mecanismos defensivos que constitúen o sistema inmunitario. A área da ciencia biolóxica que se ocupa deste conxunto de mecanismos defensivos denomínase inmunoloxía. Aínda que a inmunoloxía xurdiu e desenvolveuse como ciencia só nos dous últimos séculos, da man da microbioloxía, os seus antecedentes históricos remóntanse xa á Grecia clásica. Así, o historiador Tucídides (464-404 a.C.) relata que durante as guerras do Peloponeso os soldados afectados de certa enfermidade eran atendidos soamente por aqueles compañeiros que xa a sufriran, no convencemento de que estes estaban dalgún xeito protexidos fronte a ela. Así mesmo, na China do século XI a.C. constatárase que a inhalación de po procedente de bostelas da varíola protexía fronte a esa enfermidade. Esta práctica foi introducida en Europa durante o século XVIII por Lady Mary Wortley Montagu, esposa do embaixador británico en Constantinopla, tras probar os seus resultados experimentando, de xeito moi pouco rigoroso, cun

grupo de prisioneiros de guerra. O primeiro estudio rigoroso acerca das defensas naturais fronte ás enfermidades infecciosas foi o do médico inglés Edward Jenner (1749-1823). Jenner observou que as vacas se vían afectadas por unha enfermidade con síntomas similares á varíola e que a transmitían a humanos nunha forma benigna, a "varíola vacúa", a cal só producía pústulas nas mans ás persoas que as manipulaban, e non en todo o corpo como acontecía coa varíola humana. En 1798 Jenner (Figura 2.1) inxectou a un neno pus procedente dunha pústula de varíola vacúa que padecía unha muller contaxiada por unha vaca enferma. Ás poucas semanas inxectou ao mesmo neno pus procedente dunha pústula dun paciente de varíola humana comprobando que aquel non contraía a enfermidade. Jenner prognosticou que o seu método permitiría no futuro erradicar a varíola, cousa que resultou ser certa; non obstante, a escaseza de coñecementos acerca da natureza das enfermidades infecciosas que imperaba na época de Jenner motivou que os seus estudios permanecesen no esquecemento durante

case un século. Unha vez máis foi Louis Pasteur quen sentou as bases da moderna inmunoloxía cando observou que a inxección en galiñas de cultivos envellecidos da bacteria causante da cólera aviar (Pasteurella aviseptica) protexíaas de contraer a enfermidade. Pasteur introduciu o termo vacina, en honra ao estudio pioneiro de Jenner, para referirse a tales preparados a base dun xerme atenuado que previñan da enfermidade causada polo devandito xerme. Os estudios de Pasteur foron o punto de partida para as vacinacións xeneralizadas fronte ás principais enfermidades infecciosas.

Figura 21.1

As investigacións realizadas ao longo de todo o século XX acerca dos mecanismos responsables da resposta inmunitaria converteron a inmunoloxía nunha ciencia de importancia

2extraordinaria para a nosa comprensión dos sistemas vivos e de grande utilidade práctica na loita contra as enfermidades infecciosas. 2. - ESTRUTURA DO SISTEMA INMUNITARIO. O sistema inmunitario, entendido nun sentido amplo, integra todo un conxunto de mecanismos defensivos que o animais desenvolveron para detectar e neutralizar calquera axente alleo ao organismo e potencialmente perigoso para el, trátese de microorganismos ou de calquera partícula ou substancia química que poida ser recoñecida como estraña. Este sistema está estruturado nunha serie de barreiras sucesivas ou "liñas defensivas" que se opoñen á entrada do axente. As primeiras liñas defensivas constitúenas diferentes mecanismos que actúan de xeito inespecífico contra calquera axente alleo ao organismo. Todos os animais desenvolveron este tipo de mecanismos de defensa inespecíficos. Ademais, os vertebrados desenvolveron unha serie de mecanismos con capacidade de recoñecer de xeito específico os axentes invasores e de gardar memoria deles para afrontalos máis eficazmente en posteriores ocasións. Tales mecanismos de defensa específicos constitúen o que se coñece como o sistema inmunitario propiamente dito e representan o principal foco de atención da inmunoloxía. Analizaremos a continuación os diferentes tipos de mecanismos defensivos. 3. - MECANISMOS DE DEFENSA INESPECÍFICOS. Os mecanismos de defensa inespecíficos están organizados formando as primeiras liñas defensivas e consisten nunha serie de barreiras anatómicas e fisicoquímicas, na protección outorgada pola flora microbiana habitual do organismo e pola acción das células fagocitarias. 3.1. - BARREIRAS ANATÓMICAS E FÍSICO-QUÍMICAS.

Figura 21.2

A primeira barreira que teñen que superar os microorganismos infecciosos é a que constitúen a pel e as mucosas. As capas máis externas da pel están constituídas por células

3mortas e impermeabilizadas pola queratina que representan unha barreira practicamente infranqueable para a maioría dos microorganismos. Só algúns patóxenos que utilizan insectos picadores como vectores de transmisión poden salvar esta barreira. As secrecións das glándulas sudoríparas e sebáceas contribúen a crear sobre a pel un ambiente químico hostil para a maioría dos microorganismos (Figura 21.2). Algúns órganos externos como os ollos ou as cavidades internas comunicadas co exterior están recubertos por epitelios denominados mucosas. As mucosas son máis doadamente franqueables que a pel para a maioría dos microorganismos; de feito é a través delas por onde se inician a maioría das infeccións. Non obstante, estes epitelios contan tamén con recursos para combater os xermes, como a secreción de fluídos que se renovan constantemente e axudan así á súa eliminación. Ademais as secrecións das mucosas adoitan presentar propiedades químicas incompatibles coa proliferación dos microorganismos, como o pH ácido do zume gástrico ou das secrecións vaxinais, ou ben axentes químicos antibacterianos como o enzima lisozima presente entre outras na secreción lacrimal. Por outra banda, a temperatura corporal tamén constitúe unha barreira fronte aos microorganismos, pois moitos deles non poden vivir a determinadas temperaturas. A febre é tamén un mecanismo defensivo que utiliza este factor. 3.2. - ACCIÓN DA FLORA BACTERIANA INTERNA. Nas distintas cavidades internas do organismo animal vive unha flora bacteriana adaptada a vivir alí e que desenvolveu relacións de comensalismo e mesmo simbiose co organismo hospedador. Así acontece na boca, no intestino, tracto xenital, etc. Estes microorganismos adaptados ás condicións fisicoquímicas do seu hábitat compiten eficazmente cos posibles invasores e mesmo segregan substancias antibióticas para combatelos. 3.3. - ACCIÓN DAS CÉLULAS FAGOCITARIAS. Cando un microorganismo ou calquera outro axente alleo ao organismo hospedador chega a superar as liñas defensivas que representan as barreiras anatómicas e fisicoquímicas e a flora bacteriana habitual, e accede aos tecidos internos, desencadéase outro mecanismo de defensa inespecífico baseado na acción de células fagocitarias presentes no sangue. Dous tipos de leucocitos especializados desempeñan esta función: os neutrófilos polimorfonucleares, tamén chamados micrófagos, e os macrófagos, que se diferencian a partir dos monocitos. Os micrófagos son os máis abundantes e acoden aos tecidos infectados para fagocitar aos axentes invasores atravesando a parede dos capilares sanguíneos. Os macrófagos constitúen unha reserva de células fagocitarias presente nos tecidos denominada sistema retículo-endotelial, que ademais de fagocitar xermes participa tamén na eliminación de células vellas ou deterioradas e na rexeneración de tecidos danados. O destino dos microorganismos ou partículas fagocitados é a súa destrución por os enzimas hidrolíticos presentes nos lisosomas das células fagocitarias nun proceso típico de dixestión heterofáxica. No caso dos micrófagos o proceso remata coa lise celular, resultado da liberación dos enzimas lisosómicos, que afecta tanto aos microorganismos fagocitados coma ao propio micrófago. O conxunto de xermes e micrófagos destruídos constitúe o pus característico dos tecidos infectados. Ademais de micrófagos e macrófagos existe un terceiro tipo de leucocitos implicados neste mecanismo de defensa inespecífico. Son as células asasinas naturais (células NK). Trátase duns linfocitos, diferentes dos implicados nos mecanismos de defensa específicos,

4que recoñecen e destrúen células do propio organismo hospedador que se atopan infectadas por virus ou que se volveron malignas (células cancerosas). As células NK non son fagocitarias, senón que eliminan as células sobre as que actúan inxectándolles substancias citotóxicas que provocan a súa destrución. A eficacia dos mecanismos de defensa inespecífica baseados na fagocitose vese aumentada por unha serie de factores humorais, é dicir, non celulares. Os factores humorais son unha serie de proteínas solubles que se atopan no sangue entre as que destaca o denominado sistema do complemento. O sistema do complemento está constituído por unhas vinte proteínas solubles que actúan unhas sobre outras producindo un efecto fervenza. Cando este sistema se activa actúa sobre a superficie dos microorganismos invasores colocando sobre ela moléculas sinal que facilitan a acción das células fagocitarias, nun proceso denominado opsonización. O sistema do complemento forma parte tamén dos mecanismos de defensa específica que analizaremos máis adiante neste capítulo. Por outra banda, toda a acción das células fagocitarias inscríbese nun mecanismo de maior amplitude, denominado resposta inflamatoria, que facilita a chegada aos tecidos infectados dos recursos celulares e humorais axeitados. A resposta inflamatoria consiste nunha vasodilatación e aumento da permeabilidade capilar que provoca un edema local, acompañado de febre e dor, na zona infectada. O líquido extravasado que inunda os tecidos é rico en células fagocitarias e factores humorais necesarios para combater a infección. 4. - MECANISMOS DE DEFENSA ESPECÍFICOS. Os vertebrados, e moi especialmente os mamíferos, desenvolveron ao longo da evolución biolóxica unha liña defensiva adicional fronte aos axentes invasores baseada na capacidade de distinguir "o propio" do "alleo". Esta liña defensiva comprende un conxunto de mecanismos de defensa específicos que integran o sistema inmunitario propiamente dito. Os procesos que se desencadean cando un axente invasor é detectado polo sistema inmunitario coñécense co nome de resposta inmunitaria. A resposta inmunitaria exhibe tres propiedades que a caracterizan:

• Especificidade. - O sistema inmunitario xera unha resposta específica para cada axente invasor. A resposta xerada fronte a un determinado axente non é activa fronte a outros.

• Memoria. - A resposta xerada fronte a un determinado axente queda rexistrada polo sistema inmunitario de maneira que as respostas fronte a posteriores invasións do mesmo axente son máis intensas e eficaces.

• Tolerancia. - O sistema inmunitario non debe xerar respostas fronte a células ou moléculas do propio organismo. A tolerancia ante "o propio" desenvólvese durante as primeiras semanas do desenvolvemento embrionario. O sistema inmunitario é potencialmente capaz de xerar resposta ante calquera molécula, polo que durante este período debe aprender a recoñecer as moléculas do propio organismo e a desenvolver tolerancia ante elas. Os erros neste mecanismo dan lugar a enfermidades autoinmunes, que adoitan ter consecuencias graves.

A acción do sistema inmunitario baséase na súa capacidade para recoñecer moléculas alleas ao organismo, que poden atoparse disoltas no sangue e líquido intersticial ou ben ancoradas na superficie dos microorganismos invasores. O sistema inmunitario non recoñece pois os microorganismos invasores como tales senón a estruturas moleculares que estes presentan na superficie celular. As moléculas capaces de xerar unha resposta inmunitaria denomínanse antíxenos. Por suposto, non todas as moléculas alleas a un organismo dado teñen capacidade

5antixénica. Esta depende de varios factores, algúns intrínsecos á propia molécula e outros relativos ao organismo hospedador. Entre os factores intrínsecos cabe destacar os seguintes:

• Similitude con moléculas propias. - En xeral, as moléculas cun grande parecido estrutural a moléculas propias do organismo receptor carecen de capacidade antixénica. Así, proteínas cuxa secuencia de aminoácidos diverxeu moito evolutivamente entre especies diferentes adoitan xerar resposta inmunitaria, mentres que non o fan aquelas a secuencia das cales se conservou máis ou menos constante, como é o caso do citocromo C ou o coláxeno.

• Tamaño. - Para ter capacidade antixénica as moléculas deben ser relativamente grandes, aínda que este factor depende tamén da natureza química. As biomoléculas de baixo peso molecular, como aminoácidos e monosacáridos carecen de capacidade antixénica. Aínda que non existe unha regra fixa se pode afirmar que as moléculas de peso molecular inferior a 10.000 dalton non adoitan ser bos antíxenos.

• Natureza química. - Os distintos tipos de biomoléculas teñen diferentes capacidades antixénicas. En xeral, as proteínas son mellores antíxenos que os polisacáridos e estes que os lípidos e ácidos nucleicos.

• Heteroxeneidade química. - Os polímeros monótonos adoitan presentar menos capacidade antixénica que os de composición máis heteroxénea.

• Degradabilidade.- Só as moléculas que son degradables polo metabolismo do organismo receptor teñen capacidade antixénica. Iso débese a que o mecanismo que desencadea a resposta inmunitaria require a presenza de fragmentos do antíxeno.

En canto aos factores extrínsecos ao antíxeno que afectan á súa capacidade antixénica hai que destacar a constitución xenética do organismo receptor. Uns organismos son xeneticamente máis sensibles a determinados antíxenos do que o son outros. A capacidade dun antíxeno para desencadear unha resposta inmunitaria non reside na molécula antixénica no seu conxunto, senón en determinados grupos químicos situados sobre a súa superficie denominados determinantes antixénicos ou epitopos. Estes grupos químicos poden ser grupos de aminoácidos ou motivos estruturais nas proteínas, determinadas ramificacións nos polisacáridos e outras estruturas de tamaño reducido en comparación co da molécula antixénica completa. Os epitopos, ademais de ser os responsables da posta en marcha da resposta inmunitaria, son os lugares polos que os antíxenos se unen ás moléculas específicas xeradas na devandita resposta. Existen compostos de baixo peso molecular, denominados haptenos, que non teñen capacidade antixénica per se, pero que se transforman en determinantes antixénicos cando se atopan unidos a unha macromhaptenos foron de grande utilidade na investigación da resposta inmunitaria.

3

A resposta inmunitaria prodúcese pola actividade dunha estirpe de células sagrupo dos leucocitos, chamadas linfocitos. No proceso de formación das células shematopoese (Figura 21.3), os linfocitos orixínanse no individuo adulto a partir de cmedula ósea e maduran despois en órganos linfoides distintos. A resposta inmunita

Figura 21.

olécula. Os

nguíneas do anguíneas, a élulas nai da ria ten lugar

6en dúas fases sucesivas, denominadas respectivamente resposta inmunitaria humoral e resposta inmunitaria celular, que analizaremos a continuación. 4.1. - RESPOSTA INMUNITARIA HUMORAL. As células responsables da resposta inmunitaria humoral son os linfocitos B, que nos mamíferos maduran na propia medula ósea (o "B" é a inicial de bone, óso en inglés). Os linfocitos B teñen a capacidade de sintetizar unhas proteínas, denominadas inmunoglobulinas, que constitúen a base da resposta inmunitaria. Hai dous tipos principais de inmunoglobulinas: as inmunoglobulinas de membrana (mIg) e as inmunoglobulinas circulantes, tamén chamadas anticorpos, que son os auténticos efectores da resposta inmunitaria humoral Formando parte da membrana dos linfocitos B atópanse uns complexos receptores das células B (BCR), a parte específica das cales é unha inmunoglobulina de membrana. A misión destes complexos receptores é recoñecer aos antíxenos como etapa inicial da resposta inmunitaria. Existen uns 150.000 moléculas de mIg a membrana de cada linfocito, sendo todas elas específicas do mesmo antíxeno. Cando un antíxeno entra en contacto cos complexos receptores desencadéase unha reacción intracelular que dá lugar á síntese de numerosas moléculas de anticorpos específicos que son segregados ao medio extracelular, onde poden exercer a súa acción sobre as moléculas do antíxeno. 4.1.1. - ESTRUTURA DAS INMUNOGLOBULINAS.

A análise da secuencia de aminoácidos das inmunoglobulinas e da súa conformación tridimensional mediante cristalografía de raios X, proporcionou un amplo coñecemento destas proteínas, o que contribuíu en boa medida á nosa comprensión dos mecanismos da resposta inmunitaria. As inmunoglobulinas son proteínas oligoméricas formadas por catro cadeas polipeptídicas (Figura 21.4). Delas, dúas son "cadeas pesadas" (H), cun peso molecular duns 50.000 daltons, e as outras dúas son "cadeas lixeiras" (L), cun peso molecular duns 25.000 daltons. Cada cadea lixeira está unida a unha cadea pesada por unha ponte disulfuro, mentres que as dúas

cadeas pesadas están unidas entre si por dúas pontes disulfuro. O conxunto das catro cadeas atópase pregado nunha conformación tridimensional característica das inmunoglobulinas que presenta forma de "Y". Os brazos curtos do "Y" están constituídos polas cadeas lixeiras e pola porción amino terminal das cadeas pesadas, pódense escindir enzimaticamente da molécula dando lugar a dous fragmentos que, pola súa capacidade de unirse a antíxenos, se denominan fragmentos Fab (do inglés antixene-binding). O brazo longo do "Y" está constituído polas porcións carboxi-terminais das cadeas pesadas, tamén se pode separar enzimaticamente do resto da molécula e, debido a que cristaliza con facilidade, denomínase fragmento Fc. A zona de unión dos tres fragmentos coñécese como rexión bisagra

Figura 21.4

Tanto nas cadeas pesadas coma nas lixeiras distínguense dúas rexións. Unha delas,

7chamada rexión constante, atópase na zona do extremo carboxi-terminal e presenta poucas variacións na secuencia de aminoácidos entre unhas inmunoglobulinas e outras, mentres que en relación coa outra, próxima ao extremo amino-terminal e denominada rexión variable, existen inmunoglobulinas con multitude de secuencias diferentes. As rexións constantes das cadeas pesadas presentan en humanos cinco tipos principais de secuencias que determinan os cinco tipos principais de inmunoglobulinas (isotipos) que se especificarán máis adiante. As rexións constantes das cadeas lixeiras aparecen en dúas versións diferentes con lixeiras variacións entre unha e a outra; son as cadeas κ e as cadeas λ. Cada tipo de cadea pesada pode combinarse indistintamente coas cadeas lixeiras κ ou λ, pero en cada molécula individual de inmunoglobulina tanto as cadeas pesadas como as lixeiras corresponden ao mesmo tipo. A formación de pontes disulfuro adicionais entre as rexións constantes das cadeas pesadas pode dar lugar a asociacións multiméricas de varias moléculas individuais de inmunoglobulina. Dentro das rexións variables, a variabilidade na secuencia de aminoácidos concéntrase en determinados tramos denominados rexións hipervariables. A presenza destas rexións, xunto co feito de que se atopan nos extremos de dúas cadeas diferentes (H e L) que poden adoptar distintas posicións unha con respecto á outra, dá lugar a unha grande variedade de posibilidades no que se refire á conformación tridimensional destas rexións. Púidose comprobar que estes extremos variables das inmunoglobulinas son os lugares a través dos cales estas interactúan coas moléculas de antíxeno. A grande diversidade estrutural dos extremos variables permite ás inmunoglobulinas recoñecer e interactuar cunha cantidade enorme de antíxenos diferentes.

Na especie humana as inmunoglobulinas circulantes (anticorpos) aparecen en cinco clases principais ou isotipos (Figura 21.5), que difiren na secuencia de aminoácidos da rexión constante das súas cadeas pesadas. Son as seguintes:

Figura 21.5

• Inmunoglobulina G (IgG). - Son con moito as máis abundantes no sangue e líquidos intersticiais, chegando a representar un 80% das inmunoglobulinas totais. Son as máis persistentes e responsables da memoria inmunitaria.

• Inmunoglobulina A (IgA). - Representan un 5-10% das inmunoglobulinas totais. Poden aparecer como moléculas individuais ou formando dímeros unidos por pontes disulfuro. Este tipo de inmunoglobulina aparece fundamentalmente nas secrecións de todo tipo (saliva, bágoas, mucus respiratorio) polo que desempeñan un papel esencial na defensa dos epitelios mucosos. Tamén están presentes no leite materno e no costro, contribuíndo

8así á protección do lactante fronte ás infeccións.

• Inmunoglobulina M (IgM). - Representan un 10-15% das inmunoglobulinas totais. Sintetízanse en forma de pentámeros de forma estrelada coas rexións variables cara ao exterior. Debido ao seu gran tamaño non se extravasan e permanecen confinadas no soro sanguíneo. Son as primeiras en aparecer ante a presenza dun antíxeno.

• Inmunoglobulina D (IgD). - Aparece como un compoñente da membrana dos linfocitos xunto coa inmunoglobulina de membrana mIg. A súa presenza no soro sanguíneo é insignificante.

• Inmunoglobulina E (IgE). - Atópanse no soro sanguíneo en cantidades moi pequenas. Son as responsables dos fenómenos de hipersensibilidade (alerxias). O seu papel reside na súa eficacia fronte a patóxenos grandes como os helmintos (Tenia, Trichinella e outros).

4.1.2. - REACCIÓN ANTÍXENO-ANTICORPO.

A interacción antíxeno-anticorpo é un caso particular da interacción que se produce entre un ligando específico e a súa proteína correspondente, é dicir, trátase dunha interacción non covalente, reversible e baseada en interaccións débiles do tipo das pontes de hidróxeno, interaccións iónicas ou hidrofóbicas e forzas de Van der Waals. A especificidade da interacción débese á complementariedade estrutural entre os epitopos do antíxeno e as rexións variables do anticorpo. As interaccións entre antíxenos e anticorpos dan lugar a complexos estables antíxeno-anticorpo. Cada molécula individual de inmunoglobulina ten

dous lugares de unión ao antíxeno. Cando estas moléculas forman dímeros ou multímeros como na IgA e IgM o número de lugares de unión por complexo aumenta. Por outra banda, cada antíxeno pode presentar varios epitopos mediante os que interactuar co anticorpo. O resultado é que, no caso dos antíxenos solubles, os complexos antíxeno-anticorpo poden formar redes tridimensionais que inclúen moitas moléculas dun e outro tipo (Figura 21.6). Cando os antíxenos se atopan ancorados na superficie de microorganismos invasores os complexos antíxeno-anticorpo son máis simples e de menor tamaño.

Figura 21.6

No caso dos antíxenos solubles, como é o caso das toxinas segregadas por algúns microorganismos ou, en xeral, de calquera macromolécula soluble allea ao organismo receptor, a formación do complexo antíxeno-anticorpo ten as seguintes consecuencias:

• Neutralización. - A unión co anticorpo inhabilita ao antíxeno para exercer o efecto tóxico que puidese ter. Algunhas toxinas bacterianas non poden unirse aos seus receptores na superficie celular cando están unidas ao seu anticorpo específico. Moitos virus, aínda que son complexos supramoleculares tamén poden resultar neutralizados o mesmo modo por anticorpos específicos

• Precipitación. - A formación de grandes armazóns antíxeno-anticorpo impide a ambos os dous tipos de moléculas permanecer en disolución, dando lugar a un precipitado.

En calquera caso o destino final dos complexos antíxeno-anticorpo é ser fagocitados e dixeridos polas células fagocitarias (micrófagos e macrófagos). Así, o mecanismo de defensa específico da resposta inmunizante humoral, interactúa co mecanismo de defensa inespecífico das células fagocitarias, que complementa a acción do primeiro. A porción carboxi-terminal das

9cadeas pesadas das inmunoglobulinas (fragmento Fc), que non está implicada na formación dos complexos antíxeno-anticorpo, é recoñecida por receptores de membrana das células fagocitarias. Iso permite a estas células fagocitar os complexos antíxeno-anticorpo mediante endocitose mediada por receptores específicos que é moito máis eficaz que a endocitose convencional. Cando os antíxenos se atopan ancorados á superficie de microorganismos invasores a formación de complexos antíxeno-anticorpo sobre a devandita superficie ten as seguintes consecuencias:

• Activación do sistema do complemento. - O conxunto de proteínas que integra o sistema do complemento, que tamén participa nos mecanismos de defensa inespecíficos, provoca lise celular dos microorganismos invasores recoñecidos polos anticorpos.

• Opsonización. - O microorganismo cuxos antíxenos de superficie foron recoñecidos polos anticorpos queda literalmente encrespados de fragmentos Fc das inmunoglobulinas Estes fragmentos, como comentamos con anterioridade, constitúen sinais que as células fagocitarias recoñecen e utilizan para mellorar a súa eficacia. Tamén neste caso os mecanismos específicos e inespecíficos cooperan na defensa do organismo.

4.1.3. - ORIXE DA DIVERSIDADE DOS ANTICORPOS. Un dos aspectos máis intrigantes do fenómeno da resposta inmunitaria foi durante moito tempo a orixe da grande diversidade de anticorpos necesaria para poder recoñecer a un número potencialmente infinito de antíxenos. Posto que os anticorpos son proteínas, a explicación máis acorde coa ortodoxia da teoría "un xene - un polipéptido" apuntaba a que debía existir un número elevadísimo de xenes codificadores de inmunoglobulinas, tanto para as cadeas pesadas coma para as lixeiras. De acordo con esta explicación, coñecida a mediados do século XX como teoría xerminal, unha parte moi significativa do xenoma estaría dedicada á codificación das inmunoglobulinas (os cálculos apuntaban a unha cifra en torno aos 100.000 xenes na especie humana, cando hoxe sabemos que o total de xenes non supera os 30.000). Unha explicación alternativa, coñecida como teoría da variación somática apuntaba a un número de xenes moito menor, que mediante mecanismos de mutación e/ou recombinación xeraría durante a maduración dos linfocitos o amplo repertorio de anticorpos requirido. Un inconveniente desta teoría consistía en que non explicaba satisfactoriamente a presenza de rexións variables e rexións constantes nas inmunoglobulinas. En 1965 W.J. Dreyer e J.C. Bennett propuxeron un modelo para explicar a diversidade dos anticorpos segundo o cal as rexións variables e as rexións constantes, tanto das cadeas pesadas coma das lixeiras, estaban codificadas por xenes diferentes. Estes xenes atoparíanse separados nas células da liña xerminal, pero durante a maduración dos linfocitos B o xenoma sufriría distintas reordenacións que colocarían adxacentes os fragmentos codificantes para un e outro tipo de rexión, dando lugar a unha mensaxe continua que codificaría unha cadea completa. Ademais, existiría, de acordo coa teoría xerminal, un elevado número de xenes As ideas de Dreyer e Bennett foron consideradas "heréticas" no seu momento pois contradicían algúns dogmas da nacente bioloxía molecular. Non obstante, cando dez anos máis tarde Susumu Tonegawa (Figura 21.7) dispuxo das ferramentas adecuadas para sometelas á experimentación,

Figura 21.7

10

ou ser moito máis complexo e fistic

comprobouse que non só apuntaban na dirección correcta, senón que os seus autores quedaran curtos na súa apreciación dun mecanismo que resultso ado. Tonegawa demostrou que a información xenética que codifica a secuencia de aminoácidos das inmunoglobulinas atópase nas células xerminais fragmentada nunha serie de segmentos xénicos. Estes segmentos constitúen familias multixénicas encargadas de codificar os distintos tipos de cadeas (Figura 21.8). Hai tres familias principais, que se atopan situadas en diferentes cromosomas: unha que codifica as cadeas lixeiras κ, outra as cadeas lixeiras λ e unha terceira as cadeas pesadas. Cada familia componse de varios tipos de segmentos (V, D, J, C e L), cada un dos cales pode aparecer en diferentes versións ou subtipos (p. ex. V1, V2, V3, etc.). Os segmentos das familias V, D e J codifican as rexións variables; os segmentos C codifican as rexións constantes e os segmentos L codifican un péptido sinal presente nas cadeas recén

etiz

orpo, senón que son as que determinan o isotipo ao que ertenc

unhas

a aquelas liñas de nfocitos B portadoras das mutacións que confiren unha maior afinidade.

sint adas que se elimina posteriormente. Durante o proceso de maduración dos linfocitos B os segmentos codificantes sofren reordenacións, diferentes en cada liña individual, de maneira que a secuencia de DNA que finalmente codificará unha cadea dunha inmunoglobulina ensámblase tomando segmentos das distintas familias seguindo unha pauta característica de cada tipo de cadea (H ou L). Así, as cadeas lixeiras mostran unha secuencia de segmentos Vi+Ji+Ci, mentres que as pesadas mostran unha secuencia Vi+Ji+Di+Ci, onde o subíndice indica a variante incluída en cada tipo de segmento. Deste modo, cun número discreto de segmentos diferentes (en realidade uns poucos

centenares) pódese formar un número elevado de combinacións que presentarían especificidades para antíxenos diferentes. Os segmentos do tipo C presentan poucas variantes e non afectan á especificidade do antic

Figura 21.8

p e. As reordenacións lévanse a cabo pola acción dun equipo de enzimas específicos que cortan e empalman os segmentos de DNA. Os lugares de corte están sinalizados por secuencias específicas denominadas secuencias sinalizadoras de recombinación (RSS) Adicionalmente, detectouse en linfocitos B coas secuencias codificantes para inmunoglobulinas xa reordenadas un fenómeno coñecido como hipermutación somática, que acontece tras o primeiro contacto do antíxeno cos receptores de membrana do linfocito. O fenómeno consiste nun aumento espectacular da taxa de mutación nas secuencias que codifican as rexións variables das inmunoglobulinas. As mutacións introducen lixeiras variacións na conformación das rexións variables que repercuten na súa afinidade polo antíxeno. Posteriormente selecciónanse para xerar a resposta inmunitarili

11

.2. - RESPOSTA INMUNITARIA CELULAR 4 .

ue ademais interactúa. É a

eptor

, que inducen a proliferación e estimulan a actividade doutras células do

A resposta inmunitaria humoral por si soa constitúe unha poderosa barreira defensiva contra os microorganismos patóxenos sempre que estes atopen libres no medio interno do organismo receptor. Non obstante móstrase pouco eficaz fronte a parasitos intracelulares como os virus e algunhas bacterias e protozoos, ás que os anticorpos circulantes non teñen acceso, polo menos durante algunha fase do seu ciclo vital. Para solucionar ese problema algúns vertebrados dotáronse dun sistema que funciona en paralelo coa inmunidade humoral, coa qresposta inmunitaria celular. A resposta inmunitaria celular é un complexo mecanismo deseñado para localizar e destruír células do propio organismo receptor que fosen invadidas por parasitos intracelulares. Tamén pode actuar sobre células cancerosas e sobre tecidos alleos ao organismo reccomo acontece no caso dos transplantes de órganos. As células responsables da resposta inmunitaria celular son un tipo de leucocitos que teñen a súa orixe na medula ósea pero que maduran nun órgano linfoide chamado timo. En referencia a este órgano denomínanse linfocitos T. No ser humano o timo entra en regresión a

partir da adolescencia e dende entón os linfocitos T maduran noutros órganos linfoides diseminados. A resposta xerada polos linfocitos T consiste na liberación dunha serie de substancias citotóxicas, que destrúen células infectadas, ou de mensaxeiros intercelulares, chamados citoquinas

Figura 21.9

sistema inmunitario. Os linfocitos T presentan na cara externa das súas membranas uns complexos receptores das células T (TCR) análogos aos correspondentes dos linfocitos B (Figura 21.9). O compoñente principal dos TCR é unha proteína de estrutura similar á das inmunoglobulinas, formada por dúas cadeas polipeptídicas cada unha das cales ten unha rexión constante e unha rexión variable. Esta proteína do TCR, ao igual que as inmunoglobulinas de membrana dos linfocitos B, é a

urtos) que se atopan nidos ce como restrición polo MHC).

•

responsable de recoñecer ao antíxeno na etapa inicial da resposta inmunitaria celular. O proceso de recoñecemento do antíxeno é na resposta inmunitaria celular moito máis complexo que na humoral. Nel intervén un conxunto de proteínas do organismo receptor e os xenes que as codifican que se coñecen co nome global de complexo principal de histocompatibilidade (MHC). As proteínas MHC forman parte da membrana celular e a súa misión é expoñer fragmentos de antíxenos sobre a superficie da célula, de maneira que estes poidan ser recoñecidos polos TCR dos linfocitos T (Figura 21.9). Os TCR, a diferenza dos BCR, non poden recoñecer antíxenos libres, senón fragmentos destes (péptidos cu a proteínas MHC (feito que se coñe

Hai dous tipos de proteínas MHC: Proteínas MHC de clase I.- Atópanse en todas as células nucleadas do organismo receptor. Recoñecen e expoñen sobre a superficie celular fragmentos antixénicos de orixe endóxena, é dicir sintetizados dentro das propias células. Estes fragmentos poden

12 se atopa infectada por un virus, ou proteínas

•

B, que tamén poden fagocitar os

focitos T, responsables de senllas modalidades de resp ta

ser de proteínas víricas, se a célulatumorais dunha célula cancerosa. Proteínas MHC de clase II.- Atópanse exclusivamente nas chamadas células presentadoras de antíxeno (APC) do sistema inmunitario. As principais células presentadoras de antíxeno son as macrófagas, que fagocitan de xeito inespecífico microorganismos invasores, e os propios linfocitos antíxenos que desencadean neles a resposta humoral.

Existen dous tipos principais de lin

Figura 21.10

os inmunitaria celular (Figura 21.10): • Linfocitos T citotóxicos. - Recoñecen mediante os seus TCR fragmentos antixénicos

presentados por proteínas MHC de clase I ancoradas na superficie de células infectadas por virus ou que se volveron malignas. O recoñecemento do antíxeno desencadea no linfocito T un dobre resposta: por unha parte, o linfocito secreta unhas citoquinas, denominadas interleucinas, que inducen a proliferación de linfocitos T coa mesma especificidade antixénica; por outra, o linfocito mata á célula infectada inxectándolle enzimas citotóxicos como as fragmentinas, que desencadean na célula infectada os mecanismos de morte celular programada (apoptose), e as perforinas, que abren poros

• na membrana plasmática inducindo a lise celular por fenómenos osmóticos. Linfocitos T auxiliares. - Recoñecen mediante os seus TCR fragmentos antixénicos presentados por proteínas MHC de clase II ancoradas na superficie de células presentadoras de antíxenos. A interacción entre ambos os dous tipos celulares desencadea nos linfocitos T auxiliares unha resposta consistente na liberación de distintos tipos de citoquinas, que estimulan a proliferación dos propios linfocitos así como a actividade das células presentadoras. Nuns casos os fragmentos antixénicos son presentados por un macrófago e proceden da dixestión parcial de microorganismos invasores fagocitados por este. A resposta xerada estimula por unha parte a proliferación do clon de linfocitos T auxiliares implicado, e por outra aumenta a capacidade dos macrófagos para destruír por completo o xerme estimulando a produción de lisosomas. Noutros casos os fragmentos antixénicos son presentados por un linfocito B e proceden da dixestión de antíxenos libres que xa xeraron unha resposta de tipo humoral. A resposta nesta ocasión consiste na liberación de

13

específico do antíxeno, aumentando así a produción de anticorpos circulantes.

. - INTEGRACIÓN DOS MECANISMOS DE DEFENSA

interleucinas polo linfocito T auxiliar, que inducen a proliferación do clon de linfocitos B

5 . A discusión precedente demostra que os distintos tipos mecanismos defensivos que desenvolveron os animais fronte aos axentes infecciosos non funcionan illada e independentemente uns doutros, senón máis ben como partes complementarias e interactuantes dun todo integrado. É posible que as distincións entre mecanismos específicos e inespecíficos, ou entre inmunidade humoral e inmunidade celular, sexan máis artefactos académicos que outra cousa e que, aínda que se lles poida recoñecer certo valor á hora de sistematizar o coñecemento inmunolóxico, non estean a reflectir axeitadamente unha realidade moito máis complexa do que sas distincións debuxan.

. - MEMORIA INMUNITARIA

e 6 .

ropiedade inscríbese no marco da teoría da selección

Unha das propiedades máis relevantes do sistema inmunitario é a súa capacidade para rexistrar os antíxenos que desencadearon unha resposta pola súa parte de modo que se posteriormente se produce un novo contacto cun deles a resposta xerada é de maior amplitude e eficacia. O mecanismo que explica esta pclonal, que analizaremos a continuación.

Os linfocitos son un dos tipos celulares máis abundantes no organismo. Calcúlase que nun ser humano adulto hai ao redor dun billón de linfocitos, o que representa aproximadamente un 2% do peso corporal. En tal poboación de linfocitos, que se renova a un ritmo de mil millóns por día, hai células con receptores específicos para practicamente calquera antíxeno posible. Cando ten lugar o primeiro contacto co antíxeno desencadéase unha resposta primaria humoral e/ou celular. Aqueles linfocitos B con receptores BCR capaces de recoñecer o antíxeno, coa axuda dos linfocitos T auxiliares, divídense intensamente e proliferan para dar lugar a un numeroso clon de células

competentes para combatelo. O mesmo acontece no seu caso cos linfocitos T específicos do antíxeno. No clon seleccionado de linfocitos B axiña se diferencian dúas liñas celulares: unha de elas, as denominadas células plasmáticas, encárgase de producir anticorpos, inicialmente do

Figura 21.11

14

aparecer gradualmente unha vez neutralizado o

alelo cun novo proceso de selección clonal similar ao

ito máis rapidamente, do o cal repercute positivamente na eficacia da resposta (Figura 21.11

isotipo IgM e a continuación do IgG. Tanto os anticorpos circulantes como as células plasmáticas que os producen tenden a desantíxeno, co que finaliza a resposta primaria. A outra liña celular intégrana as denominadas células de memoria, que persisten durante longos períodos "acuarteladas" nos órganos linfáticos en prevención dun eventual novo contacto co antíxeno. Se ese contacto se produce, sobrevén a resposta secundaria. As células de memoria proliferan rapidamente dando lugar a un novo clon de células plasmáticas, moito máis numeroso que o xerado na resposta primaria, que produce e libera unha grande cantidade de anticorpos do isotipo IgG. Todo iso acontece en paracontecido durante a resposta primaria. Na resposta secundaria conséguese unha concentración de anticorpos nos tecidos afectados moito maior que na resposta primaria, e ademais conséguese moto ).

. - INMUNIDADE NATURAL 6 .

nmunidade fronte a un determinado microorganismo patóxeno pode ser conxénita

Ademais de utilizarse en sentido amplo para referirse ao conxunto de mecanismos defensivos analizados no presente capítulo, o termo inmunidade vénse utilizando xa dende a antigüidade para aludir a un estado de resistencia que presenta un organismo fronte á infección. Á luz dos coñecementos actuais dise que un organismo é inmune fronte a un determinado xerme cando o seu sistema inmunitario é capaz de desactivalo sen que chegue a aparecer unha reacción patolóxica. A iou uadq irida.

Inmunidade conxénita. - Confírena os mecanismos de defensa inespecíficos das primeiras liñas defensivas sen que medie contacto previo co patóxeno. Adoita ser debida a características fisiolóxicas da especie que a fan incompatible co microorganismo invasor. Así, por exemplo, os polos son inmunes fronte ao Bacillus antracis, axente causante do ántrax en distintas especies animais, debido a que a súa temperatura corporal é demasiado elevada para o crecemento deste xerme. Tamén pode suceder que dentro da mesma especie determinados individuos presenten inmunidade conxénita fronte a unha enfermidade debido a causas xenéticas. Por exemplo, púidose comprobar que aproximadamente un 1% da humanidade presenta inmunidade conxénita fr

•

onte ao VIH,

•

rados e non de células de memoria, é sempre moito menos duradeira que a activa.

o axente causante da SIDA, debido a causas xenéticas aínda non aclaradas. Inmunidade adquirida. - Confírena os mecanismos de defensa específicos e está relacionada co fenómeno da memoria inmunitaria, anteriormente descrito. É coñecido xa dende a antigüidade que determinados xermes inducen nos individuos infectados resistencia fronte a novas infeccións durante longos períodos. A explicación deste fenómeno estaría nas características das respostas inmunitarias primaria e secundaria e na persistencia nos órganos linfáticos de células de memoria específicas do xerme. O tipo de inmunidade descrito adquírese de forma activa, pois é o propio organismo hospedador o que xera a resposta inmunitaria fronte ao xerme. A inmunidade natural tamén se pode adquirir de forma pasiva, mediante anticorpos fabricados por outro organismo, como no caso dos transmitidos de nai a fillo a través da placenta ou do leite materno. A inmunidade natural pasiva, ao depender da persistencia dos anticorpos subminist

157. - INMUNIDADE ARTIFICIAL: SOROS E VACINAS. Dende os primeiros tempos da ciencia inmunolóxica, os investigadores trataron de atopar o xeito de inducir artificialmente en seres humanos o estado de resistencia fronte á enfermidade que describimos co nome de inmunidade. Pódese afirmar que os intentos de combater a enfermidade por medio da inmunidade artificial constituíron o auténtico fío condutor da inmunoloxía durante os últimos 200 anos. Os éxitos obtidos nesta loita representan unha das maiores contribucións da ciencia ao benestar da humanidade. Podemos distinguir entre dúas formas de inmunidade artificial:

• INMUNIDADE ARTIFICIAL PASIVA. - Indúcese mediante a inxección de soros. Un soro é un preparado artificial que contén anticorpos contra o xerme ou toxina que se desexa combater. Estes anticorpos foron sintetizados por un organismo diferente do receptor previamente inoculado co devandito xerme ou toxina. Antigamente utilizábanse animais para a obtención de soros, pero na actualidade obtéñense a partir de cultivos de células humanas, que producen inmunoglobulinas moito máis parecidas ás do organismo receptor.

• INMUNIDADE ARTIFICIAL ACTIVA. - Indúcese mediante a inxección de vacinas. Unha vacina é un preparado artificial que contén antíxenos característicos do xerme que se desexa combater. A vacina induce no organismo receptor unha resposta inmunitaria primaria con produción de células de memoria. Se tras a vacinación se produce unha infección natural polo mesmo xerme, desencadéase directamente unha resposta secundaria que a neutraliza con moita máis eficacia que no caso de ausencia de vacina (Figura 21.12). Así pois, a vacinación consegue emular o proceso natural que confire inmunidade adquirida sen os inconvenientes que supón padecer unha primeira infección e a conseguinte reacción patolóxica. As vacinas poden obterse a partir de microorganismos vivos atenuados, é dicir, aos que se lles reduciu artificialmente a súa virulencia. Estas vacinas son moi eficaces pero levan consigo certo perigo de infección patolóxica, sobre todo en individuos con algunha inmunodeficiencia. Outra forma de obter vacinas é a partir de microorganismos mortos ou de fragmentos de microorganismos con capacidade antixénica. Estas vacinas teñen menor capacidade inmunoxénica, polo que son menos eficaces e require administrar doses de recordo; non obstante, resultan máis seguras, xa que non poden dar lugar a infección patolóxica.

Figura 21.12