Regulación Inmune: Citocinas, Quimiocinas y Desarrollo de Células B

Citocinas y Quimiocinas: Reguladores Clave de la Respuesta Inmune

Las citocinas y quimiocinas son moléculas señalizadoras esenciales en el sistema inmunitario, orquestando una amplia gama de respuestas celulares.

Características Generales de las Citocinas

• Las citocinas se unen a receptores específicos en las células blanco.
• Actúan a bajas concentraciones (picomolar).
• Pueden ejercer una acción autocrina o paracrina.
• Regulan la intensidad y duración de la respuesta inmune.
• Estimulan o inhiben la activación, proliferación o diferenciación de diversas células.
• Regulan la secreción de anticuerpos u otras citocinas.
• Poseen una vida media corta, actuando en un periodo limitado de tiempo y a corta distancia.

Conceptos Clave en la Acción de las Citocinas

• Pleiotropía: Una citocina que posee diferentes efectos biológicos en distintas células blanco (ej. IL-4).
• Redundancia: Cuando dos o más citocinas tienen funciones similares (ej. IL-2, IL-4, IL-5).
• Sinergia: Es cuando la acción combinada de dos citocinas en la actividad celular es mayor (ej. IL-4 + IL-5 induce el cambio de clase a IgE).
• Antagonismo: Cuando una citocina inhibe o neutraliza las acciones de otras citocinas (ej. IL-4 > IFN-gamma bloquea el cambio de clase a IgE inducido por IL-4).
• Inducción de cascada: Cuando la acción de una citocina en una célula blanco induce a esta célula a liberar una o más citocinas distintas.

(Estos mecanismos permiten regular la actividad celular de una manera coordinada e interactiva).

Modos de Acción de las Citocinas

• Autocrina: Cuando la citocina puede unirse a receptores en la membrana de la misma célula que la secreta.
• Paracrina: La citocina se adhiere a receptores en una célula blanco cercana a la célula productora.

Familias Estructurales de las Citocinas

Las citocinas pertenecen a cuatro familias estructurales principales:

• Hematopoyetinas
• Interferones
• Quimiocinas
• Factor de Necrosis Tumoral (TNF)

Ejemplo: IL-2 e IL-4 presentan un alto grado de estructura helicoidal alfa y carecen de estructura de hoja beta o esta es muy pequeña.

Funciones Biológicas de las Citocinas

Las citocinas tienen numerosas funciones biológicas, incluyendo:

• Principales productores: Linfocitos Th y macrófagos.
• Desarrollo celular.
• Respuesta inmune humoral.
• Inducción de la respuesta inflamatoria.
• Regulación de la hematopoyesis.
• Control de la proliferación y diferenciación celular.
• Participan en un enorme conjunto de actividades biológicas, entre ellas la inmunidad innata, adaptativa, inflamación y hematopoyesis.

Mecanismos de Especificidad en la Activación por Citocinas

¿Qué impide que las citocinas activen a las células de una forma no específica durante la respuesta inmune?

• Los linfocitos activados expresan receptores específicos.
• La interacción entre la célula productora de citocina y la célula blanco es necesaria para desencadenar la secreción.

Receptores de Citocinas

Para ejercer su efecto biológico, las citocinas deben unirse a un receptor en la célula blanco. Estos receptores son expresados por muchos tipos de células. La clonación de los genes que codifican los receptores ha ayudado a dilucidar su estructura.

Clasificación de los Receptores de Citocinas

Los receptores de citocinas se clasifican en seis familias:

1. Receptores de la superfamilia de inmunoglobulinas (Ig)
2. Familia de receptores de citocinas clase I (familia de receptores de hematopoyetina)
3. Familia de receptores de citocinas clase II (familia de receptores de interferón)
4. Familia de receptores de TNF
5. Familia de receptores de quimiocinas
6. Familia de receptores para TGF (Factor de Crecimiento Transformante)

Detalle de las Familias de Receptores

• Receptores de la superfamilia de Ig: Presentan enlaces disulfuro. Ligandos: IL-1, M-CSF, C-Kit.
• Familia de receptores de citocinas clase I: Poseen una secuencia de aminoácidos conservada en el dominio extracelular, con 4 residuos de cisteína conservados y una secuencia conservada triptófano-serina-cualquier aa-triptófano-serina (WSXWS, donde X es el aa no conservado). Ligandos: IL-2, IL-3, IL-4, IL-5, IL-6, IL-7, IL-9, IL-11, IL-12, IL-13, IL-15, GM-CSF, OSM, LIF, CNTF, prolactina, hormona del crecimiento.
• Familia de receptores de citocinas clase II: También poseen los 4 residuos de cisteína, pero no la secuencia WSXWS. Presentan múltiples subunidades, una que se une a la citocina y otra que media la transducción de señal. Ligandos: IFN-alfa, beta, gamma; IL-10.

(Las citocinas de clase I y II causan la fosforilación de la tirosina del receptor a través de la actividad de cinasas de proteína-tirosina).

• Familia de receptores de TNF: Ligandos: TNF-alfa, beta; CD40, NGF, FAS.
• Familia de receptores de quimiocinas: Ligandos: IL-8, RANTES, MIP-1, PF4, MCAF, NAP-2.

Subfamilias de Receptores de Clase I con Subunidades de Señalización Comunes

1. Receptor de la subfamilia GM-CSF (subunidad beta en común)

   Presenta antagonismo y redundancia (IL-3, IL-5, GM-CSF).

   • Cada una de estas citocinas se une a un receptor único de baja afinidad específico para la citocina, que consiste solo en una subunidad alfa.
   • Las tres subunidades pueden relacionarse de manera no covalente con una subunidad beta de transducción de señal en común.
   • IL-3, IL-5, GM-CSF poseen una gran redundancia. IL-3 y GM-CSF actúan en células madre hematopoyéticas y células progenitoras, activan monocitos e inducen la diferenciación de megacariocitos.
   • IL-3, IL-5, GM-CSF dan lugar a la proliferación de eosinófilos y degranulación de eosinófilos con liberación de histamina.
   • Comparten una subunidad beta de transducción de señal común. Las tres inducen los mismos patrones de fosforilación de proteínas.
   • IL-3 y GM-CSF muestran antagonismo. GM-CSF inhibe la unión de IL-3. IL-3 suprime la unión de GM-CSF. El antagonismo se debe a la competencia por un número limitado de subunidades beta por subunidades alfa.

2. Receptor de la subfamilia IL-6 (subunidad gp130 en común)

   (IL-6, IL-11, CNTF, LIF/OSM)

   • CNTF: Factor neurotrófico ciliar.
   • LIF: Factor inhibidor de leucemia.
   • OSM: Oncostatina.
   • LIF y OSM se unen a la misma subunidad alfa.
   • IL-6, OSM y LIF inducen la síntesis de proteína de fase aguda por hepatocitos y la diferenciación de células de leucemia mieloide en macrófagos.
   • IL-6, IL-11 y CNTF afectan el desarrollo neuronal.
   • IL-6, IL-11 y OSM estimulan la maduración de megacariocitos y plaquetas.

3. Receptor de la subfamilia IL-2 (subunidad gamma en común)

   (IL-2, IL-15, IL-7, IL-9, IL-4)

   • IL-2 e IL-15 son heterotrímeros que se integran con una cadena alfa específica de citocinas y dos cadenas (beta y gamma) que tienen a su cargo la transducción.
   • La inmunodeficiencia combinada grave ligada al cromosoma X (IDCGX) resulta de un defecto en el gen de la cadena gamma.
   • Se requieren las tres cadenas para la función de alta afinidad de IL-2.
   • La cadena γ es expresada por la mayoría de las células linfoides.
   • La expresión de las cadenas α y β es más restringida y marcadamente aumentada después de que el antígeno ha activado a las células en reposo. Esto asegura que solamente los CD4+ y CD8+ activados expresen receptores de alta afinidad y proliferen en respuesta a niveles fisiológicos de IL-2.

Modelo General de Transducción de Señales de Receptores Clase I y II

El enlace de una citocina induce la dimerización de las subunidades del receptor, lo que lleva a la activación de la cinasa tirosina JAK, asociada a la subunidad del receptor. JAK fosforila a STAT (transductores de señal y activadores de transcripción). Los STATs se dimerizan y entran al núcleo para activar genes.

Antagonistas de las Citocinas

Existen proteínas que inhiben la actividad biológica de las citocinas. Estas se unen a su receptor o directamente a la citocina (ej. IL-1Ra). Algunos virus sintetizan proteínas que se unen a las citocinas o simulan ser citocinas. Sin actividad celular, los inhibidores de citocinas se encuentran en el torrente sanguíneo y el líquido extracelular.

Secreción de Citocinas por Linfocitos Th1 y Th2

• Linfocitos T CD4+ (Helper): Ejercen la mayor parte de sus funciones colaboradoras a través de citocinas secretoras que actúan en la célula que las produce de forma autocrina o paracrina. Tanto TH1 como TH2 secretan IL-3 y GM-CSF.
• Linfocitos T CD8+ (Citotóxicos):

Funciones de los Subtipos de Linfocitos T Helper

• TH1:
  • Funciones mediadas por células (ej. hipersensibilidad de tipo tardío y actividad de células Tc) y la producción de anticuerpos IgG que promueven la opsonización. También se acompaña de inflamación y lesión tisular excesiva.
  • Activación de células T citotóxicas, opsonización. Inflamación y lesión.
  • Producen IgG2a (fagocitosis y fijación de complemento), IFN-γ, TNF-β (median inflamación), IL-2, IFN-γ (convierten a célula T citotóxica).
  • IFN-γ inhibe la expansión de TH2.
  • Asociados a respuestas contra virus y patógenos intracelulares.
• TH2:
  • Estimula la activación y diferenciación de eosinófilos y proporciona ayuda a células B, favoreciendo la producción en cantidades relativamente grandes de IgM, IgE e isotipos de IgG que no activan complemento. También sustenta reacciones alérgicas.
  • Activa células B y producción de anticuerpos. Activa eosinófilos.
  • IL-4 e IL-5 inducen la producción de IgE para helmintos mediada por eosinófilos.
  • IL-4 promueve el cambio de isotipo a IgG que no fija complemento.
  • IL-4 e IL-10 suprimen la expansión clonal de TH1.
  • Asociados a alergias y helmintiasis.

Las células T naive activadas producen IL-2 y proliferan. Si proliferan en un ambiente rico en IL-12, se diferencian a TH1. IFN-γ estimula la producción de IL-12. Si el medio es más rico en IL-4, se diferencian a TH2.

Enfermedades Relacionadas con las Citocinas

• Shock séptico: Endotoxinas bacterianas inducen a macrófagos a sobreproducir IL-1 y TNF-α.
• Cánceres linfoides y mieloides: Producción anormal de citocinas. La producción aumentada de IL-6 induce proliferación.
• Chagas: El parásito induce una producción disminuida de IL-2r.

Quimiocinas

Las quimiocinas controlan la adhesión, quimiotaxis y activación de leucocitos. También desempeñan un rol regulatorio en la formación de los vasos sanguíneos. Son producidas en órganos y tejidos linfoides o no linfoides, como la piel.

Generación, Activación y Diferenciación de la Célula B

El desarrollo de las células B comprende tres etapas principales:

1. Generación de células B maduras con capacidad inmunitaria (maduración).
2. Activación de estas células cuando interactúan con un antígeno.
3. Diferenciación en células plasmáticas y células de memoria.

• La médula ósea (MO) genera células B.
• Las células B salen de la MO y expresan IgM e IgD con especificidad antigénica.
• Se trasladan a órganos linfoides secundarios.
• Las células B activadas proliferan (expansión clonal).
• Aumenta la afinidad de los anticuerpos producidos.
• Ocurre el cambio de clase de μ a γ, α, ε.

Maduración de la Célula B

La maduración ocurre primero en el embrión y continúa toda la vida. Antes de nacer, los principales sitios de maduración son el saco vitelino, el hígado fetal y la MO del feto. Las células B maduras se forman en la MO.

Proliferación de Células B Progenitoras en la Médula Ósea

Las pro-células B y pre-células B requieren el microambiente proporcionado por las células estromales. Solo el 10% de las posibles células B llegan a la madurez y salen de la MO. Las células B vírgenes en la periferia mueren en el transcurso de unos cuantos días a menos que encuentren un antígeno proteínico soluble y células Th activadas. Una vez activadas, las células B proliferan dentro de los órganos linfoides secundarios. Las que llevan una Ig de alta afinidad se diferencian en células plasmáticas y células B de memoria que pueden expresar diferentes isotipos por el cambio de clase.

La célula B progenitora expresa una fosfatasa de tirosina transmembranal denominada CD45R. La pro-B prolifera dentro de la MO. La proliferación y diferenciación de pro-B en pre-células B requieren el microambiente que proporcionan las células estromales de la MO. IL-7 sustenta el proceso de desarrollo.

VLA en la pro-B y su ligando VCAM en la célula estromal interactúan. Un receptor en la pro-B llamado C-Kit interactúa con una molécula de superficie de la célula estromal conocida como factor de célula madre (SCF).

El Receptor de Pre-Célula B es Esencial para el Desarrollo

La pre-B contiene una cadena ligera subrogada que consiste en un polipéptido Vpre-B y un polipéptido lambda 5 que no se vincula de forma covalente.

Factores de Transcripción Esenciales en el Desarrollo de la Célula B

• Factor de célula B temprano (EBF)
• Proteína activadora específica de célula B (BSAP)
• Sox4: Afecta las etapas tempranas de la actividad de la célula B.
• E2A

La ausencia de E2A y EBF impide la expresión de RAG-1. Se encuentran sitios de unión de BSAP en regiones promotoras de genes para Vpre-B y λ5, y en regiones de cambio de Ig.

Marcadores de Superficie Celular y Etapas del Desarrollo de la Célula B

• En la pro-B, la célula no expresa cadena pesada o ligera, pero sí CD45R, Ig-alfa e Ig-beta, CD19, CD43, CD24 y c-Kit.
• En la pre-B, dejan de expresarse c-Kit y CD43, y se expresan CD25 y la cadena alfa del IL-2r.
• La exhibición de Ig de superficie es característica de la célula B inmadura, que no expresa CD25.

(CD45R es una forma de proteína fosfatasa tirosina que se encuentra en leucocitos y las moléculas de transducción de señal Ig-alfa/Ig-beta).

Subgrupos de Células B

• Células B-1: Se caracterizan por mostrar CD5. Surgen antes que las células B-2. Son escasas y aparecen en vida fetal. Expresan IgM pero no IgD. Reconocen antígenos carbohidratos. Los anticuerpos producidos por células B-1 son de baja afinidad.
• Células B-2: Son las más abundantes.

Activación y Proliferación de Células B

La activación y proliferación ocurren en la periferia y requieren antígeno, llevando a la generación de células plasmáticas y de memoria. La célula B se puede activar con antígeno (Ag) con o sin la ayuda de células T helper (Th).

• Antígenos T-dependientes (TD): Requieren la ayuda de células T.
• Antígenos T-independientes (TI): No requieren la ayuda directa de células T. Se clasifican en tipo 1 y 2.
  • Tipo 1: Ej. LPS de membrana bacteriana. Son potentes mitógenos inespecíficos policlonales de células B a altas concentraciones. Activan células B maduras e inmaduras.
  • Tipo 2: Ej. Proteínas poliméricas (flagelina) o polisacáridos de la pared de células bacterianas. No son mitógenos. Activan células B maduras, pero inactivan células B inmaduras. La respuesta de células B a antígenos tipo 2 no requiere unión a Th, pero sí citocinas de Th.

Dos Señales Esenciales para la Activación de la Célula B

Una señal efectiva para la activación de la célula B incluye dos señales diferentes. La unión de un antígeno tipo 1 independiente del timo (TI-1) a una célula B emite ambas señales. Sin embargo, un antígeno dependiente del timo (TD) proporciona la señal 1 por enlace cruzado de la Ig de membrana (mIg), pero se requiere una interacción separada entre CD40 en la célula B y CD40L en una célula Th activada para generar la segunda señal.

El concepto de complejo de co-receptor de la célula B es un complejo de tres moléculas de membrana celular: TAPA1 (CD81), CR2 (CD21) y CD19. La unión del componente CR2 a C3d, derivado del complemento que recubrió el antígeno capturado por mIg, tiene como resultado la fosforilación de CD19. La familia de cinasas de tirosina Src, como Lyn, se une a CD19 fosforilada. Lyn y Fyn activados pueden desencadenar las vías de transducción de señal que se inician con fosfolipasa C.

1. El antígeno se une en forma cruzada a la mIg y genera la señal 1, lo que conduce a un incremento de la expresión de MHC clase II y B7 coestimuladoras. El complejo de antígeno y anticuerpo se internaliza por endocitosis mediada por receptor y se degrada en péptidos, algunos de los cuales se unen a MHC clase II y se presentan en la membrana como complejos de péptidos y MHC.
2. La célula Th reconoce el antígeno-MHC clase II en la membrana de la célula B. Esta señal coestimuladora adicional activa las señales Th.
3. La célula Th comienza a expresar CD40L. La interacción de CD40 y CD40L proporciona la señal 2. La interacción de B7-CD28 proporciona coestimuladores a la célula Th.
4. La célula B comienza a expresar receptores para diversas citocinas. La unión de citocinas liberadas de la célula Th de forma dirigida envía señales que apoyan la propagación de las células B a la síntesis de ADN y la diferenciación.

Comparación de la Respuesta de Anticuerpos Primaria y Secundaria