Anexo 6 inmunología (2012)

Apunte Español
Universidad Universidad de Málaga
Grado Medicina - 2º curso
Asignatura Inmunología
Profesor A.A.
Año del apunte 2012
Páginas 10
Fecha de subida 28/03/2015
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Tolerancia inmunológica

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TOLERANCIA INMUNOLÓGICA Contenido Introducción Caracteristicas generales y mecanismos por los que se genera la tolerancia A) Tolerancia de los linfocitos T 1) Tolerancia central T 2) Tolerancia periférica T a) Tolerancia periferica de los linfocitos T CD4+ - Anergia T por coestimulación deficiente.
- Delección inducida por activación repetida.
- Supresión inducida por linfocitos T reguladores b) Tolerancia periferica de los linfocitos T CD8+ Factores que determinan la tolerogenicidad de los antígenos propios.
B) Tolerancia de los linfocitos B.
a) Tolerancia central B.
b) Tolerancia periferica B.
INTRODUCCIÓN La tolerancia inmunológica se define como la falta de respuesta a un antígeno que ha sido inducida por un encuentro previo con el mismo antígeno. La tolerancia es, por tanto, un fenómeno activo.
Esto distingue a la tolerancia de la ignorancia inmunológica que es la ausencia de respuesta inmune a un antígeno pero por falta de reconocimiento de dicho antígeno o por supresión constitutiva de la respuesta a ese antígeno tras el reconocimiento.
Cuando un antígeno es reconocido por un linfocito, este puede reaccionar montando una respuesta inmune o puede entrar en un proceso de inactivación o de autoeliminación que conduce a la tolerancia a dicho antígeno. Los antígenos que inducen respuesta se llaman inmunógenos y los que inducen tolerancia tolerógenos (Fig. 1).
El que un antigeno sea inmunógeno o tolerógeno depende de las caracterísicas del propio antígeno pero tambien de al forma en que se administra.
La tolerancia a antígenos propios es una propiedad fundamental del sistema inmune normal. Inicialmente se pensó que esta tolerancia se conseguía eliminando a los linfocitos autoreactivos durante el desarrollo linfocitario en la médula ósea (los linfocitos Página 1 de 10 B) y en el timo (los linfofocitos T). Hoy se sabe que existen, además de estos, otros mecanismos para inducir toleranica a antígenos propios.
La toleranica a antígenos extraños se obtiene por mecanismos similares a la toleranica a antígenos propios.
Es importante conocer estos mecanismos porque en ocasiones interesa aumentar la inmunogenicidad de los antígenos (en las vacunas) y en otros disminuirla (reacciones a alergenos, enfermedades autoinmunes, trasplante de órganos, moléculas nuevas que se expresan en los procedimientos de tepia génica).
El estudio de la tolerancia presenta dificultades formidables, básicamente porque es más facil demostrar algo que existe que algo que no existe. En la respuesta inmune el objetivo del estudio es algo positivo, la respuesta. En la toleranica el objetivo del estudio es algo negativo, la falta de respuesta.
CARACTERISTICAS GENERALES Y MECANISMOS POR LOS QUE SE GENERA LA TOLERANCIA.
Los experimentos llevados a cabo por Peter Medawar en los años 50 mostraron que la tolerancia es un fenómeno inmunológico, activo y específico que se produce tras el reconocimiento del antígeno por linfocitos T especificos (Fig.
2).
La tolerancia a antígenos propios se da tanto en los linfocitos T como en los B y en ambos casos puede producirse en los órganos linfoides primarios -medula ósea y timo- (tolerancia central) y fuera de ellos (tolerancia periférica).
A) Tolerancia de los linfocitos T.
1) Tolerancia central T Las células precursoras de linfocitos T se generan en la médula ósea a partir de una célula ancestral, la stem cell hematopoyética. Esta es una célula pluripotencial con capacidad de dividirse indefinidamente de forma que mantiene una población en la médula que se mantiene durante toda la vida y que es el origen de todas las células hemáticas. Cuando células de esta población reciben estímulos apropiados pueden madurar y comprometerse hacia la linea linfoide. De esta linea linfoide derivan los linfocitos T y los B. El “hueco” que crea la salida de algunas stem cell es rapidamente rellenado por nuevas mitosis de las stem cell restantes.
Página 2 de 10 Antes de convertirse en linfocitos T propiamente dichos las células precursoras T han de madurar en el timo y “aprender” a distinguir lo propio de lo extraño. El proceso se produce cuando los linfocitos T expresan en su membrana su receptor para el antigeno y los dos correceptores, CD4 y CD8. Son, por tanto, células con fenotipo TCR+ CD4+ CD8+, tambien llamadas “dobles positivas”.
Para entender el proceso es necesario recordar que el receptor del linfocito T solamente reconoce antígenos que le son presentados por las moléculas HLA. En el timo existen varios tipos de células que presentan antígenos vehiculizados en moléculas de clase I o de clase II.
Existe un primer estadio llamado “selección positiva” que solamente será superado por aquellos linfocitos que por azar hayan conseguido una región variable en su receptor capaz de reconocer a las moléculas HLA propias, de clase I o de clase II. Los linfocitos que no superan esta fase experimentan apoptosis.
En un segundo estadio, llamado “selección negativa”, a los linfocitos le son presentados antigenos propios junto con moléculas HLA de clase I o HLA de clase II. Los linfocitos que reconocen a antigenos propios experimentan apoptosis. Los que no han reconocido ningún antígeno presentado sobreviven. Si la presentación se la hicieron moléculas HLA de clase II dejan de expresar el correceptor CD8 por lo que quedan con fenotipo TCR+ CD4+. Si la presentación se la hicieron moléculas HLA de clase I ocurre lo contrario y quedan con fenotipo TCR+ CD8+.
De esta forma quedan dos poblaciones de linfocitos T. Una CD4+ capaz de reconocer a moleculas HLA de clase II propias y otra CD8+ capaz de reconocer a moléculas HLA de clase I propias. Ambas poblaciones abandonan el timo para pasar a la sangre, donde se encuentran en una proporción de CD4/CD8 = 2/1. Cada linfocito posee unos 30.000 receptores en su membrana pero todos estos receptores tienen regiones variables idénticas en su receptor. Dicho en otras palabras, cada linfocito reconocerá a un solo antígeno. Existe una miriada de linfocitos T. Con todo el repertorio T es posible reconocer a unos 1018 antígenos diferentes pero, lo más importante, no reconocerán a ningún antígeno propio de los que estuvieron presentes en el timo durante su periodo de aprendizaje. Por esto se dice que estos poblaciones de linfocitos T son tolerantes. Pocurrir este fonómeno en un órgano linfoide primario esta tolerancia a lo propio se llama “central”.
En el timo se adquiere la tolerancia frente a antígenos residentes en el timo pero tambien a antígenos no timicos arrastrados hasta el timo por la corriente sanguínea desde lugares remotos del organismo.
No obstante es posible que escapen linfocitos con reactividad frente a antígenos no presentes en el timo en el momento de producirse la maduración T. Esto hace necesario dsiponer de mecanismo alternativos de tolerancia que describimos en tolerancia periferica de los linfocitos T.
Es posible que la selección negativa por la que se adquiere la tolerancia central de los linfocitos T en el timo no siempre concluya en suicidio de las células T autoreactivas por apoptosis.
2) Tolerancia periférica T La tolerancia periferica de los linfocitos T tiene por objeto garantizar la falta de respuesta a antígenos propios ausentes en el timo o presentes a muy baja concentración y que por este motivo los linfocitos T no adquirieron tolerancia central.
Mientras que tolerancia central se conseguía fundametalmente por delección opoptotica, en la tolerancia periferica están involucrados además la anergia y la supresión.
Los linfocitos T CD4+ son intermediarios tanto de reacciones inmunes de tipo celular como humoral por lo que son buenos candidatos para explicar la tolerancia periferica.
a) Tolerancia periferica de los linfocitos T CD4+ Entre las estrategias seguidas por el sistema inmune para conseguir la tolerancia periferica T CD4+ estan: ƒ Anergia T por coestimulación deficiente.
La estimulación eficiente de los linfocitos T CD4+ requiere dos señales. La primera la recibe cuando su antígeno le es presentado por células presentadoras de antígeno vehiculizado en sus moléculas HLA de clase II. La segunda cuando su molécula de superficie CD28 se acopla a B7, que es su ligando natural en las células presentadoras de antígeno, (Fig. 3).
Página 3 de 10 Cuando la coestimulación es deficiente los linfocitos entra en un estado de falta de respuesta o anergia.
La coestimulación deficiente se puede producir en dos situaciones.
¾ Por ausencia total o parcial de B7 (Fig.
4).
En condiciones normales las células no expresan B7 y por este motivo cuando presentan antígenos propios que son reconocidos por linfocitos T CD4+ estos entran en anergia tras recibir la primera señal por su receptor. Esta anergia es un fenómeno que se mantiene en el tiempo de forma que el linfocito no responde incluso si posteriormente recibe una señal del mismo antígeno y otra por la coestimulación.
La situación es distinta cuando se presentan antígenos extraños, por ejemplo antigenos bacterianos o virales, porque la célula infectada procesa y presenta los antígenos pero al mismo tiempo expresa B7 y esto hace que el linfocito reciba las dos señales que necesita para activarse.
¾ Por inhibición competitiva de la función de B7.
Los linfocitos T expresan de forma constitutiva CD28, que es la molécula que señaliza de la presencia de coestimulación eficiente. Pero una vez recibidas las dos señales (antigeno y coestimulación) expresa la molécula CTLA-4 que se une a B7 con más afinidad que CD28. De esta forma CD28 queda desplazado de su unión a B7 y su lugar lo ocupa CTLA-4 que envía señales inhibitorias al linfocito T y esto le hace entrar en anergia (Fig. 5).
Se piensa por tanto que CTLA-4 mantiene a las reacciones inmunes bajo control impidiendo que se perpetuen o alcancen intensidades excesivas. Esta es la conclusión lógica de experimentos en los que se usaron ratones que no expresaban CTLA-4 por haber anulado el gen que lo codifica (ratones knockout). Estos ratones muestran respuestas T incontroladas y masivas que amenazan su vida incluso frente a antígenos propios. La presencia de CTLA-4, por tanto, evita estas reaccione autoinmunes y parece ser responsable de la tolerancia periferica de los linfocitos T CD4+.
El por qué CTLA-4 controla las reacciones contra antígenos propios (tolerancia) y permite reacciones normales contra antígenos extraños es todavía un misterio.
Es posible que en condiciones normales, tales como la presentación de antígenos Página 4 de 10 propios, las CPA expresen nivels bajos de B7 y ésta molécula se una preferentemente a CTLA-4 dada su mayor afinidad que por CD28. En esta situación el linfocito entraria en anergia. Por el contrario, cuando las CPA presentan antígenos extraños aumentan su expresión de B7 y algunas de estas moléculas pueden unirse a CD28 incluso en presencia de CTLA-4 lo que desencadenaría la respuesta.
El mecanismo por el que se desencadena la anergia en los linfocitos T es en gran medida desconocido. Los linfocitos T anergicos no producen IL-2 ni responden al entrecruzamiento de sus receptores. No obstante no quedan igualmente afectadas sus vias de activación intracelular.
La anergia por ausencia de coestimulación está siendo intensamente estudiada como vía para evitar de forma permanente el rechazo de trasplantes sin la necesidad de usar drogas inmunsupesoras. El uso de antagonistas de B7 ha llegado producir aceptación de órganos durante periodos de tiempo que superan ampliamente la vida media de los antagonistas usados. Parece por tanto que la inhibición de la coestimulación durante un corto periodo de tiempo deja tolerancia permanente al órgano trasplantado. Si los ensayos clínicos que se están llevando a cabo confirman los datos obtenidos en animales cambiará drásticamente el espectro actual de los trasplantes.
ƒ Delección inducida por activación repetida.
Cuando linfocitos T que han sido estimulados recientemente por su antígeno son reestimulados por el mismo antígeno o por algún agente que lo mimetiza sufren delección por apoptosis.
Este fenómeno se puede poner de manifiesto in vitro usando como agente estimulante de los linfocitos T CD4+ anticuerpos anti-CD3 o superantígenos.
Los linfocitos estimulados repetidamente coexpresan en su membrana dos moléculas: - Fas (CD95) que es un receptor inductor de muerte, que pertenece a la familia de receptores de TNF.
- El ligando de Fas (FasL), que es homólogo a la citocina TNF.
Fas y FasL se acoplan sobre la propia célula o sobre células vecinas y esto activa a la cascada de las caspasas-8, que culmina con la muerte de la celula por apoptosis (Fig. 6).
El efecto neto es un descenso de la población de linfocitos T CD4+ específicos para el antígeno que estimuló repetidamente a los linfocitos.
La apoptosis inducida por Fas es estimulada por altas concentraciones de IL-2.
Se cree que la apoptosis inducida por Fas es importante para mantener la tolerancia a antígenos propios periféricos. De hecho, los ratones con defectos de la expresión de Fas o FasL y niños con mutaciones de Fas desarrollan enfermedades autoinmunes con algún parecido al lupus eritematoso sistémico.
Este mismo mecanismo es usado para eliminar linfocitos B autoreactivos, como veremos después.
El término delección inducida por activación se usa tambien para describir la apoptosis que sigue a la estimulación T cuando esta estimulación no es mantenida en el tiempo. Por ejemplo, si tras la estimulación inicial se retira el antígeno estimulante, si no existe coestimulación o no ha habido respuesta innata previa. En este caso la apoptosis se produce por la vía mitocondrial, que activa a la caspasa-9. La tolerancia a superantígenos parece producirse por esta vía (Fig. 7).
Página 5 de 10 ƒ Supresión inducida por linfocitos T reguladores Algunas respuestas inmunes de los linfocitos T son inhibidas por otros linfocitos T. A estas células inhibidoras de la activación se les llama linfocitos T reguladores.
Varias observaciones experimentales confirman la importancia de este fenómeno en la tolerancia a antígenos propios.
Por ejemplo, si se transfieren linfocitos no activados de un ratón normal a otro genéticamente idéntico (singénico) con linfopenia severa, este último desarrolla enfermedades autoinmunes en varios órganos. Sin embargo si se transfieren linfocitos activados junto con los no activados no se produce el fenómeno autoinmune. La interpretación a este fenómeno es que los linfocitos no activados reaccionan con los antigenos propios del ratón receptor cuando son transferidos solos pero esto no ocurre si se transfieren también células estimuladas previamente por el mismo antigeno porque entre estas células existen células reguladoras que inhiben la reacción autoinmune (Fig. 8).
Las células reguladoras son linfocitos T CD4+ que expresan niveles altos de la cadena del TCR (CD25) pero ninguno de los demás marcadores de activación.
No se conoce si estas células se generan en el timo o en la perifería. Tampoco se sabe cómo se producen ni su mecanismo de acción. Se cree que inhiben la respuesta inmune secretando interleucinas inmunsupresoras como IL-10 y el TGF- . La IL-10 inhibe la activación de los macrófagos y antagoniza la activación de la citocina principal de activación de macrófagos, el IFN-γ.
El TGF- inhibe la proliferación T y B.
b) Tolerancia periferica de los linfocitos T CD8+ Se conoce poco sobre la tolerancia de estas células. Es posible que si los linfocitos T CD8+ reconocen antígenos asociados a HLA de clase I pero sin coestimulación o ayuda de otras células T se hagan anérgicos. En esta situación recibirían la primera señal pero no la segunda con lo que el mecanismo de anergia sería el mismo que para las células T CD4+. se desconoce si CTLA-4 juega algún papel en la anergia de estas células.
Página 6 de 10 Los linfocitos T expuestos a altas concentraciones de antígenos propios pueden experimentar muerte inducida por activación, pero en este roceso no parece estar involucrado el receptor de muerte Fas. Tampoco se conoce si las células T reguladoras (CD4+) inhiben directamente la activación de las células T CD8+.
Factores que determinan la tolerogenicidad de los antígenos propios.
Estudios experimentales han puesto de manifiesto que en gran medida son las características del propio antígeno las que determinan el que se comporte como inmunonógeno o tolerógeno (tabla 1).
Tabla 1. Factores que determinan la tolerogenicidad o inmunogenicidad de los antigenos proteicos.
Factores que favorecen la estimulación de la respuesta inmune.
Factores que favorecen la tolerancia.
Cantidad Dosis óptimas, que son diferentes según el antígeno Dosis altas Persistencia Corta (eliminado por SI) Puerta de entrada y localización Intradérmico o subcutáneo / ausente de organos linfoides primarios Con adyuvantes estimulan las células T CD4+.
Adyuvantes Células que presentan los antígenos Altos niveles de coestimuladores.
Larga (la estimulación T repetida induce apoptosis) Intravenoso u oral / presente en órganos linfoides primarios Sin adyuvantes son tolerógenos Bajos niveles de coestimuladores y citocinas.
Los antígenos propios poseen propiedades especiales que los hacen tolerógenos.
Algunos antígenos se encuentran a altas concetraciones en los órganos linfoides primarios por lo que pueden inducir toleranica central o faorecer la generación de células T reguladoras.
En la periferia los antígenos propios son mostrados al sistema inmune sin inflamación ni respuesta inmune innata por lo que la CPA no expresan coestimuladores y el antígeno o no desencadena respuesta (ignorancia) o induce anergia.
Dado que los antígeno propios permanecen durante toda la vida del individuo, son presentados por la CPA y estimulan a los linfocitos T repetidamente, por lo que éstos pueden experimentar “muerte inducida por activación repetida”.
B) Tolerancia de los linfocitos B.
La tolerancia de los linfocitos B es necesaria para evitar la respuesta de anticuerpos a antigenos propios timoindependientes, como polisacáridos y lípidos. Los linfocitos B tambien pueden estar involucrados en la tolerancia a antigenos propios de naturaleza proteica..
a) Tolerancia central B.
Los linfocitos B, como los T, se generan en la médula ósa a partir de un precursor común, la stem cell hematopoyética.
Antes de alcanzar el estado de madurez, los linfocitos B pasan por varios estadios madurativos. Durante este periodo se produce la reorganización de los genes que codifican la región variable de los anticuerpos.
Como consecuencia de esta reorganización génica, que se produce al azar, cada linfocito B terminará con una de las 1014 combinaciones de región variable posibles. Finalmente la región variable la acopla sobre una región constante de inmunolgobulina M y la expresa en la membrana. En este momento la célula se llama linfocito B inmaduro. Todo el proceso de recombinación ocurre sin haber entrado en contacto con Página 7 de 10 antígeno alguno, ni propio ni extraño, por lo que es posible que la IgM de la membrana del linfocito B inmaduro reaccione con antígenos propios.
Cuando esta célula, que aún no ha abandonado la médula ósea, reacciona con alta afinidad con un antígeno propio, en vez de montar una respuesta inmune entra en apoptosis o cambia de especificidad para dejar de reconocer a ese antígeno. Se alcanza de esta forma la tolerancia al antígeno propio. A este fenómeno de no respuesta contra lo propio, por ocurrir en un órgano linfoide primario, se le llama tolerancia central.
El fenómeno de tolerancia central explica que no haya reacción contra antígenos propios residentes en la médula ósea pero tambien contra antígenos propios pasajeros arrastrados por vía sanguínea hasta la medula desde cualquier lugar del organismo.
Lo más probable es que la tolerancia central ocurra con antígenos propios multivalentes que se unen a muchos anticuerpos de un mismo linfocito B entrecruzándolos, lo que libera fuertes señales a la célula.
Ejemplos de tales antígenos son moléculas de membrana y moléculas poliméricas como el DNA.
Los mecanismos de auto-tolerancia B se han estudiado en varios modelos animales transgéncos. En uno de estos modelos se produjeron ratones que expresaban lisozima de huevo de gallina y poseian linfocitos B que en su mayoría eran específicos para esta molécula, de forma que podian ser estimulados para producir anticuerpos anti-lisozima. Se obsevó que los linfocitos B inmaduros que reconocian la lisozima unida a membranas morian por apoptosis antes de abandonar la médula ósea. Si reaccionaban con lisozima soluble abandonaban la médula ósea pero bajaban su nivel de expresión de inmuglobulinas de membrana y no reaccionaban de nuevo con la lisozima.
Existe una tercera posibilidad para adquirir la tolerancia central B: la llamada edición del receptor. Los linfocitos inmaduros que raccionan con antígenos propios pueden reactivar sus genes de recombinación RAG1 y RAG2 y cambiar la especificidad de la cadena ligera de su anticuerpos de membrana, la IgM.
Como en la especificidad del lugar de combinación con antigeno colaboran la cadena ligera y la pesada la edición del receptor crea una nueva especificidad que ya no reconoce al autoantígeno, con lo que se adquiere la tolerancia (Fig. 9).
A pesar de los mecanismos de tolerancia central B, pueden todavía escapar a la sangre linfocitos con reactividad contra antígenos propios de lugares remotos de organismo. La falta de reacción contra estos antígenos es controlada por los mecanismos de tolerancia periférica.
b) Tolerancia periferica B.
Cuando los linfocitos que han superado los fenómenos de tolerancia central abandonan la médula y co-expresan en su membrana IgM e IgD, ambas con el mismo lugar de combinación con el antígeno, es decir, con la misma especificidad. Este es el estadio de linfocito maduro inocente (“inocente” porque aún no ha tenido ningún encuentro con su antígeno específico). Para que este linfocito monte una respuesta inmune necesita dos señales, una procedente del antígeno y otra procedente de los linfocitos T CD4+.
Precisamente la falta de ayuda T motiva la adquisición de tolerancia B. Los linfocitos B maduros inocentes que en la periferia reconocen antígenos propios y no encuentran ayuda T pueden hacerse anérgicos.
No se conocen bien los mecanismos bio- Página 8 de 10 químicos por los que se produce esta anergia.
Igualmente estos linfocitos pueden perder su capacidad para migrar a los folículos linfoides., que es donde se montan las respuestas de anticuerpos contra antígenos propios y extraños. Posiblemente la exclusión folicular es debida a una estimulación parcial del linfocito B por el autoantígeno, que no es capaz de activarlo para montar la respuesta pero si reduce la expresión del receptor de quimiocinas (CXCR5) que normalmente guía al linfocito hasta el folículo.
La mayoría de los mecanismos de tolerancia periférica B han sido estudiados en animales transfectados con el gen de la lisozima de huevo de gallina, descrito anteriormente.
En este modelo se pueden exponer, a nivel periférico, linfocitos B específicos para esta lisozima en ausencia de ayuda T (Fig. 10). Los linfocitos B que reacciona con la lisozima entran en un estado de anergia de larga duración.
Si estos linfocitos B anérgicos encentran posteriormente ayuda T se acopla su receptor de muerte Fas sobre su ligando en los linfocitos T (FasL) y Fas pone en marcha en los linfocitos B el mecanismo de muerte por apoptosis. En apoyo de esta explicación está el hecho de que los ratones y humanos con mutaciones de Fas o de FasL no se pone en marcha este mecanismo de muerte B.
Se sospecha que muchas enfermedades por autoanticuerpos son causadas por fallos de la tolerancia B, pero se desconoce que mecanismos fallan ni por qué lo hacen.
La tolerancia es un fenómeno fisiológico integrado del sistema inmune. Quizá sea una equivocación hablar por separado de tolerancia T o B.
Los mecanismos de tolerancia T y B son similares en muchos aspectos, pero también existen importantes diferencias (Tabla 2).
Página 9 de 10 Tabla 2. Analogías y diferencias de la auto-tolerancia T y B T Lugares de inducción de tolerancia Estadio madurativo sensible a la tolerancia Estímulos necesarios para adquirir la tolerancia Timo y periferia Médula ósea y periferia Linfocitos CD4+ CD8+ (en timo) Linfocitos B inmaduros (IgM+) Central: - Reconocimiento del antígeno con alta afinidad en el timo.
Periférica: - Presentación del antígeno por CPA sin coestimulación.
- Estimulación repetida.
Central: - Delección clonal (apoptosis) Mecanismos de principales de tolerancia B Periférica: - Anergia.
- Muerte inducida por activación repetida.
- Supresión Central: - Reconocimiento con alta afinidad de antígenos multivalentes en la médula ósea.
Periférica: - Reconocimiento del antígeno sin ayuda T.
Central: - Delección clonal (apoptosis) - Edición del receptor Periférica: - Anergia por bloqueo de transducción de señal.
- Incapacidad para alcanzar los folículos linfoides.
Antonio Alonso Málaga, septiembre, 2006 Página 10 de 10 ...

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