domingo, 19 de febrero de 2012

Sistema inmune e Intestino

Inmunologia General, 2o Medicina (2005-2006)
TEMA 4
EL SISTEMA INMUNE DE LA MUCOSA GASTROINTESTINAL
Universidad de Valladolid
4.1 Introduccion
El sistema inmune de las mucosas, desarrollado en los mamiferos superiores, constituye la primera linea de defensa del organismo. La membranas mucosas son la principal via de entrada de microorganismos, alergenos, y carcinogenos. La superficie mas vulnerable y extensa son los 400 m2 de mucosa gastrointestinal (200 veces mayor que la superficie cutanea), pero tambien la mucosa de las vias aereas, urinaria y genital, y la conjuntiva que recubre los ojos. Este sistema protector esta formado por la mayor coleccion de celulas inmunocompetentes del organismo. En los ultimos anos, se han creado grandes expectativas en el desarrollo de vacunas frente a las tan frecuentes infecciones mucosas, y en el uso del sistema inmune de las mucosas para inducir tolerancia periferica en algunas enfermedades autoinmunes mediadas por celulas T.
La inmunidad sistemica favorece las reacciones agresivas frente a antigenos extranos: reacciones especificas de citotoxicidad linfocitaria, citotoxicidad mediada por anticuerpos, y la activacion del complemento. Por el contrario, la inmunidad mucosa mantiene la absorcion selectiva y la funcion barrera intestinal a pesar del continuo estimulo antigenico, discriminando entre patogenos y antigenos de la dieta (inofensivos). Estas respuestas se caracterizan por la hiperactividad de los mecanismos de inmunoregulacion, que promueven la exclusion no agresiva de patogenos mediante anticuerpos protectores locales (IgA secretora), y la supresion activa tanto de las respuestas sistemicas especificas frente a antigenos inertes (tolerancia oral), como de la amplificacion de los mecanismos efectores de la inmunidad innata.
4.2 Tejido linfoide asociado al intestino
Es el lugar de induccion mas importante del sistema inmune de las mucosas, y debido a su tamano y caracteristicas, tambien de la inmunidad adaptativa. Esta formado por tejido linfoide organizado y especializado con rasgos anatomicos que les diferencia de otros tejidos linfoides secundarios (no tienen una capsula definida ni vasos linfaticos aferentes). Contiene organos bien definidos como las placas de Peyer (PP) que asientan preferentemente en el intestino delgado y estan recubiertas de un epitelio especializado (celulas M) para el transporte de antigenos desde la luz. Tambien hay agregados celulares (nodulos linfaticos mesentericos), y celulas linfoides dispersas que se distribuyen en dos compartimentos, epitelio y lamina propia intestinal (donde predominan las celulas plasmaticas productoras de IgA).
Los linfocitos recirculan continuamente entre los organos linfoides a traves de los vasos sanguineos y linfaticos. Las celulas T y B tienen propiedades de migracion y asentamiento tisular caracteristicos. Tras la estimulacion en el GALT, la mayoria de estas celulas migran a los nodulos linfoides regionales y, tras diferenciarse, pasan a la circulacion. Son celulas memoria estimuladas que expresan moleculas de adhesion (como la integrina £\E£]7) cuyos ligandos correspondientes (adresinas) se encuentran en las celulas del endotelio de la lamina propia intestinal (asi como en las PP y nodulos linfaticos). Una subpoblacion de celulas T migran al epitelio, donde son retenidas por la expresion de
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cadherina-E en los enterocitos. La diseminacion integrada de celulas especificas del GALT a todos los tejidos exocrinos permite definir el concepto de MALT o sistema inmune comun a las mucosas, base funcional de las vacunas orales.
4.3 Placas de Peyer
En el intestino delgado, hay alrededor de 200 placas de Peyer (PP). Cada una consiste en varios agregados de celulas B (foliculos linfoides), rodeados por areas ricas en celulas T y celulas presentadoras de antigeno (CPA). En la superficie que recubre las PP hay celulas epiteliales aplanadas con pocas vellosidades (celulas M), y pocas celulas productoras de moco. Las celulas M y los linfocitos intraepiteliales (LIE) pueden transportar antigeno a las areas de celulas B y T que hay debajo, que contienen tambien macrofagos capaces de procesar y presentar el antigeno.
Los linfocitos recirculantes que entran a las PP a traves de unas zonas de los vasos llamadas HEV (venulas de endotelio alto), migran a las areas B y T del tejido a traves de las areas interfoliculares. Algunos pueden migrar a traves del epitelio de recubrimiento y pasar a la luz intestinal. El trafico celular aumenta tras la estimulacion antigenica. Los vasos linfaticos eferentes son, de hecho, vasos aferentes hacia los nodulos linfaticos mesentericos, y las celulas recirculantes que salen de las PP siguen probablemente esta ruta antes de volver a la sangre via conducto toracico. Cuando la estimulacion antigenica se produce en las PP, las celulas B y T activadas migran a la sangre, proliferando y diferenciandose en el bazo antes de volver a la lamina propia y otras zonas de la mucosa. Las celulas B blasticas sufren diferenciacion terminal a celulas plasmaticas, la mayoria de las cuales secretan IgA.
4.4 Los linfocitos intraepiteliales (LIE)
Los LIE forman una extensa poblacion de linfocitos T con caracteristicas propias, que asientan sobre la membrana basal del epitelio intestinal, intercalados con los enterocitos. Son las primeras celulas inmunocompetentes en encontrar antigenos por via oral, y, presumiblemente, son capaces de diferenciar entre antigenos inocuos y patogenos. En el yeyuno de individuos normales hay 20-40 LIE /100 enterocitos, y la proporcion es menor en otras zonas del intestino. Son linfocitos de mediano tamano y pueden tener granulos similares a los de las celulas citotoxicas. La mayoria (70-90%) tienen fenotipo CD3+CD4-CD8+ y expresan el receptor de antigeno de celulas T (TCR)ƒn£\£]+, y una proporcion <30% son TCR £^£_+ y fenotipo CD4-CD8- o CD4-CD8+ (estas ultimas, homodimericas CD8£\£\). Carecen de marcadores de celulas T como CD5, CD6, CD28; y hay un pequeno grupo de celulas CD3- CD7+ (no-T), que tampoco son NK.
Algunos LIE migran directamente desde la medula osea al epitelio intestinal, pero la mayoria son celulas recirculantes que cruzan la membrana basal epitelial desde la lamina propia. Se ha sugerido que el epitelio intestinal humano podria inducir la diferenciacion de precursores celulares (CD8£\+£]-) que adquiririan localmente la segunda molecula del homodimero CD8£\£\. Comparado con las celulas T perifericas, los LIE precisan de una via alternativa de activacion en la que interviene el complejo CD2/LFA-3, y carecen de marcadores convencionales (CD25, HLA-clase II). Muchas son celulas memoria CD45RO, o estan semi-activadas, y pueden expresar Ki67 que es un marcador de celulas en mitosis. La expresion de moleculas de adhesion como LFA-1( CD11a/ CD18) o VLA-4 (CD29) es baja, aunque mas del 90% expresan la integrina £\E£]7, y algunas expresan VLA-1 (integrina £]1), implicada en la fijacion de estas celulas al epitelio.
A pesar de estar en contacto constante con antigenos por via oral, los LIE expresan un repertorio relativamente restringido de genes de la region V del TCR, y por tanto, su
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capacidad de reconocimiento antigenico es tambien restringido. Los enterocitos expresan moleculas HLA-clase II, haciendo incompatible la interaccion con LIE CD8+, sin embargo, estas celulas (especialmente CD8£\£\) pueden reconocer moleculas no-polimorficas similares a las HLA-clase I (CD1). De esta forma, las celulas memoria (CD45RO) podrian ser seleccionadas para el reconocimiento de un numero limitado de antigenos (TCR oligoclonal), por ejemplo, de antigenos endogenos liberados por el epitelio en situaciones de dano tisular y/o aumento de la cinetica celular.
La actividad proliferativa de los LIE en la respuesta a mitogenos convencionales de celulas T, IL-2, y anticuerpos anti-CD, es debil. La capacidad citotoxica es tambien baja, y no expresan marcadores asociados a celulas citotoxicas o NK (CD11b, CD16, CD56), aunque la integrina £\E£]7 podria intervenir en la citolisis espontanea frente a los enterocitos. Los LIE podrian modular la cinetica y expresion de marcadores (MHC-clase II) en los enterocitos, mediante la secrecion de citoquinas (IL-2, IFN£^, IL-5, TGF£]); asi como en la diferenciacion de celulas B y en la sintesis de inmunoglobulinas. Las celulas TCR £^£_+ han sido implicadas en el control de procesos inflamatorios locales, y en la regulacion de las respuestas a antigenos de la dieta, con efecto negativo sobre la tolerancia oral.
La infiltracion de los LIE (especialmente TCR £\£]+) es la primera expresion del espectro de cambios asociados con la sensibilidad al gluten, y se observa tanto en pruebas in vivo de sobrecarga oral con gluten, como en experimentos in vitro, por induccion de enteropatia tras la activacion de celulas T de la lamina propria intestinal. A la vez, se observa una renovacion celular acelerada del epitelio de las criptas (aumento del indice mitotico), que es una evidencia secundaria de la activacion. La densidad de los LIE aumenta tambien en enteropatias experimentales que cursan sin perdida de enterocitos, rechazo de alo-injertos intestinales, reacciones intestinales de injerto-contra-huesped, respuestas de hipersensibilidad retardada a proteinas de la dieta, e infecciones por giardia.
4.5 El sistema de la IgA secretora
La IgA es la inmunoglobulina predominante en los fluidos organicos. Su molecula difiere de la IgA serica (que es un monomero de peso molecular-Pm 7S) y esta constituida por un dimero de IgA (Pm 11S) unido a una pieza J (ambas sintetizadas por la celula productora de IgA), y a una pieza secretora (sintetizada por los enterocitos). Esta es una glicoproteina (Pm 80 kD) de la superfamilia de las inmunoglobulinas, y constituye el dominio extracitoplasmatico del Receptor poli-Ig (para inmunoglobulinas) de la membrana basolateral de los enterocitos, donde interviene en el transporte transepitelial de moleculas polimericas con pieza J (IgA e IgM). Hay dos subclases, el 90% de la IgA serica (monomerica) es IgA1, mientras que IgA2 es mas abundante en las secrecciones, donde es resistente a la proteolisis bacteriana.
La mayoria de las celulas productoras de inmunoglobulinas del organismo (80%) se localizan en el intestino. En la placas de Peyer predominan las celulas B pre-programadas para sintetizar IgA, y en la lamina propia intestinal, las celulas plasmaticas representan el 20-40% del total de las celulas mononucleadas: la mayoria producen IgA (70-90%), y aproximadamente la mitad, IgA2. Tras la estimulacion antigenica, las celulas salen de las PP y migran, primero a los nodulos linfaticos mesentericos, y luego a la circulacion, para llegar al bazo a traves del conducto toracico. Tras recircular de nuevo, asientan en la lamina propia, donde sufren diferenciacion local a celulas plasmaticas bajo la cooperacion de celulas T CD4+ productoras de citoquinas.
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4.6 Inmunoregulacion de la inmunidad intestinal
Hay dos subpoblaciones de linfocitos T fenotipica y funcionalmente diferentes, los linfocitos intraepiteliales (LIE), y los que asientan en la lamina propia (LLP). Su asentamiento es independiente de antigeno (los LIE aparecen antes de nacer), si bien los antigenos de la luz intestinal contribuyen a determinar su magnitud. Los linfocitos T representan el 40-60% de las celulas de la lamina propia, y la mayoria son CD3+ CD4+ CD8-. Ademas hay macrofagos, eosinofilos, mastocitos, y otras celulas como fibroblastos, etc. Tienen funcion inmunoreguladora, cooperan con las celulas B en la sintesis de IgA, y pueden intervenir en reacciones locales de hipersensibilidad.
Los LIE forman una poblacion heterogenea: la mayoria (85%) son CD8+, algunos CD4+ (10%), y otros tienen morfologia de celulas citotoxicas. Entre las celulas TCR£\£] CD3+ CD8+, la mitad se originan en el timo, desde donde migran a las PP, y luego, tras la estimulacion antigenica, a la lamina propia. Una pequena proporcion migra directamente al intestino desde la medula osea (timo-independientes): la mayoria son TCR £^£_ y tienen una especificidad restringida (utilizan solo algunos segmentos genicos V, como V£^7). Esta podria ser una linea celular unica con vias de diferenciacion propias, implicadas en funciones protectoras y de mantenimiento de la homeostasis mucosa, que reconocen antigeno junto a moleculas MHC no convencionales (CD1).
La inmunidad mucosa se caracteriza por la generacion de clones de celulas B memoria que expresan cadenas J y sintetizan preferentemente IgA, que interviene en el mecanismo de exclusion inmune (anticuerpos protectores), pero tambien en fenomenos de homeostasis inmunologica de la mucosa al bloquear la activacion de mecanismos de amplificacion (complemento) que pueden ser lesivos. Ademas, promueve la inhibicion de respuestas de hipersensibilidad mediada por celulas contra antigenos inofensivos.
4.7 El fenomeno de Tolerancia oral
Tolerancia oral es el estado de falta de respuesta inmune especifica, o inhibicion de la respuesta inmune sistemica, frente a determinados antigenos presentados por via oral, y que en otras localizaciones (via sistemica) induciria una respuesta inmune activa. La distincion entre antigenos de la dieta (tolerogenos) y microorganismos patogenos (inmunogenos) por el sistema inmune de las mucosas, puede explicarse si estos ultimos proporcionan un estimulo persistente, o invaden tejidos linfoides alejados de la mucosa. Los antigenos particulados o con capacidad de replicacion, como los microorganismos, serian procesados en las PP, induciendo una respuesta inmune activa. Por el contrario, la mayoria de los antigenos solubles (como los de la dieta) entrarian difusamente a traves del epitelio, induciendo una respuesta de tolerancia oral.
La regulacion de la respuesta inmune frente a antigenos de la dieta esta determinada por la forma de presentacion de antigeno. La indiccion de tolerancia es antigeno-especifica, y la dosis de este interviene en la induccion preferencial de un patron TH1 o TH2 de citoquinas por los linfocitos T cooperadores, que ejerceran su funcion de forma inespecifica.
La administracion peroral de dosis bajas de antigeno implica la generacion de celulas reguladoras especificas de antigeno. Cuando la presentacion de antigeno se realiza en el intestino, hay diferenciacion de celulas Th2 secretoras de TGF£], IL-4, IL-10. Las celulas reguladoras migran a los organos linfoides donde inducen supresion activa por inhibicion de celulas efectoras, y liberacion de citoquinas. La administracion de dosis altas, generalmente por via sistemica, induce la anergia clonal o falta de respuesta de linfocitos TH1, cuando el antigeno alcanza la circulacion (intacto o fragmentado).
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4.8 Procesamiento de antigeno e iniciacion de la respuesta inmune
Si los antigenos llegan por via digestiva, se concentran en los agregados linfoides asociados a las superficies mucosas, como las PP del intestino delgado. En cualquiera de los tejidos linfoides, el contacto del antigeno con celulas linfoides induce una respuesta inmune especifica, generalmente de inmunidad activa, pero a veces de tolerancia inmunologica. Diferentes tipos de antigenos pueden localizarse tanto en areas de celulas T o B del organo linfoide, lo que determinara el predominio de mecanismos efectores humorales o mediados por celulas.
En todos los mamiferos se produce la entrada de ciertas moleculas grandes sin digerir a traves del intestino, aunque la respuesta inmune normal frente a estos antigenos no causa enfermedad. El sistema inmune intestinal induce simultaneamente respuestas activas frente a patogenos, y tolerancia oral frente a antigenos de la dieta, aunque no se sabe exactamente como. Una posibilidad es que la via de entrada del antigeno determine el tipo de respuesta, sea a traves del tejido linfoide organizado, o a traves de la lamina propia. En mamiferos maduros e inmunologicamente normales, la entrada de antigeno a traves de las PP induce generalmente la supresion de la inmunidad (tolerancia oral). Ademas, la cantidad y/o propiedades bioquimicas del antigeno puede determinar tambien el patron de respuesta. Experimentos con antigenos proteicos han demostrado que estos son alterados o procesados al cruzar el epitelio intestinal haciendose tolerogenicos (en vez de inmunogenicos) para la inmunidad mediada por celulas.
4.9 Inmunidad intestinal alterada
Las respuestas inmunes activas desarrolladas en el intestino contra patogenos estan constituidas por anticuerpos IgA secretores, y son tipicamente protectoras. En algunas circunstancias, cuando se producen anticuerpos IgE o IgG, o al activarse una respuesta inmune mediada por celulas, pueden dar lugar a reacciones inmunopatogenicas. En el intestino inmaduro o enfermo, el procesamiento de antigeno puede dar lugar a moleculas mas inmunogenicas de lo normal, en vez de generar fragmentos tolerogenicos.
Se desconoce que factores son responsables de la perdida del patron normal de respuesta inmune protectora contra antigenos de la dieta. Muchas inmunodeficiencias y enfermedades por hipersensibilidad pueden ser atribuidas a defectos de la funcion T inmunoreguladora. Si hay un fallo en la induccion de la supresion cuando el antigeno es ingerido, puede desarrollarse inmunidad sistemica y mucosa mediada por celulas, que lleva a la aparicion de atrofia del epitelio de las vellosidades intestinales tras la ingestion secundaria del antigeno. El balance entre supresion y cooperacion parece ser critico para la induccion de tolerancia oral, y para prevenir la induccion de reacciones de hipersensibilidad celular en el intestino.
Puede considerarse que la enfermedad inflamatoria intestinal y la alergia alimentaria son debidas a una estimulacion inapropiada o induccion de una respuesta del sistema inmune intestinal. Esto puede ocurrir cuando el antigeno es presentado en una forma fisico-quimica no habitual, cuando hay una infeccion asociada, o cuando las propiedades inmunologicas o digestivas del intestino estan cambiando rapidamente. Un cambio en la flora bacteriana puede exponer el GALT a sustancias no-especificas pero que pueden funcionar como inmunoestimuladores muy potentes (endotoxinas).

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