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Inmunidad Innata: Barreras, Complemento y Citoquinas

La inmunidad a los patógenos se divide en respuestas inmunitarias innatas y adaptativas. La respuesta inmune innata es la 1ra línea de defensa contra una variedad de patógenos, incluyendo bacterias, hongos, virus y parásitos. Esencialmente de la misma forma, el tipo innato de inmunidad está presente en todos los organismos multicelulares. La respuesta inmunitaria innata se activa de minutos a horas después de la exposición a una infección, lo que reduce la invasión de microbios en las etapas iniciales. El patógeno tiene componentes específicos reconocidos por receptores de reconocimiento de patrones. Después de la identificación de una invasión microbiana, los componentes no celulares (incluido el sistema del complemento y las citoquinas) actúan en conjunto con los elementos celulares para lograr el reclutamiento celular, la destrucción microbiana directa o la inducción de fagocitosis. Todos los pasos apuntan a eliminar el patógeno. Los mecanismos antimicrobianos en la fagocitosis incluyen la acidificación y el estallido respiratorio/oxidativo. El proceso termina con la destrucción de la amenaza mientras se mantiene la homeostasis inmunológica. La defensa también es importante en la activación del sistema inmunológico adaptativo.

Última actualización: Ago 1, 2022

Responsabilidad editorial: Stanley Oiseth, Lindsay Jones, Evelin Maza

Descripción General

Sistema inmune

El sistema inmunitario brinda defensa (inmunidad) contra patógenos invasores que van desde virus hasta parásitos; Los componentes están interconectados por la circulación sanguínea y linfática.

Dos líneas de defensa superpuestas:

  • Inmunidad innata (no específica)
  • Inmunidad adaptativa (basada en el reconocimiento de antígenos específicos):
    • Inmunidad mediada por células: respuesta adaptativa en células/tejidos que involucra a las células T
    • Inmunidad humoral: respuesta adaptativa en fluidos (“humoral”) que involucra células B e inmunoglobulinas

Inmunidad innata versus adaptativa

Tabla: Inmunidad innata versus adaptativa
Inmunidad innata Inmunidad adaptativa
Genética Línea germinal codificada Reordenamientos genéticos implicados en el desarrollo de linfocitos
Respuesta inmune No específica Altamente específica
Tiempo de respuesta Inmediato (minutos a horas) Se desarrolla durante un período de tiempo más largo
Respuesta de memoria Ninguna Responde rápidamente al reconocimiento del antígeno con respuesta de memoria
Reconocimiento del patógeno Los receptores de reconocimiento de patrones, como los receptores tipo toll, reconocen patrones moleculares asociados a patógenos
  • Células de memoria (células T y B)
  • Células B activadas
Componentes
  • Barreras anatómicas (e.g., piel)
  • Barreras químicas y biológicas (e.g., ácido gástrico, flora vaginal)
  • Células (e.g., granulocitos)
  • Proteínas secretadas:
    • Enzimas (e.g., lisozima)
    • Otros receptores de reconocimiento de patrones (e.g., péptidos antimicrobianos)
    • Citoquinas*
    • Sistema del complemento
  • Inmunidad mediada por células: células T
  • Inmunidad humoral: células B, inmunoglobulinas
*Mediadores con roles en la inmunidad adaptativa

Componentes del Sistema Inmune Innato

Respuesta inmune innata

  • Barreras:
    • 1ra línea de defensa (mecánica, química y biológica)
    • Definen y alinean las superficies del cuerpo
    • Secretan sustancias para eliminar y reducir patógenos
  • Detección de microbios: el 1er paso es el reconocimiento de patógenos:
    • Receptores de reconocimiento de patrones: proteínas que se distinguen de los materiales extraños y reconocen componentes específicos de los microbios:
      • Patrones moleculares asociados a patógenos: estructuras conservadas entre especies microbianas
      • Patrones moleculares asociados al daño (también conocidos como alarminas): moléculas endógenas liberadas de las células dañadas
    • Según la ubicación de los receptores de reconocimiento de patrones y la interacción con patrones moleculares asociados a patógenos, los receptores de reconocimiento de patrones pueden asociarse con células como receptores transmembrana o intracelulares:
      • Receptores tipo Toll
      • Receptores similares al gen I inducible por ácido retinoico
      • Receptores tipo NOD
      • Receptores de lectina tipo C
    • Los receptores de reconocimiento de patrones secretados y circulantes están involucrados cuando la interacción ocurre en los fluidos corporales (torrente sanguíneo y fluidos intersticiales):
      • Péptidos antimicrobianos
      • Colectinas
      • Lectinas
      • Pentraxinas
      • Oligosacáridos antimicrobianos
  • Varios procesos desencadenan una brecha en las barreras → inflamación:
    • Ocurre en respuesta a una infección o lesión
    • Resulta en los signos cardinales (inflamación, enrojecimiento, calor y dolor)
    • Una vez que se identifica el patógeno a través de los receptores de reconocimiento de patrones, se secretan proteínas:
      • Citoquinas (las funciones incluyen reclutamiento, comunicación de célula a célula y acciones antivirales, antibacterianas y antifúngicas)
      • Quimioquinas (migración celular)
      • Sistema del complemento (“complementa” o ayuda a eliminar microbios)
      • Algunos receptores de reconocimiento de patrones (e.g., péptidos antimicrobianos) también participan en la eliminación de patógenos.
  • Respuesta celular: se reclutan varias células (e.g., fagocitos) y participan en la destrucción microbiana.
  • La respuesta inmune se termina cuando ya no existe una necesidad (homeostasis).
Microbe detection

Detección de microbios:
(A) Los microbios liberan patrones moleculares asociados a patógenos (PAMP), que pueden unirse a los receptores de reconocimiento de patrones (PRR), como los receptores tipo Toll, en las células inmunitarias.
(B) Las células estresadas o dañadas liberan moléculas, denominadas patrones moleculares asociados a daños (DAMP). Estas moléculas se unen tanto a los PRR como a los receptores DAMP especializados de las células inmunitarias.
La unión de estos receptores promueve la liberación de mediadores inflamatorios, como citoquinas, quimiocinas y complemento.
PMN: polimorfonuclear (neutrófilo)

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Células del sistema inmune innato

  • Muchos subconjuntos de células involucradas en la respuesta innata se desarrollan a partir de células madre hematopoyéticas en la médula ósea (un órgano linfoide primario):
    • Células madre hematopoyéticas → progenitor mieloide común → da lugar a:
      • Granulocitos: fagocitos profesionales (neutrófilos, monocitos, macrófagos), eosinófilos, basófilos y mastocitos
      • Megacariocitos → plaquetas
    • Células madre hematopoyéticas → progenitor linfoide común → linfocitos (generalmente experimentan activación y proliferación en órganos linfoides secundarios):
      • Células B y células T: inmunidad adaptativa
      • Células asesinas naturales: principalmente respuesta inmune innata
      • Células T asesinas naturales: unen la inmunidad innata y la adaptativa
  • Individualmente, las células tienen diferentes funciones y objetivos en la respuesta inmune.
  • Papeles cruciales:
    • Fagocitosis: los microbios o partículas dañadas son engullidos y digeridos.
    • Presentación de antígenos: realizada por células dendríticas, macrófagos y células B, que facilitan el reconocimiento de antígenos por parte de la inmunidad adaptativa
Las células madre se diferencian en 2 vías

Las células madre se diferencian en 2 vías:
Las vías mieloides producen eritrocitos, plaquetas y células de la respuesta inmune innata. Las vías linfoides producen las células de respuesta adaptativa y las células asesinas naturales.

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Barreras

Barrera mecánica

Las células epiteliales recubren las superficies corporales y están muy expuestas a los antígenos.

  • Queratinocitos de la piel:
    • Expresar receptores de unión a manosa: mediar en la eliminación de Candida
    • Desprendimiento regular y secreción de sudor: limita la adhesión e invasión de microorganismos
  • Tractos respiratorio, gastrointestinal y genitourinario:
    • Moco, capa ciliada y descamación: reducen la adherencia de microbios en las vías respiratorias
    • Peristalsis del tracto gastrointestinal y flujo de orina: limita la unión de patógenos

Barrera química

  • Piel y estómago: producen ácido clorhídrico para matar bacterias
  • La saliva y las lágrimas producen lisozima: rompe el peptidoglicano bacteriano en la pared celular
  • Los tractos respiratorio y gastrointestinal producen defensinas: péptidos cargados positivamente que crean agujeros/canales en las paredes de bacterias, hongos y virus.
  • Células de Paneth (base de las criptas intestinales): secretan péptidos antimicrobianos, defensina y lisozima
  • Surfactante en los alvéolos: se une a la superficie del microbio y facilita la fagocitosis

Barrera biológica

Incluye:

  • Microbioma (organismos comensales que viven dentro y sobre el cuerpo):
    • Estafilococos coagulasa negativos no patógenos: inhiben el crecimiento de Staphylococcus aureus mediante la secreción de péptidos antimicrobianos
    • Disbiosis: un cambio en la composición del microbioma del tracto gastrointestinal (observado con el uso de antibióticos), que puede provocar una infección por Clostridioides difficile
  • Inmunoglobulina A (IgA) e inmunoglobulina G (IgG)
The 3 different types of barriers are an important part of innate immunity

Los 3 tipos diferentes de barreras son una parte importante de la inmunidad innata.

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Receptores de Reconocimiento de Patrones Asociados a Células

Los receptores de reconocimiento de patrones asociados a células se expresan en diversas células inmunitarias y pueden ser intracelulares (endolisosomal/citoplasmático) o transmembrana.

Receptores tipo toll

  • Detectan una variedad de patógenos humanos
  • 10 receptores tipo toll bien definidos en humanos
  • Los receptores tipo toll reconocen un bloque de construcción microbiano particular (e.g., una secuencia de aminoácidos de endotoxina o peptidoglicano):
    • Los factores de transcripción se activan.
    • El proceso conduce a la síntesis de citoquinas proinflamatorias y moléculas de la superficie celular, lo que en última instancia da como resultado una respuesta inmunitaria innata rápida.
  • TLR1, TLR2, TLR4, TLR5 y TLR6 reconocen los componentes de la pared celular microbiana:
    • TLR4 identifica lipopolisacáridos en la membrana externa de bacterias Gram-negativas (involucradas en el shock séptico).
    • TLR4 se une a las proteínas de la envoltura viral.
    • TLR5 reconoce flagelina de bacterias flageladas.
    • TLR1, TLR2 y TLR6 reconocen lipoproteínas.
  • TLR3, TLR7, TLR8, TLR9 y TLR10 son citoplasmáticos:
    • Reconocen ácidos nucleicos derivados de organismos
    • Ácidos nucleicos endógenos → implicados en la autoinmunidad
  • TLR3, TLR4, TLR7, TLR8 y TLR9:
    • Desencadenan la producción de interferón tipo 1 (e.g., interferón-α, interferón-β)
    • Actividad antiviral

Descripción de diferentes receptores tipo toll

Tabla: Diferentes receptores tipo toll
Receptor tipo toll Localización Ligando Origen del ligando
TLR1 Membrana plasmática Triacil lipoproteína Bacterias
TLR2 Lipoproteína Bacterias, virus, parásitos
TLR3 Endolisosoma ARNds Virus
TLR4 Membrana plasmática LPS Bacterias, virus
TLR5 Flagelina Bacterias
TLR6 Lipoproteína de diacil Bacterias, virus
TLR7, TLR8 Endolisosoma ARNss Virus, bacterias
TLR9 CpG-ADN Virus, bacterias, protozoos
TLR10 Desconocido Virus de la influenza, Listeria monocytogenes
ARNds: ácido ribonucleico (ARN) de doble cadena
LPS: lipopolisacárido
ARNss: ARN monocatenario
CpG-ADN: citosina-fosfato-guanina-ácido desoxirribonucleico
Pattern recognition receptors (prrs)

Receptores de reconocimiento de patrones:
Las células fagocíticas contienen receptores de reconocimiento de patrones capaces de reconocer varios patrones moleculares asociados a patógenos. Los receptores tipo Toll (mostrados como estructuras verdes), que son un grupo de receptores de reconocimiento de patrones, reconocen diferentes componentes microbianos, incluidos lipopéptidos, flagelina o peptidoglicano. Los receptores de reconocimiento de patrones se pueden encontrar en la membrana plasmática o intracelularmente.
Cuando un receptor de reconocimiento de patrones reconoce un patrón molecular asociado a patógenos, se envía una señal al núcleo que activa los genes implicados en la fagocitosis, proliferación celular, destrucción intracelular mejorada y la producción y secreción de interferones antivirales y citoquinas proinflamatorias.

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Receptores similares al gen I inducible por ácido retinoico

  • Localizados intracelularmente (sensores citoplasmáticos): reconocen los patógenos que invaden el citoplasma
  • Gen I inducible por ácido retinoico
  • Reconocen los ácidos nucleicos virales
  • Los receptores similares al gen I inducible por ácido retinoico activados aumentan la síntesis de interferón-α e interferón-β, lo que aumenta la respuesta a la infección por el virus.

Receptores tipo NOD

  • Localizados intracelularmente (sensores citoplasmáticos): reconocen los patógenos que invaden el citoplasma
  • Dominio de oligomerización de unión a nucleótidos (NOD)
  • Reconocen las estructuras de los peptidoglicanos bacterianos y los dipéptidos de muramilo
  • Participan en la defensa del huésped contra virus, parásitos, hongos y bacterias intracelulares (e.g., Listeria)
  • Activación de caspasa 1: ↑ citoquinas proinflamatorias, facilita la piroptosis o muerte celular inflamatoria
  • Actúan sinérgicamente con los receptores tipo toll

Receptores de lectina tipo c

  • Expresados en la superficie celular con un dominio transmembrana asociado
  • Reconocen carbohidratos en microorganismos como bacterias y hongos:
    • Las bacterias y las levaduras tienen manano en la superficie (polisacáridos que no se encuentran en los humanos).
    • Lectina de unión a manano (también conocida como proteína de unión a manosa):
      • Se encuentra en células dendríticas y macrófagos que se unen a manosa en microbios
      • Activa el complemento
      • Fagocitosis potenciadora de opsonina
    • Dectina-1: reconoce el β-glucano en la pared celular fúngica (e.g., Candida)
  • También responsable de reconocer proteínas endógenas de células huésped necróticas.

Receptores de Reconocimiento de Patrones Secretados y Circulantes

Los receptores de reconocimiento de patrones secretados y circulantes incluyen muchas proteínas (e.g., péptidos antimicrobianos, lectinas, colectinas).

Péptidos antimicrobianos

  • Receptores de reconocimiento de patrones secretados: péptidos cortos cargados positivamente con actividad antimicrobiana natural
  • Exhiben actividad contra bacterias, hongos, virus y protozoos.
  • Encontrados principalmente:
    • Dentro de gránulos de neutrófilos
    • En las secreciones de las células epiteliales que cubren la piel y las superficies mucosas
  • Funciones principales:
    • Los péptidos antimicrobianos catiónicos son atraídos electrostáticamente a la superficie bacteriana cargada negativamente (con fosfolípidos).
    • La interacción entre los péptidos y la membrana microbiana conduce a:
      • Alteración y permeabilización de la membrana microbiana
      • Muerte bacteriana
    • Los péptidos antimicrobianos interrumpen los procesos celulares:
      • Síntesis de ADN/ARN/proteínas
      • Actividad enzimática
      • Síntesis de la pared celular
    • Actividades inmunomoduladoras:
      • Estimulación de la quimiotaxis
      • Regulación de una respuesta proinflamatoria excesiva (e.g., actividad de receptores tipo toll, producción de citoquinas) para evitar daños al huésped
      • Regulación de microorganismos comensales al restringir la colonización y brindar defensa contra bacterias oportunistas
Major functions of antimicrobial peptides (amps)

Principales funciones de los péptidos antimicrobianos (AMP):
Los AMPs pueden modular el sistema inmunitario (por ejemplo, estimulando la quimiotaxis, regulando la producción de citoquinas), alterar las membranas microbianas e interrumpir importantes procesos intracelulares (e.g., la síntesis de ADN y proteínas).

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Tipos de péptidos antimicrobianos

  • Defensinas:
    • Péptidos cortos con 3 enlaces disulfuro (protegen de la actividad de la proteasa)
    • α-defensinas:
      • Se encuentran en gránulos neutrofílicos y células de Paneth intestinales
      • Capaces de matar microbios directa o indirectamente al quedar atrapados en redes
    • β-defensinas:
      • Se encuentran ampliamente en superficies epiteliales (e.g., tracto respiratorio, tracto gastrointestinal)
      • Trauma o infección aumenta la producción
  • Catelicidinas:
    • LL-37: péptido C-terminal del péptido antimicrobiano de catelicidina de neutrófilos y células epiteliales inducido por vitamina D
    • Juega un papel en la cicatrización de heridas, angiogénesis y eliminación de células muertas
    • Actividad neutralizante contra lipopolisacáridos
  • Otros péptidos antimicrobianos:
    • Péptidos antimicrobianos expresados en el ojo:
      • Fragmentos C-terminales de queratina
      • Lisozima
      • Lactoferrina
      • Lipocalina
    • Péptidos antimicrobianos expresados en el tracto urinario:
      • Lipocalina 2: defiende frente a Escherichia coli uropatógena
      • Uromodulina: una proteína que se une a los pili de las bacterias, lo que limita la unión bacteriana y facilita la eliminación por la orina
    • Hepcidina:
      • Regula el metabolismo del hierro (absorción y distribución del hierro en la dieta)
      • Acción relevante contra organismos dependientes de hierro como malaria, tuberculosis y virus de inmunodeficiencia humana 1 (VIH-1)

Oligosacáridos antibacterianos

  • Se encuentran en la leche humana: brinda protección al recién nacido
  • Las biopelículas utilizadas por las bacterias (para protección) se descomponen por oligosacáridos.

Lectinas

  • Proteínas que se unen a carbohidratos microbianos y desencadenan la vía del complemento de lectina
  • Ejemplos:
    • Galectina: interrumpe la membrana bacteriana, inhibe la replicación del virus de la influenza y provoca la apoptosis celular
    • Lectina de unión a manano: identifica residuos de manosa y opsoniza; activa la vía del complemento

Colectinas

  • Una familia de lectinas con proteínas similares al colágeno
  • Se unen a moléculas microbianas de carbohidratos o lípidos
  • Funciones:
    • Activación del complemento
    • Opsonización
    • Lisis microbiana
  • Los miembros de la familia incluyen:
    • C1q
    • Lectina de union a manano: una colectina y un reactivo de fase aguda producido por el hígado
    • Proteínas surfactante A y D:
      • Producida por células alveolares tipo II
      • Componente principal del surfactante pulmonar (mantiene abiertos los alvéolos)

Pentraxinas

  • Caracterizadas por el dominio de pentraxina C-terminal con 5 subunidades
  • Función: activa la vía clásica del complemento con lisis microbiana y opsonización
  • La familia de proteínas incluye:
    • CRP: un reactivo clásico de fase aguda (secretado con activación de receptores tipo toll o como efecto de citoquinas proinflamatorias)
    • Componente sérico amiloide P: implicado en trastornos de depósito de amiloide como la amiloidosis y la enfermedad de Alzheimer
    • Pentraxina 3

Complemento

Las respuestas inmunitarias siguen al reconocimiento de moléculas patógenas. El sistema del complemento es 1 respuesta activada en forma de cascada para destruir los microbios.

Sistema del complemento

  • Un componente importante de la inmunidad innata y adaptativa
  • Consta de casi 60 proteínas plasmáticas y de membrana cuya activación se produce tanto en las células inmunitarias como en el espacio extracelular.
  • C1q:
    • Un receptor de reconocimiento de patrones circulante asociado a células
    • Parte de C1: el 1er componente del sistema del complemento
    • Cuando se une a un anticuerpo (fijado a un microbio, complejo inmunitario o tejido dañado) → se desencadena la cascada del complemento
  • Activado a través de diferentes vías

Vías de activación

La activación del complemento se realiza a través de vías distintivas (todas comienzan con una molécula iniciadora diferente), pero todas producen C3b (la molécula central de la cascada del complemento):

  • Vía clásica (actividad evaluada por la prueba CH50):
    • Desencadenado por anticuerpos de unión a antígeno (principalmente IgG e inmunoglobulina M (IgM))
    • C1 es C1q en el complejo con las 2 proteasas: C1r y C1s (C1q + C1r + C1s):
      • El subcomponente C1q se une a la porción Fc del anticuerpo.
      • C1r se autoactiva y escinde C1s.
    • C1s escinde C4 y luego C2 → fragmentos de C4 y C2 (C4b y C2b respectivamente) → convertasa C3 (C4b2b)
    • La convertasa C3 escinde C3 y produce C3b (que actúa como opsonina) y C3a (que actúa como anafilatoxina).
    • Las convertasas C5 (C4b2b3b) se forman a partir de componentes escindidos.
    • C5 convertasas → escinde C5 → C5a (una anafilatoxina) y C5b (inicia el complejo de ataque a la membrana)
  • Vía de la lectina:
    • También conocida como vía de unión de manano y manosa
    • Activada por lectinas (proteínas que reconocen patrones repetitivos de carbohidratos (e.g., manosa, N-acetilglucosamina/GlcNAc))
    • Lectina de unión a manano se une a la manosa.
    • Conduce a la escisión de C4 y C2 por serina proteasas asociadas a lectina de unión a manano (similar a C1s y C1r) → C3 convertasa (C4b2b)
    • La cascada procede como la vía clásica.
  • Vía alternativa:
    • No se necesitan anticuerpos ni lectinas para activarse.
    • Dependiente de la presencia constante de C3 en niveles bajos en la circulación (“tickover C3”)
    • El tickover ocurre a una tasa del 1% por hora en la sangre, con C3 aterrizando en tejido sano o interactuando con patógenos o desechos:
      • En tejido sano, C3 sufre inactivación.
      • Sin un objetivo, C3 se retira de la circulación.
      • C3 se activa al encontrar patógenos o desechos celulares.
    • El C3 activado se une al factor B → el factor B unido es lisado por el factor D → produce Ba (liberado) y Bb → forma convertasa C3 (C3bBb)
    • La convertasa C3 (C3bBb) se estabiliza con la properdina → C3bBbP
    • La convertasa C3 continúa escindiendo más C3 a C3b → el bucle de amplificación conduce a grandes depósitos de C3b en la diana
    • Se forma convertasa C5 (C3bBb3b) y posteriormente se escinde C5.
  • Efectores producidos a partir de vías activadas:
    • Anafilatoxinas: C3a, C4a y C5a (C5a también facilita la quimiotaxis de neutrófilos)
    • Opsonina: C3b
    • Complejo de ataque a la membrana: C5b a C5b-9 (citolisis)
  • Los inhibidores regulan la activación del complemento de las células propias:
    • Factor acelerador de la descomposición (CD55)
    • Inhibidor de C1 (C1-INH)
Complement initiation pathways

Las vías de iniciación del complemento conducen a una vía terminal común: Los recuadros verdes identifican las vías de iniciación; los componentes del complemento se identifican a lo largo de las flechas. La vía clásica es activada por complejos antígeno-anticuerpo (complejos Ag-Ab) reconocidos por C1q en complejo con C1r y C1s. Las proteasas C1r y C1s escinden C4 y C2 para generar la vía clásica C3 convertasa C4b2b. La vía de la lectina se activa por la unión de la lectina de unión a manosa (MBL) o las ficolinas a los carbohidratos en la membrana diana. Las serina proteasas asociadas a MBL (MASP) luego escinden C4 y C2 generando la convertasa C3 C4b2b. La vía alternativa se activa cuando los niveles bajos de proteína C3b se unen directamente a un microbio, material extraño o tejido dañado. Cuando C3b se une con el factor B, se forma C3bB. El factor B es escindido por el factor D para formar una vía alternativa C3-convertasa (C3bBb). La convertasa es estabilizada por la properdina. C3b opsoniza objetivos para fagocitosis y activación de células B. Las 3 vías de iniciación convergen en C3 con distintas convertasas C3 que escinden C3 para generar anafilatoxina C3a y más C3b para formar las convertasas C5 (C4b2a3b y C3bBb3b). La convertasa C5 luego escinde C5 en C5a y C5b. Las anafilatoxinas C3a, C4a y C5a pueden atraer/activar células inflamatorias y contraer el músculo liso a través de los receptores C3aR y C5aR. El complejo de ataque a membrana (MAC) se forma cuando C5b se une a C6, C7, C8 y múltiples copias de C9. Los poros complejos de ataque a membrana pueden causar la muerte celular por flujo osmótico.

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Funciones principales

En última instancia, las vías del complemento tienen como objetivo eliminar los microbios y los desechos celulares/células apoptóticas:

  • Las anafilatoxinas (C3a–C5a) causan:
    • Quimiotaxis (llevando leucocitos a sitios inflamatorios)
    • Liberación de mediadores (e.g., histamina de los mastocitos)
    • Activación de tipos de células no inmunes (incluyendo células epiteliales y endoteliales)
    • Contracción de los músculos lisos
    • Dilatación de vasos sanguíneos y exudación de plasma/células
  • Opsonización mediante identificación de materiales extraños y auto dañados, lo que facilita:
    • La destrucción inmediata del objetivo opsonizado
    • Transferencia por eritrocitos a macrófagos tisulares en el hígado o el bazo
    • Activación de células B (que conduce a la producción de antígenos y memoria inmunológica)
  • La lisis celular a través de complejos de ataque a membrana elimina objetivos:
    • Alteración de la integridad de la membrana celular (a través de proteínas formadoras de poros)
    • Lisis de células bacterianas

Citoquinas

Las citoquinas son proteínas solubles liberadas por diferentes células, que desempeñan funciones superpuestas en la inmunidad innata y adaptativa, como el sistema del complemento.

Principales citoquinas

  • Acciones de la célula diana:
    • Autocrina (la célula diana es la misma célula que secreta la citoquina)
    • Paracrina (célula diana cercana)
    • Endocrina (la citoquina se secreta a la circulación para actuar sobre un objetivo distante)
  • Descripción general de las funciones clave:
    • Citoquinas inflamatorias en respuesta temprana a la infección (mediación de fiebre y sepsis):
      • Factor de necrosis tumoral (TNF, por sus siglas en inglés)-ɑ
      • Interleuquina-1
      • Interleuquina-6
    • Quimiotaxis: interleuquina-8
    • Proliferación y activación de células T: interleuquina-2
    • Diferenciación y proliferación de linfocitos T colaboradores 2: interleuquina-4
    • Cambio de clase de células B a inmunoglobulina E (IgE) e IgG: interleuquina-4
    • Cambio de clase de células B a IgA: interleuquina-5
    • Antiinflamatorio (atenúa la respuesta inmune): interleuquina-10, factor de crecimiento transformante-β
    • Actividad antiviral (virus de ADN/ARN): interferón-ɑ, interferón-β, interferón-ɣ
  • Fuentes notables:
    • Los macrófagos secretan: interleuquina-1, interleuquina-6, interleuquina-8, interleuquina-12, TNF-ɑ
    • Todas las células T secretan: interleuquina-2, interleuquina-3
    • Las células linfocitos T colaboradores 1 secretan: interferón-ɣ
    • Las células linfocitos T colaboradores 2 secretan: interleuquina-4, interleuquina-5, interleuquina-10
Forms of chemical signaling

Formas de señalización química:
Autocrina: La célula diana es la misma que segrega citoquinas.
Paracrina: La célula diana de las citoquinas es una célula cercana.
Endocrina: Las citoquinas se secretan en la circulación para llegar a una célula diana lejana.

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Descripción de las citoquinas

Tabla: Citoquinas
Citoquinas Fuente Función y actividad
IL-1 Monocitos, macrófagos, células B, fibroblastos, la mayoría de las células epiteliales
  • Fiebre, inflamación aguda, sepsis
  • Regula al alza las moléculas de adhesión
  • Reclutamiento de neutrófilos
  • Factor activador de osteoclastos
IL-2 Células T
  • Activación y proliferación de células T
  • Proliferación y activación de células NK
IL-3 Células T, células NK, mastocitos Estimulación de progenitores de hematopoyesis
IL-4 Células T, mastocitos, basófilos
  • Diferenciación y proliferación Th2
  • Maduración de células B y cambio de clase a IgE e IgG
IL-5 Células T, mastocitos, eosinófilos
  • Crecimiento y diferenciación de eosinófilos
  • Crecimiento de células B, cambio de clase a IgA
IL-6 Monocitos, macrófagos, células B, fibroblastos, la mayoría de las células epiteliales
  • Fiebre, producción de fase aguda
  • Crecimiento de células T y B
IL-7 Médula ósea, células epiteliales del timo Diferenciación de células B, células T y células NK
IL-8 Monocitos, macrófagos, células T, neutrófilos, fibroblastos, células endoteliales, células epiteliales
  • Principal factor quimiotáctico de neutrófilos
  • Angiogénesis
IL-9 Células T
  • Proliferación de mastocitos
  • Crecimiento de células T
IL-10 Monocitos, macrófagos, células T, células B, queratinocitos, mastocitos
  • Antiinflamatorio
  • Atenuación de la respuesta inmune (↓ citocinas, inhibe las células T y las células NK)
IL-11 Células del estroma de la médula ósea
  • Producción de fase aguda
  • ↑ formación y maduración de megacariocitos
IL-12 Macrófagos activados, células dendríticas, neutrófilos
  • Formación de células Th1
  • ↑ IFN-ɣ
IFN-ɣ Células T, células NK
  • Regula la activación de macrófagos y células NK
  • Activa macrófagos → granuloma
TNF-ɑ Monocitos, macrófagos, mastocitos, basófilos, eosinófilos, células NK, células B, células T, fibroblastos, células epiteliales tímicas
  • Proinflamatorio
  • Fuga capilar
  • Reclutamiento de leucocitos y citotoxicidad
  • Caquexia en el cáncer
Factor de crecimiento transformador-β La mayoría de las células Antiinflamatorio
Abreviaturas:
IL: interleuquina
IFN: interferón
NK: asesino natural
Th2: colaborador tipo 2 T
TNF: factor de necrosis tumoral
WBC: leucocitos
Nota: La lista no es exhaustiva, pero se incluyen citoquinas importantes.

Destrucción Microbiana

Después del reconocimiento de patógenos y el reclutamiento de células inmunitarias (con la ayuda coordinada de complementos y citoquinas), se implementan estrategias para eliminar los microbios.

Eliminación de patógenos

  • Fagocitosis:
    • Fagocitos: macrófagos, monocitos, neutrófilos, células dendríticas
    • La adhesión es por reconocimiento de receptores de reconocimiento de patrones o mediado por opsoninas.
    • La inmersión del patógeno en una vesícula sigue
    • El fagocito forma un seudópodo, que envuelve al patógeno y se convierte en una vesícula de membrana pellizcada (fagosoma).
    • Un fagolisosoma se forma cuando el fagosoma se fusiona con un lisosoma.
    • Mecanismos de destrucción microbiana:
      • La acidificación dentro del fagolisosoma es bacteriostático o bactericida.
      • ↓ pH activa enzimas lisosomales hidrolíticas dependientes del pH (digieren el patógeno)
      • Péptidos antimicrobianos
      • Producción de especies tóxicas derivadas de nitrógeno y oxígeno (explosión respiratoria u oxidativa)
    • Cuando se destruye el patógeno, el fagocito sufre apoptosis (e.g., pus) o los desechos se eliminan por exocitosis.
  • Otras estrategias de eliminación (si el patógeno no es engullido):
    • Los patógenos grandes (e.g., nematodos) no se pueden ingerir:
      • Grupos de células (neutrófilos, eosinófilos, macrófagos) rodean al patógeno.
      • Se liberan defensinas, lisosomales y otros productos tóxicos (desgranulación) para eliminar suficientemente el patógeno.
    • Las células inmunitarias destruyen los patógenos o las células infectadas (e.g., los neutrófilos liberan trampas extracelulares de neutrófilos, las células asesinas naturales inducen la apoptosis).
The stages of phagocytosis

Las etapas de la fagocitosis:
Inmersión de un patógeno, formación de un fagosoma, digestión de la partícula patógena en el fagolisosoma, expulsión de materiales no digeridos de la célula

Imagen por Lecturio.

Estallido respiratorio

  • Liberación de especies reactivas de oxígeno de varias células (e.g., macrófagos, neutrófilos)
  • El complejo de nicotinamida adenina dinucleótido fosfato-oxidasa reduce el O₂ a un radical libre de oxígeno (anión superóxido (O₂•)) y luego a peróxido de hidrógeno (H₂O₂).
  • Los neutrófilos y los monocitos (usando mieloperoxidasa) combinan H₂O₂ con Cl → hipoclorito (HOCl•), lo que ayuda a destruir las bacterias
  • La mieloperoxidasa contiene un pigmento hemo, que produce un color verde en las secreciones (e.g., moco y esputo) o pus.
Respiratory burst initiated by nadph oxidase complex

Estallido respiratorio iniciado por el complejo NADPH-oxidasa:
El complejo fagocitario NADPH-oxidasa se activa, reduciendo el O2 a un radical libre de oxígeno (anión superóxido (O2•–)) y luego a H2O2. Los neutrófilos y los monocitos (usando mieloperoxidasa) combinan H2O2 con Cl para producir hipoclorito (HOCl•), que ayuda a destruir las bacterias.

Imagen por Lecturio.

Relevancia Clínica

  • Angioedema hereditario: causado por deficiencia o disfunción de C1-INH, una proteína que regula la vía clásica de activación del complemento. La afección se caracteriza por un aumento de los niveles de bradiquinina, lo que conduce a una mayor permeabilidad vascular. Los síntomas incluyen angioedemas recurrentes (inflamación de la cara, labios y lengua). El tracto gastrointestinal también puede estar afectado (náuseas, dolor abdominal y vómitos). El diagnóstico implica la medición de los niveles de complemento (niveles bajos de C4 y disminución de los niveles/funcionalidad de C1-INH). El tratamiento incluye C1-INH humano purificado, inhibidores de calicreína e inhibidores de bradiquinina. Los inhibidores de la enzima convertidora de angiotensina están contraindicados.
  • Deficiencia de C1q: un trastorno raro caracterizado por la ausencia o defecto de la proteína C1q. El trastorno está causado por mutaciones en 1 de los 3 genes que codifican C1q y tiene una herencia autosómica recesiva. En la mayoría de los casos, la enfermedad se asocia con lupus eritematoso sistémico (LES). Otras manifestaciones clínicas incluyen enfermedad renal crónica, lesiones cutáneas recurrentes, infecciones crónicas y alopecia. El tratamiento depende de los síntomas. La producción de C1q se puede restaurar mediante trasplante alogénico de células madre hematopoyéticas.
  • Deficiencias del complemento terminal (C5C9): una afección genética que afecta la función complejo de ataque a membrana. En los Estados Unidos, las deficiencias comúnmente encontradas involucran C5, C6 o C8. Debido a que la lisis celular continúa con C5–C8, la deficiencia de C9 causa defectos menos graves. La deficiencia aparecerá como un título de CH50 bajo/indetectable. Las personas con deficiencia terminal del complemento corren el riesgo de infecciones recurrentes por Neisseria.
  • Enfermedad granulomatosa crónica: una afección genética caracterizada por la formación de granulomas e infecciones bacterianas y fúngicas recurrentes y graves. La nicotinamida adenina dinucleótido fosfato oxidasa defectuosa (responsable del estallido respiratorio) en neutrófilos y macrófagos conduce a una fagocitosis alterada. Las infecciones comúnmente afectan los pulmones, piel, ganglios linfáticos y el hígado. La dihidrorrodamina 123 (una prueba de función de los neutrófilos) es anormal y el genotipado confirma el diagnóstico.
  • Lupus eritematoso sistémico: una afección inflamatoria autoinmune crónica que provoca el depósito de complejos inmunitarios en los órganos y produce manifestaciones sistémicas. Las características incluyen erupción malar, artritis no destructiva, nefritis, serositis, citopenias, enfermedad tromboembólica, convulsiones y/o psicosis. El diagnóstico se basa en hallazgos y pruebas clínicas (e.g., anticuerpos antinucleares, anticuerpos específicos de lupus eritematoso sistémico). Se observan niveles bajos de C4 y C3 en aproximadamente el 50% de los casos porque los complejos inmunes activan la vía clásica del complemento. El tratamiento tiene como objetivo controlar los síntomas y prevenir el daño a los órganos. Las opciones de tratamiento incluyen corticosteroides, hidroxicloroquina e inmunosupresores.

Referencias

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