1720 Medicine. 2013;11(28):1720-7 Células presentadoras de antígeno J. Monserrat Sanz, M. Martín, E. Reyes y A. Prieto Martín Departamento de Medicina. Universidad de Alcalá. Alcalá de Henares. Madrid. España. Resumen Las células presentadoras de antígeno profesionales (APC) representan un conjunto celular, perte- neciente a nuestro sistema inmune innato, especializado en fagocitar o pinocitar microorganismos, hidrolizarlos en pequeños fragmentos moleculares e incorporarlos a sus correspondientes molécu- las presentadoras de antígenos. Este conjunto de APC está compuesto principalmente por precur- sores en la médula ósea, monocitos circulantes en la sangre periférica, macrófagos en los tejidos, linfocitos B, células dendríticas y células de Langerhans en prácticamente todos los tejidos de nuestro organismo. Cada uno de estos tipos celulares está especializado en capturar, procesar y presentar antígenos de diferente naturaleza. Mediante moléculas de histocompatibilidad de clase II son capaces de presentar pequeños fragmentos peptídicos a los linfocitos T convencionales, mientras que mediante moléculas presentadoras como el CD1 son capaces de presentar pequeños fragmentos lipídicos a los linfocitos NKT. En este artículo nos vamos a centrar en el estudio de los monocitos, macrófagos y células dendríticas, y el avance que se ha experimentado en los últimos años en el estudio de las subpoblaciones que los componen. Asimismo, abordaremos el relevante papel de los monocitos en la inflamación y en la destrucción de patógenos y el papel de las células dendríticas como nexo entre la inmunidad innata y la adaptativa, encargándose de iniciar la activa- ción de los linfocitos T novatos. Abstract Antigen presenting cells Professional “antigen presenting cells” represent a cellular group, belonging to our innate immune system, specialized in phagocytizing or pinocytizing microorganisms, hydrolyzing them into small molecular fragments and incorporating them into their corresponding antigen presenting molecules. This combination of APC is principally made up of precursors in the bone marrow, peripheral circulating blood monocytes, macrophages in the tissues, B cells, dendritic cells and Langerhans cells in practically all the tissues in our body. Each one of these types of cells is specialized in capturing, processing and presenting different types of antigens. By class II histocompatibility molecules, they are capable of presenting small peptidic fragments to the conventional T cells, while by presenting molecules such as the CD1, they are capable of presenting small lipidic fragments to the NKT lymphocytes. In this chapter, we are going to focus on the study of the monocytes, macrophages and dendritic cells and the advance experienced in recent years in the study of the subpopulations they make up. We will also address the relevant role of monocytes in inflammation and the destruction of pathogens and the role of dendritic cells as a link between the adaptive and innate immunity, taking charge of initiating the activation of the novel T cells. Palabras Clave: - Monocitos - Células dendríticas - Fagocitosis - Procesamiento antigénico - Moléculas de histocompatibilidad de clase II - CD1 - Inflamación - Presentación antigénica Keywords: - Monocytes - Dendritic cells - Phagocytosis - Antigenic processing - Class II histocompatibility molecules - CD1 - Inflammation - Presentation ACTUALIZACIÓN
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1720 Medicine. 2013;11(28):1720-7
Células presentadoras de antígenoJ. Monserrat Sanz, M. Martín, E. Reyes y A. Prieto MartínDepartamento de Medicina. Universidad de Alcalá. Alcalá de Henares. Madrid. España.
ResumenLas células presentadoras de antígeno profesionales (APC) representan un conjunto celular, perte-neciente a nuestro sistema inmune innato, especializado en fagocitar o pinocitar microorganismos, hidrolizarlos en pequeños fragmentos moleculares e incorporarlos a sus correspondientes molécu-las presentadoras de antígenos. Este conjunto de APC está compuesto principalmente por precur-sores en la médula ósea, monocitos circulantes en la sangre periférica, macrófagos en los tejidos, linfocitos B, células dendríticas y células de Langerhans en prácticamente todos los tejidos de nuestro organismo. Cada uno de estos tipos celulares está especializado en capturar, procesar y presentar antígenos de diferente naturaleza. Mediante moléculas de histocompatibilidad de clase II son capaces de presentar pequeños fragmentos peptídicos a los linfocitos T convencionales, mientras que mediante moléculas presentadoras como el CD1 son capaces de presentar pequeños fragmentos lipídicos a los linfocitos NKT. En este artículo nos vamos a centrar en el estudio de los monocitos, macrófagos y células dendríticas, y el avance que se ha experimentado en los últimos años en el estudio de las subpoblaciones que los componen. Asimismo, abordaremos el relevante papel de los monocitos en la inflamación y en la destrucción de patógenos y el papel de las células dendríticas como nexo entre la inmunidad innata y la adaptativa, encargándose de iniciar la activa-ción de los linfocitos T novatos.
AbstractAntigen presenting cells
Professional “antigen presenting cells” represent a cellular group, belonging to our innate immune system, specialized in phagocytizing or pinocytizing microorganisms, hydrolyzing them into small molecular fragments and incorporating them into their corresponding antigen presenting molecules. This combination of APC is principally made up of precursors in the bone marrow, peripheral circulating blood monocytes, macrophages in the tissues, B cells, dendritic cells and Langerhans cells in practically all the tissues in our body. Each one of these types of cells is specialized in capturing, processing and presenting different types of antigens. By class II histocompatibility molecules, they are capable of presenting small peptidic fragments to the conventional T cells, while by presenting molecules such as the CD1, they are capable of presenting small lipidic fragments to the NKT lymphocytes. In this chapter, we are going to focus on the study of the monocytes, macrophages and dendritic cells and the advance experienced in recent years in the study of the subpopulations they make up. We will also address the relevant role of monocytes in inflammation and the destruction of pathogens and the role of dendritic cells as a link between the adaptive and innate immunity, taking charge of initiating the activation of the novel T cells.
Palabras Clave:
- Monocitos
- Células dendríticas
- Fagocitosis
- Procesamiento antigénico
- Moléculas de histocompatibilidad de clase II
- CD1
- Inflamación
- Presentación antigénica
Keywords:
- Monocytes
- Dendritic cells
- Phagocytosis
- Antigenic processing
- Class II histocompatibility molecules
- CD1
- Inflammation
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CÉLULAS PRESENTADORAS DE ANTÍGENO
Introducción
Los patógenos han ido coevolucionando con nuestra especie, intentando continuamente evadir nuestras defensas y así po-der colonizarnos. El gran desafío de nuestro sistema inmune ha sido encontrar la habilidad de diferenciar lo propio de lo extraño, lo ofensivo de lo inofensivo, y para ello ha tenido que afrontar diariamente un temido universo molecular o “universo antigénico“. Un momento clave en la evolución de los vertebrados ha sido expresado mediante la destreza que han adquirido unos pocos tipos celulares para fagocitar o pi-nocitar microorganismos, hidrolizarlos en pequeños frag-mentos moleculares, por ejemplo peptídicos o glucolipídicos, e incorporarlos a nuestras moléculas clásicas de histocompa-tibilidad de clase II o no clásicas como el CD1, para presen-tarlos a los linfocitos T específicos, ya sean linfocitos T con-vencionales o NKT (natural killer T) respectivamente, y pertenecientes a nuestro sistema inmune adaptativo. A todas las células capaces de realizar esta función se les ha denomi-nado células presentadoras de antígeno profesionales (APC) y así diferenciarlas del resto de células de nuestro organismo presentadoras amateurs, capaces de presentar moléculas de origen intracelular en un contexto de presentación antigéni-ca de moléculas de clase I.
Dentro de las APC profesionales, podríamos diferenciar precursores en la médula ósea, células epiteliales del timo, monocitos circulantes de sangre periférica, macrófagos en los tejidos, linfocitos B, células dendríticas y células de Lan-gerhans en prácticamente todos los tejidos del cuerpo. Tam-bién existen algunos tipos celulares que habitualmente no expresan moléculas de histocompatibilidad de clase II, pero en ciertas condiciones inflamatorias o de estrés celular sí son capaces de expresarlas, a este grupo pertenecen las células endoteliales, linfocitos T, células NK (natural killer), astroci-tos, queratinocitos, melanocitos y fibroblastos. El interferón gamma (IFNγ) se ha identificado como esencial para que estos tipos celulares expresen estas moléculas. En este artícu-lo de la Unidad Temática sobre el sistema inmune nos vamos a centrar en el estudio de los monocitos y las células dendrí-ticas, y el avance que se ha experimentado en los últimos años en el estudio de sus subpoblaciones y sus relevantes pa-peles en la inflamación y en el nexo entre la inmunidad inna-ta y la adaptativa.
Monocitos y macrófagos
Monocitos
Los monocitos nacen en la médula ósea y son liberados al torrente circulatorio donde permanecen poco tiempo, desde unas pocas horas hasta un máximo de tres días. Representan entre el 5 y el 10% de las células mononucleares de sangre periférica, y son las principales células del sistema inmune innato implicadas en la inflamación y la respuesta ante los patógenos1. Igualmente, se le atribuyen funciones de regulación de la ho-meostasis celular debido a su capacidad de diferenciación. El estudio e interpretación de sus funciones es especialmente
difícil, ya que pequeñas variaciones en su entorno alteran su fenotipo y sus propiedades. Su función principal es la elimi-nación de los microorganismos, pero también son células especializadas en la presentación antigénica mediante molé-culas de histocompatibilidad de clase II. Morfológicamente, los monocitos son heterogéneos en tamaño y forma, y difíci-les de diferenciar de las células dendríticas inmaduras (iDC) o linfocitos activados o células NK. Se caracterizan por la expresión del receptor Csf-1, el cual está formado por el M-CSFR y el CD115, y el quimiorreceptor CX3CR1 y la selectina CD62L1-3.
Los monocitos son células incapaces de replicarse en la sangre periférica o en ausencia de inflamación4. Sin embargo, y al cabo de un tiempo recirculando, los monocitos se extra-vasan a los tejidos, donde pueden proceder a diferenciarse en distintos tipos celulares, dependiendo del tejido y del am-biente molecular en el que se encuentren. De esta manera, se pueden diferenciar tipos celulares morfológicamente dife-rentes y con funciones claramente distintas, como por ejem-plo macrófagos tisulares, macrófagos alveolares, macrófagos deciduales, células de Kupffer y células dendríticas, entre otras. Ensayos in vitro demuestran que los monocitos en pre-sencia de factor estimulante de colonias de granulocitos y monocitos (GM-CSF) se pueden diferenciar de macrófagos y, sin embargo, en presencia de IL-4 más GM-CSF se pue-den conseguir células dendríticas5-7. Los monocitos y macró-fagos actúan in situ en los tejidos, presentan en su superficie una gran cantidad de receptores capaces de detectar mi-croorganismos, lípidos e incluso restos de células muertas (conceptos ampliados en el artículo de inmunidad innata frente a adaptativa de esta Unidad Temática). Una vez acti-vados, su vida media es muy corta, pero son capaces de pro-ducir inmediatamente grandes cantidades de especies oxi-dantes (ROS), prostaglandinas y citoquinas proinflamatorias como el factor de necrosis tumoral alfa (TNFα), IL-1β, IL-6, CXCL8, IL-10 o vEGF.
Clásicamente, se describía la presencia de los monocitos en sangre periférica como si constituyeran una sola subpo-blación celular. En los últimos años, se ha observado una especialización de los monocitos con características fenotípi-cas diferentes en funciones específicas, mientras unos se en-cargaban de la defensa frente a los patógenos, otros lo hacían de la fisiopatología de la inflamación. En la actualidad, se definen tres subpoblaciones sanguíneas funcionalmente dife-rentes acordes con la expresión de CD14 (receptor de lipo-polisacárido bacteriano) y del CD16 (receptor de baja afini-dad para la IgG, FcγRIII)1. Estas tres subpoblaciones son los monocitos CD14+CD16-, los CD14+CD16+ y los CD14-/low CD16+. El estudio de la distribución de estas subpobla-ciones en la sangre periférica ha aportado evidencias fisiopa-tológicas asociadas a diferentes patrones de alteración en los procesos inflamatorios de diferentes patogenias y/o etiolo-gías8 (fig. 1).
Heterogeneidad en los monocitos: tiposLa subpoblación monocitaria CD14+CD16- es la más abun-dante, corresponde al 80-90% de los monocitos circulantes, y se les ha denominado “monocitos clásicos”. Estos monoci-tos expresan en su superficie elevados niveles de CCR2 y
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L-selectina (CD62L) y bajos niveles de CX3CR1 (receptor de fractalcina [CX3CL1]), todas ellas moléculas de adhesión relacionadas con el tráfico leucocitario1. Estos monocitos son capaces de secretar más IL-10 y TGFβ que TNFα o IL-1β, aunque también pueden secretar, pero en muy poca medida, citoquinas proinflamatorias como las citoquinas IL-4, IL-13, IL-14 y TGFβ. Estos monocitos expresan el CD64, implica-do en la fagocitosis. Tomadas en conjunto, todas estas molé-culas nos definen un tipo de monocito especializado en diri-girse y extravasarse a los tejidos inflamados, donde fagocitarán y destruirán patógenos, resolverán la inflamación y podrán presentar antígenos1,8,9.
A continuación, nos encontramos con la subpoblación monocitaria CD14+CD16+. Esta subpoblación podría ser perfectamente considerada como un estado de diferencia-ción a partir de un monocito clásico que adquiere la expre-sión del CD16, conservando la expresión del CD14. Se ca-racterizan por presentar elevados niveles del receptor CX3CR1, CD11a/CD18 y una disminución progresiva en los niveles de expresión del CCR2 y del CD62L, además y en comparación con los “monocitos clásicos” expresan con mayor intensidad el CD86, CD54, CD32 y CD6410,11. Esta subpoblación de monocitos son capaces de secretar princi-palmente TNFα, aunque también pueden secretar IL-1β, IL-6, IL-12, IL-23, metaloproteinasas (MMP)-2 y MMP-9, prostaglandinas y leucotrienos4,8. Estos monocitos son me-nos abundantes, representan un 5-10% de los monocitos circulantes y se les ha denominado monocitos inflamato-
rios1,12, aunque este término está en discusión científica. Se les denominó así porque se observó que existía un aumento significativo de esta subpoblación monocitaria en procesos como inflamaciones agudas, enfermedades infecciosas e in-cluso después del ejercicio13-15. El aumento de los recepto-res Fc CD16, CD32 y CD64, receptores de inmunoglobu-linas, está directamente asociado a un aumento en su capacidad fagocítica, que junto con la secreción de TNFα definirían un monocito efector inflamatorio. Sin embargo, todos lo monocitos de esta subpoblación no se dirigen y extravasan a los focos inflamatorios, luego a todos no se les puede considerar inflamatorios, sino en transición o transi-torios. La clave estaría en el cambio de patrón de moléculas de adhesión CD62L, CX3CR1 y la presencia de CCR5 aso-ciado a la pérdida o no del CCR2, ya que la presencia de este último quimiorreceptor parece indispensable para mi-grar al tejido inflamado16. Además, también se ha descrito en esta subpoblación la presencia de monocitos productores de IL-10.
La tercera subpoblación son los monocitos CD14–/low
CD16+, caracterizados por expresar altas cantidades del re-ceptor de fractalquina, disminuir mucho la expresión del CD62L y perder la expresión de los quimiorreceptores CCR2 y CCR5. Además, expresan muy poco el CD32 y el CD64, su capacidad fagocítica es muy baja y no producen TNFα e IL1 como las otras subpoblaciones. Este conjunto de moléculas de adhesión sería capaz de dirigir a esta subpo-blación hacia los tejidos residentes (no inflamados). Su fun-
Fig. 1. Estudio conceptual de la diferenciación y circulación de los monocitos y células dendríticas desde la médula ósea hasta los tejidos y órganos linfoides secun-darios.
ción no está clara, y se le asigna un posible papel regulador más que efector.
Dentro del estudio de estas subpoblaciones, existe una subpoblación monocitaria que muchos autores la consideran directamente como un tipo de células dendríticas. Estos mo-nocitos se caracterizan por ser CD16+ y CD14–/+ y expresan el marcador Slan (MDC8), recordemos que las células dendríti-cas son CD16– y SLAN– 17. Presentan la capacidad de producir especies oxidantes y expresar esterasas citoplasmáticas al igual que los monocitos18, pero también son capaces de procesar antígenos y presentarlos en moléculas de histocompatibilidad, activando a los linfocitos T novatos. Estos monocitos MDC8 o monocitos prodendríticos se caracterizan por su habilidad espontánea para diferenciarse de la célula dendrítica y, sin em-bargo, no presentan los marcadores que caracterizan a las cé-lulas dendríticas provenientes de la médula ósea que circulan en sangre periférica. Los monocitos prodendríticos presentan frecuencias muy bajas, y la mayoría son CD14–/low, no expresan CD33+/++ ni CD11b+ (marcadores que caracterizan a las células dendríticas). Funcionalmente duplican la capacidad de presen-tación antigénica de las células dendríticas, y producen hasta cuatro veces más de IL-12, aumentando sustancialmente la polarización hacia respuestas de tipo Th1 (fig. 2)19.
Macrófagos
Los macrófagos no dejan de representar el estado de diferen-ciación final de los monocitos. Morfológicamente, son más grandes que los monocitos, debido a la presencia de un retí-culo endoplasmático rugoso muy desarrollado, y la presencia de un alto número de mitocondrias, además se caracterizan por una vida media larga en los diferentes tejidos que los con-tienen (conectivos, pulmonares, hepáticos, etc.). En estado
inactivo, se encuentran “patrullando” por los tejidos no infla-mados en busca de patógenos y restos celulares, conservando en todo momento una alta capacidad fagocítica; sin embargo, su capacidad de procesar antígenos permanece inactiva. Me-diante sus receptores de superficie, principalmente receptores de tipo toll (TLR), reconocen patrones moleculares asociados a los patógenos (PAMP). Estos receptores son principalmente los TLR (toll-like receptors), entre otros. Se han descrito hasta diez tipos diferentes de TLR, y se hace referencia a ellos en profundidad en el artículo de inmunidad innata y adaptativa de esta Unidad Temática. Después de reconocer los patóge-nos mediante estos receptores de superficie, los macrófagos se activan liberando grandes cantidades de citoquinas como el TNFα y la IL1β o quimioquinas como la IL-8, imprescindi-bles para iniciar la inflamación y el reclutamiento celular. La activación de los macrófagos también tiene como principal objetivo destruir a los microorganismos patogénicos. Me-diante una fagocitosis mediada por receptor, internaliza los patógenos en compartimentos vesiculares intracelulares don-de serán destruidos e hidrolizados en fragmentos compuestos por unos pocos aminoácidos que serán posteriormente incor-porados a las moléculas de histocompatibilidad de clase II9,20. Ampliaremos estos conceptos al final de este artículo.
La actividad efectora de los macrófagos puede ser mejo-rada mediante las células del sistema inmune adaptativo. La secreción de IFNγ por parte de los linfocitos T mejora su capacidad para destruir los patógenos, aumentando la sínte-sis de enzimas proteolíticas, el procesamiento de antígenos en sus vesículas intracelulares y la secreción de TNFα. Los linfocitos B son los encargados de secretar IgG que recono-cen a los antígenos y forman inmunocomplejos que son re-conocidos por los macrófagos.
Por otro lado, tanto los linfocitos T como los B secretan IL-10, que bloquea la producción de IFNγ entre otras cito-
quinas proinflamatorias. De esta manera, la secreción de IL-10 es responsable de la inhibición de los macrófagos o una función tolero-génica. La IL-4 y la IL-13 son ca-paces de inhibir la secreción de IFNγ y activar al macrófago en otra dirección: en vez de potenciar un sistema dirigido hacia la fagoci-tosis, se potencia un sistema dirigi-do contra la exocitosis de especies oxidantes y óxido nítrico entre otras moléculas. Si bien no es una inhibición del macrófago, sí que se considera que puede constituir una respuesta inadecuada ante determi-nados microorganismos con conse-cuencias patológicas.
Células dendríticas
Las células dendríticas fueron des-cubiertas en 1973, y desde enton-ces no han dejado de ser estudia-Fig. 2. Estudio de la heterogeneidad de los monocitos en sangre periférica.
Clásicos
- 80-90%- CD14++CD16-- CCR2+, CD64+- CD62L+++high- CX3CR1+lowExtravasación a tejidos inflamados
- 5-10%- CD16++CD14++- CCR5+, CDE2+/-- CX3CR1+moderada- CD62L++high- TNFα o IL-10
- 5%- CD16++CD14+low- CCR5-, CCR2-- CX3CR1+++high- CD62L+/-lowExtravasación a tejidos residentes
- Proporciones bajas- Presentes en todas las subpoblaciones- Espontáneas a DC- No CD33+/++ or CD11b+- 2x MHC-I and II- 4x IL-12, 4x TH1- DC convencional: anti-SLAN-
In�amatorios/transición
Reguladoresno clásicos
Monocitos prodendríticos(MDC8)
(anti-SLAN+)
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das21. Son células cuya función principal consiste en servir de enlace entre el sistema inmune innato y el sistema inmune adaptativo. A diferencia de los monocitos, son células encar-gadas de detectar patógenos, procesarlos y trasladarse a los órganos linfoides secundarios más cercanos para presentar los antígenos. Aquí se encargarán de activar a los linfocitos T y dirigirles en su diferenciación hacia la respuesta defensiva más adecuada21. Gracias a este tipo celular, hemos avanzado en la comprensión del paradigma de cómo asegurar nuestra supervivencia utilizando un sistema inmune innato basado en el reconocimiento de PAMP mediante unos pocos re-ceptores conservados y hereditarios. Un sistema así, tende-ría a fracasar en la coevolución con los microorganismos patógenos, ya que estos han demostrado una gran capaci-dad para adaptarse y eludir nuestro sistema defensivo. Sur-ge entonces un tipo celular que presenta la propiedad de explorar exhaustivamente el medio que le rodea mediante un proceso denominado macropinocitosis. Este proceso, unido a la activación de sus receptores, les permite diferen-ciarse y dirigir la respuesta inmunitaria específica frente a los patógenos.
Uno de los descubrimientos que más ha sorprendido en estas células ha sido la función inmunorreguladora que eran capaces de exhibir. Estas células, no solo activan al sistema inmune sino que de manera opuesta están implicadas en el establecimiento de los procesos de tolerancia central y peri-férica, regulando de esta forma la autoinmunidad. Otro de los hallazgos más relevantes aconteció cuando en 1998 se observó in vitro la posibilidad que tenían los monocitos san-guíneos de diferenciarse de células dendríticas22. En la actua-lidad, estas propiedades están siendo ampliamente utilizadas por los investigadores para realizar ensayos de inmunotera-pia23.
Heterogeneidad en las células dendríticas: tipos de células dendríticas
Realmente, las primeras células dendríticas descubiertas fue-ron las células de Langherhans en 196824. Su forma arbores-cente, con prolongaciones, se asemeja mucho a la de las cé-lulas dendríticas descubiertas cinco años más tarde. Su papel fue desconocido durante muchos años, pero Steinman en los años 70 fue el primero en asociarlas a un nuevo linaje celular llamado células dendríticas, cuya función principal era el re-conocimiento de antígenos en diferentes zonas anatómicas de nuestro organismo25,26.
Desde entonces, se les ha dado diferentes nombres y pro-piedades en función del tejido donde estaban presentes, su estado de activación o los precursores de los cuales derivan. A continuación, describiremos las subpoblaciones de células dendríticas en función de estos tres criterios, los cuales son utilizados indistintamente.
Tipos de células dendríticas en función de la histologíaEn función del tejido donde se encuentran, distinguimos los siguientes tipos de células dendríticas:
1. Las presentes en el tejido linfoide, médula ósea, timo y zona marginal del bazo se denominan células interdigitantes.
2. Las que se encuentran fuera de los órganos linfoides, en la epidermis y en las mucosas se conocen como células de Langerhans.
3. Las que están fuera de los órganos linfoides y presentes en tejidos como riñón, corazón y pulmón se denominan célu-las intersticiales.
4. Las presentes en las vías aferentes linfáticas dirigidas hacia los órganos linfoides secundarios se denominan células veladas.
5. Las que se hallan en la sangre se conocen como células dendríticas sanguíneas.
Tipos de células dendríticas en función de su estado de activaciónLas células dendríticas son sintetizadas y liberadas a los teji-dos donde permanecen en un estado estacionario o inactivo, y son denominadas iDC. Esta terminología incluye todas las células dendríticas antes mencionadas. Funcionalmente, son células muy eficientes en la incorporación (sea por fagocito-sis o pinocitosis) y el procesamiento de patógenos, expresan un número bajo de moléculas de histocompatibilidad de cla-se II, de moléculas implicadas en la coestimulación (CD40, CD54, CD58, CD80 y CD86) y son capaces de mantener la tolerancia presentando continuamente antígenos propios a los linfocitos T.
La activación de las células dendríticas, ya sea mediante sus receptores de superficie (TLR) o mediante señales intra-celulares derivadas del procesamiento de los patógenos (se hace referencia a ellos en profundidad en el artículo de res-puestas innatas y adaptativas de esta Unidad Temática) produ-ce su diferenciación a células dendríticas maduras (mDC). Morfológicamente, se diferencian adquiriendo dendritas, au-mentan mucho la expresión de moléculas de histocompatibi-lidad de clase I y II, aumenta la expresión de moléculas de coestimulación (CD40, CD54/ICAM-1, CD58/LFA-3, CD80 y CD86), aumenta el CD83 (marcador de activación de células dendríticas) y son capaces de producir grandes can-tidades de citoquinas como la IL-12, IFNα e incluso IL-10.
Tipos de células dendríticas en función de su origenActualmente, todos los autores están de acuerdo en que las células dendríticas tienen un origen común en la médula ósea. Este origen es la célula madre pluripotencial CD34+ de la que deriva, prácticamente, todo el sistema inmune. Las células dendríticas se caracterizan por expresar el marcador CD209 (DC-SIGN) y ser negativas o expresar débilmente el CD14, el antígeno de superficie característico de los monocitos27. Sin embargo, no todas las células dendríticas proceden directa-mente de la médula ósea. Desde el año 1998 se conoce la pro-piedad que tienen los monocitos circulantes de diferenciarse a células dendríticas o a células de Langerhans, lo que implica una diferenciación secundaria o indirecta. El estudio de las células de Langerhans ha sido intenso hasta reconocer que se trata de un tipo de célula dendrítica que se origina en la mé-dula ósea, migra a la epidermis situándose en el epitelio esca-moso donde reconocerá antígenos y se los presentará en mo-léculas de histocompatibilidad de clase II a los linfocitos T24,25.
Por otro lado, existe un tipo celular denominado célula dendrítica folicular, esta se encuentra en los órganos linfoides
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secundarios; sin embargo, no son células dendríticas, ya que ni tienen el mismo origen, es estromal o me-senquimal, y no son capaces de procesar antígenos y presentarlos en moléculas de clase II, por lo que no son células presentadoras de an-tígeno profesionales. Sin embargo, son capaces de retener inmuno-complejos mediante receptores Fc que presentan en su superficie28. Por último, se han diferenciado distintas subpoblaciones sanguí-neas de células dendríticas proce-dentes de la medula ósea en fun-ción del precursor que las ha generado. De esta manera, las célu-las dendríticas se diferencian en dos grandes grupos: las de origen mieloide (MDC) y las de origen linfoide (PDC). Ambos tipos celu-lares representan menos del 0,5% de las células mononucleares de sangre periférica (fig. 1).
Las MDC son células que deri-van de la estirpe mieloide y se ca-racterizan por expresar el CD33 en alta intensidad. Se localizan en la sangre, tejidos y órganos linfoides secundarios expresando CD11c en alta intensidad y no expresando el CD123. Pre-sentan una vida media corta, y se renuevan muy rápidamente. Las MDC secretan IL-12, pero no IFNα, por esto se les asigna la función de enlace entre la respuesta innata y la res-puesta adaptativa. Además, dentro de las MDC se han carac-terizado dos subpoblaciones celulares: las MDC de tipo I (MDC1) y las MDC de tipo II (MDC2). Las MDC1 son las menos abundantes, se diferencian de las MDC2 porque son capaces de expresar el CD1c y el CD1a. El CD1 representa una molécula de histocompatibilidad no clásica encargada de la presentación de antígenos lipídicos. Producen IL-12, y ba-jos niveles de IL-6 e IL-8, induciendo respuestas del tipo Th1. Al activarse y diferenciarse a célula dendrítica madura no pierden la secreción de IL-12. En cambio, las MDC2 son más abundantes que las MDC1, no expresan el CD1, produ-cen IL-12, IL6 e IL8 en grandes cantidades, y cuando se activan pueden perder la secreción de la IL-12, adquiriendo la capacidad de sintetizar IL-10. Funcionalmente, colaboran en la diferenciación hacia respuestas linfocitarias tipo TH2 y regulando la presentación de antígenos propios.
Las PDC, a diferencia de las MDC, derivan de la estirpe linfoide, y no expresan, o lo hacen levemente, el antígeno de superficie CD33. Se localizan en sangre o tejidos y expresan el antígeno de superficie CD123 pero no el CD11c. Son cé-lulas dendríticas con una vida media larga y, por lo tanto, se renuevan lentamente. Las PDC producen altas cantidades de IFNα, y por esto se les atribuye la función antivírica. Otra de las características que diferencia a las PDC de las MDC se establece en que las PDC se extravasan tanto a tejidos resi-dentes como recirculan a través de las vénulas endoteliales
altas por los órganos linfoides secundarios, mientras que las MDC se extravasarían a los tejidos y, de ahí, mediante vías aferentes a los órganos linfoides secundarios24,29 (fig. 3).
Procesamiento antigénico y moléculas de histocompatibilidad
El nexo que tienen los monocitos/macrófagos y las células dendríticas está condicionado por la función común de pre-sentar antígenos. Aunque ambos tipos sean APC profesio- nales, presentan funciones claramente diferenciadas: los monocitos/macrófagos destruyen patógenos e inician la in-flamación, las células dendríticas hidrolizan los antígenos para presentarlos a los linfocitos T colaboradores e iniciar la respuesta adaptativa. Este proceso es exclusivo de las cé-lulas dendríticas, y no está demostrado que los monocitos/macrófagos sean capaces de realizarlo. Sin embargo, si bien no activan a los linfocitos T novatos, sí está demostrado que los macrófagos presentan los antígenos a las células T efec-toras.
La presentación antigénica presenta un orden temporal dividido en tres fases: de captura de los patógenos, de proce-samiento de los mismos y de presentación de sus antígenos, incorporándolos a las moléculas de histocompatibilidad.
Captura de antígenos
La captura de los patógenos puede realizarse mediante dife-rentes mecanismos que exponemos a continuación.
Figura 3. Estudio de la heterogeneidad de las células dendríticas en sangre periférica. MDC: células dendrí-ticas de estirpe mieloide; PDC: células dendríticas de estirpe linfoide.
- Origen mieloide (CD33++/+)- Circulación: 1. sangre 2. tejido 3. ganglios- Función: nexo entre la inmunidad innata y adaptativa- Citocinas: IL-12++, αIFN-- CD11c++/+, CD123-/low, CD45Ro+(ra-)- Vida media corta (alta renovación)
MDC
MDC-I
- Minoritarias- Presentan CD1c/a- Pierden la secreción IL-12- Baja secreción de IL-6 e IL-8- Inducen Th1
MDC-II
- Mayoritarias- No presentan CD1c/a- Pierden la secreción IL-12 y adquieren la IL-10- Alta secreción de IL-6 e IL-8- Inducen Th0/Th2-Treg
- Origen linfoide (CD33-/low)- Circulación: 1. sangre 2. ganglios 3. tejido- Función: antiviral- Citocinas: αIFN++, IL-12- - CD11c-, CD123++, CD45ra+(ro-)- Vida media larga (baja renovación)
PDCs
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ENFERMEDADES DEL SISTEMA INMUNE (I)
Mediante los receptores de reconocimiento de patrones presentes en todas las células presentadoras de antígeno profesionalesEstos son variados y están representados por los TLR y los receptores de lectinas de tipo c, entre otros. Los patógenos son adheridos mediante estos receptores a la membrana de las APC, donde mediante la contracción de la actina y la miosina y junto al citoesqueleto son capaces de emitir pseu-dópodos, englobar al microorganismo y endocitarlo forman-do una vacuola intracelular llamada fagosoma.
Mediante los receptores Fc (RFc𝛄: CD16, CD32 y CD64) que reconocen los diferentes isotipos de las IgGEste proceso se denomina opsonización. Las IgG secretadas por los linfocitos B se unen mediante sus regiones variables de manera específica a los antígenos de superficie de los pa-tógenos. Las regiones constantes de estas inmunoglobulinas son reconocidas por los receptores Fc de los macrófagos, dando lugar a una fagocitosis específica dirigida por las in-munoglobulinas.
Mediante receptores del complemento (CR1, CR3 y CR4)En concreto de la subunidad C3b. La presencia de ciertas bacterias produce la escisión de la proteína del complemento C3 en dos subunidades, C3a y C3b. Esta última se une de forma covalente a la superficie de los patógenos que van a ser reconocidos por los receptores de los macrófagos iniciando su fagocitosis9.
Procesamiento antigénico
Independientemente del mecanismo de captura, en todos ellos se produce un fagosoma que debe ser procesado. Para ello, el siguiente paso consiste en la fusión del fagosoma con vesículas citoplasmáticas llamadas lisosomas que contienen un conjunto de enzimas capaces de degradar a los microor-ganismos. La fusión da lugar a una estructura denominada fagolisosoma. A continuación se produce la degradación me-diante dos conjuntos de mecanismos microbicidas claramen-te diferenciados: mecanismos dependientes del oxígeno y mecanismos independientes del oxígeno.
Mecanismos dependientes del oxígenoMediante una enzima clave que es la NADPH oxidasa se inicia la producción de especies oxidantes (ROS). Primero se produce el anión superóxido (O–
2), que podrá dar lugar a pe-róxido de hidrógeno (H2O2) mediante la super óxido dismu-tasa, y posteriormente radicales hidroxilo (OH–). Todas estas especies oxidantes son muy eficientes oxidando y dañando múltiples estructuras moleculares de los patógenos. La ac-ción de la superóxido dismutasa produce la acidificación de las vacuolas que a su vez contienen proteínas microbicidas que necesitan de estos pH bajos para poder actuar. Es tam-bién relevante la producción de óxido nítrico (NO) median-te la óxido nítrico sintasa. Sin embargo, su presencia no solo es vesicular, sino extravesicular, e incluso es exocitado. El NO representa un mecanismo defensivo muy útil frente a microorganismos cuyo modo de vida es intracelular y se ha
aprovechado de los mecanismos de captura para invadir nuestras células o se ha especializado en eludir a los fagoliso-somas.
Mecanismos independientes de oxígenoSe produce la fusión con vesículas que contienen proteínas que dañan la membrana de los microorganismos como la ca-tepsina G, las defensinas, proteínas catiónicas y bactericidas que incrementan la permeabilidad de la membrana; además de factores bactericidas que rompen paredes celulares micro-bianas como la lisozima y que forman complejos de hierro como las lactoferrinas. Por último, existe un conjunto de en-zimas proteolíticas que hidrolizan en pequeños fragmentos al microorganismo presumiblemente ya muerto.
Incorporación a las moléculas de histocompatibilidad
La tercera fase en todas las APC consiste en incorporar una muestra representativa de los péptidos procedentes del pató-geno degradado en las moléculas de histocompatibilidad de clase II. Las moléculas de clase II son ensambladas en el re-tículo endoplasmático rugoso. En este proceso, se acoplan con una cadena estabilizadora llamada “cadena invariante”, que favorece el transporte de estas moléculas a los endoso-mas a través del Golgi. Allí, la disminución del pH provoca la activación de proteasas que hidrolizan la cadena invariante y mediante un sistema complejo se incorporan los péptidos procedentes de la hidrólisis de los patógenos y de las proteí-nas propias presentes en la membrana utilizada para la captu-ra de los mismos. Por último, las moléculas de histocompati-bilidad de clase II serán expresadas en su superficie, donde los macrófagos presentarán estos péptidos a linfocitos T efecto-res específicos, o las células dendríticas buscarán linfocitos T novatos específicos.
En los últimos años, se ha avanzado en el conocimiento de las moléculas de histocompatibilidad, dividiéndolas en dos grandes grupos: moléculas de histocompatibilidad clásicas, y moléculas de histocompatibilidad no clásicas. Las moléculas de histocompatibilidad clase I y II son las consideradas clási-cas. Recordemos que las APC son las únicas células capaces de expresar moléculas de clase II; mientras que todas las cé-lulas nucleadas de nuestro organismo son capaces de expre-sar moléculas de clase I. Las moléculas de histocompatibili-dad de clase II presentan péptidos fagocitados de origen extracelular, mientras que las moléculas de clase I presentan péptidos procedentes del citosol intracelular. Funcionalmen-te, las moléculas de clase II nos defienden de todos los mi-croorganismos que podamos fagocitar, las moléculas de clase I nos defienden de células neoplásicas, células infectadas por virus, bacterias intracelulares y otros microorganismos con vida intracelular, y presentan antígenos propios, por lo tanto siendo también relevantes en los mecanismos de tolerancia.
Las moléculas de histocompatibilidad no clásicas se co-nocen desde hace mucho tiempo, pero su función se descu-brió hace unos pocos años. Entre ellas son de especial impor-tancia la familia del CD1 (a, b, c, d y e). El CD1 está expresado en la superficie de casi todas las APC, incluyendo
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CÉLULAS PRESENTADORAS DE ANTÍGENO
a los macrófagos, linfocitos B, algunos timocitos y una parte de las células dendríticas. La característica más importante de estas moléculas es su habilidad para presentar lípidos en vez de fragmentos peptídicos; mientras que las moléculas de histocompatibilidad de clase I presentan fragmentos peptídi-cos de unos 8-10 aminoácidos y las moléculas de histocom-patibilidad de clase II péptidos de mayor longitud, unos 12-18 aminoácidos. En cambio, las moléculas de CD1 presentan lípidos anfipáticos, glucolípidos, glucosilceramidas lipidoara-binomananos o péptidos hidrofóbicos presentes en ciertos tipos de microorganismo con modos de vida intracelulares, como por ejemplo Listeria, Salmonella o lepra, entre otros. Otros ejemplos bien conocidos son las esfingomonas que contienen α-glucuronil-ceramidas y Borrelia burgdorferi que contiene α-glucosil-diacil-glicerol, moléculas capaces de ser presentadas por el CD1. Las moléculas de histocompatibili-dad de clase I presentan los fragmentos peptídicos a los lin-focitos T CD8, las moléculas de histocompatibilidad de clase II los presentan a los linfocitos T CD4, mientras que los CD1 presentan a las células T con un TCR semiinvariante como son las NKT o a los linfocitos Tγδ. Estructuralmente, las moléculas del CD1 son muy parecidas a las moléculas de histocompatibilidad de clase I, y probablemente sean más antiguas que las mismas. Existen más moléculas presentado-ras de antígenos como el MR1, que se ha encontrado en te-jidos mucosos, MICA y MACB en tejidos epiteliales o hema-topoyéticos y el DETC en células intraepiteliales, entre otros. Todas estas moléculas presentadoras se están estudian-do actualmente, y se conoce poco de ellas, aunque lo que parece claro es que representan especializaciones ante es-tructuras invariantes de los microorganismos patógenos30.
Conflicto de intereses
Los autores declaran no tener ningún conflicto de intereses.
Bibliografía
• Importante •• Muy importante
✔ Metaanálisis ✔ Artículo de revisión
✔ Ensayo clínico controlado ✔ Guía de práctica clínica
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