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En esta última parte, hablaremos de la tolerancia inmunológica y de los sitios que poseen inmunoprivilegios dentro de nuestro organismo.
La tolerancia consiste en la falta de respuesta inmunológica inducida por la exposición previa al mismo antígeno. Es decir, en todo proceso de tolerancia debe existir una exposición previa al antígeno.
¿Cuál es la utilidad de la tolerancia? Obviamente, es un mecanismo que impide el desarrollo de respuestas inmunes frente a antígenos propios, también frente a alimentos y sustancias inocuas a las que se encuentran expuestos nuestros organismos.
En el mismo sentido, también habrá tolerancia sobre la microbiota del tubo digestivo y el aparato respiratorio. Finalmente, y no menos importante, debemos desarrollar tolerancias frente a los antígenos fetales, dado que ese efecto es, en esencia, solo compatible en la mitad de su material genético.
Los efectos que se generan durante una respuesta inmune son radicalmente diferentes cuando se genera tolerancia frente a un antígeno. En la respuesta convencional frente a antígenos extraños o peligrosos, se generan mecanismos efectores para eliminar a los microorganismos que expresaban esos antígenos. Sin embargo, cuando se genera tolerancia, las respuestas son completamente diferentes.
Puede producirse la eliminación de las células autorreactivas a través de su muerte por apoptosis, pero actualmente, en algunas circunstancias, podemos ver la edición del receptor de las células autorreactivas para generar un nuevo receptor, el cual se espera no sea reactivo frente a antígenos propios. Eventualmente, también se puede generar alergia o supresión de los linfocitos, impidiendo el desarrollo de las respuestas frente a los antígenos que pueden detectar.
Podemos clasificar las respuestas de tolerancia en centrales, generalmente asociadas con la maduración de los linfocitos, o periféricas, cuando estos mecanismos están relacionados con el control de los mecanismos efectores. Eventualmente, se puede generar un grupo de linfocitos que tienen capacidad supresora. Estos son las células T reguladoras.
Recientemente, se ha descrito que también existen linfocitos B regulatorios. El fracaso en la tolerancia se asocia a procesos patológicos. Básicamente, cuando no existe la tolerancia frente a antígenos propios, se generan enfermedades autoinmunes. Eventualmente, cuando hay falta de tolerancia frente a antígenos inocuos o abundantes, pueden generarse enfermedades inflamatorias. De igual manera, se pueden generar alergias, y cuando el fracaso de tolerancia es frente a antígenos fetales, se describe la presencia de abortos espontáneos.
También se cree que el exceso de la ganancia podría estar involucrado en procesos fisiopatológicos, como puede ser el desarrollo de tumores malignos o la predisposición al desarrollo de infecciones crónicas.
En primer lugar, describiremos la tolerancia generada en los linfocitos T. Esta tolerancia tiene un componente central durante el desarrollo de los linfocitos T en el periodo de educación. Durante este periodo, los linfocitos son seleccionados en forma negativa cuando pasan de la corteza del timo hacia la médula.
En este paso, los linfocitos que tienen un TCR que es capaz de reconocer el MHC y expresan ahora CD4 y CD8 son expuestos a antígenos propios. Algunos de ellos son expresados a través de la inducción que genera un factor de transcripción denominado AIRE. Este factor de transcripción favorece la expresión de antígenos de células altamente especializadas que de otra manera no podrían ser expresados selectivamente.
Por ejemplo, la mayoría de los antígenos de glándulas secretoras endocrinas son inducidos por la acción del factor de transcripción AIRE. Su expresión, por lo tanto, depende de este factor de transcripción. La ausencia de AIRE generará enfermedades autoinmunes frente a tejidos endocrinos.
Otro tipo de antígenos son expresados de forma independiente de AIRE, y algunos tipos de antígenos aún hoy no se sabe cómo logran expresarse a nivel del timo. La expresión de antígenos propios, entonces, genera la muerte de los linfocitos T que logran reconocerlos con gran intensidad. Se calcula que alrededor del 95% de los linfocitos que atraviesan la selección negativa son eliminados.
Un pequeño porcentaje se transforma en células T regulatorias, llamadas regulatorias naturales o centrales. Estas células, si bien reconocen antígenos propios, logran sobrevivir respuestas efectoras que inhibirán respuestas inmunes en el futuro frente, obviamente, a antígenos propios.
A nivel periférico, la tolerancia descansa en, básicamente, la falta de la segunda señal. Recordemos que la primera señal estaba dada por la presencia de antígeno asociado al MHC en forma de péptido. La segunda señal estaba formada por las moléculas coestimuladoras.
La ausencia de moléculas coestimuladoras, por lo tanto, es uno de los principales mecanismos de inducción de tolerancia a nivel periférico. Además de la ausencia de moléculas coestimuladoras, existen una serie de receptores inhibitorios que refuerzan esta capacidad de generar tolerancia.
Recientemente, han sido descritos numerosos de estos receptores inhibitorios, los cuales tienen una gran utilidad médica en determinadas patologías. El efecto final de la ausencia de señal 2 o la activación de receptores inhibitorios es el bloqueo de la señalización a nivel del TCR. Por lo tanto, los linfocitos entran en un estado de anergia.
En este estado de anergia, si bien el linfocito no muere inmediatamente, si es enfrentado nuevamente a su péptido que reconoce, aunque en este caso se encuentre coestimulado adecuadamente, no responderá frente a este nuevo desafío.
Además, la tolerancia T está reforzada por la presencia de las células T regulatorias. Como hemos mencionado, existen las regulatorias centrales que se generan durante la educación. Estas células se caracterizan por la expresión de FoxP3, un factor de transcripción que es responsable de las características que tienen estas células, y en la expresión de CD25.
Recuerden que CD25 era aquella molécula que formaba parte del receptor de interleuquina 2 cuando las células T se activaban. Por lo tanto, estas son células que ya se han activado en algún momento, es decir, han visto el antígeno.
Una de las características que habíamos mencionado que tenía los fenómenos de tolerancia es que las células T regulatorias centrales se pueden generar células T regulatorias periféricas o inducidas. Tanto las células centrales como las periféricas pueden producir citoquinas que inducen la inhibición de las respuestas inmunes de otros linfocitos T.
Estas citoquinas son diversas, y las más conocidas son interleuquina 10 y TGF-beta. Además, las células T regulatorias expresan CTLA-4, una de las moléculas inhibitorias que habíamos mencionado previamente. CTLA-4 funciona a través del secuestro de B7, que era uno de los ligandos importantes que tenían los linfocitos T para reconocer los mecanismos de estimulación.
Al secuestrar el B7 presente en la membrana de los linfocitos T, evita que el mismo se una eventualmente a las moléculas coestimuladoras de la célula presentadora. Esta diapositiva nos muestra los diversos tipos de moléculas coestimuladoras e inhibidoras de las respuestas inmunes.
Nosotros habíamos mencionado previamente a CD86 y CD80 como los responsables de la activación de CD28 en los linfocitos T durante una respuesta inmune normal. Además, eventualmente los linfocitos B se podrían producir y coestimular, lo cual también favorecía el desarrollo de la célula.
Este, en particular, es una estrategia hiperfolicular y puede expresar eventualmente CTLA-4. Lo hacen normalmente cuando quieren apagar las respuestas inmunes y regularlas para que no sean excesivas. Como vimos, CTLA-4 también puede ser ofrecido por otro tipo de células, las células T regulatorias.
Además de CTLA-4, pueden existir otras moléculas que generan señales inhibitorias, como PD-L1 y PD-L2. Estas moléculas tienen ligandos denominados PD-1 en los linfocitos T, que inhiben las señales río abajo del TCR. Existen numerosas moléculas inhibitorias, las cuales han sido descritas hace poco tiempo.
TIM-3 es una molécula que se encuentra en la membrana de los linfocitos T o de las células T regulatorias. Si bien su localización en membrana es inestable, es suficiente como para inducir los mecanismos de anergia que hemos mencionado. Es exclusivo de los linfocitos T y se encuentra expresado luego de la activación.
Su acción se debe a que tiene una mayor afinidad y avidez por CD86 que la que tiene el CD28. Por lo tanto, lo que genera es un desplazamiento del CD28 de su ligando normal. Además, se cree que regula en menor medida algunas de las vías de fosforilación, lo cual podría ser contraproducente.
Como vimos, también CTLA-4 funciona secuestrando B7 por parte de las células T regulatorias. La importancia de CTLA-4 se puede observar cuando uno puede ver que distintos polimorfismos de CTLA-4, es decir, variaciones en su gen, se asocian con enfermedades autoinmunes. Lo cual es lógico, alteraciones de la función de CTLA-4 pueden asociarse con autoinmunidad.
Las elecciones de CTLA-4 se asocian, obviamente, con autoinmunidad, pero también con la hiperproliferación, cuando la capacidad de inhibir las respuestas inmunes ya está profundamente alterada. Es interesante que esto también se asocia a la presencia de infecciones.
Las elecciones completas de TIM-3 se asocian con muerte prematura hacia las cinco semanas por hiperactivación del sistema inmune.
El efecto TIM-3 es otra molécula de importancia para el control de la tolerancia periférica. También expresará la membrana. Eventualmente, lo que esta molécula realiza es la inhibición de la señalización río abajo del TCR.
Además, existen una serie de señales que aumentan la expresión de PD-1 para regular respuestas inmunes. PD-1, como vimos, es una molécula de membrana. Su localización en la membrana plasmática es mucho más estable que la de CTLA-4, por lo tanto, sus efectos son diferentes.
A diferencia de CTLA-4, PD-1 es una proteína en monómero y se supone que no es antígeno específico, es decir, que no es necesario que haya habido una respuesta inmune inicial para su expresión. Eventualmente, cuando existe una respuesta inmune, ya sea tanto linfocitos T como linfocitos B, esto lleva, como vimos, a la inhibición de las respuestas inmunes río abajo de los receptores inmunitarios.
Su efecto es más importante en las segundas o terceras rondas de división de los linfocitos T, o luego que han iniciado la expansión final. En cambio, CTLA-4 es más importante en las rondas iniciales o a nivel de la tolerancia central.
Los ligandos del PD-1 son PD-L1 y PD-L2. Es interesante que la mayoría de las células que expresan PD-L1 no son células inmunes, al contrario de lo que sucedía con CTLA-4, que es exclusivo de los linfocitos T.
Eventualmente, las células infectadas por virus o los tumores pueden sobreexpresar PD-L1 de manera de escapar a la vigilancia del sistema inmune. La señalización de PD-1 también se encuentra asociada con el desarrollo de enfermedades autoinmunes e inflamatorias.
Como es de esperar, los sistemas de regulación de PD-1 y CTLA-4 pueden ser vistos en general como un sistema que modula las respuestas inmunes, sintonizando el grado mayor o menor que se necesita de la misma a nivel periférico.
En el caso de CTLA-4, como un switch de "todo o nada", y cuyo principal control se realiza a nivel central o eventualmente a nivel periférico al inicio de las respuestas inmunes. Dado que CTLA-4 y PD-1 no han sido vistos expresados en células tumorales, existe un gran interés en el estudio de estas moléculas y de otras con capacidades similares, dado que su inhibición podría activar al sistema inmune y eventualmente lograr la eliminación de los tumores.
Además de CTLA-4 y PD-1, se conocen todas estas diversas moléculas, las cuales usualmente son expresadas por los linfocitos T o las células presentadoras de antígeno, de manera de controlar respuestas inmunes de forma fisiológica y en otros procesos patológicos.
Dentro de estas moléculas, una de las más conocidas es IDO, una enzima que degrada triptófano. La degradación de triptófano genera la presencia de inulina. Estos derivados, sumados a la falta de un aminoácido esencial como el triptófano, generan anergia en los linfocitos y producción de células T regulatorias.
Como pueden ver, la lista de moléculas que están relacionadas con la inhibición del sistema inmune es abundante y crece año a año. En esta diapositiva, las que se destacan son las galectinas. Las galectinas son moléculas con la capacidad de unir los residuos de galactosa.
Usualmente se encuentran en las membranas plasmáticas, asociadas a las lipoproteínas. Al unir proteínas entre sí a través de los residuos de galactosa, regulan la actividad de las mismas, y esto genera diversos efectos en los linfocitos T.
Por ejemplo, la expresión de galectina-1 se encuentra relacionada con la inducción de anergia en los linfocitos. Las células T regulatorias pueden producir una diversidad de citoquinas. Estas citoquinas, principalmente, son interleuquina 10 y TGF-beta.
Interleuquina 10 tiene la capacidad de inhibir a macrófagos, inhibiendo respuestas de tipo Th1 y Th2, y favorece respuestas de tipo Th17. Además, como vimos que ocurre en el tubo digestivo, favorece la producción de IgE.
Interleuquina 10 es uno de los principales inhibidores de la actividad de IL-12, lo cual determina la inhibición de respuestas de tipo Th1 en macrófagos. También inhibe la expresión de MHC de clase II, disminuyendo la capacidad de presentar antígenos, así como inhibe la costimulación.
La eliminación por apoptosis durante la tolerancia T puede generarse a través de activación de la vía intrínseca o a través de la extrínseca. Una de las formas más frecuentes es a través de la expresión de Fas.
Fas, al unirse a su ligando, induce la muerte por apoptosis en los linfocitos T que lo expresen. Los mecanismos de tolerancia en las células B, en general, suelen ser menos severos que en los linfocitos T.
La selección negativa que se lleva a cabo en la médula ósea, por lo tanto, genera una menor tasa de muerte de los linfocitos durante su desarrollo. Además, los linfocitos B tienen la capacidad de editar su receptor si el mismo reconoce antígenos propios durante la selección negativa.
Básicamente, los linfocitos B tienen la capacidad de cambiar las cadenas livianas de las inmunoglobulinas y de esa manera generar un nuevo receptor. Los mecanismos de control a nivel periférico son similares, tanto a través de la eliminación por apoptosis como la inducción de tolerancia y alergia.
Si bien el sistema inmune ha generado innumerables mecanismos inhibitorios para generar tolerancia frente a antígenos propios y asegurarse de que no existan fenómenos autoinmunes o antiinflamatorios, existen una serie de tejidos y órganos en los cuales el costo de generar respuestas inmunes y mecanismos inflamatorios sería muy alto.
En general, se prefiere mantenerlos excluidos de la inmunovigilancia, como puede ser los ojos, el cerebro y los testículos. Uno de los principales mecanismos para generar la exclusión de un tejido a la inmunovigilancia por parte del sistema inmune es generar una barrera a nivel del sistema vascular que impida la migración de los linfocitos y otro tipo de células del sistema inmune hacia los tejidos en cuestión.
En el ojo, existe una barrera de manto ocular que impide la llegada de linfocitos eventualmente hacia estos tejidos. Además, se ha visto que en el ojo existen mecanismos particulares de activación del sistema inmune.
La inclusión de antígenos dentro de la cámara anterior del ojo, que usualmente generan respuestas de tipo Th1, puede generar en forma fisiológica respuestas de tipo Th2, lo cual no ocurriría en ningún otro lugar del organismo.
Estos procesos de desviación inmunológica y de inhibición del sistema inmune se basan en la secreción de una serie de moléculas y la expresión de otras que inhiben el sistema inmune, como ya vimos, TGF-beta, PD-L1 y Fas ligando. Son moléculas que están involucradas en la inhibición de respuestas inmunes.
Su expresión abundante en el ojo asegura que existe un umbral muy alto para la activación del sistema inmune dentro de él. Un fenómeno importante que demuestra la eficiencia de esta barrera y mecanismos inhibitorios es la apatía simpática.
Cuando se rompe la barrera de manto ocular, debido a un trauma en un ojo, se puede observar la destrucción inmunológica e inflamatoria del ojo contra el lateral, debido a la activación del sistema inmune frente a antígenos que se encontraban ocultos hasta ese momento.
La exclusión inmunológica también está favorecida por la presencia de una barrera hematoencefálica que impide la migración directa de los linfocitos hacia el sistema nervioso. Dentro del sistema nervioso, asociado a las neuronas, encontramos la microglía, que no es ni nada más ni nada menos que macrófagos residentes, los cuales llegaron durante el desarrollo fetal.
La microglía posee un umbral alto de activación frente a fenómenos inflamatorios, lo cual asegura que estos fenómenos no se generen porque sí dentro del sistema nervioso. Existen datos recientes que aseguran la existencia de una vigilancia inmunológica por parte del sistema inmune en el sistema nervioso central.
Antiguamente, se conocía el drenaje linfático a través de la placa cribriforme y hacia el espacio perirradicular del nervio, así hacia los ganglios cervicales, donde eventualmente podría generarse una respuesta inmune. Recientemente, ha sido descrito el drenaje del líquido cefalorraquídeo hacia los linfáticos presentes en la duramadre y de allí a los ganglios cervicales profundos, donde nuevamente podrían generarse respuestas inmunes frente a antígenos presentes en el sistema nervioso central.
En el testículo, también existe una barrera del manto testicular, la cual está soportada principalmente por la disposición particular que tienen las células de Sertoli, impidiendo la llegada del sistema inmune hacia los túbulos seminíferos. Además, las células de Sertoli producen gran cantidad de TGF-beta, lo cual inhibe el desarrollo de respuestas inmunes o genera umbrales muy altos para su activación.
De igual manera que ocurriera en la apatía simpática, puede generarse una apatía simpática cuando se produce trauma en uno de los testículos. Es interesante que, habiendo visto todas estas localizaciones anatómicas en las cuales existen barreras que protegen al sistema inmune de estos órganos, es posible el desarrollo de respuestas inmunes en los mismos, las cuales podrían generar pérdida de función de los mismos.
Sin embargo, los umbrales para que esto ocurra, debido a la presencia de barreras y citoquinas inhibitorias y otros mecanismos, hacen que no sean tan frecuentes. Un feto es, en esencia, un trasplante alogénico, dado que es un tejido que es extraño, pero solo en la mitad de sus genes, porque la otra mitad de los genes provienen del padre.
Por lo tanto, las madres deben desarrollar tolerancia frente a esos antígenos paternos. La tolerancia materno-fetal merece un capítulo aparte, debido a que existen numerosos mecanismos descriptos y todavía no se conocen cómo funcionan en conjunto y en su totalidad.
Uno de los principales tipos de células responsables de generar tolerancia a nivel de la placenta son las células T regulatorias. Nosotros habíamos mencionado que tanto en el timo como a nivel periférico se podían generar células T regulatorias, las cuales nos protegen frente a la autoinmunidad.
Durante un embarazo, las mujeres están expuestas a antígenos fetales, los cuales podrían generar respuestas inmunes. Sin embargo, a nivel de la placenta se generan células T regulatorias, las cuales contribuyen a la tolerancia frente a estos antígenos paternos. Eventualmente, existen células T regulatorias de memoria, las cuales pueden favorecer el desarrollo de esta tolerancia en segundos embarazos.
En esta diapositiva, vemos de forma esquematizada algunos de los mecanismos importantes de generación de tolerancia a nivel de la placenta. Una observación intrigante es que las células NK son constitutivamente reclutadas hacia el trofoblasto. Se denominan células NK residuales.
Este reclutamiento está dado por la expresión de determinadas quimioquinas que atraen a las células NK hacia el trofoblasto. Lo que se ha visto es que estas células NK producen abundante interferón gamma, el cual favorece el desarrollo del trofoblasto y en la implantación placentaria.
Las células del trofoblasto no expresan MHC de clase I y MHC de clase II, por lo tanto, podrían ser blanco para la eliminación por parte de las células NK. Sin embargo, lo que se ha visto es que las células del trofoblasto expresan HLA-G. Esta molécula, similar a los HLA normales, induce la inhibición de las células NK y evita que las células trofoblásticas sean destruidas.
Además, en el trofoblasto se secretan una serie de citoquinas que también inhiben respuestas inmunes. Otra característica importante es la inducción de células T y la regulación de respuestas inmunes, favoreciendo el desarrollo de células T regulatorias, por ejemplo, a través de la producción de interleuquina 10 y TGF-beta.
Eventualmente, las células NK cumplen una función importante al eliminar eventuales células reactivas del feto frente a antígenos maternos. Cuando uno analiza los diversos fenómenos de inhibición del sistema inmune a través de macrófagos y células dendríticas que secretan sustancias inhibitorias, la generación de células T regulatorias y una función muy particular de las células NK, uno no puede dejar de comparar estos escenarios con lo que ocurre en los tumores.
Los mecanismos de inhibición del sistema inmune que se observan en la placenta son muy parecidos a lo que ocurre en los tumores. Tanto los tumores como la placenta expresan HLA de tipo G, expresan Fas ligando y una diversa cantidad de moléculas que inhiben respuestas inmunes.
Tanto la placenta como los tumores favorecen, a través de la célula del sistema inmune, el desarrollo de los vasos sanguíneos. Ambos tipos de procesos se caracterizan por la generación de macrófagos y células dendríticas que, en vez de generar respuestas inmunes, contribuyen a apagarlas, así como también a una intensa infiltración con células T regulatorias.
Por lo tanto, existe una relación muy estrecha entre los mecanismos de tolerancia y los mecanismos de evasión que las células tumorales tienen para escapar a la inmunovigilancia. Son, en esencia, muy parecidos. Por lo tanto, se han planteado una serie de dispositivos médicos para tratar tumores, empleando diversos mecanismos, como puede ser la estimulación del sistema inmune a través de citoquinas, a través de vacunas o a través de la generación de células específicas que puedan matar tumores.
Recientemente, el desarrollo de inhibidores de punto de chequeo, es decir, de una serie de drogas o anticuerpos que pueden inhibir a los inhibidores del sistema inmune, han demostrado gran utilidad. Moléculas que pueden inhibirse, como CTLA-4, PD-1, PD-L1, han demostrado un gran valor en el tratamiento de tumores, produciendo eventualmente regresiones completas.
Y, a diferencia de lo que se observa en los tratamientos quimioterápicos, la tasa de recurrencia en algunos de estos tumores es mucho menor.
Bien, aquí llegamos al final de la primera parte de la cruzada de inmunología, donde intentamos analizar los mecanismos moleculares y celulares que se encuentran detrás de las respuestas inmunes. Como ustedes podrán apreciar, el conocimiento de estos mecanismos, y sobre todo los mecanismos de tolerancia, son de esta importancia para entender los mecanismos fisiopatológicos que vamos a analizar en las distintas enfermedades relacionadas con el sistema inmune.