Fagocitos granulocíticos PDF

Preview

Summary

Download Fagocitos granulocíticos PDF

Description

Fagocitos granulocíticos La defensa del huésped frente a los microbios representa la integración de los sistemas inmunitarios innato y adquirido, que juntos responden a una amplia gama de amenazas infecciosas. La inmunidad innata (natural) proporciona al huésped la capacidad para responder de inmediato a un desafío infeccioso, con independencia de la exposición previa del huésped al agente invasor específico, utilizando elementos de respuesta codificados en los genes de la línea germinal. Los elementos del sistema innato comprenden células fagocíticas, es decir, los leucocitos polimorfonucleares (PMN), los fagocitos mononucleares así como proteínas solubles circulantes, incluidos los componentes del sistema complemento. Este sistema sensible para el reconocimiento de los elementos estructurales que son de modo inherente y singular microbianos tiene análogos funcionales en los sistemas inmunitarios de una gran variedad de organismos multicelulares, entre ellos plantas e insectos. Como tales, los elementos inmunitarios innatos comprenden un sistema inmunitario innato antiguo que proporciona un mecanismo de vigilancia rápido y sensible para proteger al huésped cuando queda expuesto a cualquier microorganismo invasor. Los granulocitos, los leucocitos más numerosos en la circulación periférica de los seres humanos, comprenden los neutrófilos, los eosinófilos y los basófilos. Representan el tipo celular predominante en la respuesta inmunitaria innata aguda y figuran de forma más amplia en la integración de las inmunidades innata y adaptativa. Desde una perspectiva estructural, estas células comparten un núcleo multilobular y la presencia de numerosos gránulos citoplásmicos, unidos a la membrana y de tinción característica, aunque desde el punto de vista funcional difieren de manera significativa.

Neutrófilos Desarrollo Los neutrófilos se originan a partir de células madre hematopoyéticas pluripotentes (HSC, del ingléshematopoietic stem cells) en la médula ósea por medio de una sucesión ordenada de tipos celulares fenotípicamente distintos. A partir de las HSC se originan progenitores multipotenciales (MPP, del inglésmultipotential progenitors ), población celular con la capacidad de diferenciarse en todas las líneas hematopoyéticas pero incapaz de multiplicarse. Los MPP dan lugar a progenitores mielocíticos comunes (CMP, del inglés common myeloid progenitors) que sirven como fuente de precursores para las líneas celulares hematopoyéticas individuales, incluidos los progenitores de granulocitos/macrófagos (GMP, del inglésgranulocyte/macrophage progenitors). La procesión compleja desde HSC hasta GMP y luego a neutrófilos está coordinada por factores de transcripción específicos, que incluyen PU.1, proteínas de unión a CCAAT/promotor (α, β y ɛ) factor de crecimiento independiente 1 (GFI-1) y factor regulador de interferón 8 (IRF8). La expresión oportuna en el tiempo de tales factores coordina la transcripción de genes específicos de estadio que son responsables de las características fenotípicas y funcionales que definen a los intermediarios mielocíticos a lo largo de la vía de diferenciación. En parte, las proteínas solubles tales como la interleucina 7 (IL-7), la IL-23 y el factor estimulante de colonias de granulocitos (G-CSF)

modulan las concentraciones relativas de los factores de transcripción en el interior de las células mielocíticas y, de este modo, influyen en el destino de la célula. Los CSF también modifican la supervivencia y dirigen la maduración y proliferación de las células mielocíticas. Cada factor se nombra según la colonia producida bajo su influencia: GMCSF para los granulocitos y macrófagos, G-CSF para los granulocitos, M-CSF para los monocitos y macrófagos y multi-CSF (o IL-3) para diversas colonias que comprenden neutrófilos, macrófagos, eosinófilos, megacariocitos y células eritrocíticas. Además de la granulopoyesis esencial para mantener las concentraciones en estado de equilibrio de los neutrófilos circulantes, el sistema hematopoyético tiene la capacidad de movilizar neutrófilos funcionantes adicionales en respuesta a la mayor demanda impuesta por la infección. La infección induce un aumento de la producción de citocinas, como G-CSF, GM-CSF e IL-3, y estas proteínas circulantes gobiernan una granulopoyesis de «urgencia». La IL-17, una citocina producida por los linfocitos T cooperadores (Th) 17, dirige la producción de G-CSF y promueve una granulopoyesis urgente, como se deduce de modelos experimentales de inflamación crónica, pero no contribuye a la producción homeostática de neutrófilos. El G-CSF estimula la producción de células precursoras de granulocitos, la proliferación de células de linaje granulocítico y la supervivencia de precursores de granulocitos y neutrófilos. Además, el G-CSF acelera el paso de precursores de granulocitos a través de la médula ósea, proporcionando así un aporte inmediato de neutrófilos jóvenes a la circulación. Así, el control de la producción de granulocitos puede ser modulado no sólo para mantener niveles homeostáticos de neutrófilos a medida que las células viejas van siendo eliminadas de la circulación, sino que responden también a las mayores demandas creadas por los retos infecciosos o de otro tipo. Las poblaciones celulares durante el desarrollo en estado de equilibrio de los granulocitos en la médula ósea pueden dividirse en tres grupos: un grupo de células madre, un grupo mitótico y otro grupo posmitótico. El grupo de células madre comprende células madre hematopoyéticas indiferenciadas, mientras que el grupo mitótico engloba células que proliferan y maduran secuencialmente desde mieloblastos a promielocitos y mielocitos. La maduración se asocia a la aparición de los gránulos citoplásmicos característicos de los neutrófilos, basófilos y eosinófilos. La fase posmitótica de desarrollo incluye los metamielocitos, los neutrófilos en cayado (o inmaduros) y los neutrófilos maduros, todas células mantenidas en reserva y listas para liberarse. En coincidencia con la aparición de los cambios morfológicos, las células adquieren marcadores de superficie específicos y las propiedades funcionales de las células más maduras. Por ejemplo, los receptores para el Fc aparecen cuando las células se convierten en promielocitos, las células se tornan competentes para la fagocitosis en el estadio inicial de mielocito y los receptores para el complemento de superficie aparecen en los estadios finales de mielocito y metamielocito. La actividad microbicida dependiente del oxígeno aparece en el estadio inicial de metamielocito y las células que se encuentran en la fase final de metamielocito-cayado muestran un aumento de su adherencia, motilidad celular y respuestas quimiotácticas. Además, la expresión coordinada de los genes que codifican las proteínas de los gránulos está sincronizada con

los estadios iniciales del desarrollo mielocítico y la diferenciación granulocítica normal se halla muy ligada a la expresión de las proteínas localizadas en los gránulos específicos.

Características morfológicas y estructurales Los estudios histoquímicos iniciales de los neutrófilos clasificaron los gránulos intracelulares unidos a la membrana según sus características tintoriales. Se diferenciaron dos poblaciones de gránulos en función de su tinción con azur A: los gránulos azurófilos teñidos positivamente y los gránulos sin tinción específica. Los sofisticados análisis de la composición de los orgánulos neutrófilos han perfeccionado de forma significativa nuestro conocimiento de la complejidad y heterogeneidad de los gránulos neutrófilos. Tales estudios han aportado nuevos conocimientos sobre los papeles biológicos de las diversas proteínas en la matriz del gránulo y han puesto de manifiesto proteínas funcionalmente esenciales en las membranas de subclases de gránulos concretos. En una primera aproximación, los gránulos neutrófilos pueden clasificarse en función de su tinción por la peroxidasa. Los gránulos peroxidasa-positivos se conocen también como gránulos primarios, al ser los primeros en surgir en la granulopoyesis, y como gránulos azurófilos, por su tinción histoquímica. Los gránulos azurófilos contienen mieloperoxidasa (MPO); diversas enzimas proteolíticas, entre ellas la catepsina G, la proteinasa 3 y la elastasa; defensinas antimicrobianas, y la proteína bactericida que incrementa la permeabilidad (BPI). Debido a la acción de la hidrolasa contenida en los gránulos azurófilos, este compartimento se ha considerado lisosómico por naturaleza. Sin embargo, los gránulos azurófilos no tienen la proteína de membrana asociada a los lisosomas, un marcador identificador de estos últimos. Asimismo, proteínas tales como MPO y las defensinas se segregan en el gránulo azurófilo de modo independiente del receptor de manosa-6-fosfato, un sistema de referencia característico de las proteínas lisosómicas. Todas estas observaciones juntas indican que el gránulo azurófilo puede ser un orgánulo especializado diferente de los lisosomas primarios tradicionales.

GRÁNULO

MEMBRANA

MATRIZ

Azurófilo (gránulo primario)

CD63, CD68, presenilina

Mieloperoxidasa, elastasa, catepsina G, proteinasa 3, defensinas, BPI, lisozima, sialidasa, azurocidina, βglucuronidasa, azurocidina

Específico (gránulo secundario)

Colagenasa, gelatinasa, CD11b/CD18, CD66, CD67, gp91 phox /p22phox, receptor para TNF, urocinasa, activador del plasminógeno, hCAP-18, SNAP-23, VAMP-2, estomatina NGAL, proteína ligadora de vitamina B 12 , lisozima,

GRÁNULO

MEMBRANA

MATRIZ lactoferrina, haptoglobina, pentraxina 3, prodefensina, SLPI, orosomucoide, heparanasa, β 2 microglobulina, CRISP3

Gelatinasa (gránulo terciario)

CD11b/CD18, CD67, gp91 phox /p22 phox,MMP25, receptor para TNF, SNAP-23, VAMP-2, Nramp1

Gelatinasa, arginasa 1, lisozima, β 2 -microglobulina, CRISP3

Vesículas secretorias

CD11b/CD18, CD67, gp91 phox /p22 phox,MMP25, CD35, CD16, C1q receptor, CD14, receptor para fMLP, SNAP-23, VAMP-2, Nramp1, fosfatasa alcalina, DAF, CD10, CD13, regulador de la conductancia transmembranario de la fibrosis quística (CFTR)

Proteínas plasmáticas

Los gránulos peroxidasa-negativos son los gránulos específicos, los gránulos de gelatinasa y las vesículas secretoras. Los contenidos de los gránulos específicos y de gelatinasa coinciden en gran medida, pero difieren de los gránulos azurófilos y de las vesículas secretoras. Más sorprendente, sin embargo, es la distribución de las proteínas de la membrana plasmática importantes desde el punto de vista funcional en las membranas de los gránulos peroxidasa-negativos. Estas membranas contienen citocromo b, un componente esencial de la oxidasa dependiente del dinucleótido de nicotinamida y adenina (NADPH) reducida (expuesto más adelante), receptores para péptidos quimiotácticos, proteínas de la matriz extracelular, citocinas, opsoninas y proteínas de adhesión. Las vesículas secretorias están especialmente enriquecidas en proteínas de la membrana plasmática y pueden ser reclutadas rápidamente para fusionarse con la membrana plasmática, lo que amplifica el potencial del neutrófilo para responder a la estimulación. Representan, por tanto, un reservorio intracelular de proteínas de membrana, funcionalmente esenciales, que pueden ser trasladadas pronto a la superficie celular durante la activación del neutrófilo. La existencia de tales compartimentos se ajusta bien al papel de los neutrófilos como principales células circulantes del sistema inmunitario innato; un reservorio de proteínas funcionales rápidamente accesible permite una respuesta inmediata sin los retrasos en que se incurriría por la síntesis de nuevas proteínas. Las consecuencias funcionales de esta agrupación de proteínas en la matriz y la membrana de los gránulos se revisarán más adelante. Durante la maduración del granulocito el núcleo se segmenta y aparecen en el citoplasma elementos citoesqueléticos, como los microfilamentos y los microtúbulos. Una red de microfilamentos conforma el velo cortical transparente que rodea a la célula y forma el lamelipodio de una célula desarrollada. Estas estructuras son polímeros de

actina, una proteína que representa el 5-10% del total de las proteínas celulares. La actina y sus proteínas asociadas constituyen la maquinaria contráctil necesaria para la locomoción celular y la fagocitosis. Los monómeros de actina (actina-G), en presencia de la proteína de unión a la actina, se polimerizan para formar filamentos de actina (actinaF) entrecruzados. La regulación de la longitud de los filamentos y el grado de entrecruzamiento proporcionan la dinámica fisicoquímica del flujo de actina entre las fases de gel y sol. Los filamentos de actina se asocian al citoesqueleto o la membrana plasmática a través de las proteínas del esqueleto de la membrana. La estimulación de la célula con factores quimiotácticos produce un aumento brusco de la cantidad de actina asociada al citoesqueleto y un cambio en la organización de los microfilamentos, desde una hebra en paralelo a una red entrecruzada, que se manifiesta en mayor medida en el extremo más prominente de la célula polarizada. Los microtúbulos parecen necesarios para la orientación inicial de la célula en un gradiente quimiotáctico, para la organización espacial de las estructuras en el interior de la célula durante el movimiento y el transporte de vesículas, la desgranulación y la regulación de la microviscosidad de la superficie celular durante la fagocitosis. Los neutrófilos maduros se caracterizan por una escasez de material ribosómico y mitocondrias, en consonancia con los niveles relativamente bajos de procesos de síntesis en estas células. Sin embargo, los estudios realizados en las últimas 2 décadas han cambiado radicalmente la imagen de los neutrófilos como unas células con escasa actividad biosintética y han identificado una serie de proteínas sintetizadas activamente por los neutrófilos, tanto en reposo como después de la estimulación. Entre las proteínas sintetizadas por los neutrófilos están las moléculas de la clase I del complejo principal de histocompatibilidad (MHC), receptores para el complemento, quimiocinas CXC, quimiocinas CC, citocinas proinflamatorias y antiinflamatorias, moléculas inmunorreguladoras, factores estimulantes de colonias, miembros de la superfamilia del factor de necrosis tumoral (TNF) y proteínas importantes en la angiogénesis y la fibrogénesis. Como se presentará después, el perfil transcripcional de los neutrófilos reclutados comprende genes dirigidos a la curación de las heridas. Los gránulos de glucógeno rellenan el citoplasma y valen como fuente de energía para servir de base a la actividad del neutrófilo. Como células inmunitarias efectoras, los neutrófilos se hallan equipados con receptores de superficie que perciben las señales extracelulares y pueden reconocer ligandos para sustentar la amplia gama de actividades dependientes de agonistas dentro de su repertorio funcional. Los receptores de superficie para la inmunoglobulina y los fragmentos del complemento contribuyen a la fagocitosis dependiente de opsonina. Los receptores específicos de la membrana dan comienzo a un movimiento celular al reconocer moléculas que interaccionan en las células endoteliales o proteínas de la matriz extracelular, proteínas formiladas de origen bacteriano, los fragmentos quimiotácticos del complemento C5a y C3a, el factor activador de plaquetas, la IL-8 y quimiocinas relacionadas y el leucotrieno B 4 (LTB 4 ) 4546474849 . Estos receptores están distribuidos de manera homogénea por la superficie de la célula en reposo, pero sufren un agrupamiento asimétrico en la parte delantera de la célula, cuando ésta se polariza en respuesta a un estímulo quimiotáctico. La distribución de los receptores con diferentes especificidades de ligandos puede regularse de forma independiente, incluso

aunque la estimulación a través de estos receptores provoque respuestas funcionales similares. Además, las diversas actividades funcionales de los neutrófilos muestran distintos requisitos para la ocupación del receptor. Por ejemplo, la desgranulación máxima requiere una ocupación breve del receptor, mientras que las respuestas oxidativas mantenidas dependen de la unión continua del ligando al receptor. Los neutrófilos también poseen receptores de membrana que envían señales para evadirse («no me comas») o promover («cómeme») su propia captación por los macrófagos, un proceso conocido como eferocitosis.

Homeostasis de la población de neutrófilos circulante Para mantener un número estable de neutrófilos circulantes, la producción de células nuevas y funcionales debe estar equilibrada con la eliminación de aquéllos viejos y gastados. La producción diaria de PMN maduros en un adulto sano es notable, del orden de 10 9 células/kg de peso que entran en la circulación a partir de la médula. Durante una infección aguda u otras situaciones inflamatorias los neutrófilos se movilizan desde la reserva medular, que se calcula que es de ≈6,9 × 10 9 células/kg. Incluso en presencia de una estimulación persistente esta reserva puede agotarse, pero sólo si hay una deficiencia nutricional u otro trastorno (p. ej., consumo excesivo de etanol) que comprometa los mecanismos que aumentan el suministro para cubrir la demanda. También se puede producir un incremento de la aportación de células pluripotenciales o de las mitosis durante la fase mitótica del desarrollo, o bien el uso de un grupo celular cuya maduración se hubiera inhibido (las denominadas células hiatales) o el acortamiento del tiempo de maduración en la médula ósea. La multiplicación y diferenciación de las células pluripotenciales son estimuladas por los CSF producidos por los monocitos de la sangre periférica, los macrófagos tisulares y los linfocitos estimulados. La reserva total de granulocitos (≈7 × 10 8 células/kg de peso corporal) comprende dos compartimentos de tamaño similar: las células intravasculares circulantes y las células marginales. La distribución de la reserva marginada varía con el tamaño y el flujo del lecho capilar en un órgano individual. Todos están de acuerdo en que el hígado, el bazo y la médula ósea están dentro de esta reserva, pero no está aclarada la contribución fisiológica de la circulación pulmonar. Mientras que los datos experimentales basados en el tiempo de tránsito intravascular señalan que el pulmón es el lugar predominante de neutrófilos marginados, los estudios que han usado pruebas de imagen con radioisótopos muestran una marginación relativamente pequeña de neutrófilos en los pulmones humanos normales. En general, la contribución de la circulación pulmonar a la reserva marginada de neutrófilos normales en los seres humanos sanos sigue sin aclararse. Existe un equilibrio dinámico entre los neutrófilos en los compartimentos marginado y circulante, ya que las células se marginan por medio de interacciones endoteliales transitorias y después reanudan el flujo rápido, lo que refleja el equilibrio entre la adherencia intercelular y las fuerzas de cizallamiento. La semivida intravascular de los neutrófilos circulantes es de 6-8 horas, mientras que su persistencia en los lugares extravasculares oscila de unas pocas horas a varios días. Un informe reciente que usó el marcado in vivo con 2 H2 O indica que los neutrófilos humanos normales tienen una vida

en la circulación de 5,4 días , más de 10 veces mayor de lo que se pensaba antes. No obstante, se ha puesto en duda esa conclusión 6061 y explicaciones alternativas de los mismos datos ofrecen estimaciones que están de acuerdo con el valor aceptado desde hace tiempo de 6-8 horas. La granulocitosis, una característica común de la inflamación aguda, es consecuencia de ciertos estímulos fisiológicos y farmacológicos que habitualmente redistribuyen los neutrófilos entre los diversos depósitos de granulocitos, así como incrementan la producción celular. Por ejemplo, la administración aguda de corticoides o endotoxina, quizá imitando los acontecimientos fisiopatológicos que aparecen en la infección grave, favorece la liberación de granulocitos desde la reserva medular. La administración mantenida de...