HIPERSISENSIBILIDAD DE TIPO CELULAR  (TIPO IV)

 

INTRODUCCIÓN

 

Las reacciones de hipersensibilidad mediadas por células o de tipo IV son iniciadas por linfocitos T específicos sensibilizados. Incluyen dos tipos de respuestas: las reacciones de hipersensibilidad retardada iniciadas por linfocitos T CD4+ y las reacciones de citotoxicidad directa mediadas por linfocitos T CD8+ (fig.1). En estas respuestas, como en todas las reacciones de hipersensibilidad, los mecanismos inmunes generan injuria tisular. Los linfocitos T que causan la injuria pueden ser autoreactivos o ser específicos para antígenos extraños. El daño tisular mediado por los linfocitos T puede también acompañar a respuestas inmunes protectoras frente a microorganismos persistentes, en especial intracelulares, como micobacterias y hongos. En este capitulo analizaremos la patogenia de las enfermedades por hipersensibilidad mediada por células describiendo las dos formas de hipersensibilidad de tipo IV.

 

 

REACCIONES DE HIPERSENSIBILIDAD RETARDADA

 

Se denominan reacciones de hipersensibilidad retardada (HSR) porque  se manifiestan por una respuesta inmune característica a las 24-48 hs. después del contacto con el antígeno en individuos previamente sensibilizados. Estas reacciones son desencadenadas por linfocitos T CD4+ de la subpoblación Th1 y en ocasiones linfocitos T CD8+. Ambos tipos celulares secretan citoquinas que activan a los macrófagos, células efectoras finales de la reacción de HSR. La injuria tisular es consecuencia de los productos de los macrófagos activados, entre los que se destacan enzimas hidrolíticas, intermediarios reactivos del oxígeno, oxído nítrico y citoquinas proinflamatorias.

 

Bases celulares

 

La reacción de HSR, como toda reacción de hipersensibilidad, implica dos etapas: una primera etapa de sensibilización en la que el sistema inmune reacciona por primera vez frente a un antígeno (Ag), y posteriores etapas de desencadenamiento tras la reexposición al Ag.

En la etapa de sensibilización, el Ag es presentado a los linfocitos T vírgenes lo que produce la activación, expansión y diferenciación de los linfocitos Ag-específicos en células efectoras y de memoria.

La etapa de desencadenamiento de la HSR ocurre cuando el mismo Ag se presenta a una población expandida de linfocitos T memoria y se desarrolla en tres fases sucesivas: reconocimiento, activación y fase efectora (fig. 2).

 

Etapa de sensibilización

 

En la etapa de sensibilización, las células presentadoras de antígeno (APC) residentes especializadas llamadas células dendríticas, como las células de Langerhans de la epidermis, son las encargadas de procesar y transportar el Ag desde la puerta de entrada (p. ej.: la piel) hasta los ganglios linfáticos de drenaje o el bazo, donde se produce la presentación a las células T vírgenes especificas para ese Ag.

Durante la migración, las células dendríticas maduran (sufren modificaciones

estructurales y funcionales) y se convierten en APC eficientes. En los ganglios linfáticos, estas APC expresan los péptidos antigénicos asociados a moléculas del complejo principal de histocompatibilidad (MHC) de clase II y de clase I para que sean reconocidos, respectivamente,  por linfocitos T CD4+ y T CD8+ vírgenes.

Cuando los linfocitos T vírgenes reconocen al antígeno, se activan,  proliferan y se diferencian en células efectoras y de memoria. Los linfocitos T CD4+ se diferencian hacia los subtipos efectores Th1 o Th2, dependiendo principalmente de las citoquinas presentes en el momento de la exposición antigénica. La interleuquina 12 (IL-12), secretada por las APC en respuesta a productos microbianos, es el principal inductor de la diferenciación hacia linfocitos Th1, subtipo esencialmente promotor de las respuestas mediadas por células.

En el caso de los linfocitos CD8+ vírgenes, su diferenciación hacia linfocitos T citotóxicos funcionales (LTC), también es iniciada por el reconocimiento antigénico y requiere de señales coestimuladoras, como por ejemplo la cooperación del linfocito T CD4+.

De esta forma, la fase de sensibilización resulta en la generación y expansión clonal de células T efectoras y de memoria Ag-específicas que penetran en la circulación. Los linfocitos T memoria tienen una vida larga y podrán responder rápidamente frente a una reexposición al antígeno.

 

 

Etapa de desencadenamiento

 

Reconocimiento

En individuos sensibilizados la persistencia del estímulo antigénico o una nueva exposición al mismo antígeno conduce a la etapa de desencadenamiento de la HSR. En esta etapa el antígeno se presenta a una población expandida del linfocitos T memoria presentes en la circulación sanguínea, a diferencia de la etapa de sensibilización que ocurre a nivel de los ganglios linfáticos locales. Para esta segunda exposición, se plantea que la presentación sea realizada en la puerta de entrada del antígeno por las células endoteliales y otras APC residentes (macrófagos, celulas dendríticas) que expresan en su superficie moléculas del MHC de clase II.

La presencia del antígeno en el tejido desencadena, inicialmente, una respuesta inflamatoria de carácter innato con secreción de citoquinas por parte de los macrófagos y células endoteliales que conduce al reclutamiento de leucocitos en el sitio de exposición antigénica. La migración de los linfocitos hacia el lugar de ingreso del antígeno es controlada principalmente por las moléculas de adhesión (selectinas, integrinas). Esto resulta en el reclutamiento de linfocitos T circulantes en la zona de inflamación, independientemente de la especificidad antigénica.  Entre las células T reclutadas se encuentran linfocitos T memoria específicos para el antigeno que, una vez en el tejido, reconocen al antígeno presentado por las APC. Los linfocitos T que reconocen específicamente al antígeno, aumentan la afinidad de sus integrinas por ligandos de la matriz extracelular lo que condiciona que sean retenidos preferentemente en el sitio de exposición antigénica.

 

 Activación linfocitaria

Una vez que los linfocitos T efectores migran al sitio de provocación antigénica y reconocen al antígeno para el cual son específicos, se activan para cumplir sus funciones efectoras. En la inmunidad celular, la principal función efectora de los linfocitos T CD4+ consiste en estimular la actividad microbicida de los macrófagos, mientras que la de los linfocitos T CD8+ es destruir las células infectadas y activar los fagocitos.

Los linfocitos TCD4+ subtipo Th1 memoria activados secretan citoquinas tales como el interferon-g (INF-g), la interleuquina 2 (IL-2), el factor de necrosis tumoral (TNF-a)  y la linfotoxina (LTx), que son las responsables de la expresión del fenómeno de HSR.

 

El INF-g tiene numerosos efectos y es considerado el mediador principal de la HSR.

Es el más potente activador de macrófagos. Actua sobre los macrófagos para aumentar la expresión de receptores de alta afinidad para la porción Fc de la IgG, favoreciendo la captación de bacterias opsonizadas, y para aumentar la expresión de las enzimas que generan formas reactivas del oxigeno, mejorando la capacidad microbicida.

Actúa ademas, sobre las células endoteliales y los macrófagos aumentando la expresión de moléculas del MHC de clase II, incrementando así la eficacia de la  presentación antigénica a nivel local. Induce la expresión de moléculas de adhesión sobre queratinocitos y células endoteliales. Por ultimo, actúa amplificando la respuesta inmune, al activar a linfocitos T CD8+, células NK y reclutar linfocitos T memoria en el sitio de la reacción.

 

La IL-2 induce la proliferación autocrina y paracrina de los linfocitos T activados.

 

El TNF-a y la LTx ejercen efectos importantes sobre las células endoteliales venulares. Aumentan la secreción de prostaciclina determinando vasodilatación y favoreciendo el aumento del flujo sanguíneo, e inducen la expresión de moléculas de adhesión y de factores quimiotacticos. Todos estos cambios facilitan la extravasación de los linfocitos y monocitos en el sitio de la reaccion de HSR.

 

                    Fase efectora

Los monocitos reclutados en el sitio de la reacción de HSR se extravasan en el tejido y se diferencian a macrófagos, ultimas células efectoras de la hipersensibilidad retardada.

La activación de los macrófagos depende de señales de los linfocitos T CD4+Th1 y en ocasiones de los linfocitos T CD8+. Las principales señales de activación incluyen a la citoquina INFg, como se mencionó previamente, y las interacciones CD40 L-CD40. La activación conduce a la aparición de cambios cuantitativos en la expresión de varias proteínas que dotan a los macrófagos activados de la capacidad para realizar algunas funciones que no pueden llevar a cabo los monocitos en reposo. Una vez activados, los macrófagos pueden desempeñar varias funciones efectoras:

·        Destruyen los microorganismos fagocitados a través de la producción de sustancias bactericidas como los intermediarios reactivos del oxígeno, el óxido nítrico y las enzimas lisosómicas.

·        Estimulan la diferenciación de los linfocitos T hacia el subtipo Th1 mediante la secreción de IL-12, función esencial en la inducción de la HSR.

·        Se vuelven APC más eficaces debido a un aumento en la expresión de moléculas del MHC de clase II y de coestimuladores, mejorando la activación de los linfocitos T y amplificando así la respuesta.

·        Estimulan la inflamación aguda mediante la secreción de citoquinas, como el TNF-a, la IL-1, quimioquinas y mediadores lipídicos.

·        Facilitan la  reparación de los tejidos dañados a través de la eliminación de los tejidos muertos y la secreción de factores de crecimiento que estimulan la proliferación de fibroblastos, la síntesis de colágeno y la angiogénesis.

Durante el proceso de fagocitosis y activación de macrófagos las sustancias bactericidas pueden ser liberadas al espacio extracelular donde actúan como importantes mediadores de lesion tisular. Cuando los macrófagos activados son incapaces de erradicar el antígeno, continúan produciendo citoquinas y factores de crecimiento que modifican en forma marcada el ambiente tisular configurando una respuesta de HSR.  Por ejemplo, en la infecciones por microbios persistentes, tales como M tuberculosis y ciertos hongos, el tejido normal lesionado es reemplazado por tejido conectivo. Este proceso denominado fibrosis es un elemento característico de las reacciones de HSR crónicas. Además, la exposición persistente a citoquinas determina cambios morfológicos a nivel de los macrófagos activados, con aumento de citoplasma y organelos citoplasmáticos adquiriendo la apariencia histológica de células de estirpe epitelial por lo que reciben el nombre de células epitelioides. Estas se pueden fusionar formando celulas gigantes multinucleadas (fig 3).

 

 

Formas de expresión clínica de la HSR

 

Las reacciones de HSR pueden constituir la  base patogénica de lesiones hísticas en el sitio de exposición a un antígeno extraño o en el foco de infección de un microorganismo. Por otra parte, actualmente se reconoce que las reacciones de HSR son causa de muchas enfermedades autoinmunitarias, tales como la DMID tipo1, la esclerosis múltiple y la artritis reumatoide.

A continuación analizaremos algunos ejemplos.

                    

                    Reacción a la tuberculina

La reacción prototipo de HSR es la reacción a la tuberculina, producida por la inyección intradérmica de tuberculina, un derivado proteico purificado de Mycobacterium tuberculosis (PPD). Esta forma de hipersensibilidad fue descrita por Koch, quien observó que si a los enfermos con tuberculosis se les administraba una inyección subcutánea de tuberculina,  reaccionaban con fiebre y malestar general, ocasionando un área de induración, enrojecimiento y tumefacción en el sitio de inyección.

Clásicamente la reacción a la tuberculina se ha utilizado como prueba (prueba de Mantoux) para determinar si un individuo ha sido infectado previamente con Micobacterium tuberculosis. En una persona sensibilizada (previamente infectada o inmunizada con BCG), la administración de tuberculina desencadena una reacción de HSR característica que aparece en 24-48 horas. En el sitio de inyección del antígeno se produce una reacción inflamatoria, con infiltrado de leucocitos, acumulación de linfocitos T y monocitos, y aumento de la permeabilidad vascular con extravasación de macromoléculas del plasma. El depósito extravascular de fibrina que se produce a partir del fibrinógeno extravasado, es la base de la induración característica de las lesiones cutáneas de la HSR. La induración es máxima a las 24-48 hs., siendo este retraso en la aparición de la induración la razón por la que esta respuesta se denomina retardada.

Otros antígenos diferentes a la tuberculina, como ejemplo venenos de insectos, pueden desencadenar reacciones similares al ser introducidos en la piel.

 

                    Hipersensibilidad granulomatosa

Las respuestas inmunitarias celulares a los microorganismos y otros antígenos extraños pueden provocar lesiones hísticas, particularmente cuando los antígenos no logran ser eliminados y persisten en el tejido. La tuberculosis es un buen ejemplo de enfermedad infecciosa en la que la lesión tisular se debe principalmente a la respuesta inmunitaria del huésped. Las bacterias capaces de persistir en el interior de los macrófagos, como M. tuberculosis, estimulan respuestas macrofágicas y de linfocitos T intensas que causan una inflamación granulomatosa y fibrosis. La hipersensibilidad granulomatosa, ejemplo de HSR crónica, se caracteriza por la presencia de granulomas constituidos por el agregado de células epitelioides, células gigantes multinucleadas que resultan de la fusión de aquellas y linfocitos T. Esta inflamación granulomatosa y la fibrosis provocan una intensa destrucción tisular acompañada de alteración funcional en los parénquimas blancos de la enfermedad, como por ejemplo, el pulmonar.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                  

Ejemplos de reacciones de hipersensibilidad retardada

Síndrome

Antígeno

Ruta de presentación

Células implicadas

Consecuencias

Dermatitis por contacto alérgica

Haptenos: pequeñas moléculas reactivas

Metales: níquel, cobalto

Toman contacto y penetran fácilmente la piel intacta

Se unen covalentemente a proteínas propias formando complejos hapteno-carrier inmunogénicos

 

 

Células de Langerhans presentan complejos hapteno-péptidos en MHC de clase II

Activación de Th1 sensibilizados

Activación de queratinocitos

Reclutamiento y activación de macrófagos

Reacción epidérmica localizada:  infiltrado celular, eritema, vesículas

Hipersensibilidad de tipo tuberculínico

Proteínas de micobacterias

Proteínas de venenos de insectos

Inyección intradérmica

APC presentan y activan Th1 memoria

Reclutamiento y activación de macrófagos

Reacción dérmica: infiltrado celular, eritema e induración de la piel

Hipersensibilidad de tipo granulomatosa

Ag persistentes de naturaleza infecciosa o no infecciosa

Dependiente del parénquima afectado

APC presentan y activan Th1 memoria

Reclutamiento y activación crónica de macrófagos

Desarrollo de  células epitelioides

Formación de granulomas

Fibrosis

        

 

 

                    Dermatitis de contacto alérgica

Las reacciones de HSR son la base patogénica de las enfermedades cutáneas denominadas dermatitis de contacto alérgicas, que se producen en la epidermis y resultan de la exposición tópica de sustancias químicas y antígenos ambientales. La dermatitis por contacto alérgica se caracteriza clínicamente por una reacción eccematosa en el lugar del contacto con el alergeno. Los agentes más comunes son  metales, como el níquel y el cobalto, y componentes de perfumes y cosméticos. Se plantea que los agentes sensibilizantes son pequeñas moléculas muy reactivas (haptenos) que penetran fácilmente la piel intacta, y se unen covalentemente a proteínas propias formando neoantígenos. En este caso, es el complejo hapteno-proteína el que es procesado por las células de Langerhans de la piel y presentado a los linfocitos T. La fase de sensibilización de esta reacción dura aproximadamente 10 días. Para identificar los alergenos responsables de la dermatitis por contacto se utiliza el test del parche. Existen baterías standard que incluyen metales, fragancias, productos derivados de la goma, cosméticos, etc. que se aplican en la piel del paciente y se leen a las 48 hs. con el objetivo de reproducir el eczema en el sitio de aplicación (fig. 4).

 

 

 

         Diabetes Mellitus tipo 1

 La diabetes mellitus tipo 1 es una forma de diabetes que se caracteriza por un déficit intenso de insulina secundario a la destrucción de las células b de los islotes de Langerhans del páncreas. La destrucción de las celulas b es consecuencia de la interacción de tres factores principales: la susceptibilidad genética, la agresión ambiental y la reacción autoinmunitaria. Se piensa que la susceptibilidad genética esta dada por alelos específicos del MHC de clase II que predisponen a los individuos portadores al desarrollo de autoinmunidad frente a las celulas b. La reacción autoinmune puede desarrollarse en forma espontánea, pero es más probable que comience luego de una agresión ambiental que altere las células b, como por ejemplo, una infección viral. En el ataque autoinmunitario a las células b participan varios mecanismos inmunes. Existen evidencias de que la reacción de HSR mediada por linfocitos T CD4+ autorreactivos juega un rol de importancia. En los modelos animales de diabetes autoinmune, la enfermedad puede transmitirse a animales jóvenes sanos inyectando linfocitos T CD4+ procedentes de animales enfermos de mayor edad. En las primeras fases de la enfermedad se observa una infiltración linfocítica de los islotes denominada insulitis. El infiltrado está compuesto por linfocitos T CD4+, linfocitos T CD8+ y macrófagos. Las células de los islotes expresan en forma aberrante moléculas del MHC de clase II probablemente como consecuencia de la producción local de IFN g por los linfocitos T. Además del daño tisular generado por los macrófagos activados, también contribuye a la destrucción de las células b la lisis directa mediada por LTC, participando en la injuria tisular los dos tipos de respuestas celulares. Por otra parte, en la sangre de estos pacientes se detectan autoanticuerpos contra las células de los islotes y la insulina. Estos anticuerpos pueden contribuir también a causar la enfermedad o ser una consecuencia de la lesión mediada por los linfocitos T que determina la liberación de antígenos normalmente secuestrados.

 

REACCIONES DE CITOTOXICIDAD MEDIADA POR LINFOCITOS T

 

En esta forma de hipersensibilidad de tipo IV, linfocitos T CD8+ sensibilizados causan lisis directa de células diana que expresan antígenos extraños asociados a moléculas de MHC de clase I.

Los linfocitos T CD8+ activados, células efectoras de esta reacción, se denominan linfocitos T citotóxicos funcionales (LTC). Estas células constituyen el principal mecanismo de defensa frente a patógenos intracelulares, principalmente virus. Sin embargo, también pueden ser los principales responsables del daño tisular en una variedad de situaciones, tales como infecciones por virus sin efecto citopático y enfermedades autoinmunes.

 

Bases celulares

 

Los linfocitos T CD8+ reconocen específicamente péptidos  derivados del citosol celular asociados  a moléculas del MHC de clase I propias. Todas las células nucleadas del organismo expresan moléculas del MHC de clase I y por lo tanto son capaces de presentar péptidos extraños a los linfocitos T CD8+. Sin embargo, para que los linfocitos T CD8+ vírgenes se activen, proliferen y diferencien a LTC, deben además de reconocer específicamente al antígeno, recibir señales coestimuladoras por parte de APC o linfocitos T cooperadores CD4+. Esta etapa de sensibilización ocurre a nivel de los ganglios linfáticos periféricos y en ella son las células dendríticas las que cumplen un rol de importancia en la activación de los linfocitos T CD8+ (fig 2). Se plantea que las células que contienen péptidos extraños, como por ejemplo células infectadas por virus, son capturadas por las células dendríticas, las que procesan el antígeno y lo presentan asociado a MHC de clase I junto con señales coestimuladoras. Además, los linfocitos T CD4+ pueden secretar citoquinas, como la IL-2, que estimulan la proliferación y diferenciación de los linfocitos T CD8+. La diferenciación hacia LTC implica la adquisición de la maquinaria celular que les permite destruir las células diana, como ser el desarrollo de gránulos citoplasmáticos que contienen perforinas y granzimas.  Además, los LTC adquieren la capacidad de secretar citoquinas, tales como INFg, LTx y TNF que activan fagocitos e inducen inflamación.

De esta manera se produce la expansión clonal de los linfocitos citotóxicos específicos para el antígeno, generándose un pool de linfocitos efectores y células de memoria.

La destrucción de las células blanco por los LTC es antígeno específica y depende del contacto célula-célula. Los LTC ejercen su función citotóxica sobre las células diana que expresan, asociado a MHC de clase I, el mismo antígeno que desencadenó su proliferación y diferenciación, mientras que las células adyacentes que no expresan el antígeno no son blanco de la acción de los LTC.

El proceso de destrucción comienza por el reconocimiento antigénico. El LTC se une a la célula diana utilizando su  receptor antigénico (TCR) y moléculas accesorias, como CD8 y la integrina LFA-1. El reconocimiento induce el agrupamiento de los TCR y desencadena señales bioquímicas que activan al LTC. Una vez que ocurre el reconocimiento, la muerte de la célula diana sobreviene en un plazo de 2 a 6 hs, y se produce aunque el LTC se separe.

Los mecanismos principales por los que los LTC lisan las células diana son el sistema perforina/granzima y la apoptosis dependiente de Fas ligando-Fas.

Cuando ocurre el reconocimiento antigénico, los LTC liberan por exocitosis perforinas y granzimas presentes en gránulos intracitoplasmaticos. Las perforinas se polimerizan en el espesor de la bicapa lipídica de la célula diana formando un poro que permite la entrada de agua, iones y de las granzimas. Las granzimas son proteasas que al ingresar a la célula diana desencadenan el proceso de apoptosis mediante la activación de la cascada de las caspazas. Además, si el número de canales formados en la membrana plasmática es elevado puede resultar en la muerte de la célula por lisis osmótica.

En el mecanismo de destrucción dependiente de Fas ligando-Fas, también se induce la apoptosis de las células diana pero por una vía distinta. Los LTC al activarse expresan Fas ligando que puede unirse a los receptores Fas de las células diana. Esta interacción desencadena la apoptosis mediante el reclutamiento de las proteínas con dominio de muerte que activan la cascada de las caspazas (fig 5).

Luego de la aplicación de este "golpe letal" el LTC se libera sin sufrir daño.

 

Formas de expresión clínica de la citotoxicidad mediada por los linfocitos T

 

La citotoxicidad mediada por linfocitos T es responsable de lesión tisular en una variedad de situaciones:

·        La respuesta de los LTC frente a la infecciones virales puede ser la principal determinante del daño tisular en los casos en que el virus no tiene efecto citopático, como por ejemplo, en algunas formas de hepatitis.

·        Los LTC pueden participar de la generación de injuria en reacciones autoinmunes.                                                                                        Se plantea que la lisis mediada por los LTC contribuye a la destrucción de las células b del páncreas en la DM tipo 1. Los LTC son activados al igual que los macrófagos, por citoquinas derivadas de los linfocitos T CD4+ cooperadores.                                                                                        Por otra parte, se ha propuesto que la infección por el virus Coxsackie 8 actúa como factor desencadenante de la generación de LTC autoreactivos, responsables del desarrollo de miocarditis autoinmune.

·        En las formas agudas de rechazo de transplantes, se plantea que es de particular importancia la citotoxicidad mediada  por los LTC. Los LTC reconocen en forma directa las moléculas del MHC de clase I extrañas presentes en las células del donante y reaccionan contra ellas.

 

 

 

 

Bibliografía

 

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