1

A. Immunologia bàsica

1. Introducció. Immunitat innata i Immunitat adquirida

1.1 . Introducció

El terme immunitat deriva de la paraula llatina immunitas (‘exempt’) i històricament significava estat de resistència o protecció contra la malaltia i, més concretament, contra una malaltia infecciosa. La immunologia és la ciència experimental que estudia els mecanismes moleculars i cel·lulars implicats en la defensa de l’organisme davant d’agressions internes i externes.

La col·lecció de cèl·lules, teixits i molècules responsables de l’execució de la immunitat constitueixen el sistema immunitari, que també participa en la regulació de l’homeòstasi de l’organisme. La seva reacció conjunta i coordinada davant de l’entrada de substàncies alienes que reconeix (antígens) es denomina resposta immunitària.

La funció fisiològica del sistema immunitari consisteix en la defensa contra microorganismes infecciosos. No obstant, fins i tot una substància aliena que no tingui caràcter infecciós pot provocar una resposta immunitària. De la mateixa manera, aquells mecanismes que en condicions fisiològiques protegeixen a les persones de les infeccions, en algunes ocasions també són capaços de provocar una lesió tissular i/o una malaltia.

Així doncs, una definició més global de la resposta immunitària senyalaria que és una reacció provocada tant pels components dels microorganismes com per macromolècules (proteïnes i polisacàrids) i compostos químics que siguin reconeguts com a aliens, amb independència de les conseqüències fisiològiques o patològiques que pugui implicar una reacció d’aquesta classe.

Importància del sistema immune

El sistema immunitari és l’encarregat de protegir l’estat de salut de les persones, ja que actua destruint organismes infecciosos que penetren a l’organisme i cèl·lules canceroses, intentant restablir l’equilibri natural previ a l’alteració. Quan el funcionament del sistema immunitari no és òptim, poden aparèixer efectes perjudicials per l’organisme o malalties, com ara rebuig a un trasplantament, malalties autoimmunes, reaccions d’hipersensibilitat i al·lèrgies (resposta

2

immunitària augmentada) o immunodeficiències (resposta immunitària disminuïda). Així doncs, tant per excés com per defecte de funció el sistema immunitari pot provocar una agressió.

La vacuna és un mitjà que s’utilitza per tal que un individu adquireixi un estat d’immunitat davant de determinats antígens. Aquesta ha permès un gran descens en la incidència de diverses malalties infeccioses, fins la seva eradicació en alguns casos (per exemple, la verola).

Immunitat innata i adaptativa

El sistema immunitari ha adaptat les seves respostes als diferents tipus de patògens (bacteris, virus, fongs, paràsits...), al seu hàbitat (extracel·lular o intracel·lular) i a la seva via d’entrada (hematògena, mucosa, cutània...) per fer-les òptimes. La defensa contra els microorganismes consisteix en unes primeres reaccions corresponents a la immunitat innata i en les respostes posteriors a càrrec de la immunitat adaptativa.

La immunitat innata (també natural o inespecífica) aporta la primera línia de defensa contra els antígens. Està constituïda per uns mecanismes de defensa cel·lulars i bioquímics que es troben instaurats a l’organisme abans que es contragui la infecció (no necessita el contacte amb l’antigen) i que estan preparats per respondre amb rapidesa quan això succeeix. Els mecanismes de la immunitat innata són específics per aquelles estructures comuns als grups de microbis afins (bacteris, virus, paràsits...) i no tenen perquè ni acostumen a distingir l’existència de diferències subtils entre les substàncies alienes.

A diferència de la immunitat innata, hi ha altres respostes immunitàries que són estimulades per l’exposició als microorganismes infecciosos, la magnitud i capacitat defensiva de les quals augmenta amb cada exposició successiva a un microorganisme concret. Aquesta forma d’immunitat doncs, apareix en resposta a una infecció i s’adapta a aquesta, pel que rep el nom d’immunitat adaptativa. El sistema immunitari adaptatiu té la capacitat de reconèixer una gran quantitat de substàncies microbianes i no microbianes i de reaccionar contra aquestes. A més, té la capacitat de distingir entre els diferents microorganismes i molècules, fins i tot entre els molt afins entre si; i per aquesta raó, també s’anomena immunitat específica.

A grans trets podem dir que la immunitat innata provoca la mateixa resposta davant de molts patògens diferents, mentre que la immunitat adquirida desencadena una resposta única per a cadascun dels patògens.

Evolució del sistema immunitari

La immunitat innata és molt més antiga filogenèticament que l’adaptativa, de manera que els organismes poc evolucionats només presenten aquest tipus d’immunitat. La resposta adaptativa apareix gràcies a uns enzims anomenats recombinases, que es troben en vertebrats mandibulats. Només els humans i les aus tenen teixit immunitari i limfoide.

3

1.2 . Immunitat innata

Els organismes multicel·lulars, fins i tot les plantes, els invertebrats i els vertebrats, tenen mecanismes intrínsecs de defensa que els protegeixen de les infeccions per microorganismes. Pel fet que aquests mecanismes de defensa sempre estan presents i a punt per reconèixer i eliminar els microbis, els anomenem immunitat innata.

Aquest tipus d’immunitat confereix la protecció inicial contra les infeccions, és inespecífica, no canvia amb infeccions repetitives i actua immediatament després de rebre el patogen (minuts), avançant-se a l’elaboració de la resposta immunitària adaptativa.

El sistema immunitari innat inclou diversos components o mediadors, que es poden classificar en tres grups:

• Barreres anatòmiques: barreres epitelials externes (pell i mucoses).

• Component cel·lular (cèl·lules efectores): cèl·lules fagocítiques (neutròfils i macròfags, que eliminen els patògens de forma inespecífica), cèl·lules NK (‘natural killer’), mastòcits (proinflamatoris) i eosinòfils. La seva funció és atacar els microbis després que hagin travessat les barreres epitelials i penetrat als teixits o la circulació. Cadascun dels tipus cel·lulars ocupa un lloc i moment diferents en la resposta inflamatòria.

• Components solubles o humorals: sistema del complement, citocines i quimiocines (regulen i coordinen moltes de les activitats de les cèl·lules de la immunitat innata), proteïnes de fase aguda (MBL, PCR), enzims proteolítics i pèptids antimicrobians (defensines).

Mecanismes inespecífics de defensa: barreres anatòmiques

Les barreres naturals són la pell (1,5 – 2 m2) i les mucoses (400 m2), els òrgans més extensos del cos. Actuen a tres nivells diferents:

• Barrera física o mecànica: monocapa contínua i íntegra de cèl·lules epitelials situada als principals punts d’entrada de microorganismes (mucoses respiratòria i digestiva principalment) i molt unides entre elles (les unions estretes eviten el pas de patògens i altres substàncies cap a l’interior de l’organisme). A més, cal afegir l’eliminació de partícules per flux longitudinal d’aire o fluid a través de l’epiteli, el moviment del mucus pels cilis i l’arrossegament de microorganismes mitjançant el flux d’orina.

• Barrera química: formada per enzims, com el lisozim (degrada parets bacterianes, a la saliva, suor i llàgrimes) i la pepsina (estómac), pèptids antimicrobians, com les defensines (pell i estómac), les criptidines (intestí) i les catelicidines, àcids grassos que recobreixen la pell i pH baix (estómac i vagina).

• Barreres biològiques: són les flores de l’organisme (intestinal, vaginal...), formades per bacteris comensals que actuen simbiòticament amb nosaltres i eviten l’actuació de bacteris exògens en competir amb aquests pels nutrients essencials i la unió a l’epiteli. Alguns d’ells també produeixen substàncies antibacterianes. La nostra flora conté més de 400 espècies de bacteris.

4

Principals funcions de la barrera epitelial

Els epitelis i mucoses actuen de diverses maneres en els processos d’immunitat antimicrobiana:

• De manera passiva, comportant-se com una barrera física. • De manera activa, a través de cèl·lules capaces de detectar els patògens, activar-se i

eliminar els microbis (elles) o secretar de forma local substàncies que participen directa o indirectament en la destrucció de patògens: - Limfòcits intraepitelials: participen en la destrucció de

microbis i cèl·lules infectades. - Pèptids antimicrobians: s’uneixen a la membrana dels

bacteris i hi fan porus que en provoquen la mort (activitat tòxica directa) o activen altres cèl·lules que participen en la resposta inflamatòria davant la presència de bacteris.

- Citocines (interferons tipus I-α i I-β, IL-1, IL-6, TNF-α): molècules de comunicació amb limfòcits i leucòcits.

- Quimiocines: subtipus de citocines que promouen la quimiotaxi, moviment del focus inflamatori de diferents tipus de cèl·lules (IL-8 atrau a neutròfils i MCP-1 és la proteïna quimiotàctica dels macròfags).

Les citocines i les quimiocines no destrueixen directament els patògens, sinó que atrauen altres cèl·lules que ho faran.

D’aquesta manera, si ens fem un tall (es trenca la barrera passiva), els epitelis poden actuar de forma activa i secretar substàncies capaces de matar els bacteris.

Alteració de l’ecologia natural del còlon pels tractaments antibiòtics

El còlon està colonitzat per una gran quantitat de bacteris comensals. Com que els antibiòtics provoquen la mort de molts d’ells, quan s’administren en elevades dosis es pot trencar l’equilibri entre els bacteris i nosaltres. Si en aquestes condicions entra un agent patogen, aquest predomina sobre els bacteris comensals i produeix toxines que causen l’erosió de la mucosa. Aleshores, hi

pot haver una invasió de microorganismes patògens, alhora que els neutròfils i els eritròcits passen entre les cèl·lules epitelials lesionades cap a l’interior de l’intestí.

Mecanismes inespecífics de defensa: proteïnes circulants

Sistema del complement

El sistema del complement està constituït per proteïnes circulants a la sang (de forma inactiva) que reconeixen la presència de microbis i n’activen l’eliminació. (Els mecanismes d’activació i els mecanismes efectors del sistema del complement s’estudiaran al tema 3.7)

No està format per cèl·lules, sinó que es tracta d’un conjunt de proteïnes amb activitat enzimàtica-proteolítica que s’activen en forma de cascada. El complement actua sobre microbis

5

lliures (via alternativa), microbis units a un anticòs (via clàssica) o microbis units a una lectina que es pot unir a sucres com ara la manosa (via de la lectina).

Actua sobre els patògens de diverses maneres:

• Lisi (pèptids antimicrobians): s’uneixen als bacteris i formen porus a la seva membrana, provocant la mort d’aquests per xoc osmòtic.

• Quimiotaxi (agents quimiotàctics, com les citocines o les quimiocines): atrauen els macròfags i les cèl·lules fagocitàries cap a la zona on hi ha la infecció.

• Opsonització (productes de degradació de proteïnes del complement o anticossos): envolten els bacteris i fan que siguin més “atractius” pels fagòcits (faciliten la unió dels bacteris, fent que siguin fagocitats més fàcilment).

Citocines i quimiocines

Les citocines són proteïnes extracel·lulars solubles (o glicoproteïnes petites) secretades per cèl·lules del sistema immunitari o pels epitelis i que donen un senyal d’alarma. Senyalitzen la presència d’una infecció, ja que atrauen i activen les cèl·lules fagocítiques perquè l’eliminació del patogen sigui més eficaç. Permeten la comunicació intracel·lular i regulen i coordinen moltes activitats de les cèl·lules del sistema immunitari innat. També produeixen modificacions sistèmiques, com un augment de la síntesi de les cèl·lules efectores i de les proteïnes que potencien les respostes antimicrobianes.

Participen en reaccions no específiques i reaccions immunològiques específiques que inclouen: inflamació, creixement cel·lular, diferenciació, desenvolupament i processos de defensa. Actuen a través de receptors específics.

També hi ha un grup de citocines amb funció inhibitòria de la resposta immunitària (IL10, TGF-β), com ja veurem més endavant.

Proteïnes de fase aguda

Proteïnes que apareixen al sèrum davant d’una agressió, normalment microbiana. Es sintetitzen a les cèl·lules sobre les quals actuen les citocines proinflamatòries (produïdes per les cèl·lules de la immunitat innata davant l’entrada d’un patogen) i poden tenir diverses funcions: microbicida, microbioestàtica, prevenció dels efectes nocius de la reacció inflamatòria pel propi organisme...

6

Exemples d’aquestes proteïnes, també anomenades pentraxines, són: proteïna C reactiva (PCR), amiloide sèric P (SAP), PTX3...

Mecanismes inespecífics de defensa: component cel·lular

Cèl·lules NK

Limfòcits de tipus innat responsables del reconeixement i destrucció de determinades cèl·lules tumorals i cèl·lules infectades per virus o agredides (mitjançant substàncies citotòxiques). Responen mitjançant la seva destrucció directa (tenen uns grànuls que s’alliberen quan les cèl·lules s’activen i permeten eliminar la cèl·lula) i la secreció de citocines inflamatòries, que ajuden els macròfags a digerir aquests microorganismes fagocitats (els limfòcits NK no fagociten directament!). alhora, l’expansió dels limfòcits NK i la seva activitat també es veuen estimulades per les citocines secretades pels macròfags i altres tipus cel·lulars (actuen com a factors de creixement).

Les cèl·lules NK les trobem a la sang i són freqüents als òrgans limfàtics i els seus precursors es troben a la medul·la òssia.

El reconeixement de les cèl·lules infectades i agredides pels limfòcits citolítics naturals i, per tant, l’activació dels limfòcits NK està regulada per un equilibri entre els senyals generats a partir dels receptors activadors i els inhibidors. Els receptors activadors dels limfòcits NK reconeixen grups heterogenis de lligands expressats per les cèl·lules que han patit una agressió, que estan infectades per virus o altres microbis intracel·lulars o que presenten una transformació maligna. En canvi, a les cèl·lules sanes els senyals activadors queden bloquejats per senyals inhibidors per tal d’impedir l’estimulació dels limfòcits NK i el seu atac contra les cèl·lules normals. Això és possible perquè els receptors inhibidors de les cèl·lules NK reconeixen les molècules de classe I del MHC, expressades en les cèl·lules pròpies sanes i sense infectar però amb una expressió molt reduïda en cèl·lules danyades o tumorals (els receptors i efectes són diferents que els dels limfòcits T, tot i que reconeixen la mateixa molècula). Aquesta especificitat dels receptors inhibidors dels limfòcits NK permet que el sistema immunitari innat pugui atacar les cèl·lules infectades que poden resultar invisibles pels limfòcits T, el reconeixement del qual requereix l’expressió del MHC, com ja veurem.

Cèl·lules efectores o fagocítiques

Els neutròfils, els macròfags (els seus precursors són els monòcits) i, en menor quantitat, les cèl·lules dendrítiques circulen pels vasos sanguinis i quan detecten una lesió surten dels vasos (extravasació) i es dirigeixen al teixit lesionat. Allà reconeixen microbis, que s’hi uneixen mitjançant receptors a la seva membrana cel·lular, i són internalitzats en vesícules intracel·lulars per la posterior eliminació del patogen (fagocitosi). Simultàniament, els neutròfils i macròfags

7

que han sortit dels vasos també secreten mediadors solubles que potencien l’arribada de més cèl·lules fagocítiques al lloc de la lesió.

El procés de fagocitosi és el següent: els macròfags i els neutròfils expressen uns receptors a la membrana que detecten i reconeixen nombrosos constituents bacterians, per poder-los ingerir de manera específica. La unió del bacteri al receptor activa la cèl·lula fagocítica, la qual inicia l’alliberació de citocines i de petits mediadors lipídics de la inflamació, alhora que es generen pèptids que es presenten als limfòcits T per posar en funcionament les respostes immunitàries adaptatives, com veurem més endavant.

Seguidament, el fagòcit endocita el bacteri (la membrana plasmàtica es redistribueix per la regió dels receptors al voltant del microbi fins que les prolongacions es tanquen i el fagòcit embolcalla el microorganisme amb la seva membrana) i forma una vesícula intracel·lular. Aquesta s’anomena fagosoma i és on té lloc la digestió del bacteri per diversos mecanismes (així, els mecanismes de destrucció que podrien danyar el mateix fagòcit queden aïllats de la resta de la cèl·lula):

• Fusió del fagosoma amb els lisosomes del fagòcit (vesícules amb enzims hidrolítics) formant el fagolisosoma, els enzims del qual eliminen el bacteri per mecanismes de lisi.

• Entrada de substàncies oxidants al fagosoma que degraden el bacteri: NO (a partir de l’arginina, per acció de la sintasa induïble del NO o NOSi) i ROS (espècies reactives de l’oxigen, resultat de la transformació de l’O2 per part d’oxidases transmembrana). Els enzims encarregats de les transformacions només s’expressen en fagòcits activats.

• Canvis de pH i osmolaritat dins el fagosoma que causen la mort del bacteri, ja que proporcionen les condicions òptimes per mantenir l’activitat dels enzims hidrolítics.

Les opsonines són unes substàncies produïdes per l’organisme hoste (anticossos, proteïnes del complement o lectines) que afavoreixen el procés de fagocitosi, ja que s’uneixen al patogen i fan que sigui més atractiu per les cèl·lules fagocítiques (tenen receptors que les reconeixen). El procés pel qual un microbi queda revestit amb la finalitat de marcar-lo per a la seva fagocitosi rep el nom d’opsonització.

8

Mecanismes de reconeixement de microorganismes de la immunitat innata

El sistema immunitari innat només reconeix una quantitat concreta de productes microbians, mentre que el sistema adaptatiu és capaç de reconèixer una col·lecció molt més àmplia de substàncies alienes, tinguin el seu origen en microorganismes o no.

Els components de la immunitat innata reconeixen estructures moleculars que comparteixen microbis de diferents classes (bacteris, virus, fongs, paràsits), molt conservades, essencials per la supervivència dels patògens i no presents a les cèl·lules hostes. Es tracta d’una especialització del sistema inespecífic.

Degut a aquesta especificitat cap a les estructures microbianes, el sistema innat és capaç de distingir allò propi de les estructures alienes, però ho fa d’una manera molt diferent a l’adaptatiu. En aquest, la distinció entre propi i exogen no es basa en una especificitat hereditària cap als microbis, sinó en l’eliminació o inactivació dels limfòcits específics pels antígens propis, com ja veurem.

El fet que el reconeixement sigui de productes fonamentals per a la supervivència dels microorganismes elimina les opcions dels patògens de desfer-se’n i garantitza que les dianes sobre les que actua el sistema innat es mantinguin (no possibilita els intents d’eludir el reconeixement inespecífic). En canvi, com veurem, els microorganismes poden patir mutacions o perdre els antígens reconeguts per la immunitat adaptativa (més a material complementari 1).

Aquestes estructures conservades dels patògens reben el nom de PAMPs (pathogen-associated molecular paterns) i són reconegudes pels PRR (patern-recognitions receptors). La unió PAMP-PRR pot comportar: fagocitosi del patogen, lisi de la cèl·lula diana i inflamació.

A part dels productes microbians, el sistema innat també pot reconèixer cèl·lules hostes que han estat agredides o lesionades, ja que expressen molècules que no tenen les cèl·lules sanes. Per aquest motiu, també es poden eliminar les cèl·lules que allotgen microbis sense necessitat que els productes microbians es trobin exposats.

Receptors de reconeixement de patrons

Una àmplia gamma de tipus cel·lulars expressen PRR i, per tant, participen a les respostes de la immunitat innata: neutròfils, macròfags, cèl·lules dendrítiques, cèl·lules endotelials, cèl·lules epitelials, limfòcits i altres tipus de cèl·lules. Són polimòrfics, estan molt conservats i són molt semblants entre diferents individus amb una distribució no clonal.

Els PRR poden tenir diverses naturaleses i es classifiquen segons aquesta i la seva localització (més a material complementari 2):

• Proteïnes de membrana: expressades a la superfície (membrana citoplasmàtica) dels fagòcits o altres components cel·lulars del sistema innat (els epitelis) o als seus compartiments intracel·lulars (endosoma).

• Proteïnes solubles: són secretades al medi extracel·lular. • Proteïnes intercitoplasmàtiques: localitzades al citoplasma

de les cèl·lules efectores.

9

MBL (mannose binding lectin) o lectina fixadora de manosa

Exemple de receptor de reconeixement de patrons soluble, molècula secretada que reconeix PAMPs i no s’uneix a les cèl·lules hostes. És una proteïna amb una hèlix col·làgena, dues hèlixs alfa i dominis de reconeixement de carbohidrats (a través dels quals es dóna la

interacció).

Els MBL s’uneixen amb gran afinitat als residus de manosa i fructosa abundants dels bacteris (que a més tenen una orientació determinada); en canvi, els residus de manosa i fructosa en les cèl·lules humanes són escassos i no tenen cap orientació específica.

PRRs citosòlics

• NLR (Nod - Like Receptors): Nod1, Nod2, NALP3. Reconeixen la presència de peptidoglicans bacterians (de les parets dels bacteris) al citoplasma.

• CARD (Caspase Activation and Recruitment Domain): RIG-1, MDA5. Reconeixen la presència de RNA viral al citoplasma.

La unió d’aquests PRRs amb els PAMPs activen els receptors i la resposta immunitària innata, de manera que hi ha un procés inflamatori i/o el macròfag que els conté respon fagocitant i eliminant el patogen.

TLR

Els receptors tipus toll o toll-like receptors (TLR) són una família de PRRs molt conservats i involucrats en la defensa antiinfecciosa de plantes, insectes i vertebrats. S’expressen a les membranes cel·lulars o intracel·lulars de molts tipus cel·lulars, ocupant un lloc essencial dins de la resposta immunitària innata a les infeccions.

Es caracteritzen per la presència de dominis extracel·lulars amb repeticions riques en leucines (LRR, leucine-rich repeats), un domini inracel·lular anomenat TIR (Toll/IL-1 receptor), molt semblants al que es troba al receptor de l’IL-1, i un domini transmembrana. El domini LRR interacciona amb el patogen (reconeixen les estructures conservades PAMPs), transmet la senyal al domini TIR i així envia un senyal d’alerta i una resposta que influeix a tot el sistema immunitari.

Van ser identificat per primer vegada en Drosophila (només presenta immunitat innata), on són essencials per a la diferenciació de l’eix dorsoventral i per a la inducció de síntesi de pèptids antimicrobians: drosomycin (antifúngic) o dpitericin (antibacterià). Els mutants de Drosophila eren més susceptibles a infeccions i, en aïllar els gens, es va veure que codificaven per TLR.

Als mamífers hi ha com a mínim 11 TLR diferents, amb diferents funcions de reconeixement, que juguen un paper molt rellevant a la immunitat innata (i també a l’adquirida). S’expressen a molts tipus cel·lulars, principalment de la immunitat innata: macròfags, cèl·lules dendrítiques, neutròfils, epitelis mucosos i cèl·lules endotelials; però també de l’adaptativa (limfòcits T i B).

Funcions de TLR

• Detecten i assenyalen la presència de patògens exògens (microbis) o endògens (heart shock proteins, àcid hialurònic...) a través de danger signals.

10

• Indueixen l’expressió de citocines inflamatòries (TNF, IL-1, IL-12), antivirals (IFNa/ß), quimiotàctiques (IL-8, MCP-1), molècules d’adhesió (E-selectina) i co-estimulatòries (CD80/86).

• Activen respostes adaptatives (mitjançades per limfòcits tipus Th1).

Les citocines són una forma de comunicació del sistema immune, que modulen la resposta adaptativa. Per tant, aquests receptors de la immunitat innata també participen en el control i orientació de la immunitat adaptativa.

Tipus de TLR

Segons el lloc de la cèl·lula on s’expressin, podem identificar diferents molècules:

• TLR de superfície: a la membrana plasmàtica, pel reconeixement de microorganismes extracel·lulars (bacteris). Exemples: TRL2, TLR4, TLR5.

• TLR endosomal: reconeixen patògens intracel·lulars (virus). Exemples: TLR3 (reconeix una doble cadena de RNA, que no correspon a l’organisme humà), TLR7, TLR9 (reconeix guanina-citocina, àcids nucleics metilats en mamífers però no en bacteris).

Via de senyalització de TLR

Tots els TLRs comparteixen una via de senyalització comuna amb IL-1R, que és dependent de la proteïna adaptadora MyD88, la quinasa IRAK i el factor TRAF6. TRAF6 activa NF-kB i les MAP quinases (JNK i p38). Les quinases amplifiquen el senyal (fosforilant altres molècules) i els factors de transcripció (inicialment citoplasmàtics) es desplacen al nucli, s’uneixen a l’ADN i activen la síntesi de proteïnes essencials per a la resposta immunitària.

11

Conseqüències de l’activació de TLR

Es posen en funcionament una sèrie de mecanismes de defensa:

• Generació de molècules antimicrobianes (defensines): s’uneixen als bacteris i els maten. • Producció de citocines inflamatòries: permeten la comunicació entre cèl·lules i donen el

senyal d’alarma. • Increment de la fagocitosi i presentació antigènica. • Modulació de la resposta adaptativa.

Teràpies immunomoduladores

Els TLR són dianes potencials per aquest tipus de teràpies:

• Antagonistes de TLR (realitzen el contrari de la funció natural del receptor): bloquegen la inflamació, s’utilitzen com a agents antiinflamatoris i pel tractament de la sepsi, en què la resposta immune està augmentada.

• Agonistes de TLR (agents que activen i disparen la funció natural del TLR): indueixen una major resposta immunitària, utilitzats coma adjuvants en vacunes (així, estimulen el sistema i incrementen la resposta a una vacuna sense cap efecte antigènic específic per ells mateixos).

Fagocitosi, complement i inflamació

Davant una agressió, responem amb una inflamació, caracteritzada per la coloració vermella, el dolor i l’augment de volum de la zona. En aquest procés se succeeixen diversos fenòmens:

1. Agressió externa o interna (infecció, lesió tissular): si es trenquen les barreres epitelials, com que no són passives, en pocs minuts es dóna la secreció de defensines (eliminen part dels patògens) i citocines (comunicació cel·lular).

2. Activació del sistema innat (complement, mastòcits i macròfags): totes les cèl·lules de sota la pell donen el senyal d’alarma perquè altres cèl·lules vagin al lloc de la lesió. Les opsonines fan els bacteris més “atractius” per les cèl·lules fagocitàries.

3. Alliberació de mitjancers de la inflamació (com les amines vasoactives, citocines i quimiocines): activen l’endoteli i alliberen mitjancers quimiotàctics.

4. Vasodilatació: amb l’activació de l’endoteli augmenten la permeabilitat capil·lar i el nombre de molècules d’adhesió de l’endoteli.

5. Migració leucocitària (també es pot anomenar quimiotaxi o extravasació leucocítica, més a material complementari 3): atracció de diverses cèl·lules fagocítiques al lloc de la lesió per eliminar el patogen, amb diferències en la capacitat per fagocitar (de major a menor: neutròfils, que surten del vas per diapedesi, macròfags i cèl·lules dendrítiques), acompanyades de l’extravasació de proteïnes sèriques (complement i anticossos).

6. Activació sistema adaptatiu (més tardanament): pels mecanismes explicats.

12

1.3 . Immunitat adquirida

La immunitat adquirida és més tardana que la innata (funciona al cap d’una o dues setmanes de contraure la infecció i d’exposar-se a l’antigen), però és més específica (dirigida a estructures moleculars no compartides pels diferents patògens) i efectiva contra les infeccions. La seva capacitat de resposta augmenta amb les infeccions repetides, ja que requereix un aprenentatge i té memòria.

Aquest tipus d’immunitat consisteix principalment en l’activació dels limfòcits T (encarregats de la resposta cel·lular i la secreció de citocines que actuen com a comunicadors intercel·lulars) i els limfòcits B (per la resposta humoral o producció d’anticossos).

Característiques fonamentals

Totes les respostes immunitàries adaptatives (humorals i cel·lulars) posseeixen una sèrie de propietats fonamentals que reflecteixen les característiques dels limfòcits encarregats de la seva producció. Aquestes permeten que el sistema desenvolupi una resposta per destruir un antigen sense necessitat d’haver-hi estat en contacte prèviament:

• Especificitat i diversitat. Les respostes immunitàries són altament específiques enfront els diferents antígens. Els elements dels antígens que són reconeguts específicament per determinats limfòcits s’anomenen determinants o epítops. Aquesta alta especificitat es dóna perquè cada limfòcit expressa receptors de membrana capaços de discernir diferències subtils a l’estructura de dos antígens diferents. El nombre total d’especificitats antigèniques que presenten els limfòcits d’una persona (repertori limfocític) és elevadíssim. Es calcula que el SI de cada individu és capaç de distingir entre 107 i 109 epítops diferents i respondre davant d’aquesta gran varietat. Aquesta propietat que caracteritza al repertori limfocític s’anomena diversitat, i es produeix com a conseqüència de la variabilitat que posseeix l’estructura dels llocs d’unió antigènics als receptors limfocítics destinats als antígens. Altrament dit: existeixen molts clons diferents de limfòcits que difereixen en l’estructura del seus receptors pels antígens i, per tant, en la seva especificitat pels antígens.

• Memòria. L’exposició del sistema immunitari a un antigen afavoreix la seva capacitat per respondre de nou a aquest mateix antigen. Les respostes a aquesta segona exposició i a les successives (respostes immunitàries secundàries), acostumen a ser més ràpides i àmplies que la primera resposta immunitària, i sovint són qualitativament diferents. La memòria immunitària es deu, en part, a que cada exposició repetida a un antigen amplia el clon de limfòcits dirigits cap a ell. A més, l’estimulació dels limfòcits verges per un antigen dóna origen a les cèl·lules de memòria (longeves). Aquestes, després de ser activades, romanen a l’organisme i posseeixen unes característiques especials per augmentar l’eficiència en la resposta corresponent i en l’eliminació de l’antigen, per sobre del que succeeix en aquells limfòcits verges sense una exposició prèvia. Ex: els limfòcits B memòria sintetitzen anticossos que s’uneixen als antígens amb una afinitat superior que els produïts en les respostes primàries.

• Expansió clonal. Els limfòcits experimenten una considerable proliferació després de la seva exposició a un antigen determinat. Així doncs, el terme expansió clonal fa referència a un augment de la quantitat de cèl·lules que expressen receptors idèntics enfront al mateix antigen, i que per tant pertanyen a un mateix clon. Aquesta propietat permet una resposta més eficient per tal de combatre l’antigen.

13

• Autoregulació (homeòstasis). Totes les respostes immunitàries normals disminueixen amb el pas del temps, de tal manera que el sistema immunitari recupera el seu estat basal de repòs i és capaç de reaccionar a l’entrada de nous antígens.

• Tolerància. Una de les propietats més destacades del sistema immunitari és la seva capacitat per reconèixer molts antígens estranys, respondre a ells i eliminar-los sense reaccionar agressivament contra substàncies antigèniques del propi individu (proteïnes). La insensibilitat enfront les cèl·lules i teixits propis s’anomena tolerància i, si aquesta es trenca, és quan apareixen les malalties autoimmunes.

La següent gràfica exemplifica les característiques del sistema immune (especificitat, memòria i autoregulació): mostra la quantitat d’anticossos en sang al llarg del temps (en setmanes) davant l’entrada de dos antígens diferents. Quan s’injecta l’antigen A, l’organisme respon amb una proliferació d’anticossos al cap de dues setmanes que arriba a un llindar i s’autoregula (resposta primària). Si posteriorment injectem els antígens A i B, la resposta a l’A serà molt més ràpida i elevada quantitativament (resposta secundària), mentre que l’antigen B experimentarà una resposta primària amb les mateixes característiques que la primària de l’antigen A.

Tots aquests trets de la immunitat adaptativa són necessaris perquè el sistema immune funcioni òptimament. L’especificitat i la memòria ens permeten organitzar una resposta major si es tracta d’una estimulació persistent o recurrent amb el mateix antigen; i, per tant, ens permeten combatre les infeccions prolongades o les contretes repetides vegades. La diversitat resulta fonamental si volem que el sistema protegeixi a les persones contra els nombrosos patògens possibles presents al medi. L’autoregulació, o contenció de la resposta, permet que el sistema recuperi el seu estat de repòs després d’eliminar cada antigen i es trobi preparat per respondre enfront altres antígens. Per últim, l’autotolerància és vital per impedir les reaccions agressives contra les pròpies cèl·lules i teixits.

Característica Importància funcional

Especificitat Garanteix que els diferents antígens despertin respostes específiques.

Diversitat Deixa que el SI respongui a una gran varietat d’antígens.

Memòria Dóna lloc a una amplificació de les respostes després de repetir-se l’exposició la mateix antigen

Expansió clonal Augmenta la quantitat de limfòcits específics d’un antigen per seguir el ritme dels microbis

Autoregulació Permet que el SI respongui al contacte amb antígens nous

Tolerància Evita la lesió de l’hoste durant les respostes als antígens estranys.

Les característiques de les respostes immunitàries adaptatives són fonamentals perquè el SI compleixi les seves funcions.

14

Tipus de respostes immunitàries adaptatives

Existeixen dos tipus de respostes immunitàries adaptatives en les que intervenen components diferents del sistema immunitari i que serveixen per eliminar microbis de diferents tipus.

Immunitat humoral

Intervenen els anticossos, produïts pels limfòcits B i presents a la sang, les secrecions mucoses i la llet materna. Aquestes molècules reconeixen als antígens de manera específica, neutralitzen la capacitat infecciosa dels microorganismes i els marquen, com una diana, per la seva eliminació per diversos mecanismes efectors. És el principal mecanisme de defensa contra els microbis extracel·lulars i les seves toxines.

Immunitat cel·lular

Els microbis intracel·lulars (virus i alguns bacteris) poden sobreviure i proliferar a l’interior dels fagòcits o altres cèl·lules de l’hoste, on els anticossos circulants no poden arribar. La defensa contra aquestes infeccions correspon a la immunitat cel·lular, duta a terme pels limfòcits T. Aquests promouen per diversos mecanismes la destrucció de les cèl·lules infectades. S’activen a través de les cèl·lules presentadores d’antígens i es diferencien en:

• Limfòcits T helper (o col·laboradors): actuen sobre els microorganismes fagocitats per macròfags, activant aquests leucòcits per tal que destrueixin els patògens que contenen (mitjançant la secreció de citocines).

• Limfòcits T citotòxics (citolítics o cèl·lules T efectores): actuen sobre microorganismes intracel·lulars, eliminant les cèl·lules infectades per virus de forma específica (no com els limfòcits NK, que ho fan de manera inespecífica) i, així, els reservoris de la infecció.

• Limfòcits T reguladors: ajuden a frenar la resposta immunitària (tant adaptativa com, en conseqüència, innata) en el moment i lloc adequat mitjançant la secreció de citocines.

Immunitat passiva i immunitat activa

Immunitat activa

Tipus d’immunitat que es produeix per l’exposició a un antigen estrany, en què la persona duu a terme resposta activa contra l’antigen (generació de limfòcits). És específica i té memòria.

Exemples: resposta a les infeccions (immunitat natural) o a les vacunes (immunitat artificial).

Immunitat passiva

Una persona també pot adquirir immunitat mitjançant la transferència d’un sèrum o de limfòcits des d’un altre individu dotat d’immunitat específica. L’individu receptor d’aquesta transferència es torna immune a l’antigen específic (els anticossos neutralitzen el patogen) sense haver estat mai exposat a aquest. La immunització passiva és un mètode útil per donar lloc a una resistència amb rapidesa, sense haver d’esperar al desencadenament de la resposta immunitària primària. Aquesta és específica, però no té memòria (només mentre es conserven els anticossos exògens).

15

Exemples: pas dels anticossos materns al fetus a través de la placenta o al nadó per mitjà de la llet, que els permet combatre les infeccions abans d’adquirir la capacitat de fer-ho per ells mateixos (immunitat natural) i també el cas de la seroteràpia antitetànica (immunitat artificial).

Mecanismes efectors. Fases de les respostes immunitàries específiques

La resposta immune adaptativa necessita un cert temps per funcionar, ja que els limfòcits han de passar per una sèrie de fases perquè aquesta sigui potent i eficaç:

• Fase de reconeixement (o selecció clonal): un limfòcit B reconeix específicament un antigen (mitjançant un receptor clonotípic de membrana) i s’activa.

• Fase d’activació: es dóna la diferenciació dels limfòcits a mesura proliferen, en un procés conegut com a expansió clonal. El limfòcit activat es divideix en limfòcits idèntics que reconeixen el mateix antigen (tenen el mateix receptor), mentre les cèl·lules adquireixen noves capacitats. La proliferació dura uns dies i es manté fins que s’arriba a un nombre suficient de limfòcits per eliminar els patògens. Gràcies a aquest procés, al final disposem de cèl·lules plasmàtiques (o cèl·lules efectores activades), que secreten anticossos cap a l’exterior, i cèl·lules de memòria (en quiescència), amb possibilitat de tenir una resposta més alta davant un possible segon contacte amb el mateix antigen.

• Fase efectora: té lloc l’eliminació del patogen i hi intervenen altres factors innats, com el sistema del complement o la fagocitosi (mitjançant macròfags, neutròfils...).

16

Interaccions cel·lulars. Interrelació entre la immunitat innata i l’adquirida

Hi ha una interacció entre els dos tipus d’immunitat:

• Els fagòcits (innats) posen en marxa les respostes immunitàries adaptatives, ja que presenten l’antigen als limfòcits T, activant-los.

• Els limfòcits (adaptatius) potencien les respostes immunitàries innates, ja que estimulen els fagòcits amb les seves secrecions d’anticossos (limfòcits B) i citocines (limfòcits T).

L’estimulació de la resposta adaptativa per part del sistema immunitari innat, que consisteix en l’activació dels limfòcits, es dóna en forma de dos senyals (que alhora permeten una major regulació del sistema):

• Primer senyal: contacte i reconeixement específic de l’antigen per part del receptor del limfòcit T o B (interacció directa), juntament amb la presentació de l’antigen (realitzada per diverses cèl·lules: macròfags, cèl·lules dendrítiques..., com ja veurem).

• Segon senyal: a través de molècules co-estimuladores (tant solubles com de membrana) o moduladores, induïdes pel sistema innat durant el reconeixement del patogen. Activen les cèl·lules per tal que es produeixi la proliferació i diferenciació dels limfòcits. Aquest segon senyal és necessari per la correcta activació de la immunitat adquirida.

Les cèl·lules presentadores d’antígens (APC), que han interaccionat amb l’antigen, el presenten a les cèl·lules T col·laboradores (Th) i les activen. Els limfòcits Th secreten citocines (elements de comunicació intracel·lular), que interaccionen amb altres limfòcits i permeten així coordinar la resposta immunitària:

• Limfòcits B: els activen per tal que produeixin anticossos.

• Limfòcits T citotòxics (Tc): els activen perquè matin les cèl·lules infectades.

17

Fracàs del sistema immunitari

En cas d’alteracions del sistema immunitari es poden produir:

− Immunodeficiències: els limfòcits T col·laboradors estan afectats, de manera que es poden produir infeccions oportunistes per part de qualsevol antigen aliè (virus).

− Malalties autoimmunes: per una pèrdua de tolerància es reconeixen elements del nostre organisme com a estranys, de manera que el sistema immune actua sobre un autoantigen (propi).

− Al·lèrgies: al·lèrgens aliens entren a l’organisme i desencadenen una resposta immune excessiva.

− Aloimmunitat: rebuig derivat dels transplantaments (aloantígens aliens).

18

MATERIAL COMPLEMENTARI DEL BLOC A1:

1. Diferències entre immunitat innata i adaptativa:

2. Famílies de receptors de reconeixement de patrons:

19

3. Extravasació leucocítica:

Els neutròfils i monòcits són atrets des de la sang cap als focus infecciosos, travessant la paret vascular, per la seva unió a les molècules d’adhesió localitzades a la superfície de les cèl·lules endotelials i pels factors quimiotàctics produïts arran de la infecció. És un procés multifàsic:

− Rodament dels leucòcits sobre l’endoteli: com a resposta a l’aparició de microbis i a la secreció de citocines, augmenta l’expressió d’unes proteïnes anomenades selectines a la superfície de les cèl·lules endotelials que revesteixen els vasos del focus infecciós. Les cèl·lules immunitàries s’hi fixen mitjançant lligands per les selectines i formen unions de baixa afinitat i ràpida dissociació, que es trenquen amb facilitat per la força que hi exerceix el flux sanguini. Així, els leucòcits es van unint i desprenent, tot rodant per la superfície endotelial.

− Augment de l’afinitat de la integrines per acció de les quimiocines: les quimiocines originades al focus infecciós es transporten a la superfície luminal de l’endoteli dels vasos de la zona, on s’uneixen a receptors específics de la membrana dels leucòcits en rodament i estimulen la quimiotaxi de les cèl·lules. En concret, augmenten l’afinitat de les integrines pels seus lligands i la seva agregació a la superfície cel·lular, augmentant d’aquesta manera la unió entre els leucòcits i la superfície endotelial.

− Adhesió dels leucòcits a l’endoteli per integrines estables: paral·lelament a l’activació i augment de l’afinitat per les integrines, les citocines també afavoreixen l’expressió dels seus lligands (VCAM-1 i ICAM-1). El resultat d’aquests canvis és la unió ferma dels leucòcits a l’endoteli, la reorganització del seu citoesquelet i la seva expansió sobre la superfície endotelial.

− Transmigració dels leucòcits a través de l’endoteli: les quimiocines actuen sobre els leucòcits adherits i estimulen la migració cel·lular a través dels espais interendotelials cap al focus d’infecció. L’acumulació de cèl·lules en aquests teixits representa un dels components principals de la inflamació.