Inmunidad y Mucosas CBCC6 Departamento de Inmunobiología Setiembre de 2012 Diferentes tipos de mucosas presentes en el organismo • • • Un adulto posee aproximadamente 400 m2 de superficie mucosa. Esta superficie está densamente poblada con microorganismos comensales y también patógenos. Las mucosas disponen de mecanismos efectores de la inmunidad innata y adaptativa diseñados para hacer frente a estos desafíos Muertes anuales a nivel mundial por infecciones de mucosas Inf. respiratorias agudas (4 millones) Diarreas (1.8 millones) Tuberculosis (1.5 millones) HIV (2.9 millones) Sarampión (600.000) Hepatitis B (103.000) Tos convulsa (coqueluche) (294.000) La mayoría de las enfermedades infecciosas afecta directamente o son adquiridas a través de las mucosas gastrointestinales, respiratorias y/o genitourinarias. Generalidades del Sistema Inmune Mucoso 1. El sistema inmune de las mucosas representa el componente más complejo y numeroso a nivel celular de todo el sistema inmune: • Se enfrenta a un conjunto de antígenos y microorganismos mayor al encontrado en otros sitios. • Debe discriminar entre microorganismos patógenos, la flora comensal y antígenos inócuos presentes en las proteínas de la dieta. 2. En las mucosas existe una modulación fina de la respuesta inmune que tiene como objetivos: • Inducir tolerancia local frente a antígenos inócuos • Generar una fuerte respuesta frente a microorganismos patógenos 3. En la mucosa del intestino se concentran más del 80% de los linfocitos totales del organismo. El sistema inmune mucoso del intestino es el más estudiado El epitelio intestinal compuesto de una única capa de células epiteliales separa el medio interno de la luz densamente poblada de microorganismos Mecanismos que evitan el acceso de bacterias a la superficie apical del epitelio • Flora comensal • Mucinas • Péptidos antimicrobianos • IgA secretoria • Descamación epitelial (1011células/día) • Continuidad del epitelio Continuidad del epitelio: Primera barrera frente a los agentes infecciosos. Unión estrecha o zónula occludens (ocludina y claudinas) responsables de la polaridad del enterocito Unión adherente o zónula adherens (E-cadherina y bcatenina) Desmosoma o mácula adherens (desmocolina y desmogleína) • • TNF- e IFN- “relajan” las uniones estrechas incrementando su permeabilidad. IL-10 y TGF- incrementan la resistencia al pasaje de macromoléculas. Flora comensal: Actúa como barrera frente a los agentes infecciosos. • Estrecha relación colaborativa a través de millones de años de coevolución. • Se adquiere luego del nacimiento y alcanza una densidad de 1012 bacterias/mL en el colon con aprox. 500 especies diferentes • Colaboran en la digestión de hidratos de carbono. • Participan en la maduración de las células epiteliales. • Desarrollo y maduración de órganos linfoides asociados con la mucosa intestinal. • Protegen frente a patógenos mediante competencia por los nutrientes y activación de mecanismos inmunes. FLORA COMENSAL EMBO reports (2006) 7, 688–693 Seminars in Immunology 19 (2007) 94–105 Las bacterias colónicas representan el 60% masa de materia fecal Secreciones mucosas producidas por el epitelio. • • • • • • Secreciones mucosas: 10-700 μm. Mucinas de alto peso molecular. Las células de Goblet son las principales productoras de mucinas 8 genes diferentes codifican para mucinas (MUC1 a MUC8) Presentan permeabilidad selectiva Glucocálix (mucinas integradas a la cara apical del epitelio + enzimas degradativas) 1. Dificultan el acceso del patógeno a la célula epitelial 2. “Barre” el patógeno al exterior 3. Bloquea receptores expresados por los patógenos Secreciones mucosas producidas por el epitelio. Secreciones mucosas producidas por el epitelio. Las cilias del epitelio respiratorio barren contínuamente el moco pulmonar hacia la faringe (5 a 10 cm/min) Péptidos antimicrobianos producidos por el epitelio. 1. Tanto los enterocitos como las células de Paneth secretan constitutivamente péptidos antimicrobianos que quedan embebidos en las secreciones mucosas. 2. La unión de PAMPs a TLRs epiteliales incrementa notablemente su producción. 3. Los péptidos antimicrobianos comprenden • Defensinas • Catelicidinas 4. La lisozima es una enzima que hidroliza peptidoglicanos de la pared celular bacteriana. 5. La lactoferrina se une al hierro privando a los microorganismos del mismo; tiene un efecto lítico directo sobre diferentes agentes patógenos; y también presenta actividad inmunomoduladora activando a neutrófilos, macrófagos y células NK. Mecanismos inmunitarios innatos que actúan cuando patógenos llegan a las células epiteliales. 1. Frente a una agresión infecciosa las células epiteliales producen citoquinas y quimioquinas: • CXCL8 (IL-8): atracción de neutrófilos al sitio de infección que fagocitan bacterias • IL-1 e IL-6, atraen leucocitos, estimulan fagocitos, activan mastocitos. • GM-CSF, prolonga sobrevida de neutrófilos, eosinófilos, monocitos y macrófagos • IL-7 e IL-15, promueve supervivencia y funcionalidad de células T presentes en mucosas. 2. Macrófagos localizados en lamina propia: • alta capacidad fagocítica y microbicida • limitada capacidad de producir citoquinas y quimioquinas inflamatorias • alta capacidad de producir factores de crecimiento usados en la reparación del epitelio lesionado. Activación de las células epiteliales: un fenómeno estrictamente regulado. El patrón de expresión de TLRs por el enterocito presenta las siguientes características particulares: • Es baja en condiciones basales (ausencia de infección) • TNF- e IFN- aumentan expresión de TLR4 • IL-4 e IL-13 la disminuyen • TLR3, 4 y 5 se expresan preferencialmente en la membrana basolateral de los enterocitos (se encuentran con su ligando si la continuidad epitelial está comprometida) • La funcionalidad de TLRs también está polarizada, estimulos vía membrana apical no activan respuestas proinflamatorias (si lo hacen vía basolateral) Organización del Sistema Inmune adaptativo en las mucosas El conjunto de linfocitos y estructuras linfoides en mucosas recibe el nombre de MALT (Tejido Linfoide Asociado a las Mucosas) Comprende a: • • • • • • • GALT: tejido linfoideo asociado al tracto gastrointestinal BALT: tejido linfoideo asociado al árbol bronquial NALT: tejido linfoideo asociado al tracto nasofaríngeo Tejidos linfoideos asociados a glándula mamaria Tejidos linfoideos asociados a glándulas salivares y lagrimales Tejidos linfoideos asociados a órganos génito-urinarios Tejidos linfoideos asociados al oído interno Localización de las diferentes poblaciones linfocitarias en los GALTs • LT y B vírgenes: circulación, Placas de Peyer, ganglios mesentéricos, folículos linfoides • Plasmocitos productores de IgA en: Lámina propria • LT CD4+ efectores y memoria en: Lámina propria e inmersos en el epitelio (LIE) • LT CD8+ inmersos en el epitelio (LIE) • LT inmersos en el epitelio (LIE) Sitios Inductivos y Efectores en el GALT Sitios Inductivos: (estructuras donde los LT y B vírgenes se activan) • Placas de Peyer • Ganglios Mesentéricos • Folículos linfoides aislados en la lámina propia Sitios Efectores: (donde se ubican las células inmunes efectoras) • Epitelio • Lámina propia Sitios Inductivos: placas de Peyer Las Placas de Peyer son órganos linfoides secundarios que están cubiertas por un Epitelio Asociado a Folículos (FAE) que contiene células especializadas (M) Las células M cubren del 10 al 20% de la superficie de los FAE y su principal función consiste en la translocación de antígenos desde la luz intestinal hacia la lámina propia Las células M y su microentorno celular Las células M tienen: • Alta capacidad endocítica • Escasa actividad degradativa en el compartimiento endosómico • Glucocálix escaso • No expresan receptores de IgA Estructura de las Placas de Peyer Ingreso del Antígeno en los Sitios Inductivos y Efectores del GALT Los antígenos pueden ingresar desde la luz intestinal a la lámina propia por 3 mecanismos diferentes: • A través de los enterocitos • A través de las células M • A través de prolongaciones de las células dendríticas Ingreso de Microorganismos a través de las células M • Algunos patógenos utilizan a las células M para establecer una infección y diseminarse con rapidez Las Células Dendríticas activan a los Linfocitos T vírgenes en el GALT y también determinan el perfil efector de las células T CD4+. La activación de los LT vírgenes en el GALT induce patrones específicos de migración (homing) caracterizado por la expresión de: • integrina 47 (que une MadCam-1) y CCR9 (receptor de CCL25) lo cual condiciona retorno a lámina propia de la mucosa intestinal • Integrina E7 (se une a E-cadherina) lo cual condiciona unión a células epiteliales (linfocitos intraepiteliales, LIE) Las células dendríticas determinan el perfil de “homing” de las células T efectoras Activación de LT vírgenes en el GALT, su diferenciación y adquisición de patrones de asentamiento diferenciales Interacciones que permiten a las células T efectoras o TME acceder a la lámina propia Propiedades funcionales de los Linfocitos Intraepiteliales (LIE) • Primera línea de defensa en el intestino • Exhiben actividad citotóxica: destruyen células epiteliales “estresadas” o dañadas, preservando la integridad del epitelio. • Modulan la cinética de renovación de células epiteliales • Secretan citoquinas antiinflamatorias que contribuyen al desarrollo de mecanismos tolerogénicos • Juegan un rol regulatorio en la tolerancia a antígenos dietarios Fenotipo de los LIEs TCR y CD8 (>80% TCR ) : CD8 efectoras / memoria convencionales TCR y CD8 (<20% TCR ) : en ratón producen TGF-b e IL-10 TCR y CD8b (=60% TCR) : reconocen MICA/B con el receptor NKG2D TCR y CD8 (=40% TCR) : no se ha definido aún en el hombre Las células dendríticas del GALT ponen en marcha un conjunto de mecanismos tendientes controlar la respuesta frente a microorganismos comensales y antígenos dietarios • induciendo la deleción o inactivación de células T contra estos microorganismos y antígenos • Produciendo citoquinas anti-inflamatorias: IL-10 y TGF-β • induciendo la expansión de Treg naturales • induciendo la diferenciación de células T CD4+ en células T regulatorias inducibles Modulación de la respuesta T CD4+ en mucosa intestinal TSLP linfopoietina PgE2 Otros RRPs IL-10 TGF-β PAMPs IDO Àcido retinoico Trends Immunol 29:41, 2007 TSLP • Inhibe producción de IL-12 (Th1) (linfopoyetina del • Inhibe producción de IL-23 (Th17) estroma tímico) • Estimula IL-10 y TGF-b Activación de LB vírgenes en el GALT TGF- Cel. dendrítica IgA La activación del LB en el GALT lo condiciona a: • Cambiar de clase preferencialmente a IgA • Expresar moléculas de homing específicas para mucosas Expresión de integrinas y receptores de quimiocinas que regulan el “homing” de los plasmoblastos IgA Propiedades de la IgA secretoria Características relevantes de la IgA secretoria • Resistencia a proteasas intestinales • No es efectora de inflamación • Una fracción significativa (20-40%) de la IgA secretoria en mucosas proviene de células B1 de peritoneo Mecanismos de protección por IgA secretoria en las mucosas • Neutraliza receptores virales y bacterianos previniendo la infección • Neutraliza toxinas • Inhibe la absorción de antígenos y alergenos • Inhibe las acciones inflamatorias de anticuerpos IgG e IgM • cc >1mg/ml en secreciones mucosas Switch a IgA promovido por TGF-, IL-5 e IL-10 Transporte de la IgA a través del epitelio IgM