Bases Morfológicas del Sistema Inmunitario Tema 2: Bases Morfológicas del Sistema inmunitario ­ Células del sistema inmunitario: Origen, Morfología y función. ­ Órganos linfoides primarios y secundarios. Breve reseña Ontogénica ­ Recirculación linfocitaria ­ Moléculas de Adhesión Las células del sistema inmunitario se pueden dividir en tres grandes grupos: 1.­ Las células presentadoras de antígenos, Son las células que capturan y exponen los antígenos. 2.­ Las células que reconocen y responden de forma específica a antígenos extraños 3.­ Las células efectoras, que serian las encargadas de la destrucción final de los agentes patógenos La pertenencia a uno de los grupos no excluye la posibilidad de poder ser incluidas en otro. Todas las células del S.I. y el resto de las células sanguíneas, como glóbulos rojos y plaquetas, proceden de un único tipo celular existente en la médula ósea denominada CELULA PLURIPOTENCIAL (STEM CELL). La división de estas tiene lugar de una forma poco corriente, pues en lugar de dar lugar a una progenie idéntica, se dividen de manera funcionalmente asimétrica, de forma que una de las células hijas es y seguirá siendo igual que la célula madre manteniéndose el número de células pluripotenciales. Pero, la segunda célula hija, se diferencia, primero en la denominada “Unidad formadora de Colonias” que a su vez dará lugar a las células precursoras (Eritroide, Mieloide y Linfoide), de las que derivaran los diferentes tipos de células hematopoyéticas. El progenitor mieloide, es el precursor de los macrófagos, mastocitos y la serie granulocitica del sistema inmune. El progenitor linfoide dará paso a las diferentes líneas de linfocitos Macrófagos Están distribuidos por todos los tejidos y juegan un papel primordial en la Inmunidad innata, a través de la fagocitosis. Proceden de los Monocitos. Estos se forman en la médula ósea y entran en la circulación periférica (sangre), aún sin diferenciar. La maduración de estos tiene lugar cuando pasan a los tejidos convirtiéndose en Macrófagos. Durante el proceso de activación experimentan un gran aumento del citoplasma, (células epiteloides). Incluso, en algunos casos, se fusionan varios de ellos para dar lugar a células gigantes multinucleadas. Una vez en los tejidos, los macrófagos adoptan diferentes nombres en función del tejido donde se asienten. Entre sus funciones principales destacan: .­ Citocida Documento5 01/03/2007 Pag..1.9 Bases Morfológicas del Sistema Inmunitario .­ Presentación de antígenos .­ Eliminación de Inmunocomplejos .­ Liberación de citoquinas .­ Fagocitosis Mastocitos Proceden igualmente de la línea mieloide. Residen fundamentalmente en las mucosas y tejidos epiteliales, cerca de los vasos, estando presentes en todos los tejidos vascularizados, excepto SNC y retina. Son uno de los principales mediadores en la respuesta alérgica, al expresar receptores de alta afinidad para IgE. Granulocitos Los granulocitos, o polimorfonucleares, se denominan así por presentar granulaciones en su citoplasma y núcleos lobulados de formas diversas. Hay tres tipos; Neutrófilos. Son los más abundantes, pero tienen una vida media muy corta. Su función principal es la fagocitaria y son los componentes más importantes de la respuesta inflamatoria aguda al responder muy rápidamente a los estímulos quimiotácticos. Sus gránulos citoplasmáticos contienen numerosas sustancias microbicidas. La principal diferencia, en cuanto a la función fagocitica entre los neutrofilos y los macrófagos, es que los primeros mueren tras la fagocitosis, siendo los componentes principales del pus; en cambio los macrófagos son células de vida larga Eosinófilos. Son abundantes en los infiltrados celulares de la inflamación tardia. Expresan en su superficie receptores para la IgE, y por ello son particularmente eficaces contra infecciones que estimulan la producción de este anticuerpo como los helmintos. De hecho, estos parásitos son mas eficazmente destruidos por las proteínas especializadas de los eosinófilos (proteína básica principal y proteína cationica eosinofilica) que por las lisoenzimas de neutrófilos y macrófagos. El crecimiento y diferenciación de los eosinófilos es estimulado por una citoquina (IL­5). Basófilos, tienen una acción muy similar a la presentada por los mastocitos, y como estos expresan receptores de alta afinidad para la IgE. Linfocitos Provienen de los progenitores linfoides. Son las únicas células del organismo capaces de reconocer específicamente diferentes determinantes antigénicos y responsables de las dos principales características del sistema inmunitario, como son la especificidad y la memoria. Hay dos clases fundamentales de Linfocitos: Los linfocitos B y los linfocitos T. Los linfocitos B, una vez activados se transformaran en plasmocitos productores de anticuerpos, siendo las únicas células capaces de producirlos. Los linfocitos T, se subdividen en tres poblaciones Th, Tc y Tr). Se diferencian por que las tres presentan Documento5 01/03/2007 Pag..2.9 Bases Morfológicas del Sistema Inmunitario diferentes moléculas en su superficie. Los linfocitos que presentan en su superficie el complejo CD4, se denominan CD4+ o linfocitos T helper (LTh) y son esenciales para la activación de otras células como linfocitos B y macrófagos. Los CD8+ o linfocitos T citotóxicos (LTc) son los encargados de la destrucción de células alteradas o infectadas por organismos intracelulares. Los Linfocitos Tr, median la regulación de la respuesta inmunitaria. Existen varias subpoblaciones de linfocitos supresores. El receptor del linfocito B (BCR), es un anticuerpo anclado a la membrana. Una vez activado ese linfocito B secretara un anticuerpo con la misma especificidad. Tanto los linfocitos B como los T se originan en la médula ósea, pero solo maduran en ella los linfocitos B. Los linfocitos T, migran al Timo, de ahí su nombre, para madurar. Otro tipo de células linfoides que carecen de receptor específico son las denominadas células NK, y que serán objeto de un tema específico mas adelante. Órganos linfoides Pueden dividirse en: 1.­ Primarios o centrales que son aquellos en los que se producen y maduran los linfocitos, es decir la médula ósea y el timo. .­ Médula Ósea : La médula ósea es un tipo de tejido que se encuentra en el interior de los grandes huesos, sobre todo de los centrales del cuerpo como cráneo, vértebras (hueso irregular), costillas, esternón, cintura escapular y pelvis. Es donde se producen la generación, (Hematopoyesis), de todas las células sanguíneas y dentro de ellas, como es lógico, los linfocitos a partir de la célula Madre pluripotencial y donde maduran, en los mamíferos las células B. En la pubertad la hematopoyesis tiene lugar principalmente en el esternón, las vértebras y las costillas. La proliferación y maduración en la médula ósea de las células precursoras es estimulada por citoquinas, que reciben, en general el nombre de factores estimuladores de colonias (CSF). .­ Timo: Es un órgano bilobulado situado en el mediastino anterior. Es el lugar donde maduran los linfocitos T. Esquemáticamente presenta, la corteza, rica en Linfocitos T y la médula escasamente poblada de linfocitos. Dispersas por el timo existen diversos tipos de células epiteliales así como células dendríticas y macrófagos. Los linfocitos del Timo, llamados timocitos, se encuentran en diversos estados de maduración. En el proceso de maduración, solo son seleccionados para sobrevivir aquellos que no reconocen a los antígenos propios, por tanto solo lo harán frente a antígenos extraños (Selección negatriva). En su proceso de maduración los precursores se pueden distinguir por la expresión de diferentes moléculas en su superficie como son la CD44, CD25, CD3, CD4 y CD8. La mayoria de los timocitos (98%) mueren durante este proceso de maduración. Los macrofagos del timo eliminan continuamente las células muertas que no han completado su maduración. El timo presenta su máxima actividad en la juventud, produciéndose posteriormente su involución que se completa, aproximadamente, a los 30 años. 2.­ Secundarios o periféricos. Donde comienza la respuesta inmune adaptativa. Los Documento5 01/03/2007 Pag..3.9 Bases Morfológicas del Sistema Inmunitario agentes patógenos penetran en el organismo por muy diversas vías, pero al final van a ser dirigidos hacia los órganos linfoides secundarios donde se van a encontrar con los linfocitos. Los principales órganos linfoides secundarios serían: Ganglios linfáticos: El sistema inmunitario no inicia una respuesta inmunitaria adaptativa en los innumerables sitios en los que se puede establecer una infección, sino que captura parte de ese patógeno y lo conduce a los tejidos linfoides secundarios organizados Ganglios, Bazo y tejido linfoide. Los ganglios, son estructuras linfoides muy especializadas, donde, convergen los líquidos extracelulares. De esta manera, los antígenos que penetran por la piel u otras vías, terminan en los vasos linfáticos, siendo así, transportados a los ganglios. De esta manera, el Sistema linfático proporciona el mecanismo básico de recolección de antígenos. El ganglio, internamente esta constituido por una corteza externa, en las que hay agregados de células constituyendo los folículos. Dentro de estos existen los folículos primarios, que son aquellos en los que se encuentran los linfocitos B en reposo. Cuando entran en contacto con el antígeno se transforman en los folículos secundarios donde se desarrolla el Centro Germinal. En este Centro germinal se produce la maduración y diferenciación de los linfocitos B hasta células plasmáticas, o o células de memoria que quedan en su mayoría retenidas en el ganglio o migrando, en su gran mayoría hacia la médula osea. La parte mas interna del ganglio contiene la médula con linfocitos y fagocitos mononucleares. La linfa que penetra en el ganglio, se filtra a través de la corteza y la médula y sale a través de un único vaso eferente. Mientras que los folículos son ricos en células B, la médula lo es en linfocitos T. El bazo, recolecta antígenos procedentes de la sangre, así como glóbulos rojos viejos. La mayoría del bazo, esta constituido por la pulpa roja, donde se encuentran los eritrocitos, rodeando a de la pulpa blanca. Esta está constituida por una acumulación de linfocitos T rodeados de una corona de células B. En estas zonas, se encuentran folículos linfoides, algunos de ellos con centro germinal. La funcionalidad del bazo y los ganglios es muy similar. La principal diferencia es que en el bazo, se produce la respuesta a antígenos procedentes de la sangre, mientras que en los ganglios se produce frente a antígenos procedentes de tejidos,. Recolectados por medio de la linfa. El Tejido linfoide asociado a intestino (GALT), incluye amígdalas, adenoide, apéndice y unas estructuras especializadas del intestino delgado denominadas Placas de Péyer. Se encargan de recolectar los antígenos procedentes del epitelio gastrointestinal. En las placas de Péyer, el antígeno se captura por unas células epiteliales especializadas denominadas células M. Igualmente hay Tejido linfoide asociado a bronquios (BALT) a mucosas (MALT) y a dermis y epidermis. Estos están constituidos por una gran masa de linfocitos B rodeados de unos pocos linfocitos T. Por último, en ciertos lugares, de intensa respuesta inmunitaria, se pueden formar tejidos linfoides ectópicos. Parece ser que la producción local de citoquinas, particularmente linfotoxina provoca la formación de tejido linfoide ectópico. Documento5 01/03/2007 Pag..4.9 Bases Morfológicas del Sistema Inmunitario Recirculación de los linfocitos Los linfocitos, que han madurado en médula y timo, y que todavía no se han encontrado con el antígeno se denominan linfocitos vírgenes. Estas células circulan continuamente entre la sangre y los tejidos linfoides periféricos. Cuando existe una infección los linfocitos se detienen en los órganos linfoides donde proliferan y se convierten en células efectoras, capaces de combatir la infección. Así pues y como vemos los linfocitos están en continua circulación, y los que están en la sangre (Hemograma), son solo una pequeña porción de los que están circulando por los distintos tejidos. Existen cuatro patrones principales de migración de linfocitos: Ø Ø Ø Ø Migración de los precursores entre los tejidos linfoides primarios Migración de los linfocitos vírgenes a los tejidos linfoides secundarios Migración de los linfocitos activados de los tejidos linfoides a los focos de inflamación. Migración de células entre los distintos tejidos linfoides secundarios. Migración de los precursores entre los tejidos linfoides primarios Los precursores de las células T originadas en la médula ósea, abandonan la misma, circulan por la sangre y penetran en la corteza tímica. Estas células denominadas ahora Timocitos, son estimuladas para proliferar. Estas células supervivientes, migran desde la corteza del timo a la médula y finalmente son liberadas a la periferia como células T maduras y vírgenes. En el caso de los linfocitos B al producirse la formación y maduración en la médula no se produce circulación a este nivel. Migración de los linfocitos vírgenes a los tejidos linfoides secundarios La extravasación de los linfocitos desde la sangre al interior del ganglio linfático, se produce de forma selectiva por la existencia de vénulas especializadas en el interior del ganglio. Estas venas, se hallan revestidas de células endoteliales y que le dan un aspecto morfológico distinto al resto del sistema venoso y que por ello se denominan vénulas endoteliales altas (HEV). Estas HEV se encuentran también en otros tejidos linfoides pero faltan en el bazo. La forma en que se produce la extravasación, es por la mayor adhesividad de este tipo de endotelio. En condiciones normales los linfocitos colisionan al azar, y o bien rebotan o se adhieren al endotelio durante una fracción de segundo antes de ser arrastrados por la corriente sanguínea. En cambio en las HEV, la unión perdura durante mas tiempo, lo que permite que se refuerce la unión. El linfocito, así comienza a “rodar” por la superficie de la vena, para finalmente y una vez fijado mas firmemente pasar a través de los espacios intercelulares al interior del tejido linfoide. La unión de los linfocitos al endotelio esta mediado a unos ligandos expresados en las células endoteliales, que de modo general se denominan moléculas de adhesión. En este caso se conocen particularmente como diriginas. Estas diriginas se unen específicamente a otra molécula situada sobre la superficie de los linfocitos T vírgenes que se denomina Selectina­L. Si estos linfocitos no interactuan con su antígeno , salen del ganglio y regresan al sistema circulatorio, vía conducto torácico. Documento5 01/03/2007 Pag..5.9 Bases Morfológicas del Sistema Inmunitario Migración de los linfocitos activados de los tejidos linfoides a los focos de inflamación. Una vez activados, los linfocitos T ya no se asientan eficazmente en los ganglios linfáticos por que expresan niveles inferiores de Selectina­L. En cambio si lo hacen con eficacia en los focos inflamatorios, que son, a menudo, los lugares de entrada y persistencia del antígeno. La razón de esto es que los estímulos producidos en el proceso inflamatorio, aumentan la expresión de otras moléculas de adhesión en las células T activadas, en este caso denominadas Integrinas, y a su vez aumentan la expresión de sus correspondientes ligandos en las células endoteliales del foco inflamatorio. Migración de células entre los distintos tejidos linfoides secundarios. Los linfocitos que recirculan son células de vida larga, que pueden penetrar en los ganglios linfáticos, bien a través de los canales aferentes, o bien a través del endotelio vascular por los mecanismos citados anteriormente. Moléculas de adhesión al disociar mecánicamente las células de dos especies diferentes de esponjas marinas, y colocar en medio líquido una mezcla de ellas, éstas se reúnen nuevamente formando las mismas esponjas originales. Se demostró así, que las células de un organismo multicelular se reconocen entre sí y se adhieren específicamente. Este proceso está basado en la presencia de moléculas específicas, denominadas "Moléculas de Adhesión Celular" (CAMS, Las CAMs son glicoproteínas mediante las cuales se efectúan las interacciones específicas célula­ célula y célula­matriz. Estas glicoproteínas tienen en un extremo un grupo carboxilo. El otro extremo, extracelular, es un grupo amino, que da la especificidad a la molécula para unirse a otras CAMS. Todas las funciones biológicas parecen requerir, o son influenciadas, por estas interacciones, especialmente la embriogénesis, la forma celular, el desarrollo tisular, la adhesión celular, la migración de células, los procesos inflamatorios e inmunológicos y muchos otros. La expresión de las distintas moléculas sobre la superficie de los leucocitos depende de la línea celular y del estado de activación y diferenciación. Según sea el agente inductor variara el tipo de molécula expresada. Así distintos grupos de citoquinas inducen la expresión de grupos diferentes de moléculas de adhesión endoteliales. Asimismo los mediadores del proceso inflamatorio también inducen la expresión de un determinado tipo de moléculas de adhesión. Las principales familias de moléculas de adhesión estructuralmente emparentadas serian las siguientes: v v v v Selectinas Integrinas Inmunoglobulinas Carbohidratos Documento5 01/03/2007 Pag..6.9 Bases Morfológicas del Sistema Inmunitario Selectinas Son una grupo de tres moléculas que se denominan genéricamente Moléculas de adhesión tipo lectina (LECAM), que median la adhesión de los leucocitos a las células endoteliales. Estructuralmente presentan un glucoproteína transmembrana, una serie de carbohidratos denominados lectinas de tipo C, un dominio homologo al factor de crecimiento epidérmico, otros dominios, relacionados con las proteínas de control el Complemento y un extremo amino terminal externo. La unión de la selectina con su correspondiente ligando es dependiente de Ca++. La Selectina­L o CD62L, es, como ya hemos visto el factor que actúa como asentamiento de los linfocitos en las HEV. Pero no sólo se expresa en los linfocitos, sino que también lo hace en otras células como neutrófilos para facilitar su persistencia en los focos inflamatorios. Una propiedad de esta selectina es que la unión de la misma a su es de baja afinidad, aunque lo suficiente como para permitir las rodadura de la célula (rolling). La Selectina­E conocida también como ELAM­1 o CD62E, es expresada únicamente por las células endoteliales activadas por citoquinas. El ligando de la selectina­E en los linfocitos se conoce como CLA­1, (Cutaneus Lymphocyt­antigen­ 1), y se le ha involucrado con el asentamiento de linfocitos T en la piel. En general la expresión de selectina­E en las células endoteliales es un distintivo de la inflamación aguda. La Selectina­P o CD62P, se identifico por primera vez en las plaquetas, de ahí su nombre., aunque como la E, se expresa también en células endoteliales. Media la unión de neutrófilos y monocitos. Su expresión, aumenta en el foco inflamatorio. La falta la expresión de los ligandos para aquellas se produce el Síndrome de deficiencia de adhesión leucocitaria de tipo II Integrinas Son proteínas heterodiméricas, (cadenas α y β) que actúan fundamentalmente como moléculas de adhesión, aunque también pueden hacerlo como transmisoras de señales. Existen varias subfamilias denominadas en función de la cadena común que comparten (α3 β1, α4 β1, α1 β2 etc.). Una característica de las integrinas es que a partir de las señales intracelulares generadas en la célula a partir de otros receptores, por ejemplo TCR o citoquinas, se produce una señal, denominada Dentro­Fuera, por el cual aumenta la afinidad de las integrinas por su ligando. Una vez unido al ligando, las integrinas proporcionan una señal, ahora Fuera­Dentro, a la célula, que por ejemplo pueden favorecer la expresión de los genes de citoquinas. En general se van a expresar en linfocitos T, linfocitos B y monocitos La subfamilia β2, representado por LFA­1, o también CD11aCD18¸, comparten la cadena CD18, es expresado por mas del 90% de los timocitos y las células T maduras. Media en la adhesión de los linfocitos al endotelio y en la adhesión de los linfocitos T a las CPA (Células presentadoras de antígeno). Sus ligandos correspondientes son ICAM­ Documento5 01/03/2007 Pag..7.9 Bases Morfológicas del Sistema Inmunitario 1 (Molécula de adhesión intercelular), ICAM­2 e ICAM­3, y su avidez por ellos aumenta después de la estimulación de los Linfocitos T a través de su TCR. Se ha demostrado que el ligando de LFA­1, ICAM­1 es un receptor específico para los rinovirus, agentes causantes del resfriado común. Ciertas citoquinas pueden aumentar la avidez de esta integrina por los ligandos que se expresan en las células endoteliales. Esto hace que se favorezca la migración de los linfocitos T a los focos inflamatorios. Así las principales moléculas de esta subfamilia serian: Molécula Cadenas Ligandos Expresión LFA­1 αLβ2 CD11aCD18 ICAM­1,2,3 Leucocitos CR3 αMβ2 CD11bCD18 ICAM­1,2; iC3b, iC4b Fagoc y Neutrófilos CR4 αXβ2 CD11cCD18 Macrófagos La deficiencia de estas integrinas lleva a la deficiencia de adhesión leucocitaria de tipo I, caracterizada sobre todo por infecciones bacterianas y micoticas recurrentes y severas. Otra de las subfamilias es la β1. Comparten la cadena CD29, y se denominan en general, VLA (Very Late Antigens), ya que aparecen de 2 a 4 semanas después de la activación de los linfocitos T. Tres de los miembros de esta familia, los VLA­4, 5 y 6, se expresan sobre los linfocitos en reposo. El ligando de VLA­4, denominado VCAM­1, se expresa en células endoteliales activadas por citoquinas. De este modo esta pareja, al igual que LFA­1 con ICAM­1, vista con anterioridad pueden controlar la salida de los linfocitos de los vasos sanguíneos hacia los focos inflamatorios. Las principales moléculas de esta familia serian: Molécula Cadenas Ligandos VLA­1 Α1β1 CD49aCD29 Colágeno y Laminina VLA­2 Α1β1 CD49bCD29 Colágeno y Laminina VLA­3 Α1β1 CD49cCD29 Colágeno, Laminina y Fibronectina VLA­4 Α1β1 CD49dCD29 VCAM­1 y Fibronectina VLA­5 Α1β1 CD49eCD29 Fibronectina VLA­6 Α1β1 CD49fCD29 Laminina Expresión LT, Fibroblastos LT y plaquetas Riñón y Tiroides LT, LB, Monocitos Leucocitos, Plaquetas Leucocitos, Plaquetas Inmunoglobulinas Son conocidas primordialmente por su función de anticuerpos, aunque algunas de ellas se expresan o inducen sobre el endotelio y actúan como moléculas de adhesión. Así ICAM­1, como vimos el ligando de LFA­1, se expresa también sobre la superficie de linfocitos, contribuyendo a la adhesión entre los linfocitos T y entre estos y las CPAs, teniendo por ello un importante papel en la presentación antigénica. Por otra parte ICAM­2, perteneciente también a esta subfamilia, solo se expresa en la superficie de células endoteliales. Otra importante molécula de adhesión perteneciente a esta subfamilia es la VCAM­1 o CD106. Es como se ha visto receptor de la integrina VLA­4, y es expresada sobre todo por Documento5 01/03/2007 Pag..8.9 Bases Morfológicas del Sistema Inmunitario células endoteliales activadas. También es expresada en células dendríticas foliculares, participando ene l adhesión de estas a los linfocitos B. Por último la molécula PECAM­1. Es importante, al encontrarse en los espacios intercelulares, para la extravasación leucocitaria. Se ha postulado que su interacción con los linfocitos es una señal de activación de las integrinas, actuando mas como una señal que como molécula de adhesión. Asimismo parece ser que tiene una función limitante de la permeabilidad vascular. PAPEL DE LAS MOLECULAS DE ADHESIÓN EN LA INFLAMACIÓN La primera etapa en el fenómeno inflamatorio es el rodamiento de los leucocitos sobre la pared endotelial, tal y como hemos visto con anterioridad. Esto da lugar a la adhesión de las células a la pared, gracias a la expresión de moléculas de adhesión tanto en los linfocitos y otras células como en el endotelio como consecuencia de la liberación de ciertas citoquinas proinflamatorias. Como consecuencia de esta adhesión del leucocito, se produce la extravasación y correspondiente salida de estos del torrente circulatorio hacia el foco inflamatorio. PAPEL DE LAS MOLECULAS DE ADHESIÓN EN LAS METASTASIS Muchas Células tumorales expresan receptores de adhesión idénticos a los expresados por los leucocitos. Como consecuencia de ello, las células cancerosas desprendidas del tumor primario van a ser capaces de fijarse a determinados endotelios y con ello colonizar y provocar un tumor secundario. La importancia de esto radica es que interfiriendo por medio de determinadas sustancias la expresión de estas moléculas se puede, en teoría disminuir la capacidad mestatásica de un tumor. Documento5 01/03/2007 Pag..9.9