Cursos
Medwave, Edición Julio 2001. Derechos reservados.

Inmunobiología en trasplante

Immunobiology in transplantation

Expositor: Dr. Alberto Fierro.

Resumen

Este texto completo es la transcripción editada y revisada de una conferencia dictada en el 1er Curso de Trasplante, Capítulo III: Trasplante Clínico e Inmunobiología, organizado en Santiago por la Sociedad Chilena de Trasplantes durante los día 1 y 2 de dieciembre de 2000.
Directores: Dr. José Toro, Dr. Jorge Morales, Dra. Jacqueline Pefaur.


 

Introducción
El objetivo de esta conferencia es entregar una visión panorámica del reconocimiento y activación de la respuesta inmune en el trasplante de órganos, y explicar estos fenómenos en el contexto de los principios generales de funcionamiento del sistema inmune.

Al estudiar la inmunobiología del trasplante, este suele analizarse separándolo de la fisiología normal, sin hacer la conexión con el funcionamiento habitual del sistema inmune, el cual no está creado para defenderse de los trasplantes, sino de bacterias, virus, tumores, etc. Sin embargo, la inmunología del trasplante está íntimamente imbricada con estos procesos.

Inmunidad innata y adaptativa
La inmunidad innata juega un rol muy importante en las defensas del cuerpo. Fundamentalmente, consiste en que las células de la linea monocito-macrófagos, los neutrófilos, células NK así como el sistema de complemento que están involucrados en la inmunidad innata tienen codificados sus receptores genéticamente y se transmiten de padres a hijos en la misma forma. El sistema de inmunidad innata es incapaz de aprender nada nuevo, no reacciona con las vacunas, sino que está diseñado para reaccionar instantáneamente a ciertos elementos, que pueden ser lípidos o hidratos de carbono. Sus células efectoras principales son monocito-macrófagos, neutrófilos, células NK y el sistema de complemento.

Este sistema no tiene un papel significativo en el trasplante de órganos, porque el injerto proviene de otro ser humano que normalmente no tiene los antígenos predeterminados que activan el sistema de la inmunidad innata.

Esta diferencia entre inmunidad innata e inmunidad adaptativa es hasta cierto punto arbitraria, porque ambos sistema actúan en forma coordinada y sus efectos muchas veces se confunden. La diferencia fundamental es que la inmunidad adaptativa es aprendida, lo que significa que el organismo necesita enfrentarse con ciertos antígenos y aprender a reconocerlos como extraños, para luego descargar una respuesta inmune secundaria que se caracteriza por aumentar su afinidad, y por lo tanto su fuerza, en el curso de la inflamación.

A diferencia de la innata, la inmunidad adaptativa no puede ser transmitida de generación en generación; la inmunidad que adquiere un individuo no puede transmitirse a sus hijos. Además, lo defiende generalmente contra antígenos proteicos y no lipopolisacáridos.

Función del sistema de histocompatibilidad en condiciones naturales
Al hablar de HLA se piensa de inmediato en la histocompatibilidad y los trasplantes, pero en realidad su función principal no tiene que ver con éstos: el objetivo del sistema HLA es presentar péptidos de virus y de bacterias para que el cuerpo los reconozca como invasores.

Procesamiento de proteínas endógenas por HLA de clase I
El concepto de proteínas endógenas se refiere a que una célula, infectada por un virus que se multiplica dentro del nucleo, comienza a expresar proteínas del virus que deben ser presentadas en el HLA propio de la persona que está siendo infectada; es decir, el HLA no es lo que infecta, sino que es una especie de bandeja “propia” que va a presentar pequeñas cadenas peptídicas producidas por la replicación del virus.

Procesamiento de proteínas exógenas por HLA de clase II
Cuando se trata de HLA de clase II se reconocen principalmente péptidos que la célula toma desde el exterior de la misma y que no se multiplican dentro del núcleo, sino que la célula los fracciona en pequeños trozos que luego incorpora dentro del HLA preformado. Este tiene una cadena en su interior llamada cadena invariante, la cual se desprende para incorporar el péptido viral o bacteriano que la célula va a presentar en la superficie celular.

Estructura de las moléculas de histocompatibilidad
El HLA de clase I está compuesto de tres cadenas alfa (alfa1, alfa2 y alfa3) y por una cadena de beta2 microglobulina que se codifica genéticamente en un cromosoma que no tiene relación con el brazo corto del cromosoma 6, donde se codifica el resto del HLA. En el lugar entre las cadenas alfa 1 y 2 es donde se va a incorporar el péptido que se va a mostrar en la superficie. En los HLA de clase II la estructura es diferente, con cadenas alfa1, alfa2, beta1 y beta2.

Una diferencia fundamental entre las dos clases de HLA es que uno de ellos es más abierto que el otro y permite incorporar cadenas peptídicas más largas. Los HLA de clase II tienen sus extremos más abiertos, de manera que pueden incorporar aminoácidos que queden sobrando hacia las puntas y así puede recoger, desde el exterior de la célula, cadenas de 15, 16 y hasta 20 aminoácidos. Los HLA de clase I están más cerrados en sus extremos, por lo que pueden aceptar cadenas peptídicas de 8, 10 y hasta 12 aminoácidos, y que son las proteínas que se produjeron en la misma célula. Existen excepciones, pero así funciona generalmente.

El HLA de cada individuo se diferencia en las cadenas alfa1, alfa2 y en los pliagues beta que existen en la base del pequeño espacio donde se presenta el péptido; una misma molécula HLA solo puede aceptar ciertos péptidos que tengan una conformación compatible. Un HLA puede reconocer aproximadamente 1.000 péptidos distintos, pero no puede reconocer cualquier péptido; eso depende de su forma interna, ya que el HLA tiene diferentes espacios que deben ser llenados por el péptido para poderlo acomodar.

Genes de las moléculas HLA
Las moléculas de histocompatibilidad están codificadas geneticamente en el brazo corto del cromosoma 6. Los de clase III están al medio, los de clase II (Ej. DR y DQ) están más cerca del centrómero y los de clase I (Ejemplo A y B) mas distantes. Si se toma un solo trozo, por ejemplo HLA-A, y se expande, se puede ver que todo ese trozo está produciendo el HLA-A y cada uno de estos segmentos mas pequeños llamados exones, van a producir diferentes partes o cadenas de la molécula del HLA.

Expresión de las moléculas de histocompatibilidad
Cada célula no expresa una molécula HLA, sino que muchas. Cada locus HLA expresa su producto entre 100 y 300.000 veces en cada célula, de manera tal que la superficie celular está llena de moléculas de histocompatibilidad y por cualquier parte que el linfocito T la toque va a buscar su reconocimiento, va a ver si tiene afinidad. Una única célula expresa los HLA-A,B,C, y también puede expresar los HLA de clase II.

Todas las células expresan HLA de clase I, pero no todas expresan HLA de clase II; las que lo hacen son fundamentalmente las células dendríticas, que son células presentadoras por excelencia, los monocito-macrófagos, que también son células presentadoras profesionales y los linfocitos B. Los linfocitos T no presentan constitutivamente HLA de clase II, sino que sólo cuando se activan; los linfocitos B sí lo expresan constitutivamente. Hay que olvidar el concepto de que los linfocitos B tienen como única función la producción de anticuerpos; tan importante como esta es su función de reconocer y presentar cadenas peptídicas a los linfocitos T. La expresión de moléculas HLA de clase II puede ser inducible prácticamente en todos los tipos celulares.

Especificidades de las moléculas de histocompatibilidad
Del locus HLA-A existen aproximadamente 30 especificidades, del HLA-B, unas 60 y del HLA-DR, unas 21. Si estos HLA estuvieran repartidos equitativamente en la población la probabilidad de que dos personas compartieran sus seis identidades sería de 1/300.000. De los 15 millones de chilenos, existirían aproximadamente 50 que comparten sus antígenos de clase I y II es decir un fullhouse con cada uno de nosotros. En el sistema de Estados Unidos, en que los fullhouse se reparten independientemente de donde sean procurados, 10 a 15% de todos los procuramientos van a un receptor con el cual se tiene un fullhouse.

El receptor de linfocitos T
Las células presentadoras le “muestran” el HLA a los linfocitos T; la estructura para reconocer el HLA con el péptido que va en su centro es el T cell receptor (TCR). Este tiene una estructura parecida a las inmunoglobulinas, también tiene cadenas alfa 1, alfa 2, beta1 y beta2, y se sitúa en forma diagonal sobre el HLA, de modo que no distingue si lo que se le está presentando es un péptido extraño o es un HLA extraño; lo que reconoce es la superficie en su conjunto.

Lo interesante es que las moléculas de clase I, es decir, aquellas que se expresan en todas las células del cuerpo y que presentan péptidos endógenos, solo lo hacen a los linfocitos T citotóxicos (CD8). La molécula CD8 del linfocito T tiene que unirse con una de las moléculas traseras del HLA de clase I (el alfa3 en este caso). Las moléculas de clase II son presentadas a los linfocitos T de ayuda (CD4). Esto va a tener consecuencias en los trasplantes.

Activación celular
El TCR no está solo, sino que está unido a estructuras que le permiten transmitir su señal hacia el interior de la célula. El CD3 (que en realidad no tiene sólo 3 partes: tiene 3 partes principales, pero tiene otras más) lleva en su porción intracelular unas pequeñas cadenas que se llaman secuencias ITAM que están normalmente desfosforiladas, es decir, no activadas. Cuando el TCR reconoce un péptido extraño cambia su configuración a una más compacta, las cadenas se movilizan físicamente y las secuencias ITAM se acercan, de tal manera que se permite su fosforilación.

Estas secuencias ITAM se fosforilan en tirosina, se activan moléculas como ZAP-70 y otras, se activa la fosfolipasa C, y luego vienen mecanismos de transmisión que son comunes, no sólo para los linfocitos T sino para muchas otras células del cuerpo: la producción de inositoltrifosfato (IP3) y de diacilglicerol (DAG). La producción de éste conduce a la activación de PKC. El IP3 es un ionóforo del calcio y va a permitir que el retículo endoplasmático se abra y que el calcio que está guardado al interior de las vesículas se libere hacia el cetosol; también abre poros que están en la membrana para permitir la entrada de calcio hacia el interior.

El resultado final es que se crean las condiciones, junto a la presencia de calmodulina, para que la calcineurina pueda defosforilar un sustrato llamado nuclear factor of activated T-cell, que es un factor de transcripción que debe defosforilarse para ser traslocado hacia el interior del núcleo y actuar como factor de transcripción para la producción de citoquinas. Entre ellas, la que más se destaca es la IL-2, porque tiene que ver con el modo de acción de ciclosporina y porque es una citoquina muy importante, pero también es muy importante el interferón gama, fundamentalmente porque permite que los HLA de clase II se expresen en las superficies de las células en que es inducible.

También se activan otras vías de transmisión de señales como la vía de Ras que activa MAP quinasa e induce mitosis celular.

Coestimulación, principales señales
Lo que se ha expuesto es cómo el HLA en unión a una cadena peptídica activa el TCR. Para que esto funcione eficazmente se necesitan muchas interacciones entre la célula presentadora y el linfocito T; una forma que el organismo tiene para facilitar su activación, sin que existan tantas señales, es por medio de señales coestimuladoras. Una de ellas, muy importante, es la interacción que se produce entre B7 y CD28. Esta molécula es muy importante porque permite que el ARNm de la IL-2 se mantenga por más tiempo y de esa forma pueda utilizarse enteramente en los ribosomas para producir IL-2 y otras citoquinas.

La célula presentadora expresa constitutivamente B7, pero en baja cantidad. Para que se exprese en cantidad alta es necesario que se produzca la interacción entre el CD40, que tiene la célula presentadora, y el ligando de del CD40 que es el CD154. Cuando se producen estas interacciones B7 se expresa como corresponde sobre la membrana y se gatillan las señales que conducen a la producción de cotoquinas y a la multiplicación celular.

Hay otra serie de señales cuyas funciones e interacciones se conocen parcialmente, entre las cuales están LFA-1/ICAM-1 y CD2/LFA-3.

Citoquinas
Todo esto va a conducir a la producción de citoquinas como la IL-2, muy interesante por la importancia que tiene en el trasplante y porque actualmente existen fármacos dirigidos a bloquear su receptor. Este tiene 3 cadenas: alfa, beta y gama. La cadena alfa sólo se expresa cuando la célula está activada, de manera que si se administra un bloqueador del receptor a no habrá ningún efecto sobre esa célula, a menos que esté activada.

La rapamicina tiene la capacidad de unirse a una molécula que finalmente va a bloquear otra molécula, llamada target of rapamycine, (TOR) que se encuentra en la vía de transmisión de señales desde el receptor de IL-2 y otras citoquinas y va a impedir la duplicación celular.

Presentación directa e indirecta en trasplante
Lo que normalmente ocurre frente a un virus es que una célula presenta en su HLA un péptido que es producto del metabolismo de ese virus, de modo que el linfocito T va a “ver” el péptido extraño sobre un HLA propio.

En trasplante también ocurre esta presentación indirecta, en que el HLA (y la célula presentadora) es del receptor y el péptido es del donante. En la presentación directa el HLA es del donante mientras el péptido presentado puede ser del donante o del receptor. El linfocito T, naturalmente, siempre es del receptor. Como ya mencionamos el TCR reconoce el conjunto de la molécula HLA y su péptido por lo que ambas situaciones pueden gatillar su activación. La vía de presentación “directa” no existe en la defensa de virus o bacterias, es una particularidad de los trasplantes.

Se piensa que la presentación indirecta tiene mucha importancia en el rechazo crónico, mientras que la presentación directa tiene su rol principal en el rechazo agudo pero esto es discutido.

Citoquinas
Los linfocitos T producen varias citoquinas que constituyen “perfiles” de secreción. Por eso se habla de linfocitos T helper (Th)1 y linfocitos T helper 2. Los Th 1 van a producir fundamentalmente IL-2, IFN γ y linfotoxina, que es el TNF beta, mientras que los Th 2 producen IL-4, 5, 6 y 10. Estas últimas están más bien destinadas a activar la inmunidad humoral, mientras que las primeras están destinadas a actuar sobre los linfocitos T CD8 (los citotóxicos), que tienen la capacidad de actuar directamente al contactar las membranas con su target. Las células que producen un perfil de citoquinas inhibe la proliferación de las otras. Eso tiene por consecuencia que la proliferación de células citotóxicas es relativamente inhibida por la producción de citoquinas Th2. Actualmente se realizan esfuerzos para desviar el sistema inmune de pacientes trasplantados desde un perfil Th1 a un perfil Th2.

Los linfocitos T CD8 secretan TNF alfa, la linfotoxina, el IFN γ y la IL-1. El TNF alfa también es muy importante, sobre todo porque ahora existe un anticuerpo monoclonal que puede bloquearlo.

El linfocito T CD8 actúa directamente sobre su célula target, de manera similar al complemento, insertando perforinas en la membrana, pero también es capaz de inducir apoptosis cuando expresa en su superficie el ligando de una molécula de adhesión, que se llama FAS. Por esta vía se puede inducir tolerancia.

Otra citoquina relevante en trasplantes es la IL-15, que también actúa sobre el receptor de IL-2, no sobre la molécula alfa sino sobre la la beta, esta sería la explicación de por qué algunos pacientes, a pesar de tener bloqueado su receptor con anticuerpos monoclonales (anti IL-2“Ralfa) pueden seguir rechazando en esas condiciones.

El TGF beta tiene una gran importancia, ya que por su efecto antiinflamatorio puede acabar con las reacciones de inflamación, y al mismo tiempo es muy importante en la regulación y control de los tumores. Su efecto es dual: por un lado antiproliferativo pero al mismo tiempo inductor de diferenciación de fibroblastos y por lo tanto fibrosis.

Moléculas de adhesión y quimioquinas
El linfocito reconoce dónde debe ir, porque normalmente en el endotelio existen hidratos de carbono que se expresan especialmente cuando existe una inflamación en su cercanía. De esa forma se induce la producción de selectinas en el linfocito; aquéllas van a hacer que los linfocitos se hagan más adherentes, pero no les permiten adherirse directamente al endotelio; para esto se necesitan las integrinas. Finalmente las quimioquinas crean las condiciones necesarias para para traspasar el endotelio y llegar a los sitios de inflamación.

La función principal de las quimioquinas (citoquinas proinflamatorias) es la atracción de neutrófilos y linfocitos a los sitios de inflamación. Su importancia radica en que se están desarrollando medicamentos que tiendan a bloquearlas. Estas moléculas no sólo se expresan como producto de una reacción inflamatoria de tipo infeccioso, sino que también se expresan cuando un órgano ha sido simplemente expuesto a ciertos grados de isquemia. Por ejemplo, en este artículo que acaba de ser publicado en el Kidney International (Kidney Int. 2000 Nov;58(5):2166-77) se observa que en ratas sometidas a un isoinjerto, es decir, a un injerto de sí mismas, tanto en las arterias como en los glomérulos se expresa selectina P exactamente igual o casi igual a un injerto que se está rechazando, completamente distinto del riñón que no ha sido removido,en que ni los vasos no glomérulos expresan selectina P.

El concepto actual es que el reconocimiento es un fenómeno que comienza siendo inespecífico y que parte por la isquemia del injerto, pero luego se produce un reconocimiento directo y/o indirecto. Ambas vías activan linfocitos CD8, citotóxicos y linfocitos T (CD4) de ayuda. Los CD8 pueden actuar directamente sobre la célula marcada por el HLA reconocido como extraño mientras que los CD4 van a prestar dos tipos de ayuda: a los CD8 y a los linfocitos B, en la inducción de inmunidad humoral. Se forman así círculos de amplificación en las dos vertientes lo que permite que el rechazo aumente su poder inflamatorio en forma exponencial.

En resumen
La sucesión de eventos puede resumirse de la siguiente forma: injuria inespecífica  activación inespecífica  reconocimiento inmune y amplificación inespecífica y específica activación de sistemas efectores injuria amplificación etc...

Los sistemas efectores son fundamentalmente tres y este tema no lo vamos a profundizar porque actuar sobre ellos es llegar tarde. Para que los medicamentos y la regulación del trasplante sean eficaces, tienen que actuar antes que eso.

Lo que se produce finalmente sin inmunosupresión es rechazo, pudiendo ocurrir casos muy complejos con mezcla de arterioesclerosis, engrosamiento de las capas musculares y aumento de proliferación celular por mecanismos que son extraordinariamente variados e intrincados. Todas las vías de activación y amplificación concurren con la finalidad última de proteger el organismo.

 

Licencia Creative Commons Esta obra de Medwave está bajo una licencia Creative Commons Atribución-NoComercial 3.0 Unported. Esta licencia permite el uso, distribución y reproducción del artículo en cualquier medio, siempre y cuando se otorgue el crédito correspondiente al autor del artículo y al medio en que se publica, en este caso, Medwave.

ISSN 0717-6384