La generaci6n de linfocitos T efectores

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1 La generaci6n de linfocitos T efectores INTRODUCCION Los linfocitos T pueden encontrarse en la sangre en tres estados funcionales distintos: las celulas T vfrgenes son aquellas celulas que todavfa no han estado en contacto con el antigeno desde que salieron del timo; las celulas memoria son aquellas que han estado en contacto con el antigeno al mends una vez, pero que han vuelto posteriormente al estado de reposo 0 inactivaci6n (resting) preparadas para responder de nuevo al antfgeno frente al que se estimularan. Cuando se pone en marcha la respuesta inmune especifica, estes Iinfocitos T virgenes y de memoria se activan, dando lugar al cabo de varios dias a linfocitos T que son capaces de ejecutar sus programas de eliminaci6n de pat6genos. Estas celulas que provienen de celulas virgenes 0 de memoria, constituyen el tercer tipo funcional y se denominan Iinfocitos T efectores, caracterizados fenotfpicamente por tener determinados marcadores de activaci6n y, funcionalmente, por ser las celulas que lievan a cabo las funciones T-dependientes de la respuesta inmune especifica. antigeno/mhc a traves del receptor de la celula T, se inducen determinadas moleculas de membrana que tienen como objetivo el reforzamiento del contacto celular entre ambas celulas y la transmisi6n de las senales de activaci6n al interior celular (fig. 72.7).Asf, hay un aumento de expresi6n de CD2 y CD18 en la membrana dellinfocito T, uniendose a CDS8 y a CDS4 respectivamente en la celula presentadora, aumentando el contacto entre ambas celulas. Otras moleculas implicadas en estes contactos son CDS, CD28 0 CD43. Ademas del aumento de expresi6n de estes marcadores, 105 Iinfocitos T activados comienzan a expresar otras moleculas de membrana que 105 definen como celulas efectoras y 105 diferencian del resto de 105 Iinfoci- Los linfocitos T efectores, CD4 0 CD8, son activados en 6rganos Iinfoides secundarios tanto por el contacto con la celula presentadora, mediante TCR/CD3 y otras moleculas de membrana, como por la sfntesis de citocinas por parte de esta. 105 A partir de esta estimulaci6n 105 linfocitos Th efectores comienzan a coordinar la respuesta de anticuerpos de 105 Iinfocitos B, 0 bien inducen la estimulaci6n de macr6fagos 0 de Iinfocitos Tc. Estos, por su parte, se encargaran de la eliminaci6n de pat6genos intracelulares por citolisis. I TCR TC"..., C~ U'I " I I... ycd28 T' CD18 ~. Celula presentadora profesional ;Co CD2 J CD45RA Una vez activados, 10s linfocitos T modifican su fenotipo y sus requerimientos funcionales Cuando una celula T se une a una celula presentadora y se produce un reconocimiento efectivo del complejo Fig Principales moleculas de contacto de 105 linfocitos T En el pro- ceso de reconocimiento efectivo del complejo antigeno/mhc estos contactos intercelulares aumentaran (al sintetizarse mas moleculas de membrana), provocando la transmisi6n de senales adicionales de activaci6n (0 inhibici6n) al interior celular.

2 tos T. Entre ellas estan C025, que forma parte del receptor de la Il2; C038, que tambien aparece en celulas B secretoras de anticuerpos; C095l, que mediante su interacci6n con C095 garantiza la extinci6n del cion activado; C069 y C026. Ademas de la serial de activaci6n generada por el contacto TCR-complejo antigeno/mhc, 105 linfocitos T efectores necesitan recibir seriales adicionales de activaci6n, basados fundamentalmente en la uni6n de C080 (tambien liamada B7) 0 C086 con la molecula C028 dellinfocito T. la serial coestimuladora a traves de C028 es mas necesaria en las celulas virgenes que en las de memoria, y tiene gran importancia en 105 procesos de tolerancia (capitulo 20). la activaci6n de la celula T a traves del TCR y C028 induce un incremento en la expresi6n de otra molecula en la membrana, CTlA-4, cuyo ligando en la celula presentadora tambien es C080 0 C086 pero que inhibe al Iinfocito T, para empezar a extinguir la respuesta (fig. 2.1). Junto con 105 contactos entre moleculas de membrana, en el proceso de activaci6n participan toda una serie de citocinas. Las celulas T efectoras sintetizan Il2 en el primer momenta de la activaci6n; la autoestimulaci6n por Il2, unida a la estimulaci6n mediada por otras citocinas secretadas por las celulas presentadoras, provocan el ini- _~._IJ_*_:i_f._i\ ~ cio de la proliferaci6n celular y la diferenciaci6n del clo seleccionado hacia las distintas celulas T efectoras. Los linfocitos cooperadores diferenciar a Thl 0 Th2 (Th) se pueden Los linfocitos T C04 efectores pueden dividirse, ate diendo a la funci6n que realicen y al patr6n de citoci c.= que sintetizan, en celulas activadoras de 105 macr6fagos 105 linfocitos Tc (Thl) 0 celulas activadoras de 105 linfo. tos By 105 eosin6filos (Th2), y la decisi6n final hacia cua.. de estas funciones se encaminara se realiza durante el primer encuentro de la celula T con el pat6geno. Cuando la celula esta proliferando, tras el recono. miento antigenico, pasa por un estado intermedio de diferenciaci6n liamado ThO. Estas celulas ThO sintetizar citocinas de ambos tipos de celulas Th. EI cambio de celulas ThO a celulas efectoras Thl 0 Th es dependiente de las seriales que reciba la celula ThO e el momenta del reconocimiento antigenico (aunque e mecanisme exacto no esta del todo esclarecido) (fig naturaleza del pat6geno (intracelular 0 extracelular dosis y sitio de contacto del antfgeno con la celula T citocinas innatas disponibles (elifny de 105 Iinfocitos NK 1 1~ lil3id'i_~ _!_J*_:i~f._3_~~~_~---,!/ -"'=~ 1~ A c. - ~"~.:, ~.."Q1,~ '-It... IL-2 ~ Diferenciaci6n y activaci6n Celula ~ plasmatica Macr6fago activado Fig Los linfocitos T CD4 efectores se dividen. fundamental mente. en celulas Thl y Th2. diferenciandose Cada tipo de linfocitos CD4 sintetiza diferentes citocinas que regulan funciones distintas. ambos a partir de un estadio intermedio. -.:

3 Ty6 Y la IL-12 de 105 macr6fagos alas celulas dendrfticas inducen la diferenciaci6n hacia celulas Th 1, mientras que la IL4 induce la diferenciaci6n hacia Th2), ademas del tipo de celula presentadora de antfgeno (macr6fagofth1; linfocito BfTh2; celula dendrfticaftho). minando celulas que se encuentran Estas celulas requieren, en general, una mayor coestimulaci6n que cialmente Las respuestas de tipo Th1 parecen desencadenarse, preferentemente, frente a antfgenos intracelulares (virus, bacterias); estas respuestas se caracterizan par la alta producci6n de IL2 e IFNy, que par cierto induce anticuerpos opsonizantes (IgG1 y 3), como se vera en el capftulo 13. Las celulas Th2 estan especializadas en la activaci6n de celulas B para la secreci6n de anticuerpos can producci6n mayoritaria de IgG4 (muy util para neutralizar virus) e IgE (desgranula mastocitos, las alarmas inmunol6gicas, y eosin6filos, 105 mata-parasitos) y en la inducci6n de eosinofilia. Las celulas Th2 secretan principal mente IL4, IL5, IL10 e IL13, Y la respuesta parece estar enfocada frente a pat6genos extracelulares. Los linfocitos T citoliticos pueden activarse de varias maneras 105 linfocitos C04, quiza porque son poten- mas peligrosas. oicha coestimulaci6n pueden ocurrir de tres formas distintas (fig. 12.3): 1) Las celulas Tc pueden ser directamente activadas par celulas presentadoras de antfgeno (par ejemplo celulas dendrfticas) con altos niveles de moleculas coestimuladoras (fundamental mente C080), induciendo de IL2 necesaria para ejercer su funci6n la sfntesis citolftica sabre esa y otras celulas infectadas par virus. 2) Cuando la coestimulaci6n es escasa, las celulas Tc necesitan la presencia y colaboraci6n de las celulas Th 1, que deben reconocer antfgenos del mismo pat6geno. La uni6n de la celula Th 1 puede inducir mento en la actividad sentadora, coestimuladora un incre- en la celula pre- siendo capaz ya de activar al linfocito Tc, como en el caso anterior. 3) La gran mayorfa de 105 linfocitos T C08 que se diferencian a celulas efectaras cumplen una funci6n citolftica, eli- infectadas par pat6- genos intracelulares (sabre todo virus). 0 bien, la propia celula Th activada par la celula presentadora puede sintetizar IL2, que es capaz de indu- cir la diferenciaci6n de la celula Tc efectora. LfrL2 Fig Mecanismos de coestimulaci6n necesarios para la activaci6n de 105 linfocitos Tc. 1) Ellinfocito Tc es directamente activado por la APC con alta capacidad coestimuladora; 2) Ellinfocito Thl induce moleculas coestimuladoras en la APC; 3) 0 sintetiza IL2 que activa allinfocito Tc.

4 El complejo TCR!CD3 y las moleculas accesorias dirigen y localizan la actividad de los linfocitos T efectores Los linfocitos T efectores necesitan ejercer su funci6n unicamente sobre las celulas diana, sin afectar al resto de celulas del entorno (fig. 12.3). Por ejemplo, si una celula Tc efectora secreta al medio las perforinas sin una direcci6n con creta, ademas de eliminar las celulas infectadas con virus, podrfa danar otros tejidos no infectados del propio organismo. La uni6n del receptor de la celula T al complejo antfgeno/mhc de la celula que 10presenta no s610 incrementa la intensidad con la que la celula T se une a la diana, sino que tambien polariza la celula efectora para enfocar la Iiberaci6n de las moleculas efectoras (citocinas, perforinas) en la zona de contacto intercelular 0 sinapsis inmunol6gica (fig. 12.7). La asociaci6n de moleculas de membrana en la zona de contacto se denomina polarizaci6n 0 capping, y es crucial para activar y dirigir la funci6n de los linfocitos T efectores. Los linfocitos T efectores (CD4 hacen su trabajo con moleculas de membrana y/o con moleculas solubles 0 CDS) La mayoria de las funciones mejor estudiadas de las celulas T efectoras (CD4 0 CDB) son ejecutadas por moleculas solubles cuya secreci6n se encuentra estimulada por el reconocimiento espeeffico del antfgeno. Estas moleculas se pueden agrupar en dos tipos: citotoxinas, tambien liamadas citolisinas, que son secretadas por los linfocitos Tc, y las citocinas, que son sintetizadas fundamentalmente por los Iinfocitos Th. Las citotoxinas son secretadas sobre cualquier celula diana en la que ellinfocito CDB reconozca de forma espeeffica el complejo antfgeno/mhc clase I. Las citocinas, en cambio, unicamente actuan sobre aquellas celulas que posean receptores de citocinas en la membrana. Estas citocinas actuan como verdaderas hormonas inmunol6gicas, transmitiendo las senales de activaci6n de la celula efectora alas posibles celulas diana. Hay moleculas de membrana de los linfocitos T que tambien participan en la elaboraci6n de la funci6n efectora. Los linfocitos Th mediante la uni6n de CD40L (Iigando de CD40) 0 CD5 a CD40 0 CD72, respectivamente, en ellinfocito B, transmiten senales que inducen el cambio de isotipo de las inmunoglobulinas 0 la activaci6n dellinfocito B. De igual forma, en los mecanismos de citolisis de las celulas Tc cumple una funci6n muy importante la uni6n del ligando de CD95 (CD95L) a CD95 en la celula diana. Los linfocitos T citoliticos pueden utilizar varios metodos de lisis Todos los virus y algunas bacterias, hongos y protozoos proliferan en el citoplasma de las celulas que infectan. Una vez dentro, estos pat6genos no son accesibles a 1 _ anticuerpos, y la unica forma de eliminarlos es median E la destrucci6n de la celula infectada. Los linfocitos Tc efectores que se han activado en 1.: 6rganos linfoides secundarios van a los tejidos infectad05 donde son los principales encargados de realizar esta fu ci6n de eliminaci6n de pat6genos intracelulares, llama citolisis mediada por celulas T, para diferenciarla de citotolisis que tam bien ejercen los linfocitos NK, pero manera innata 0 via FcR. Cuando una celula se encuentra infectada por pat6genos intracelulares, comienza a expresar en su membra fragmentos peptfdicos del antfgeno (virus, bacteria, pro'ozoo) asociados a moleculas de histocompatibilidad de c1ase 1(MHC c1asei). Los linfocitos Tc, mediante el reconocimi to especffico por el TCR de estos complejos peptido extrano/mhc I, son capaces de distinguir aquellas celulas que SE encuentran infectadas del resto de celulas vecinas sanas. Una vez que ellinfocito ha identificado y se ha unidola celula diana, polariza tanto las moleculas de membra " (el TCR y el resto de ligandos que intervienen en la interacci6n) como los factores solubles implicados en la destrucci6n de la celula infectada (citolisinas, citocinas), en zona de reconocimiento de antfgeno, aumentando la precisi6n de la lisis celular. La polarizaci6n en un punta de " membrana de las moleculas implicadas en el reconocimiento de la celula diana genera una senal de activaci6 intracelular en ellinfocito Tc, que causa el reclutamientoesa zona de los granulos cargados con las sustancias implicadas en la lisis celular, que seran vertidos al espaci de reconocimiento (Ia liamada sinapsis inmunol6gica mediante exocitosis. La celula Tc tiene dos mecanismos principales de lis'~ (fig..12.4). Por un lado, los linfocitos Tc expresan una protefna denominada CD95L, que induce a traves del CD95 e la celula diana que 10 exprese la activaci6n de nucleasas capaces de degradar el DNA hasta fraccionarlo, produciendo el fen6meno conocido como apoptosis 0 muerte celular programada. Este mecanismo se cree que es el responsable de la eliminaci6n de los linfocitos B anergicos que presentan autoantfgenos a los linfocitos Tc (fig. 13.2). Pero quiza el mecanismo mejor conocido se basa en 10 secreci6n de granulos cargados con distintas proteinas que producen la lisis de la celula diana (de ahf su nombre de citolisinas). Entre estas proteinas se encuentra la perforina, que es una protefna que forma poros en la membrana de la celula blanco, y tiene una gran similitud con 10 proteina C9 del complemento. Junto con la perforina se secretan distintas enzimas proteolfticas (entre ellas las granzimas), conocidas genericamente como fragmentinas, que originan la inmediata destrucci6n de protefnas de la membrana y, gracias a la perforina, tambien del citoplasma. Como consecuencia, y por mecanismos aun no esclarecidos, se produce tambien la degradaci6n del

5 ) '/ Citalisinas Farmaci6n de paras en la membrana y degradaci6n del DNA. Muerte Fig Mecanismos de lisis celular mediada por las celulas Tc efectoras. a) Inducci6n de muerte celular programada a traves de C095. b) 5ecreci6n de cito sinas (perforinas + fragmentinas) que producen poros en la membrana de la celula diana. Este ultimo mecanisme es compartido con loslinfocitos NK, aun- = e estos se activan por otros metod os. DNA. Asociado a la secrecion de estes granulos, la celula Tc sintetiza diversas citocinas, entre ellas TNFI3 e IFNy, que, aunque no se conoce con exactitud el mecanismo, participan activamente en 105 mecanismos de lisis celular. Por ultimo, cuando la celula citolftica ha secretado al edio 105 componentes implicados en la lisis, se separa e la celula en busca de una nueva diana. Los linfocitos Thl activan a 10s macr6fagos NK para eliminar pat6genos intracelu1ares y a 10s linfocitos Hay algunos patogenos intracelulares que se han especializado para resistir dentro de 105 fagosomas de 105 acrofagos (como las micobacterias). Para eliminar estes togenos que viven en el interior de 105 macrofagos, y, par 10 tanto, a salvo de la accion de 105 anticuerpos, es ecesaria la participacion de ciertas citocinas secretadas r 105 linfocitos Thl, especialmente el IFNy (fig. 72.2) Y la :"'-12.De igual manera, ellfny y la IL-2 activan yexpanden e 105 linfocitos NK, cuya actividad citolftica natural frente a celulas infectadas con virus se ve asf intensificada.. Cuando una celula Thl reconoce especfficamente peptidos de un patogeno sobre un macrofago infectado que produce IL-12, el linfocito Th 1 sintetiza IFNy, que a traves de sus correspondientes receptores genera una serie de senales bioqufmicas que convierten a 105 macrofagos en potentes celulas efectoras. En primer lugar hay una union de lisosomas alas bacterias fagocitadas, potenciandose la actividad de las diferentes enzimas Iisosomicas. Del mismo modo, 105 macrofagos activados producen radicales de oxfgeno y oxido nftrico, con alto poder bactericida, asf como peptidos con funcion antibacteriana (tabla 2.7). Tambien se potencia la presentacion de antfgenos, la fagocitosis y la expresion de recepto res para Igs. La gran efectividad de 105 macrofagos en la eliminacion de 105 diferentes patogenos puede causar danos al organismo, ya que, cuando 105 macrofagos se encuentran activados, secretan al medio sustancias antimicrobianas originando destruccion del tejido de la zona infectada. Por esa razon, 105 linfocitos T necesitan controlar de forma estricta este tipo de respuesta, utilizando para ello la secrecion de citocinas. Asf, el TNFI3 es el encargado de eliminar aquellos macrofagos que ya no son capaces de destruir patogenos. Otras citocinas producidas por la celula

6 Th1 dirigen la migraci6n de nuevos macr6fagos al sitio de infecci6n. necesarias para que comiencen ciarse en linfocitos T efectores. En el caso de que 105macr6fagos no sean capaces, ni siquiera con la ayuda de 105 linfocitos Th1, de eliminar total mente 105 pat6genos intracelulares, se puede desarrollar una infecci6n cr6nica con inflamaci6n, apareciendo una estructura caracterfstica denominada granuloma. Los individuos que carecen del receptor de IFNy son incapaces de formar granulomas y son victimas de infecciones por micobacterias (capftulo 18). EI granuloma esta formado por una acumulaci6n de macr6fagos infectados, rodeados de linfocitos T efectores (en su mayorfa CD4), y su funci6n es actuar como pared de contenci6n para detener el progreso de la infecci6n. Esta estructura tambien es caracterfstica de reacciones de hipersensibilidad tipo IVy de otras inmunodeficiencias (ver capftulos 18 y 19). Dependiendo de la funci6n que realizan y las citocinas que sintetizan, 105 linfocitos CD4 efectores se dividen en celulas Th1 (encargadas de coordinar la inmunidad celular, mediante la sfntesis de IL2 e IFNy), y celulas Th2 (que coordinan la respuesta humoral, sintetizando IL4, ILS, ILl 0 e IL13). La funci6n principal de 105linfocitos Th 1 es activar a 105macr6fagos y a 105linfocitos NK 0 Tc para la eliminaci6n de pat6genos intracelulares, fundamentalmente con IFNy. Los Iinfocitos T efectores son celulas que han sido activadas a traves de su TCR por un antfgeno y cuya misi6n es desarrollar la respuesta inmune especffica. Una vez activados, 105Iinfocitos T modifican tanto su fenotipo como sus necesidades funcionales. Por un lado, aumentan la expresi6n de determinadas moleculas de membrana al mismo tiempo que comienzan a expresar otras nuevas, quedando todas reunidas en la zona de contacto con la celula presentadora. Esta enviara seriales de coactivaci6n, mediante contactos CD80-CD28 y secreci6n de citocinas, a proliferar y a diferen- La mayorfa de 105 linfocitos CD8 efectores (Tcl, a su vez, cumplen una funci6n de eliminaci6n de pat6genos intracelulares mediante la lisis de las celulas infectadas. Para realizar la funci6n citolftica, la celula Tc efectora necesita una fuerte serial coestimuladora, que proviene de la celula que Ie presenta el antfgeno 0 de ciertos linfocitos Th1. Los linfocitos Tc efectores utilizan dos mecanismos diferentes de lisis: a) inducci6n de muerte celular programada (apoptosis) en las celulas diana a traves de moleculas de membrana especializadas (CD9SL/CD9S), 0 b) destrucci6n de la celula mediante la formaci6n de poros en la membrana, gracias a la acci6n de perforinas y fragmentinas. Las funciones de 105 linfocitos T efectores se desarrolian mediante moleculas de membrana y/o citocinas, y tienen lugar de manera focalizada y selectiva sobre las celulas que ofrecen el antfgeno para el que son especfficas. De este modo se garantiza, por ejemplo, que 5610 se eliminan las celulas infectadas, 0 solo se activan 105 macr6fagos 0 Iinfocitos B que 10requieren.