Células fagocíticas: macrófagos

8. CÉLULAS FAGOCÍTICAS.

8.1. MIGRACIÓN LINFOCITARIA.

8.2. QUIMIOTACTISMO.

8.3. MECANISMO DE ACTIVACIÓN DE LOS FAGOCITOS MONONUCLEARES.

8.4. FIJACIÓN DEL GERMEN A LA SUPERFICIE DEL FAGOCITO (primer estadio de la destrucción intracelular).

8.5. DESENCADENAMIENTO DE LA CAPTACIÓN.

8.6. DESENCADENAMIENTO DE LA ACTIVIDAD BACTERICIDA.

8.7. MECANISMOS DESTRUCTIVOS.

8.7.1. MECANISMOS DESTRUCTIVOS OXÍGENO INDEPENDIENTES.

8.7.2. MECANISMOS OXÍGENO DEPENDIENTE (es efectivo durante la fagocitosis y a pH neutro).

8.7.2.1. INTERMEDIARIOS REACTIVOS DEL OXÍGENO (ROI).

8.7.2.2. INTERMEDIARIOS REACTIVOS DEL NITRÓGENO (NOI).

8.8. PAPEL CENTRAL DE LOS MACRÓFAGOS EN LA INMUNIDAD MEDIADA POR CÉLULAS.

8.8.1. FASES DE LA RESPUESTA INMUNE EN LAS QUE PARTICIPAN LOS MACRÓFAGOS.

8.8.2. ACCIONES DE LOS MACRÓFAGOS.

8.8.3. ACTIVACIÓN DE LOS MACRÓFAGOS.

8.8.4. TNF-alfa (caquectina).

8.8.5. IL-1.

8.8.6. REGULACIÓN NEGATIVA DE LAS FUNCIONES EFECTORAS DE LOS MACRÓFAGOS.

8. CÉLULAS FAGOCÍTICAS.

8.1. MIGRACIÓN LINFOCITARIA.

En la inflamación aguda, primero llegan los neutrófilos y después los monocitos y macrófagos. Hay tres fases en el reclutamiento:

Marginación y adherencia al endotelio vascular. Las células endoteliales expresan moléculas de adhesión (ELAM-1, GMP-140) que se unen a Rc de superficie de los neutrófilos (LFA-1, ICAM).

Paso de los leucocitos a través de las paredes. El leucocito rompe las uniones inter-endoteliales y membrana basal y pasan por movimiento ameboide activo.

Migración de los leucocitos a través de los tejidos.

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8.2. QUIMIOTACTISMO.

La atracción de los fagocitos del sistema de inmunidad natural hacia el foco de infección se puede deber a varios factores:

– Sustancias de origen directamente microbiano. Tal es el caso de cortos péptidos derivados de los extremos amino-terminales de proteínas bacterianas (p. ej., el formil-Met-Leu-Phe es quimiotáctico para los leucocitos, que llevan receptores capaces de reconocerlo).

– Componentes microbianos (como la endotoxina de bacterias Gram-negativas) activan la ruta alternativa del complemento, que libera los péptidos C3a y C5a, que son muy quimiotácticos sobre fagocitos.

La respuesta más aparente a los agentes quimiotácticos (fMet-Leu-Phe, C5a, C3a) es el cambio de morfología. Los agentes quimiotácticos son para los neutrófilos los mayores activadores, induciendo además exocitosis de gránulos e inducen el quemador respiratorio. También aumenta la expresión en membrana de CR1, CR2 y Cyt b558 (un componente de la NADPH-oxidasa). El quemador respiratorio es la propiedad más característica de los fagocitos y cataliza la formación de ión superóxido, precursor del peróxido de hidrógeno e hipoclorito.

La activación se inicia tras la unión del agente quimiotáctico a su Rc que está acoplado a una proteína de unión del GTP. El paso siguiente es la activación de la PLC que genera DG e IP3, que van a aumentar la concentración de calcio en el citosol. El resultado final es la activación de la PKC, que fosforila y activa a la NADPH-oxidasa.

8.3. MECANISMO DE ACTIVACIÓN DE LOS FAGOCITOS MONONUCLEARES.

Para llevar a cabo sus funciones, los macrófagos necesitan ser activados por el IFN-gamma (activa genes) segregado por los linfocitos T. Los macrófagos activados son más grandes y tiene aumentados la síntesis proteica, el contenido de enzimas lisosomales, la fagocitosis y la capacidad bactericida. Existen otros factores capaces de activar a los macrófagos: IL-1, IL-2, IL-4, TNF, GM-CSF, M-CSF. Está activación es necesaria para la presentación de Ag, actividad citotóxica frente a tumores y actividad bactericida.

8.4. FIJACIÓN DEL GERMEN A LA SUPERFICIE DEL FAGOCITO (primer estadio de la destrucción intracelular).

Está interacción determina la internalización y destrucción. La unión inespecífica entre bacteria y fagocito se realiza por interacción entre moléculas de superficie del microorganismo y receptores del leucocito con caracterísiticas de lectinas.

Molécula bacteriana Receptor del fagocito
Lectinas Oligosacáridos de superficie
Oligosacáridos de superficie Lectinas
b -glucanos CR3 y LFA-1
Lípido A (endotoxina) CR3 y LFA-1

También puede haber intercacción entre moléculas del sistema inmune fijadas sobre la superficie del microorganismo y el fagocito.

Opsoninas del hospedador unidos a la bacteria Receptor del fagocito
C3b CR1 (*)
inmunoglobulinas FcR (*)
MBP C1qR

8.5. DESENCADENAMIENTO DE LA CAPTACIÓN.

No siempre que se une un germen a un Rc se produce la captación. Las partículas de cimosano (derivado de levadura) se unen a CR3 y evitan la captación.

Las partículas son ingeridas mediante pseudópodos e incluida en un fagosoma, que después se unirá a un lisosoma primario para dar un fagolisosoma.

8.6. DESENCADENAMIENTO DE LA ACTIVIDAD BACTERICIDA.

No siempre es efectivo y a veces hay bacterias que sobreviven.

8.7. MECANISMOS DESTRUCTIVOS.

8.7.1. MECANISMOS DESTRUCTIVOS OXÍGENO INDEPENDIENTES.

a) Tras la fusión del lisosoma primario a la vesícula de endocitosis, se forma un heterofagosomas y se produce un aumento transitorio del pH (basificación). Después hay una acidificación fuerte capaz de destruir muchos microorganismos.

b) Actuación de las proteínas catiónicas:

Defensinas: son peptidos de 32-34 aminoácidos ricos en Cys y Arg que se hallan en los macrófagos de conejo y en los PMN humanos. FORMAN CONDUCTOS EN LA MEMBRANA, permeables a los iones. Estas proteínas pueden destruir gérmenes tan diversos como S. áureas, Ps. aeruginosa, E. coli, Criptococus neoformans y VHS porque dañan la membrana de los microorganismos. Son activas, sobre todo, durante el ascenso transitorio del pH (pH7) que se produce antes de la acidificación.

Catepsina G y la azuricidina tienen actividad contra los Gram (-), pero no asociado a su actividad enzimática.

c) Otro mecanismos antimicrobianos:

Proteasas lisosómicas que actúan a pH ácido.

Lisozima que destruye la pared de peptidoglicano de los Gram positivo.

Lactoferrina (neutrófilos) puede unir hierro y hacer que no sea captado por los microorganismos, incluso a pH ácido.

Todos estos mecanismos requieren la formación del heterofagosoma, pero hay microorganismos que tienen mecanismos para evitarlo. M. tuberculosis y Leishmania secretan amoniaco que bloquea la fusión del lisosoma a la vesícula de endocitosis. Ciertos cationes como la suramina o el ac. poliglutámico, pueden hacerlo también.

8.7.2. MECANISMOS OXÍGENO DEPENDIENTE (es efectivo durante la fagocitosis y a pH neutro).

Los podemos estudiar a su vez bajo dos categorías: los que se basan en intermediarios reactivos de oxígeno, y los intermediarios reactivos de nitrógeno.

8.7.2.1. INTERMEDIARIOS REACTIVOS DEL OXÍGENO (ROI).

La unión de partículas a los receptores de la membrana del fagosoma del macrófago provoca el denominado estallido respiratorio (por activación de la ruta de la hexosa monofosfato), que produce mucho NADH. Hay liberación de productos de reducción del oxígeno que pueden proceder de la cadena respiratoria (subproducto). La ausencia de esta vía en la enfermedad granulomatosa crónica hace que los enfermos sean incapaces de destruir ciertos microorganismos piogenos.

La actividad microbicida dependiente del oxígeno puede ser:

Independiente de la mieloperoxidasa: interviene el Cyt b, proteína de la membrana del fagosoma que cede electrones al oxígeno molecular y produce aniones seperóxido e hidroxilo, que van a poder generar peróxido de hidrógeno con acción bactericida. Antes de que el lisosoma se fusione con el fagosoma, en éste tiene lugar una reducción de oxígeno molecular (O2) catalizada por la NADH-oxidasa de la membrana del fagosoma; el anión superóxido resultante (·O2) es tóxico por sí mismo, pero a su vez da lugar a otros radicales tóxicos de vida corta, como el peróxido de hidrógeno (H2O2), el radical hidroxilo (·OH) y el oxígeno singlete (O12). El macrófago se protege de los ROI que puedan salir del fagosoma por medio de una cadena de reacciones redox en que participa glutation.

Dependiente de la mieloperoxidasa: interviene la mieloperoxidasa que va en los lisosomas. Una vez que el lisosoma se fusiona con el fagosoma, aquél libera la mieloperoxidasa, que actúa sobre los peróxidos en presencia de haluros (I- y Cl-), para producir compuestos halogenados (hipohaluros) muy tóxicos y de vida larga: ácido hipocloroso (ClOH), e hipoiodoso (IOH). También puede participar la catalasa de los peroxisomas. Los macrófagos hísticos no contienen peroxidasa.

La capacidad de producir intermediarios del oxígeno y el contenido en mieloperoxidasa decrecen rápidamente en los fagocitos. Los monocitos son capaces de mantener esta facultad durante unos siete días en cultivo y se puede reactivar mediante IFN-gamma (los macrófagos la pierden antes).

8.7.2.2. INTERMEDIARIOS REACTIVOS DEL NITRÓGENO (NOI).

Da lugar a la formación de NO que es tóxico para bacterias y células tumorales. Para la expresión óptima de este mecanismo, los macrófagos tienen que estar activados por IFN-gamma y desencadenarse por el TNF. La enzima que sintetiza el NO es la ÓXIDO NÍTRICO SINTETASA que combina el oxígeno con el grupo guanidinio de la L-arginina, y utiliza como cofactor a la tetrahidrobiopterina, para producir óxido nítrico.

8.8. PAPEL CENTRAL DE LOS MACRÓFAGOS EN LA INMUNIDAD MEDIADA POR CÉLULAS.

8.8.1. FASES DE LA RESPUESTA INMUNE EN LAS QUE PARTICIPAN LOS MACRÓFAGOS.

a) En la defensa inicial frente al patógeno: el macrófago sin activar tiene su capacidad fagocítica basal. Al mismo tiempo secreta citocinas que ayudan a otras células (p. ej., recordar la IL-1 que participa en la activación de linfocitos B).

b) En la presentación del antígeno: actúa como célula presentadora para linfocitos TH, que a su vez se activan secretando citocinas.

c) En la fase efectora el macrófago se activa por citocinas (como el IFN-gamma secretado por linfocitos TH), lo cual va a potenciar sus actividades antimicrobianas, antitumorales y de secreción de citocinas.

Las citocinas secretadas por macrófagos en respuesta a componentes microbianos cumplen importantes papeles: la IL-12 y el TNF-alfa, en sinergia con otros mediadores, mejoran la actividad antimicrobiana inespecífica:

– El TNF-alfa mejora la capacidad microbicida de PMN neutrófilos y de los propios macrófagos;

– El TNF-alfa junto con la IL-12 provocan que las células NK liberen IFN-gamma, el cual aumenta la actividad de los macrófagos;

– El TNF-alfa induce cambios en las supe rficies de células endoteliales y de fagocitos, que pueden interaccionar de modo que los fagocitos se extravasan para acceder al lugar de la inflamación, donde se localiza el foco de infección.

8.8.2. ACCIONES DE LOS MACRÓFAGOS.

Participa en el inicio de la respuesta como CPA, y en la fase tardía como célula inflamatoria, tumoricida o microbicida; además, de sus funciones reguladoras. Los macrófagos y sus productos intervienen en:

a) Inflamación y fiebre:

– TNF e IL-1 son pirógenos endógenos.

– PG, factores del complemento y de coagulación.

b) Activación linfocitaria: procesado y presentación de Ag y producción de IL-1, TNF, IL-10, IL-12.

c) Reorganización de los tejidos: elastasa, colagenasa, hialuronidasa, factor estimulante de fibroblastos, factor de angiogenesis, IL-1, TNF.

d) Daños hísticos con hidrolasas ácidas, peróxido de hidrógeno, radical superóxido.

e) Actividad microbicida:

– Dependiente de oxígeno: H2O2, O2, OH, hipohalito, óxido nítrico (NO).

– Independiente de oxígeno: lisozima, ácido láctico, hidrolasas ácidas, proteínas catiónicas.

f) Actividad tumoricida (acción citotóxica): factores citotóxicos, peróxido de hidrógeno, proteasas, arginasas, NO y TNF-alfa.

8.8.3. ACTIVACIÓN DE LOS MACRÓFAGOS.

Los macrófagos en reposo pueden matar pero sus capacidades microbicidas pueden mejorar por medio de su activación. Esta activación puede provocarse por:

a) Productos microbianos (LPS, producto de micobacterias) que causan activación directa de monocitos y macrófagos ó activación indirecta (los macrófagos sin activar y las células NK liberan citocinas que a su vez activan a los macrófagos).

b) Ulterior activación por citocinas producidas por linfocitos TH, sobre todo por IFN-gamma. Provocan atracción quimiotáctica de fagocitos y/o activación de los mecanismos dependientes e independientes de oxígeno.

El macrófago despliega unas u otras de sus funciones efectoras dependiendo de la combinación particular de estímulos químicos que reciba, a saber, citocinas y moléculas inflamatorias.

La activación de los macrófagos de ratón se puede lograr mediante el IFN-gamma secretado por el TH, o por la endotoxina (lípido A) de las bacterias gram-negativas. Pero a su vez, los macrófagos activados secretan TNF-alfa, que al actuar sobre macrófagos ya activados provocan una mayor potenciación de sus capacidades al activarse la ruta dependiente del óxido nítrico.

En humanos, el macrófago, en presencia de IFN-gamma,  activa la 1-alfa hidroxilasa, que convierte el 15-hidroxicolecalciferol circulante en 1,25-dihidroxicolecalciferol (calcitriol o vitamina D3). A su vez, este calcitriol activa más al macrófago al tiempo que inhibe los linfocitos TH1. Esta respuesta en humanos puede ser parte de la razón de que cuando falla la eliminación del parásito haya un cambio desde TH1 a TH2, con lo que se hace crónica la respuesta celular.

Los efectos producidos son:

a) La activación de macrófagos es importante en la destrucción de microorganismos intracelulares como micobacterias, listerias y leishmania.

b) La acción sinérgica de las linfocinas, hacen resistentes a los macrófagos a infecciones de Leishmania,, Candida, T. cruzi, Rickettsia, Legionella.

c) Se van a producir cambios de volumen, extensión, pinocitosis, fagocitosis, secreción de productos tóxicos del oxígeno, secreción de proteasas, hidrolasas de los lisosomas, 5′-nucleotidasa de la membrana plasmática.

d) La activación es secuencial y admite grados. En cada fase se expresan funciones efectoras distintas. En los macrófagos murinos, la activación de la actividad tumoricida sigue las fases de:

Macrófago inmaduro estimulado por la inflamación.

Macrófago con capacidad de respuesta a estímulos de linfocinas y baja concentración de IFN-gamma.

Macrófago sensibilizado: estimulado por endotoxina o linfocina y alta concentración de IFN-gamma.

Macrófago citolítico activado.

8.8.4. TNF-alfa (caquectina).

Sinérgico en muchas acciones a la IL-1 e IFN-gamma. Activa macrófagos, granulocitos y células citotóxicas.

– Es el responsable de la mayor actividad tumoricida de los monocitos-macrófagos, y también activa a los LTc. La necrosis del tumor es producida por lesión en el endotelio de los vasos tumorales (hay algo que los hace más sensible que los vasos normales).

Responsable del CID (coagulación intravascular diseminada) y la hipertensión que aparece en las septicemias por Gram (-). El shock endotóxico es promovido por el LPS que provoca la liberación de TNF.

– El TNF protege frente a las bacterias (legionella), paludismo y virus, y puede destruir células infectadas. El mecanismo es análogo al del IFN-gamma.

Secretado por macrófagos, monocitos activados y LTc. Esta presente en la membrana y se libera por escisión a causa de un estímulo (algunos componentes de bacterias, protozoos y células tumorales).

– El TNF-beta es la linfotoxina de los LT, con acciones similares.

8.8.5. IL-1.

Hay dos tipos de IL-1 (alfa y beta con distinto pI), las dos con los mismos efectos, el mismo Rc y afinidades similares.

a) Los efectos de la IL-1 sobre las células del SI son:

Quimiotaxis para macrófagos y CPA.

– En los LTh provoca la producción de linfocinas, proliferación y expresión de Rc de IL-2.

– En las células B produce potenciación de la diferenciación y proliferación.

– En las NK produce aumento de la actividad quimiotáctica y citotóxica.

– En los PMN provocan activación metabólica y de la quimiotaxis.

– La IL-2 de los LTh activa a los macrófagos para que produzcan más IL-1, y aumenten la activada citotóxica.

Los LT y LB poseen, en reposo, Rc de IL-1 y la ocupación cuando son estimulados por el Ag, provoca división y proliferación celular. Los LT expresan Rc de Il-2 en reposo y cuando son estimulados por la IL-1, aumenta la producción de IL-2 y de su Rc en los LT.

b) En tejidos y células que no forman parte del SI se comporta como:

Mediador de la inflamación: provoca la síntesis de PG.

Proliferación celular, como en la fibrosis pulmonar.

Síntesis de proteínas: colagenasa (células sinoviales, hueso, cartílago, fibroblastos), proteínas de fase aguda (hígado), colágeno tipo IV (células endoteliales).

Síntesis de TNF.

Fiebre, anorexia, somnolencia, liberación de proteasas.

– En el endotelio aumenta las moléculas de adhesión, procoagulantes y aumenta la actividad.

Aumento de la adherencia de macrófagos y PMN.

8.8.6. REGULACIÓN NEGATIVA DE LAS FUNCIONES EFECTORAS DE LOS MACRÓFAGOS.

– La prostaglandina E puede desactivar macrófagos activados.

– Los esteroides desactivan algunos mecanismos efectores.

– El factor desactivador de los macrófagos (MDF), secretado por las células tumorales, bloquea la activación del IFN-gamma sobre la mayor capacidad de producción de ROI y NO.

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