Citocinas

Las citocinas son un grupo de proteínas de bajo peso molecular (por lo general menos de 30 kDa) que actúan mediando interacciones complejas entre células de linfoides, células inflamatorias y células hematopoyéticas. Sus funciones son muy variadas: diferenciación y maduración de células del sistema inmunitario; comunicación entre células del sistema inmunitario; en algunos casos, ejercen funciones efectoras directas.

Las quimioquinas (o quimiocinas) son un tipo de citocinas de pequeño tamaño, con papeles en la respuesta inflamatoria y la quimiotaxis de fagocitos.

1. PROPIEDADES GENERALES DE LAS CITOCINAS.

a) Las citocinas se producen durante las fases efectoras de la inmunidad natural y específica y sirven para regular las respuestas inmunitarias.

b) La producción y secreción de citocinas es un hecho breve y autolimitado. En muchos casos ello se debe a que los correspondientes ARNm tienen una corta vida media, que a su vez depende de que las zonas 3’ no traducibles son ricas en A y U.

a) Muchas de las citocinas no tienen un origen único, sino que están sintetizadas por múltiples tipos celulares. Dentro del sistema inmune natural, los macrófagos son las células más productoras de citocinas, mientras que en el sistema específico lo son las células T_H.

b) Las citocinas son pleiotrópicas, es decir, que la misma citocina es capaz de actuar en múltiples tipos celulares.

c) Las actividades funcionales de la citocinas son redundantes, es decir, que distintas citocinas pueden producir el mismo efecto.

d) Algunas citocinas inducen la síntesis de otras citocinas, lo que conlleva a la producción de cascadas en la que la 2ª o 3ª citocina pueden mediar el pretendido efecto de la primera.

e) Las citocinas pueden influir sobre el efecto de otras citocinas: efecto antagonista (el IFN-g bloquea el cambio de clase promovido por IL-4) o sinérgico (la acción conjunta de IL-4 e IL-5 induce en células B el cambio de clase para que produzcan IgE).

f) Inician su acción tras fijarse a Rc específicos de la superficie celular: acción autocrina o paracrina. Los Rc para las citocinas tienen un afinidad elevada (Ka=10^-10-10^-12), y en consecuencia hacen falta cantidades muy pequeñas de citocinas para saturar los Rc.

g) La expresión de muchos de los Rc de las citocinas se regulan por señales específicas. De esta forma, la respuesta a las citocinas puede ser amplificada positiva y negativamente al variar el número de Rc.

h) La mayoría de las respuestas celulares a las citocinas son lentas ocurriendo en período de horas y requieren síntesis de RNAm y proteínas de novo.

i) Actúan sobre muchas células regulando la división celular, bien estimulándola o inhibiéndola.

j) Las citocuinas «controlan» el sistema inmune: regulando (activando o inhibiendo) la activación, proliferación y diferenciación de varios tipos de células; regulando la secreción de anticuerpos y de otras citoquinas.

2. ESTRUCTURA DE LAS CITOCINAS.

Las citocinas son proteínas o glucoproteínas de menos de 30 kDa. Muchas de ellas pertenecen a la llamada familia de las hematopoyetinas, y tienen estructuras terciarias parecidas: una configuración a base de un conjunto de cuatro hélices alfa, con poca estructura en lámina beta.

Las citocinas se pueden clasificar estructuralmente en varias familias:

a) Citocinas tipo alfa:

– Superfamilia de 4 hélices agrupadas de cadena larga: G-CSF, MM-CSF, IL-6, IL-3, IL-7, LIF, Oncostatina M

– Superfamilia de 4 hélices agrupadas de cadena corta: IL-2, IL-3, IL-4, IL-5, IL-13, IFN-a, GM-CSF, M-CSF

– Dímeros de 4 hélices agrupadas: IFN- b, IFN- g, IL-10

b) Citocinas de tipo beta:

– Triples hojas beta: IL-1 a, IL-1 b, FGF, TNF-a, TGF-a

– Con dominios de dimerización ricos en Cys: PDGF, TGF-b

c) Citocinas de tipo alfa + beta:

– MIP-1b

3. FUNCIÓN DE LAS CITOCINAS.

Aunque existen muchos tipos de células productoras de citocinas, los más importantes son los linfocitos T_H y los macrófagos, ya que sus citocinas son esenciales para que se produzca la respuesta inmune una vez que se activan las células T y B por el contacto con las correspondientes CPA.

Principales tipos de respuesta mediatizados por la acción de las citocinas:

– Activación de los mecanismos de inmunidad natural: activación de los macrófagos y otros fagotitos, células NK, y eosinófilos; e inducción de las proteínas de fase aguda en el hígado.

– Activación y proliferación de células B, hasta su diferenciación a células plasmáticas secretoras de anticuerpos.

– Intervención en la respuesta celular específica.

– Intervención en la reacción de inflamación, tanto aguda como crónica.

– Control de los procesos hematopoyéticos de la médula ósea.

– Inducción de la curación de las heridas.

Las citocinas pueden clasificarse funcionalmente como:

1. Mediadoras y reguladoras de la inmunidad innata:

• Producidas por macrófagos estimulados por agentes infecciosos

• Estimulan o inhiben las reacciones inflamatorias

• IL-1 a, IL-1 b, IL-12, TNF-a, IFN-a, IFN-b, IFN-g

2. Quimiocinas:

• Producidas por varios tipos celulares

• Atraen quimiotácticamente a leucocitos a las zonas de inflamación

• Más de 50 proteínas conocidas

3. Mediadoras y reguladoras de la inmunidad especifica:

• Producidas por linfocitos T tras reconocimiento antigénico

• Potencian, enfocan y especializan las reacciones inmunitarias

• IL-2, IL-3, IL-4, IL-5, TGF-b, LT

4. Estimuladoras de la proliferacion y diferenciación de leucocitos maduros:

• Producidas por linfocitos activados y otras células

• Activadores potentes del crecimiento y diferenciación de células hematopoyéticas

• SCF, IL-3, IL-7, G-CSF, GM-CSF, M-CSF

4. SÍNTESIS DE CITOCINAS.

Las células T_H desempeñan papeles esenciales en la inmunidad celular:

a) Determinan la especificidad de la respuesta inmune (qué antígenos y qué epitopos son reconocidos).

b) Intervienen en la selección de los mecanismos efectores destinados a eliminar al patógeno.

c) Ayudan a la proliferación de las células efectoras adecuadas.

d) Mejoran las funciones de fagocitos y otras células efectoras.

El sistema inmune ha de efectuar una decisión esencial: qué mecanismos efectores se ponen en marcha, que sean los adecuados para la naturaleza de cada infección en particular. Dentro de la inmunidad mediada por células, existen varios mecanismos:

– Citotoxicidad directa específica, por medio de linfocitos T citotóxicos CD8⁺ (CTL).

– Degranulación de eosinófilos y mastocitos una vez que han contactado con la célula a eliminar a través de anticuerpos, que sirven de «puentes» moleculares (ADCC).

– Activación de macrófagos y reacción de hipersensibilidad de tipo retardado.

La respuesta estriba en buena parte en el patrón local de citocinas producidas al inicio de la respuesta inmune, desencadenado ante cada tipo de patógeno, así como en la concentración local de metabolitos, esteroideos y de vitamina D₃ en el tejido linfoide: estos factores determinan que predomine uno de dos subtipos de células T_H (T_H1 y T_H2) lo que finalmente condicionará el desencadenamiento de uno u otro de los mecanismos efectores.

Una vez establecidos, cada uno de estos patrones de respuesta es capaz de inhibir o suprimir al otro, debido a la acción de ciertas citocinas de cada tipo de célula T_H.

A los T_H1 se les suele llamar linfocitos T «inflamatorios», y a los T_H2, «coadyuvantes». Así, en la lepra tuberculoide se inducen sobre todo linfocitos T_H1, por lo que hay una buena activación de macrófagos, lo cual redunda en que se detectan pocas bacterias intracelulares. En cambio, en la lepra lepromatosa se induce la subpoblación T_H2, que colabora eficazmente en la respuesta específica humoral; pero los anticuerpos evidentemente no pueden acceder al interior celular, por lo que existen abundantes bacilos en el interior de los macrófagos; éstos, al no poder ser activados eficazmente, no pueden eliminar al parásito. Hay gran destrucción de tejidos
Se ha visto que las dos ramas de la respuesta inmunitaria, celular y humoral, están controlada por distintos subtipos de LTCD4+, llamados TH1 y TH2 que segregan distintos tipos de citocinas.

En resumen, las funciones y citocinas más importantes son:

	TH1	TH2	TH0
Funciones: Producción de Ac (totales) IgE IgG2 Eosinófilos y mastocitos Activación de macrófagos Hipersensibilidad retardada	+ – ++ – ++ ++	++ ++ + ++ – –	++ +/- ? ? ? ?
Citocinas: IL2 IFN-gamma Linfotoxina TNF-alfa GM-CSF IL3 IL4 IL5 IL10 IL13	+ ++ ++ ++ ++ ++ – – – –	– – – + + ++ ++ ++ ++ ++	+ ++ ? ? + ++ ++ ++ ++ ?

Las funciones de los dos fenotipos son:

a) TH1: LT que cooperan en la respuesta celular y producen linfocinas que activan a los macrófagos y células citotóxicas (IFN-gamma, TNF-alfa y GM-CSF).

b) TH2: LT que producen IL-4, IL-5, IL-6 e IL-10. Se ha demostrado respuesta TH2 en individuos atópicos (con alergia), que tenían niveles elevados de IgE. Estas células TH2 también predominan en las infecciones parasitarias.

5. CITOCINAS QUE MEDIAN EN LA INMUNIDAD.

Citocina	Célula productora	Célula diana	Efectos
IL-1	Monocitos, macrófagos, células dendríticas, LB, fibroblastos, células epiteliales, endotelios, astrocitos	LT, LB Cél. endoteliales Hipotálamo Hepatocito Músculo, grasa Neutrófilos	Coestimulación.Inmunorregulación Activación. Fiebre. Proteínas de fase aguda. Catabolismo (caquesia) Activación
IL-2	LT (NK)	LT LB NK	Crecimiento, citocinas. Crecimiento y diferenciación de LB. Efecto LAK.. Promueve la liberación de IFN-gamma.
IL-3	LT	Progenitores inmaduros	Es un factor estimulante pan-específico de colonias
IL-4	LT	LB Macrófagos Mastocitos LT	Activación, crecimiento y diferenciación de LB. Estimula la producción de IgG1 e IgE. Expresión del Rc de IgE de baja afinidad. Es un MAF (factor activador de macrófagos). Actúa con la IL-3 en la proliferación de mastocitos. Factor de crecimiento y diferenciación de LT.
IL-5	LT	LB Eosinófilos	Crecimiento y diferenciación de LB (ratón). Interviene en la maduración de eosinófilos(hombre).
IL-6	LT, macrófagos, fibroblastos, LB	LB LB, LT Hepatocito	Proliferación. Diferenciación a células plasmáticas. Coestimulador. Proliferación de plasmocitos, mielomas e hibridomas Factor estimulador de hepatocitos. Respuesta de fase aguda (similar a IL-1).
IL-7	Estroma de médula ósea. Estroma tímico	Progenitor	Proliferación de células pre-B y pro-B. No inmaduro en LB maduro. Proliferación de protimocitos e indirectamente de LT. Factor activador de macrófagos.
IL-8	Macrófagos y células endoteliales	Leucocitos	Quimiotaxis. Activación. Inflamación y migración celular. Inhiben proliferación.
IL-9	LT	LT. Precursor eritroide. Mastocitos	Crecimiento.
IL-10	LT, LB ,Macrófagos, Queratinocitos	LT Macrófagos Hepatocitos LB	Factor inhibidor de la síntesis de citocinas(IFN-gamma), presentación de Ag. Activación. Producción de citocinas (IL-1, IL6 y TNF-alfa). Inhibe activación. Proteínas de fase aguda. Incrementa clase II MHC.
IL-11	Macrófagos, fibroblastos	LB maduro Megacariocitos	Coestimulación, proliferación. Proliferación
IL-12	Macrófagos	LT, NK	Crecimiento
IL-13	LT	LB Macrófagos	Proliferación. Diferenciación, aumento de MHC-II, inhibe activación.
IFN (alfa/beta)	Macrófagos (alfa) Fibroblastos (beta)	Todas NK	Antivírico, antiproliferativo. Activación.
IFN-gamma	LT y NK	Macrófagos Cél endoteliales NK Todas	Activación. Activación. Activación. Induce clase I y II.
MIF	LT	Macrófagos LT, LB	Factor inhibidor de la migración de macrófagos. Activación. Proliferación.
TNF-alfa	LT Macrófagos	Neutrófilos Cel . endoteliales Hipotálamo Músculo, grasa Hepatocitos LT, LB	Activación. Activación. Fiebre Catabolismo (caquesia) Proteínas de fase aguda Coestimulador
TNF-beta	LT	Neutrófilos Cel. endoteliales	Activación. Activación.
GM-CSF	LT	Progenitor Macrófago	Factor estimulador de granulocitos y macrófagos.
TGF-beta	LT Macrófagos	LT Macrófagos Múltiples células	Inhibe activación, proliferación Inhibe activación Regula +/- proliferación.

6. RECEPTORES DE CITOCINAS.

6.1. FAMILIAS DE RECEPTORES DE CITOCINAS.

Los receptores de citocinas se pueden agrupar en cinco familias:

1. Superfamilia de las inmunoglobulinas, que poseen varios dominios extracelulares de tipo Ig. Ejemplo: Rc específico para la IL-1 alfa y beta, SCF, IL-16.

2. Familia de clase I de receptores de citocinas (=familia de receptores de hematopoyetinas). Pertenecen a la familia de receptores alfa, beta y gamma. A esta familia pertenecen la mayor parte de los Rc de citocinas (IL 2, IL-3, IL-5, IL 6, IL 7, IL 9, IL 13, IL 15, GM-CSF (factor estimulante de colonias granulocitos-monocitos) y G-CSF (Factor estimulador de colonias de Granulocitos)).

3. Familia de clase II de receptores de citocinas (=familia de receptores de interferones). Tienen receptores alfa y beta. Ejemplo: Rc de los interferones no inmunes (IFN-alfa y beta) y el IFN-gamma.

4. Familia de receptores de TNF: que posee un dominio extracelular rico en cisteínas. Ejemplo: Rc de TNF-alfa, TNF-beta, CD40.

5. Familia de receptores de quimiocinas: son proteínas integrales de membrana, con 7 hélices alfa inmersas en la bicapa lipídica. Interaccionan en la cara citoplasmática con proteínas de señalización triméricas (proteína G). Ejemplo: Rc de IL-8, RANTES.

6. Receptores de factores de crecimiento transformante (TGF): pertenecen a ésta familia TGF alfa y TGF beta.

6.2. ESTRUCTURA DE LOS DE RECEPTORES DE CITOCINAS.

La mayor parte de los receptores de clase I poseen dos proteínas de membrana:

– Cadena alfa, que es la subunidad específica de la citocina, sin capacidad de enviar señales al citoplasma.

– Cadena beta, una subunidad transductora de señal, que a menudo no es específica de citocina, sino que es compartida por receptores de otras citocinas. Esta cadena beta es una proteína anclada a membrana, con un dominio extracelular en el que hay al menos un motivo característico llamado CCCC (cuatro cisteínas cercanas en posiciones equivalentes) y el llamado motivo WSXWS (Trp-Ser-X-Trp-Ser). La subunidad transductora de señal se necesita para formar el receptor de alta afinidad, y para transducir la señal al interior. Ello se logra porque tras la unión, se fosforilan ciertas tirosinas de la larga cola citoplásmica de la cadena transductora de señal.

En los esquemas comparativos de distintos receptores se puede apreciar que algunos de ellos poseen el mismo tipo de subunidad beta. Este hecho permite explicar dos cualidades a las que ya hemos aludido: la redundancia y el antagonismo. Por ejemplo: consideremos los receptores de IL-3, IL-5 y GM-CSF, que como se ve, comparten el mismo tipo (llamado KH97) de cadena beta.

– Redundancia: por separado, las tres citocinas citadas, al tener sendos receptores que tienen el mismo tipo de cadena beta, provocan los mismos efectos biológicos: proliferación de eosinófilos y desgranulación de basófilos.

– Antagonismo: las tres citocinas compiten entre sí por la unión de un número limitado de cadenas b con las a específicas de cada receptor.

La subfamilia de receptores a la que pertenece el receptor de IL-2 (el llamado IL2-R) consta de tres subunidades: Cadena alfa (CD25) específica de cada citocina; dos subunidades (cadena beta (CD122) y cadena común gamma (CD132)) transductoras de señal. Esta versión trimérica de IL-2R es la que une IL-2 con mayor afinidad, y la versión monomérica (IL-2Ralfa) de baja afinidad, sin cadenas transductoras, y por lo tanto incapaz de reenviar la señal, y una forma de afinidad intermedia (IL-2R beta/gamma).

6.3. TRANSDUCCIÓN DE SEÑAL.

Asociados a sistemas específicos de transducción de señal se encuentra un conjunto de proteínas transmisoras de la señal al interior de la célula:

• Tirosina Kinasas de la Familia JAK

• Factores de Transcripción STAT (iniciales inglesas de transductores de señal y activadores de transcripción)

La secuencia de sucesos sería:

1. Unión de citocina al receptor específico. La citocina provoca la dimerización de las dos subunidades del receptor (cadenas alfa y beta), lo que coloca cercanas a sus respectivas colas citoplásmicas.

2. Una serie de proteín-quinasas de la familia de JAK (quinasas Jano) se unen a las colas agrupadas de las subunidades del receptor, con lo que se esas quinasas se activan.

3. Las JAK se autofosforilan.

4. Las JAK fosforilan a su vez determinadas tirosinas de las colas del receptor,

5. Entonces proteínas de otra familia, llamada STAT (iniciales inglesas de transductores de señal y activadores de transcripción) se unen a algunas de las tirosinas fosforiladas de las colas del receptor, quedando cerca de las JAK.

6. Las JAK fosforilan a las STAT unidas a las colas del receptor.

7. Al quedar fosforiladas, las STAT pierden su afinidad por las colas del receptor, y en cambio tienden a formar dímeros entre sí. (Las tirosinas fosforiladas que han quedado libres en las colas del receptor sirven para unir nuevos monómeros de STATs).

8. Los dímeros de STAT fosforilados emigran al núcleo de la célula, donde actúan ahora como activadores de la transcripción de ciertos genes, al unirse a secuencias especiales en la parte 5’ respecto de las respectivas porciones codificadoras.

También hay mecanismos de inhibición de respuestas mediadas por citocinas:

o Desactivación rápida de la vía JAK/STAT

o Inhibición de respuestas por fosfatasas de tipo SHP

o Inhibición retroactiva de la fosforilación de STATs y receptor: Inhibidores SOCS (Suppressor Of Cytokine Signaling)

6.4. ANTAGONISTAS DE CITOCINAS.

La actividad biológica de las citocinas está regulada fisiológicamente por dos tipos de antagonistas:

– Bloqueadores del receptor de citocinas. Como ejemplo de bloqueador de receptor tenemos el antagonistadel receptor de IL-1 (IL-1Ra), que bloquea la unión de IL-1alfa o IL-1beta. Desempeña un papel en la regulación de la intensidad de la respuesta inflamatoria.

– Inhibidores de la acción de la citocina. Los inhibidores de citocinas suelen ser versiones solubles de os respectivos receptores (y se suelen denominar anteponiendo una «s» al nombre del receptor): la rotura enzimática de la porción extracelular libera un fragmento soluble que retiene su capacidad de unirse a la citocina. Existen ejemplos de versionessolubles de los receptores IL-2R, IL-4R, IL-7R, IFN-g R, TNF-a R, TNF-b R.

Este sIL-2R se puede unir a la IL-2, impidiendo su interacción con el auténtico receptor de membrana, con lo que esto supone un control sobre el exceso de activación delos linfocitos T. Este inhibidor se usa de hecho en clínica como un marcador de la existencia de activación crónica (caso, p. ej., de las enfermedades autoinmunes, rechazode injertos y SIDA).

Algunos virus han evolucionado (como parte de sus mecanismos deevasión del sistema defensivo del hospedador) para producir proteínas que se unen einactivan a las citoquinas. Por ejemplo, los poxvirus codifican una proteína soluble que se une al TNF-a , y otra que se liga a la IL-1.