Origen de las células T CD4+ en individuos infectados por el VIH
En los individuos VIH+, tras la instauración del tratamiento antirretroviral, hay un proceso de recuperación de células T CD4+ vírgenes y de memoria, probablemente debido a las diferencias funcionales entre las células generadas por timopoyesis y por expansión periférica. De tal forma que se ha propuesto un modelo bifásico para explicar el incremento de células T CD4+ [1]. En las 8-12 primeras semanas de tratamiento antirretroviral, las células T que habían quedado atrapados en los ganglios linfáticos son liberados al disminuir la activación del sistema inmune y redistribuidos. En sangre periférica se observa un aumento de células T CD4+ en su mayoría con fenotipo de memoria (CD45RO+), llegando posteriormente a un equilibrio [2]. Durante una segunda fase, el incremento de células T CD4+ es más lento y se produce a partir de células T naïve o vírgenes CD45RA+CD62L+ que se explica por una producción tardía de células por el timo [2]. No obstante, en las primeras semanas de tratamiento antirretroviral, también se liberan rápidamente linfocitos procedentes del timo, hecho que se detecta por la identificación de círculos de escisión del receptor de células T (TREC). La posibilidad de una nueva diferenciación tímica en el contexto de la inmunosupresión inducida por el VIH es muy alentadora, pues a priori una recapitulación ontogénica del sistema inmune debería ser mucha mas eficaz en su reconstitución que la simple expansión periférica de células T maduras CD45RO+, en los que se han demostrado limitaciones en la funcionalidad y número final de células generadas [3].
Los TREC se consideran como un buen marcador molecular de las células recién emigradas del timo (RTE, del inglés recent thymic emigrant). Este marcador permite cuantificar la producción de nuevas RTE de un modo alternativo a la enumeración de células con fenotipo virgen (CD45RA+CD62L+) y se basa en las modificaciones que se realizan en el DNA de los timocitos durante su diferenciación intratímica. Durante la generación de la gran diversidad de receptores de células T (TCR) de las que se constituye el repertorio inmunológico, se debe producir un reordenamiento aleatorio de segmentos génicos V, D y J, inicialmente separados en el cromosoma, para formar nuevas proteínas, propias de cada posible TCR [4, 5] (Figura 1A). Estos segmentos son reunidos por mecanismos de corte y empalme del DNA, que tiene como subproducto la salida del DNA espaciador en forma de una molécula de DNA circular extracromosómica denominada TREC [6]. Los TREC no realizan ninguna función en la célula, y por tanto no existen mecanismos para su replicación cuando la célula portadora se divide, es decir no se dividen durante la mitosis y su número no aumenta aunque sí lo haga el número de células del clon de células T (Figura 1B). En general se considera que la única fuente que puede aumentar el número de TREC es la diferenciación intratímica de células T.
Figura 1. Generación y distribución de los círculos de escisión del receptor de células T (TREC). (A): Modificaciones del DNA de los timocitos durante la diferenciación intratímica. Reordenamiento aleatorio de los segmentos génicos V, D y J, para formar nuevas proteínas propias de cada posible TCR y producción de una molécula de DNA circular extracromosómica que forman los TREC. (B): Los TREC son moléculas de DNA circular extracromosómica estables que no se dividen durante la mitosis, están presentes en las células vírgenes ?/? y no en las células de memoria.
| A |
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| B |
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Sin embargo, la interpretación de los valores de TREC no está exenta de controversia [7]. A pesar de que las células naïve o vírgenes portadoras de TREC se originan en el timo, algunos autores defienden que se han inferido conclusiones erróneas a partir del concepto de que los TREC son una medida adecuada de la producción tímica. Dos eventos periféricos aparte de la producción tímica vienen a complicar la interpretación de los valores de TREC: la longevidad de las células T naïve o vírgenes y la dilución del número del TREC por división celular [7]. Por tanto, aunque la presencia de TREC en células T naïve o vírgenes es indicativa de su origen tímico, las células T naïve que contienen TREC no han emigrado exclusivamente de forma reciente del timo. Además, debido a que los TREC se pasan a las células hijas tras la división celular, se puede asumir que incluso las células T naïve TREC+ puedan haber sufrido algún ciclo de proliferación. Por tanto, la estimación de la función del timo por medio de los valores de TREC aunque se considera un buen marcador, debe ser considerado un método indirecto de cuantificación que ha de interpretarse con cautela.
A principios del año 1995 dos trabajos fueron fundamentales para la comprensión de la dinámica de replicación del VIH y de las células T en la infección por el VIH [8, 9]. Estos trabajos demostraron que durante la fase de latencia clínica el virus continuaba replicándose muy activamente, y que el tratamiento antirretroviral era capaz de interrumpir drásticamente la infección de nuevas células. La no detección del VIH estaba asociada a un incremento en el recuento de células T CD4+, que en algunos casos multiplicaba hasta 78 veces los recuentos basales (antes del inicio de la terapia) de esta población de linfocitos. Este hecho se interpretó como el reflejo de la destrucción de células provocada por la replicación activa del virus, al mantener el sistema inmune un equilibrio dinámico entre la destrucción de células por el VIH y su regeneración homeostática. A partir del aumento de linfocitos se calculó que diariamente podrían estar destruyéndose un 5% del total de células T CD4+, aproximadamente 109 células/día, incluso en pacientes con un moderado grado de progresión clínica. Sin embargo, otros estudios que analizaban el grado de recambio celular, estimado a través de la longitud de los telómeros [10], o la expresión de marcadores asociados a la división celular [11, 12] pusieron en duda este modelo de “high turn-over” o recambio alto.
El papel de la TARGA es disminuir la proliferación basal que es indicativa de un estado de activación crónica [13]. Así, en individuos VIH+ con inmunosupresión moderada se observa una reducción de la expresión del marcador Ki-67 en células T CD4+ y T CD8+ a las 4 semanas de iniciar la TARGA. Además, cuando se realiza un análisis cuantitativo de la expresión del marcador Ki-67 en células T CD4+ procedentes de amígdalas de individuos VIH+ tras 24 semanas de TARGA se observa una disminución significativa, llegando a valores similares a los encontrados en amígdalas de individuos no VIH [14]. De esta manera, parece que existe un consenso bastante aceptado de que la tasa de recambio de las células T CD4+ en individuos VIH+ está aumentada respecto a individuos no VIH, pero de un modo más modesto que el propuesto por los estudios iniciales [8, 9]. Hoy en día se acepta un incremento de un factor de 2-3 en la tasa de proliferación de las células T CD4+ y CD8+ [12, 15], especialmente de los linfocito T CD4+ memoria/efectores [16], aunque también de las células T CD4+ vírgenes [13].
Redistribución de linfocitos entre la sangre y los órganos linfoides
La circulación de células T desde sangre a órganos linfoides y viceversa esta dirigido por los Rc de “homing” y sus ligandos endoteliales, moléculas de adhesión, y citocinas, quimiocinas y sus Rc [17]. Todas estas moléculas están alteradas cuando hay activación del sistema inmune por el VIH, con marcadas diferencias entre células virgen y memoria. Con TARGA disminuye la activación, reanudándose el tráfico linfocitario. Hay aumento de células T CD4+ por redistribución desde órganos linfoides a sangre periférica (Figura 2).
Figura 2. Circulación de células T entre órganos linfoides primarios y secundarios.
En individuos VIH+, tras la instauración de la terapia antirretroviral se observa un control de la replicación viral y un aumento de células T CD4+, T CD8+, B y NK a corto plazo, aproximadamente a las 2-4 semanas, que en líneas generales se acepta que provienen de la recirculación de células que se encuentran atrapadas en los ganglios linfáticos, y que son liberadas tras la desaparición del efecto perturbador o inhibidor que produce la replicación del VIH [18, 19]. Este modelo está apoyado por la rapidez con la que se produce el incremento de células T CD4+ periféricos [20]. Este modelo de recirculación de linfocitos entre la sangre y los órganos linfoides predice que sólo el 2% de las células se encuentran normalmente en la sangre, y que recirculan continuamente, hasta 50 veces en un día. Este hecho permite que se produzcan cambios muy importantes en el número de linfocitos en la periferia sin modificar el total corporal, si se altera dicho equilibrio. Así, la infección por el VIH puede provocar un fenómeno de retención de células T CD4+ en los órganos linfáticos, que no se resuelve mientras esté presente el virus y es, tras la instauración de la TARGA, al controlar la replicación del virus, cuando esas células T CD4+ pueden ser liberados.
Neolinfopoyesis. Papel del Timo
El timo es un órgano esencial en la producción de células T en fetos y niños, pero involuciona desde etapas tempranas de la vida, surgiendo la cuestión de su papel en la recuperación o reconstitución del sistema inmune de los individuos adultos inmunodeprimidos [21-23]. Así, se sabe que la capacidad del timo para producir nuevas células T disminuye progresivamente a lo largo de la vida con la involución de la glándula [24], en lo que parece un principio de “economía doméstica”, al no ser necesaria su función para mantener el tamaño del pool periférico de linfocitos maduros. En el caso del timo, es posible su reactivación en condiciones de necesidad, como es el caso de la destrucción total o parcial de las células [22], especialmente en los pacientes más jóvenes [25].
Para el estudio de la función del timo en el contexto del VIH se están utilizando una variedad de técnicas, tales como la citometría de flujo para el estudio de las subpoblaciones de células T vírgenes, memoria, memoria activadas y efectoras, la medida del tamaño del timo por tomografía axial computerizada [26], y la cuantificación de marcadores moleculares de función tímica, como los TREC [24, 27], ya descritos anteriormente.
La infección por el VIH es también una situación patológica en la que se produce una gran pérdida de células T. Por tanto, se puede suponer que una vez logrado el control de la replicación del virus por el tratamiento antirretroviral, el organismo inicie los mecanismos homeostáticos necesarios para la recuperación o reconstitución del sistema inmune, gravemente dañado por la infección. Entre estos mecanismos, el más eficaz a priori es la reactivación del timo, que es el mecanismo primario de producción de células T, capaz de generar un pool de linfocitos plenamente funcional, con un repertorio diverso.
Pero hay que tener en cuenta que el sistema inmune del niño está aún en formación, y que cualquier efecto negativo del virus sobre la función tímica puede comprometer de un modo importante la maduración de su sistema inmune. Es incluso posible que el timo haya quedado irreversiblemente dañado por la acción del VIH. De hecho, diversos estudios han demostrado que la infección por el VIH afecta negativamente al timo, tanto en niños como en adultos [28-31] (Tabla 1).
Tabla 1. Producción tímica estimada en niños y adultos infectados por el VIH.
| Rangos de edad |
0-1 años |
2-10 años |
11-25 años | 26-49 años |
³ 50 años |
| Porcentaje del espacio epitelial tímico | 93% | 88% | 63% | 45% | 18% |
| Producción tímica diaria estimada en individuos no VIH (*) | ³ 109 | 8.8×108 | 6.3×108 | 4.5×108 | 1.8×108 |
| Producción tímica diaria estimada en individuos VIH+ (*) | 2×108 | 1.8×108 | 1.3×108 | 9.0×107 | 1.8×107 |
* Valores de TREC en células T CD4+ y T CD8+ no infectados por el VIH e infectados por el VIH. Reducción de la producción basal de TREC en individuos infectados por el VIH.
Mecanismos de homeostasis periférica mediado por citocinas
La recuperación de los valores de células T CD4+ después de la terapia antirretroviral debe estar apoyada por algunos mecanismos homeostáticos que detecten los valores bajos de células T CD4+ y activen los mecanismos necesarios para aumentar la repoblación celular. Como se ha demostrado, el timo juega un papel clave en esta repoblación, siendo probable que estos mecanismos homeostáticos lleven a un incremento en la producción de nuevas células T [32]. Uno de los candidatos a jugar un papel clave en este mecanismo es la interleucina 7 (IL-7) [30, 31].
La IL-7 es una citocina involucrada en la diferenciación de los timocitos a células T, que migran del timo y son liberados a la sangre periférica [33]. Se ha comprobado el papel esencial de la IL-7 en el mantenimiento de la población de células T en modelos murinos y la inducción de la reconstitución de la población de células T en ratones inmunosuprimidos [34, 35]. Los individuos infectados por el VIH se caracterizan por tener valores plasmáticos de IL-7 anormalmente altos, relacionados con valores bajos de células T CD4+. Estos datos sugieren que los valores bajos de células T CD4+ estimularían las células dendríticas periféricas y los ganglios linfáticos para producir IL-7, en un intento de activar los mecanismos que permitirían la repoblación celular [36, 37]. Sin embargo, estos valores de IL-7 altos son insuficientes en individuos adultos para incrementar la producción tímica o para recuperar el repertorio de células T CD4+, debido, posiblemente, a la limitada habilidad del timo de los individuos adultos en producir nuevas células T. Por el contrario, otros autores discuten que los valores plasmáticos de IL-7 puedan reflejar la dinámica de unión de la IL-7 secretada a las células T: a menor número de células T circulantes, valores mas altos de IL-7 libre [38].
REFERENCIAS
1. Connick E, Lederman MM, Kotzin BL, et al. Immune reconstitution in the first year of potent antiretroviral therapy and its relationship to virologic response. J Infect Dis 2000;181:358-63
2. Autran B, Carcelain G, Li TS, et al. Positive effects of combined antiretroviral therapy on CD4+ T cell homeostasis and function in advanced HIV disease. Science 1997;277:112-6.
3. Haynes BF, Hale LP. The human thymus. A chimeric organ comprised of central and peripheral lymphoid components. Immunol Res 1998;18:175-92
4. Gellert M. Recent advances in understanding V(D)J recombination. Adv Immunol 1997;64:39-64
5. Rodewald HR, Fehling HJ. Molecular and cellular events in early thymocyte development. Adv Immunol 1998;69:1-112
6. Verschuren MC, Wolvers-Tettero IL, Breit TM, Noordzij J, van Wering ER and van Dongen JJ. Preferential rearrangements of the T cell receptor-delta-deleting elements in human T cells. J Immunol 1997;158:1208-16
7. Hazenberg MD, Borghans JA, De Boer RJ and Miedema F. Thymic output: a bad TREC record. Nat Immunol 2003;4:97-9.
8. Ho DD, Neumann AU, Perelson AS, Chen W, Leonard JM and Markowitz M. Rapid turnover of plasma virions and CD4 lymphocytes in HIV-1 infection. Nature 1995;373:123-6
9. Wei X, Ghosh SK, Taylor ME, et al. Viral dynamics in human immunodeficiency virus type 1 infection. Nature 1995;373:117-22
10. Wolthers KC, Bea G, Wisman A, et al. T cell telomere length in HIV-1 infection: no evidence for increased CD4+ T cell turnover. Science 1996;274:1543-7
11. Sachsenberg N, Perelson AS, Yerly S, et al. Turnover of CD4+ and CD8+ T lymphocytes in HIV-1 infection as measured by Ki-67 antigen. J Exp Med 1998;187:1295-303
12. Hellerstein M, Hanley MB, Cesar D, et al. Directly measured kinetics of circulating T lymphocytes in normal and HIV-1-infected humans. Nat Med 1999;5:83-9
13. Hazenberg MD, Stuart JW, Otto SA, et al. T-cell division in human immunodeficiency virus (HIV)-1 infection is mainly due to immune activation: a longitudinal analysis in patients before and during highly active antiretroviral therapy (HAART). Blood 2000;95:249-55
14. Zhang ZQ, Notermans DW, Sedgewick G, et al. Kinetics of CD4+ T cell repopulation of lymphoid tissues after treatment of HIV-1 infection. Proc Natl Acad Sci U S A 1998;95:1154-9
15. Fleury S, Rizzardi GP, Chapuis A, et al. Long-term kinetics of T cell production in HIV-infected subjects treated with highly active antiretroviral therapy. Proc Natl Acad Sci U S A 2000;97:5393-8
16. McCune JM, Hanley MB, Cesar D, et al. Factors influencing T-cell turnover in HIV-1-seropositive patients. J Clin Invest 2000;105:R1-8
17. Picker LJ, Treer JR, Ferguson-Darnell B, Collins PA, Buck D and Terstappen LW. Control of lymphocyte recirculation in man. I. Differential regulation of the peripheral lymph node homing receptor L-selection on T cells during the virgin to memory cell transition. J Immunol 1993;150:1105-21
18. Mosier DE. HIV results in the frame. CD4+ cell turnover. Nature 1995;375:193-4; author reply 198
19. Sprent J, Tough D. HIV results in the frame. CD4+ cell turnover. Nature 1995;375:194; author reply 198
20. Pakker NG, Notermans DW, de Boer RJ, et al. Biphasic kinetics of peripheral blood T cells after triple combination therapy in HIV-1 infection: a composite of redistribution and proliferation. Nat Med 1998;4:208-14
21. Franco JM, Leal M, Rubio A and et al. Heterogeneous response of thymic function in HIV infected patients under HAART. Antiviral Ther. 2000;5:151
22. Franco JM, Rubio A, Martinez-Moya M, et al. T-cell repopulation and thymic volume in HIV-1-infected adult patients after highly active antiretroviral therapy. Blood 2002;99:3702-6.
23. Rubio A, Martinez-Moya M, Leal M, et al. Changes in thymus volume in adult HIV-infected patients under HAART: correlation with the T-cell repopulation. Clin Exp Immunol 2002;130:121-6.
24. Douek DC, McFarland RD, Keiser PH, et al. Changes in thymic function with age and during the treatment of HIV infection. Nature 1998;396:690-5
25. Mackall CL, Fleisher TA, Brown MR, et al. Age, thymopoiesis, and CD4+ T-lymphocyte regeneration after intensive chemotherapy. N Engl J Med 1995;332:143-9
26. McCune JM, Loftus R, Schmidt DK, et al. High prevalence of thymic tissue in adults with human immunodeficiency virus-1 infection. J Clin Invest 1998;101:2301-8
27. Zhang L, Lewin SR, Markowitz M, et al. Measuring recent thymic emigrants in blood of normal and HIV-1-infected individuals before and after effective therapy. J Exp Med 1999;190:725-32
28. Correa R, Muñoz-Fernández MA. Viral phenotype affects the thymical production of new T-cells in HIV-1 infected children. AIDS 2001;15:1959-1963
29. Correa R, Muñoz-Fernández MA. Effect of HAART on Thymic Reconstitution of CD4 T lymphocytes in vertically HIV-infected Children. AIDS 2002;16:1181-1183
30. Ruiz-Mateos E, de la Rosa R, Franco JM, et al. Endogenous IL-7 is associated with increased thymic volume in adult HIV-infected patients under highly active antiretroviral therapy. AIDS 2003;17:947-54
31. Correa R, Resino S and Muñoz-Fernández MA. Increased Interleukin-7 Plasma Levels are Associated with Recovery of CD4+ T Cells in HIV-infected Children. J Clin Immunol 2003;23:401-406
32. Fry TJ, Connick E, Falloon J, et al. A potential role for interleukin-7 in T-cell homeostasis. Blood 2001;97:2983-90.
33. Mackall CL, Fry TJ, Bare C, Morgan P, Galbraith A and Gress RE. IL-7 increases both thymic-dependent and thymic-independent T-cell regeneration after bone marrow transplantation. Blood 2001;97:1491-7.
34. Fry TJ, Christensen BL, Komschlies KL, Gress RE and Mackall CL. Interleukin-7 restores immunity in athymic T-cell-depleted hosts. Blood 2001;97:1525-33.
35. Morrissey PJ, Conlon P, Braddy S, Williams DE, Namen AE and Mochizuki DY. Administration of IL-7 to mice with cyclophosphamide-induced lymphopenia accelerates lymphocyte repopulation. J Immunol 1991;146:1547-52.
36. Napolitano LA, Grant RM, Deeks SG, et al. Increased production of IL-7 accompanies HIV-1-mediated T-cell depletion: implications for T-cell homeostasis. Nat Med 2001;7:73-9.
37. Okamoto Y, Douek DC, McFarland RD and Koup RA. Effects of exogenous interleukin-7 on human thymus function. Blood 2002;99:2851-8.
38. Hofmeister R, Khaled AR, Benbernou N, Rajnavolgyi E, Muegge K and Durum SK. Interleukin-7: physiological roles and mechanisms of action. Cytokine Growth Factor Rev 1999;10:41-60.