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Revisión
Inmunología
Vol. 25 / Núm 2/ Abril-Junio 2006: 115-130
Receptores tipo Toll: entre el reconocimiento de lo
no propio infeccioso y las señales endógenas de peligro
M. Mesa-Villanueva, P.J. Patiño
Grupo de Inmunodeficiencias Primarias, Facultad de Medicina – Corporación Biogénesis, Universidad de Antioquia,
Sede de Investigación Universitaria, Medellín, Colombia.
TOLL LIKE RECEPTORS: BETWEEN INFECTIOUS NON-SELF RECOGNITION
AND THE ENDOGENOUS DANGER SIGNALS
Recibido: 25 Mayo 2006
Aceptado: 13 Junio 2006
RESUMEN
Los receptores tipo Toll (TLR) se conocen clásicamente por
su expresión en las células presentadoras de antígeno (APC) donde
participan en el reconocimiento de estructuras moleculares asociadas a los patógenos (PAMP) que no están presentes en las células del hospedero. Sin embargo, como lo demuestran varios estudios recientes, los TLR tienen una distribución tisular mucho más
amplia, pueden reconocer moléculas derivadas de los tejidos lesionados del hospedero y desencadenan respuestas no solo inmunes sino también metabólicas y de comportamiento propias de
los estados de enfermedad. De acuerdo con estas observaciones
es posible considerar a los TLR como receptores de señales de
peligro tanto exógenas como endógenas, y por tanto como un
puente entre la teoría del reconocimiento de lo no propio infeccioso y la teoría del peligro, lo cual plantea una serie de repercusiones que van más allá de la respuesta inmune.
PALABRAS CLAVE: Receptores tipo Toll/ Inmunidad natural/
Células presentadoras de Ag/ Linfocitos/ Fagocitos/ Fibroblastos/ Adipocitos/ Epitelio/ Microglia/ Osteoclastos/ Proteínas
de choque térmico/ Ácido hialurónico.
ABSTRACT
Toll like receptors (TLR) are classically known by their expression in antigen Presenting Cells (APC), where they participate in
recognition of pathogen molecular patterns (PAMP), absent in
host cells. However, recent studies show a broader tissue spectrum for TLR expression, being able to recognize molecules derived from injured host tissue and triggering immune, metabolic
and behavioral responses typically observed in disease stages.
Based on the latter observations, it is feasible to consider TLR as
receptors for «danger signals» derived from exogenous and endogenous injuries and therefore as a bridge between two immunological theories; the non-infectious self recognition and the danger theory. The latter assumption has implications beyond the
immune response.
KEY WORDS: Toll-like receptors/ Immunity-natural/ Antigen
presenting cells/ Lymphocytes/ Phagocytes/ Fibroblasts/ Adipocytes/ Epithelium/ Microglia/ Osteoclasts/ Heat-shock proteins/ Hyaluronic acid.
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RECEPTORES TIPO TOLL: ENTRE EL RECONOCIMIENTO DE LO NO PROPIO INFECCIOSO Y LAS SEÑALES ENDÓGENAS DE PELIGRO
INTRODUCCIÓN
Uno de los enigmas más interesantes en el campo de la
inmunología es porqué se genera una respuesta inmune y
para responderlo se han planteado varias teorías. El modelo
inicial fue propuesto por Frank Macfarlane Burnet a mediados
del siglo XX y se conoce como «la discriminación propiono propio». Esta teoría ha prevalecido desde su planteamiento
y sostiene que el sistema inmune se activa en presencia de
componentes extraños en tanto que no responde, es decir
tolera los componentes propios. Según la propuesta de
Burnet, la respuesta inmune se iniciaba cuando los linfocitos
B (LB) reconocían los antígenos (Ags) no propios mediante
su receptor específico, el Receptor de las células B (BCR).
En 1969, Bretscher y Cohn propusieron al linfocito T ayudador
(LTh) como indispensable en la provisión de una segunda
señal (señal 2 de ayuda) que evitaba la muerte de los LB
que habían recibido la señal proveniente del Ag (señal 1).
En 1974 el modelo fue modificado nuevamente por Lafferty
y Cunningham por la inclusión de una nueva célula, la
célula presentadora de antígeno (APC) que proveía otra
segunda señal que llamaron señal 2 coestimuladora del
LTh. Durante muchos años se estudió la señal 2 de ayuda
derivada del LTh y se ignoró la señal 2 coestimuladora de
la APC porque se desconocía de qué forma la APC podía
diferenciar lo propio de lo extraño. Ante la imposibilidad
de explicar muchos fenómenos inmunológicos con este
modelo, Charles Janeway en 1989, encontró una forma
ingeniosa de integrar la coestimulación en el modelo del
reconocimiento de lo propio versus lo no propio, cuando
planteó la teoría de «la discriminación entre lo no propio
infeccioso y lo propio no infeccioso». Janeway acuñó el
término «Receptores de reconocimiento de Patrones» (PRR)
para referirse a receptores no clonales, codificados en la
línea germinal y expresados en las APC para reconocer
productos microbianos, ausentes en las células del hospedero,
tales como el lipopolisacárido (LPS); es decir estos PRR le
permitirían a las APC discriminar entre lo no propio infeccioso
y lo propio no infeccioso. Este modelo ubica el inicio de la
respuesta inmune en el reconocimiento de los agentes
infecciosos no por los linfocitos sino por las APC; de acuerdo
con esta propuesta y partiendo de la hipótesis de que
normalmente las APC están en reposo y deben «activarse»
mediante algún tipo de señal, Janeway sugirió que la unión
de los PRR a sus ligandos activaba a las APC, las cuales solo
entonces aumentarían la expresión de moléculas
coestimuladoras para activar al LT. Sin embargo, aunque
la adición de los PRR explicaba la respuesta inmune a las
bacterias y otros patógenos evolutivamente distantes, no
podía explicar la respuesta inmune a trasplantes y tumores,
ni la disfunción observada en las enfermedades autoinmunes(1).
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VOL. 25 NUM. 2/ 2006
Para resolver este vacío, en 1994, Polly Matzinger propuso
la «teoría del peligro» según la cual, las APC son estimuladas
no por los PAMP sino por señales de alarma/peligro liberadas
por los tejidos lesionados como aquellos expuestos a patógenos,
toxinas, daño mecánico y muerte por necrosis; señales que
nunca son emitidas por células saludables o que sufren
muerte fisiológica. En ese momento se desconocía cuáles
podían ser esas señales de peligro; sin embargo, sin importar
su naturaleza, lo que proponía esta teoría era que estas
señales endógenas liberadas en respuesta al peligro eran
las que iniciaban la respuesta inmune. A diferencia del
modelo de discriminación propio-extraño que sostiene que
lo extraño es esencial para desencadenar una respuesta
inmune, la teoría del peligro sugiere que el estado de
activación de una APC depende de la salud de su entorno;
de esta manera, las células saludables envían «señales de
normalidad» a las APC, en tanto que las células estresadas,
dañadas, destruidas anormalmente ó muertas por necrosis
envían señales de alarma que alertan a las APC. El modelo
del peligro planteó dos aspectos novedosos en la inmunología;
el primero, que no es la naturaleza extraña del patógeno el
rasgo importante que desencadena la respuesta inmune
sino las señales que libera la célula lesionada; y el segundo,
que el reconocimiento de lo propio no es garantía de tolerancia
porque si lo propio está alterado también puede inducir
una respuesta(2) (Fig. 1).
La teoría de lo no propio infeccioso y la teoría del peligro
tienen en común que ubican el inicio de la respuesta inmune
en la APC; según sus supuestos, esta célula debe ser activada
ya sea por PAMP de los patógenos o por señales de peligro
derivadas del tejido lesionado. El modelo de lo no propio
infeccioso ha sido respaldado por el descubrimiento de los
TLR y de los receptores con dominios de oligomerización
para unión a nucleótidos (NOD). Estas moléculas actúan
como PRR de PAMP derivados de patógenos como bacterias
y hongos en organismos tan distantes en la escala evolutiva
como insectos y mamíferos. Por otro lado, la teoría del
peligro ha sido respaldada por el hallazgo de señales de
alarma endógenas tales como DNA, RNA, proteínas de
choque térmico (HSP), interferón alfa (IFN-α), interleucina
1 beta (IL-1β), el ligando de CD40 (CD40L) y los productos
del hialuronano que se generan durante la ruptura de los
vasos sanguíneos. Aunque no se conocen completamente
los receptores de estas señales de peligro, las investigaciones
recientes muestran que muchas de ellas son reconocidas
por los mismos TLR y NOD. Se podría sugerir entonces
que estos receptores reconocen señales exógenas o endógenas
de peligro y que hacen parte de un sistema que alerta al
organismo para defenderse tanto de las agresiones del
medio externo como del interno(3). De acuerdo con esta
INMUNOLOGÍA
M. MESA-VILLANUEVA, P.J. PATIÑO
Figure 1. Teorías sobre el inicio de la respuesta inmune. A. 1959: Modelo de discriminación propio vs no propio. B. 1969: El LB requiere una señal de ayuda del
LTh. C.1975: El LTh requiere una señal coestimuladora 2 de la APC. D. 1989: Modelo de discriminación propio vs no propio infeccioso; la APC requiere estimulación
vía PRR. E. 1994: Modelo del peligro; la APC requiere estimulación por señales de peligro derivadas del tejido infectado o lesionado (Adaptado de Matzinger,P.
Science. 2002. 296:301-305)(3).
observación, no es de extrañar que la expresión de los TLR
sea más amplia de lo que originalmente se pensó; en efecto,
las investigaciones recientes han evidenciado expresión de
TLR en muchas células no solo del sistema inmune sino
también en los tejidos epitelial, adiposo y muscular entre
otros. En cada uno de estos tejidos, los TLR son susceptibles
de activación por sus ligandos respectivos y desencadenan
respuestas diferentes que en general pueden verse como
mecanismos de defensa del hospedero frente al peligro.
En esta revisión se presentan algunas evidencias de la
expresión y activación de los TLR no solo en células del
sistema inmune sino también en tejidos distintos al sistema
inmune, de manera que se pueda apreciar en conjunto
como estas respuestas individuales hacen parte de un
mecanismo mayor cuyo objetivo es proteger al hospedero
del daño o la destrucción. Al parecer la alarma es general
y se inducen respuestas no solo inmunes sino también
metabólicas y de comportamiento que son claves en el
manejo de las agresiones sin importar cual sea su origen.
De esta manera, es posible considerar a los TLR y a otros
receptores aun desconocidos como un puente que permite
expandir el modelo del peligro más allá de las fronteras
del sistema inmune.
Los Receptores tipo Toll (TLR) son receptores
transmembrana de tipo 1 que presentan homología con la
proteína Toll de Drosophila y el receptor de la IL-1 (IL-1r).
Estos receptores fueron descritos primero en Drosophila
melanogaster, como un grupo de moléculas necesarias
durante el desarrollo embrionario; posteriormente se
observó que algunos de ellos protegían a la mosca adulta
de las infecciones por hongos mediante la estimulación
de la secreción de péptidos anti-fúngicos. Más adelante
se empezaron a clonar genes relacionados en plantas,
gusanos, aves y mamíferos, lo cual demostró su importancia
en la escala evolutiva como parte del sistema inmune
innato y como un mecanismo para reconocer patrones
moleculares de organismos no relacionados (4-7). En la
actualidad se conocen 11 TLR en humanos (TLR1-TLR11)
que tienen un patrón de expresión variable en los tejidos
linfoides y no linfoides. De modo característico, los TLR
tienen un amplio rango de ligandos que incluyen motivos
estructurales presentes en bacterias, hongos levaduras y
parásitos (Tabla I), así como de algunos componentes
derivados de los tejidos del hospedero(8) que se mencionarán
posteriormente. Después de la interacción con su ligando
respectivo, los TLR dimerizan y sufren un cambio
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RECEPTORES TIPO TOLL: ENTRE EL RECONOCIMIENTO DE LO NO PROPIO INFECCIOSO Y LAS SEÑALES ENDÓGENAS DE PELIGRO
VOL. 25 NUM. 2/ 2006
TABLA I. TLR de mamíferos: expresión y ligandos
Receptor
Expresión (mRNA)
Ligando
Origen del ligando
TLR1 (con TLR2) M, N, LB, NK,
CDi, CDpl
Lipopéptidos triacilados (Pam3Cys)
Factores solubles
Bacterias y micobacterias
Neisseria meningitidis
TLR2
PMN, M, CD, CDi
Lipoproteínas y lipopéptidos
Peptidoglicano (PG)
Ácido lipoteicoico (LTA)
Lipoarabidomanano
Modulina soluble en fenol
Glicoinositolfosfolípidos
Glicolípidos
Porinas
Lipopolisacárido atípico
Lipopolisacárido atípico
Zymosan
Varios patógenos
Bacterias Gram +
Bacterias Gram +
Mycobacteria
S. epidermidis
T. cruzi
T. maltophilum
Neiseria
Leptospira interrogans
Porphyromonoa gingivalis
Hongos
TLR3
CD, CDi
RNA viral de doble cadena
Poli(I:C)
Virus
Sintético
TLR4
C.End, M, N, CD
Lipopolisacárido (LPS)
Poteína de fusión
Proteína de la envoltura
HSP60
Bacterias Gram Virus Sincitial respiratorio
Virus de tumor mamario
Chlamydia pneumoniae
TLR5
M, CD, CDi
Flagelina
Bacterias
TLR6 (con TLR2) M, CDi, CDpl
Lipopéptidos diacilados (Pam2Cys)
LTA
Zymosan
Mycoplasma
Bacterias Gram +
Hongos
TLR7
CDpl
Imidazoquinolina
ss RNA
Compuesto sintético
Virus
TLR8
M, CDi
Imidazoquinolina
ss RNA
Compuesto sintético
Virus
TLR9
M, CDpl
DNA con motivos CpG
Bacterias y virus
TLR10
CDi
ND
ND
TLR11
Epitelio renal*
ND
Bacterias uropatogénicas
M: monocito; N: neutrófilo; CD: célula dendrítica, CDi: CD inmadura; CDpl: CD plasmocitoide; C.End: célula endotelial; NK: Natural killer. * Murino.
En humanos se expresa una forma truncada de la proteína. (Adaptado de Akira S, Takeda K. Toll-like receptor signalling. Nat Rev Immunol 2004;4:499-511.
conformacional requerido para el reclutamiento corriente
abajo de moléculas de señalización. Estas incluyen moléculas
adaptadoras como MyD88, TIRAP/MAL, TRIF y TRAM,
cinasas asociadas con el receptor de IL-1 (IRAK), cinasas
activadas por el factor transformante de crecimiento
beta/TGF-β (TAK1), proteínas de unión a TAK1 (TAB1),
TAB 2 y el factor 6 asociado con el receptor de TNF (TRAF6).
Cada molécula adaptadora induce vías de señalización
intracelular distintas que promueven la transcripción de
genes de citocinas pro-inflamatorias, quimiocinas y moléculas
coestimuladoras(8).
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EXPRESIÓN DE LOS TLR EN CÉLULAS DEL SISTEMA
INMUNE
El sistema inmune adaptativo ha evolucionado para
desarrollar diferentes tipos de respuesta contra diferentes
patógenos. Es así como los virus y las bacterias intracelulares
estimulan la generación de células Th1 que secretan IFNγ; esta citocina activa los macrófagos incrementando su
actividad fagocítica y citocida e induce a los LB hacia la
secreción de inmunoglobulinas IgG3 e IgG1. En contraste,
los helmintos casi siempre inducen respuestas de LTh2;
estos linfocitos producen IL-4, IL-5 e IL-13 que activan
INMUNOLOGÍA
eosinófilos e inducen en los LB el cambio de isotipo hacia
IgE e IgG4 (9-11). Cada una de estas respuestas es la más
adecuada para eliminar el tipo de infección que lleva a su
inducción; por ejemplo, las IgG3 e IgG1 median efectivamente
la citotoxicidad dependiente de anticuerpos (Acs) contra
patógenos intracelulares, en tanto que el entrecruzamiento
de la IgE unida a los receptores FceR resulta en la degranulación
de los mastocitos, basófilos y eosinófilos cuyo contenido es
crítico en la destrucción de los helmintos. Además, de los
LTh1 y LTh2, la respuesta inmune muchas veces induce LT
reguladores (LTreg) que controlan a los LTh, previenen la
autoinmunidad y el daño tisular y aseguran el desarrollo
de la memoria inmunológica(12).
El mecanismo que determina la decisión LTh1, LTh2 ó
LTreg en respuesta a un patógeno particular no es muy claro;
sin embargo, la evidencia experimental sugiere que el resultado
se debe a la interacción compleja de varios determinantes,
incluyendo el tipo de APC involucrada, la naturaleza del
estímulo microbiano, el microambiente y las citocinas(13, 14).
Entre las poblaciones de APC que incluyen las células
dendríticas (CD), LB y macrófagos, las CD son las únicas
capaces de activar a los LT vírgenes específicos de un Ag
durante las respuestas primarias, lo que demuestra su
importancia como puente entre la inmunidad innata y la
adaptativa. Existen varias subpoblaciones de CD que difieren
en su fenotipo; entre ellas se encuentran las CD mieloides
(CDm) y las CD plasmacitoides (CDpl). Las CDm CD11c+
residen como células inmaduras en los epitelios de piel y
mucosas donde interceptan los patógenos invasores, sufren
un proceso de maduración caracterizado por la expresión
de CD80, CD86, CCR7 y la migración a los tejidos linfoides
secundarios, donde presentan los Ags derivados de los
patógenos a los LT vírgenes. Por su parte, las CDpl CD11cmigran directamente de la sangre a los órganos linfoides
secundarios y son potentes productores de IFN-α(15, 16).
La CD madura determina el destino del LT CD4+ virgen
mediante tres señales: La señal 1 depende de la unión del
complejo formado por la molécula del complejo mayor de
histocompatibilidad de clase II y el péptido derivado del
patógeno (MHC II-péptido) con el TCR del LTh; la señal 2
se refiere a la interacción de moléculas coestimuladoras
expresadas en la membrana de la CD y el LT mientras que
la señal 3 depende de las citocinas producidas por la CD
activada. En la CD, la expresión de MHCII, CD80 y CD86
y la producción de citocinas polarizantes se produce durante
su maduración y depende a su vez de la forma en que la
CD sea activada por señales derivadas de los PAMPs y de
los tejidos lesionados(17). Es importante señalar que las CD
expresan diferentes PRR dependiendo de su origen y estado
de maduración, razón por la cual responden al reto con
M. MESA-VILLANUEVA, P.J. PATIÑO
antígenos microbianos de diferente origen(18-20). Por ejemplo,
las CDm expresan todos los TLR, excepto TLR9 y su
estimulación con LPS y peptidoglicano (PG) conduce a una
potente producción de IL-12; por su parte, las CDpl que
expresan TLR7 y TLR9 producen interferones tipo I en
respuesta a ssRNA y a los oligodesoxinucleótidos (ODN)
ricos en motivos CpG. Tanto la IL-12 como los IFN tipo I
dirigen la polarización de los LT vírgenes hacia el fenotipo
Th1(16, 21).
En el caso de los helmintos y de los alergenos que inducen
respuestas Th2, los datos de las investigaciones aún no son
claros y se ha postulado que la generación de los LTh2 es
una respuesta constitutiva ante la falta de IL-12. Sin embargo,
como sólo unos pocos Ags de esta clase son reconocidos
por TLR (fosfoglicanos de T. cruzi, Ags de los huevos de
Schistosoma-SEA, ciertas formas de Candida o LPS de
Porphyromona gingivalis)(22), algunos investigadores opinan
que la respuesta Th2 es regulada mediante un sistema de
reconocimiento diferente que es independiente de la familia
de los TLR(23).
Los TLR también participan en el modelamiento de la
respuesta adaptativa al inducir en las CD la secreción de
citocinas que actúan sobre los LTreg naturales o sobre los
LTreg adaptativos. Se ha observado por ejemplo, que las
hifas de Candida albicans, la hemaglutinina filamentosa de
Bordetella o el factor de virulencia LcrV de Yersinia inducen
CD maduras que secretan IL-10, citocina importante en la
expansión de las poblaciones de LT reguladores naturales.
Por otro lado, algunos patógenos como Plasmodium falciparum,
especies de micobacterias, el virus de la hepatitis C, el herpes
simple y el citomegalovirus pueden inducir una maduración
incompleta de las CD y generar CD que polarizan los LT
hacia un fenotipo regulador adaptativo(12). También se ha
observado que la activación de las CD por algunos ligandos
de TLR puede inducir la secreción de IL-6 y de otros factores
que eliminan la supresión de los LT efectores ejercida por
los LTreg naturales(24).
Además de las CD, los TLR se expresan también en
fagocitos, mastocitos y células NK. La estimulación de estas
células mediante estos receptores activa vías de señalización
que amplifican la inmunidad innata en calidad y duración.
Fagocitos: Los polimorfonucleares neutrófilos (PMN)
expresan todos los TLR excepto TLR3. La estimulación de
los PMN mediante los TLR induce el desprendimiento de
L-selectina (CD62L), inhibe la quimiotaxis frente a IL-8,
incrementa la fagocitosis de perlas de látex opsonizadas y
los sensibiliza al estímulo con el péptido bacteriano f-MLP
para generar anión superóxido. Adicionalmente, los PMN
producen quimiocinas como MIP-1α/CCL3 y MIP-1β/CCL4
responsables de reclutar monocitos y células NK, IL-8/CXCL8
119
RECEPTORES TIPO TOLL: ENTRE EL RECONOCIMIENTO DE LO NO PROPIO INFECCIOSO Y LAS SEÑALES ENDÓGENAS DE PELIGRO
y GRO-a/CXCL1 que atraen otros neutrófilos y MIP-3α/CCL20
que recluta CD inmaduras. Por el contrario, no expresan
genes de quimiocinas específicos de LT, LB, CD maduras
ni de LTh2. Es interesante anotar que la activación de los
neutrófilos con LPS y LTA altamente purificado inhibe su
apoptosis e incrementa su vida media útil más allá de 610h(25). Estos resultados en conjunto sugieren que la activación
de los neutrófilos vía TLR no se asocia con la inmunidad
adaptativa, sino más bien con una expansión de la inmunidad
innata tanto en magnitud como en duración con el fin de
conceder el tiempo necesario para que el sistema inmune
adaptativo genere inmunidad esterilizante y de memoria(26).
Por otro lado, los macrófagos también expresan TLR y su
activación es responsable no sólo de la producción de citocinas
pro-inflamatorias sino también de los procesos de formación
del fagolisosoma. Los macrófagos de ratones knock out para
TLR2 y TLR4 (TLR2 x 4–/–) internalizan menos bacterias,
generan menos fagolisosomas y tienen menor actividad
bactericida que los de tipo silvestre(27). Otra función importante
de los macrófagos que se modula vía TLR es la síntesis de
moléculas involucradas en la reparación tisular. Este efecto
está mediado por redes más complejas en las que participa
la adenosina. La adenosina es una molécula protectora
durante estados de estrés celular que estimula en los macrófagos
la secreción de citocinas anti-inflamatorias y reduce la de
citocinas pro-inflamatorias; sin embargo en presencia de
algunos PAMP como LPS, el perfil de citocinas del macrófago
no sólo deja de ser pro-inflamatorio sino que cambia a
angiogénico mediante la inducción del factor de crecimiento
del endotelio vascular (VEGF)(28) y la disminución simultánea
de TNF-α(29). No es claro aún el mecanismo responsable
de la expresión incrementada de VEGF pero teniendo en
cuenta que ni el receptor de adenosina (A2AAR) ni los TLR
inducen niveles elevados de VEGF, este sinergismo para la
inducción del factor angiogénico sugiere la existencia de un
puente entre inflamación post-infecciosa y reparación tisular
(Fig. 2)(30). En este aspecto, es importante mencionar que el
LPS puede estimular la producción de endotelio tanto in
vitro como in vivo. En un estudio con líneas de células
endoteliales humanas cultivadas sobre perlas inertes recubiertas
de gelatina y embebidas en fibrina, se observó que el LPS
podía inducir la germinación de la capa celular y que este
efecto dependía de la vía de señalización TLR4-TRAF6- NFκB y JNK. Además es de resaltar que este hallazgo se corroboró
in vivo mediante la evidencia de neovascularización de la
membrana corioalantoidea de embriones de pollo tratados
con LPS(31).
Mastocitos: Dependiendo de su origen tisular, los
mastocitos expresan diferentes TLR. Por ejemplo, los mastocitos
humanos derivados de sangre de cordón umbilical expresan
120
VOL. 25 NUM. 2/ 2006
Figure 2. Los TLR sinergizan con el A2AAR en la inducción de VGEF
(Adaptado de Olah, M. Mol Inter. 2003:370-374)(30).
TLR1, TLR2, TLR6, MD-2 y MyD88 y en presencia de PG
de S. aureus y de zymosan, sintetizan GM-CSF, IL-1β, RANTES
y leucotrienos aunque no se degranulan; por el contrario el
estímulo con Pam3Cys induce degranulación pero bajos
niveles de mediadores proinflamatorios(32). Curiosamente
también se ha observado que los mastocitos humanos
estimulados con PG pueden secretar histamina y sintetizar
un perfil de citocinas pro-Th2 (TNF-α, IL-5, IL-10 e IL-13)(33).
Por su parte, los mastocitos derivados de sangre periférica
expresan TLR1, TLR2, TLR4, TLR5, TLR6, TLR7 y TLR9 y
sintetizan TNF-α, IL-1β, IL-5 y GM-CSF en respuesta al
estímulo con PG, LPS, flagelina y CpG-A. Por su parte,
algunos virus dsRNA y el poli I:C inducen producción de
IFN-α/β, señalando que los TLR de los mastocitos también
pueden alertar sobre la presencia de infecciones virales(34).
Es probable que la estimulación de los mastocitos vía TLR
sea importante en la polarización de las CD presentes en el
tejido afectado y/o que amplifique la respuesta del hospedero
a la infección por patógenos; sin embargo, también podría
ser responsables de la inflamación crónica en sitios ricos en
mastocitos tales como la piel y los pulmones(32).
Células NK: Aunque las células NK participan en la
respuesta inmune contra los microorganismos, su capacidad
de reconocer y ser activadas directamente por los patógenos
no es clara. Como es de esperarse por su participación en
la defensa antiviral, las células NK expresan TLR3 y responden
a la estimulación con poli I:C incrementando la expresión
INMUNOLOGÍA
de TLR3 y CD69 y la secreción de IL-6, IL-8 e IFN-γ (35).
También se ha observado activación de las células NK
humanas cultivadas con IL-12 en respuesta al estímulo con
dsRNA y CpG vía TLR3 y TLR9 respectivamente. En respuesta
a estos PAMP, las células NK expresan CD69 y CD25, liberan
TNF-α e IFN-γ e incrementan su actividad citolítica sobre
células tumorales(36). Las NK también responden directamente
al estímulo con PAMP derivados de protozoarios y bacterias;
por ejemplo responden vía TLR2 a lipofosfoglicanos (LPG)
de Leishmania, induciendo la producción de IFN-γ y TNFα(37). También son activadas por la proteína A de la membrana
externa de Klebsiella pneumoniae (ligando de TLR2) y la
flagelina (ligando de TLR5) que inducen la producción de
IFN-γ y la liberación rápida de α-defensinas, amplificando
así la respuesta innata(38).
Aparte de su amplia distribución en las células del sistema
inmune innato, también se ha observado expresión de TLR
en los LTreg y en los LB. En ratones por ejemplo, se detectó
la expresión de TLR4, TLR5, TLR7 y TLR8 en LTreg CD4+
CD25+. La estimulación de estas células con LPS indujo un
incremento en la expresión de marcadores de activación,
su proliferación y aumento de su actividad supresora sobre
los LT efectores CD4+CD25– (39). De acuerdo con estas
observaciones se ha postulado que después de la activación
inicial de los LTh, este mecanismo podría contribuir al control
de la respuesta inmune evitando el desarrollo de reacciones
de autoinmunidad.
Linfocitos B: Además de su participación en la respuesta
inmune adaptativa, los LB tienen características de APC
porque se activan cuando detectan moléculas mediante los
TLR. A diferencia de los LB murinos que expresan TLR4 y
TLR9 constitutivamente, la expresión de los TLR en LB
humanos es regulada durante su desarrollo y maduración.
Los LB vírgenes (CD19+CD27-) expresan la mayoría de TLR
en bajos niveles y la expresión de TLR9 y TLR10 se induce
rápidamente luego de activación vía BCR. Por el contrario,
las células de memoria (CD19+CD27+) expresan TLR6, 7,
9 y 10 en niveles constitutivamente elevados, especialmente
TLR7 y TLR9 y proliferan en respuesta a su agonista, el CpG.
Con base en estos experimentos, se concluyó que los LB
de memoria proliferan y se diferencian a células secretoras
de Ig en respuesta a CpG en tanto que los LB vírgenes
sólo lo hacen si simultáneamente son activados por el BCR.
De acuerdo con estas observaciones, los TLR regulan la
respuesta de Acs en una forma independiente de LT y de
manera diferente durante la respuesta primaria y la secundaria.
Por eso se ha propuesto el siguiente orden de eventos: En
la respuesta primaria, el Ag primero se une al BCR y activa
la expresión de TLR9, luego el Ag y el ligando de TLR9 se
internalizan en el endosoma y se activa la transcripción de
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los genes involucrados en la respuesta de los LB; De esta
forma se previene la activación policlonal y se asegura la
inducción de genes en respuesta a un Ag determinado. En
contraste, la expresión constitutiva de los TLR en los LB de
memoria permite la activación policlonal de la población
completa de memoria facilitando la generación de una
respuesta rápida40. El TLR9 también puede modular la
respuesta de los LB dependiente del LT. Específicamente
se evidenció que la producción de IL-6, TNF-α e IL-10 por
los LB vírgenes y de memoria estimulados con CD40L se
incrementaba en presencia de CpG. Además, la combinación
de los dos estímulos indujo la síntesis de IL-12p70 y la
secreción de IgM sin necesidad de entrecruzamiento del
BCR. Curiosamente, estos LB fueron capaces de inducir la
síntesis de IFN-γ en LTCD4+ en una forma dependiente de
IL-12 aunque no pudieron inducir su proliferación. Estos
resultados son particularmente interesantes, porque demuestran
que los LB podrían regular la polarización de los LTh en
la respuesta primaria. En este aspecto, es interesante señalar
que el reconocimiento del Ag específico por el BCR induce
respuestas Th2; sin embargo, varios estudios indican que
luego de estimulación mediada por CD40L, el LB adquiere
características de CD con capacidad de captar y presentar
Ags exógenos a los LT independientemente del BCR. De
esta forma, se puede suponer que el estímulo adicional
mediante el TLR9 que induce secreción de IL-12 puede
polarizar la respuesta hacia Th1(41).
EXPRESIÓN DE TLR EN CÉLULAS DE SISTEMAS
DIFERENTES AL SISTEMA INMUNE
La evidencia creciente de la expresión de los TLR en
células no pertenecientes al sistema inmune (Tabla II), sugiere
un papel más amplio para estos receptores en la respuesta
de los tejidos infectados o lesionados y dan soporte al modelo
del peligro para explicar no sólo el inicio de la respuesta
inmune sino también del desarrollo de una serie de respuestas
metabólicas y de comportamiento que son importantes en
la resolución de los estados anormales que amenazan la
integridad del hospedero.
Fibroblastos: Los productos bacterianos que penetran
en el compartimiento subepitelial pueden activar la inmunidad
innata al interactuar con células como los miofibroblastos
intestinales. Estas células así como las líneas celulares
derivadas de ellas, presentan expresión constitutiva de TLR19; además la estimulación con LPS y LTA produce un
incremento de TLR2, 3, 4, 6, 7 y de MyD88. En las líneas
celulares se observa adicionalmente traslocación de p65 al
núcleo, activación de la vía de las MAPK e incremento en
la secreción de IL-8(42). De modo similar, los fibroblastos
121
RECEPTORES TIPO TOLL: ENTRE EL RECONOCIMIENTO DE LO NO PROPIO INFECCIOSO Y LAS SEÑALES ENDÓGENAS DE PELIGRO
TABLA II. Expresión de TLR en células no inmunes
Célula
TLR
Miofibroblastos intestinales
TLR1-9
Fibroblastos gingivales
TLR2, TLR4
Adipocitos
TLR2
Epitelio respiratorio
TLR1-10
Epitelio Intestinal
TLR 2, TLR3, TLR4 variable
Osteoblastos
TLR2, TLR4, TLR6
Osteoclastos
TLR4
Astrocitos y oligodendrocitos
TLR2, TLR3
Microglia de CVO y del parénquima
TLR2, TLR4
Placenta
TLR7
gingivales que son los principales constituyentes de la gingiva
responden al estímulo de LPS de bacterias patógenas de
cavidad oral mediante la producción de IL-1α, IL-1β, IL-6,
IL-8, TNF-α y expresión de CD14, TLR2 y TLR4(43).
Adipocitos: Los pre-adipocitos y adipocitos pueden jugar
un papel importante en la regulación de la inmunidad innata
y la adaptativa. Los adipocitos murinos 3T3-L1 expresan
TLR4 constitutivamente y cuando se estimulan con LPS
incrementan la expresión de TLR2, TNF-α, IL-6 y de leptina.
Respecto a la leptina, es importante la observación de que
esta molécula puede ser un vínculo entre el sistema inmune
y la regulación del balance energético en estados de peligro;
en efecto la leptina incrementa la fagocitosis y la secreción
de citocinas pro-inflamatorias pero disminuye el apetito;
observación que podría asociarse con la anorexia característica
de los estados infecciosos(44).
Epitelio: Los mecanismos de defensa de las superficies
epiteliales son muy importantes por varias razones: (i) Todas
las infecciones invasivas se inician al atravesar la barrera
epitelial (ii) Muchas superficies corporales están densamente
colonizadas por una microflora normal de modo que la
diferenciación entre microorganismos comensales y patógenos
supone un problema para el epitelio. (iii) La gran mayoría
de retos microbianos del hospedero son rupturas menores
de las superficies epiteliales por lesiones traumáticas y sin
embargo, los microorganismos son rápidamente atacados
por los mecanismos de defensa local sin activación de
respuesta sistémica. Para poder responder ante el reto de
la flora comensal y la patógena, el epitelio requiere receptores
como los TLR. Sin embargo, es importante tener en cuenta
que un lugar anatómico como el tracto respiratorio inferior
mantiene estériles sus superficies epiteliales de modo que
la presencia de PAMP es indicativa de infección y por tanto
debe activar los mecanismos de defensa para eliminarla y
mantener la función del órgano. Por el contrario la mayoría
de superficies corporales tales como piel, tracto respiratorio
122
VOL. 25 NUM. 2/ 2006
superior y tracto gastrointestinal están permanentemente
colonizadas por una variedad de microbios. Aunque algunas
bacterias comensales no producen señales estimuladoras,
otras sí lo hacen y en ese caso es necesario que las células
epiteliales sean refractarias a los PAMP ó que sean capaces
de diferenciar los microbios comensales de los patógenos
mediante mecanismos aun desconocidos. Actualmente no
es claro el mecanismo que regula la tolerancia del epitelio
a la flora normal y que permite la respuesta a los patógenos
invasores. Sin embargo, con base en algunos estudios se
propone que la tolerancia puede deberse a la expresión
compartimentalizada de los TLR en el epitelio, a una baja
expresión de TLR y de coreceptores como MD2, a la expresión
de moléculas inhibidoras como la forma truncada de MyD88
ó a la activación de la cinasa inhibidora IRAK-M. Por otro
lado, en el caso de una infección, las citocinas pro-inflamatorias
regularían positivamente la expresión de los TLR y sus
coreceptores en el epitelio para que pueda responder
adecuadamente.
A pesar de su importancia en los epitelios, solo existen
unos pocos trabajos sobre la expresión y función de los TLR
en este tipo de tejido y los datos son diversos debido en
parte a los diferentes sistemas experimentales empleados,
al origen, dosis y tiempo de incubación con los PAMP. El
mRNA de varios TLR se ha detectado en diferentes epitelios;
sin embargo es importante tener en cuenta que la presencia
del transcrito no indica necesariamente la expresión de la
proteína. El TLR4 ha sido el receptor mas analizado ya que
se ha detectado en varias líneas celulares derivadas de epitelio
de piel, córnea, gingiva, tracto respiratorio, estómago,
intestino, túbulos renales, vejiga, cervix y ovario (45). A
continuación se describen algunos de los hallazgos en epitelio
respiratorio e intestinal.
Epitelio respiratorio: El epitelio del tracto respiratorio
es el primer punto de contacto para las sustancias inhaladas
tales como los contaminantes ambientales, el humo de
cigarrillo, los aeroalergenos y los microorganismos. El epitelio
respiratorio no es solamente una barrera pasiva sino que
además contribuye activamente al sistema inmune innato.
La respuesta inmune en el epitelio respiratorio es muy
importante en una variedad de enfermedades humanas; los
defectos en el sistema de defensa pueden producir colonización
microbiana y posterior infección del parénquima pulmonar
o desencadenar procesos inflamatorios crónicos que son
la base fisiopatológica de enfermedades como el asma.
El epitelio respiratorio detecta la presencia de
microorganismos mediante PRR como TLR y lectina unidora
de manosa (MBL) y responde mediante la liberación de
péptidos antimicrobianos hacia el lumen de la vías aéreas
y de quimiocinas y citocinas hacia la submucosa iniciando
INMUNOLOGÍA
así una reacción inflamatoria. Esta respuesta inflamatoria
incluye el reclutamiento de fagocitos que sirven para remover
microorganismos y de CD y linfocitos que pueden ayudar
a montar una respuesta inmune adaptativa(46).
La expresión del mRNA de todos los TLR (TLR1-TLR10)
se ha detectado tanto en células de epitelio respiratorio
normal como en la línea celular BEAS-2B mediante RT-PCR
y PCR en tiempo real(47). En cuanto a compartimentalización,
se ha observado que TLR2 se expresa específicamente en la
porción apical de las células junto con el gangliósido asialoGM1,
lo cual permite que después de la estimulación, las moléculas
se agreguen en microdominios lipídicos de la membrana
celular (raft) para desencadenar señales que son capaces de
iniciar la defensa del hospedero en las vías aéreas(48). Diferentes
bacterias y PAMP se han utilizado para estimular células
del epitelio respiratorio. La bacteria Haemophilus influenza
y la lipoproteína de su membrana, P6 son reconocidas por
TLR2, lo cual desencadena la traslocación de NF-κB, la
activación de las MAPK y el incremento en la producción
de IL-8, IL-1β y TNF-α(49). El LPS y el LTA también inducen
traslocación de NF-κB vía TLR4 y TLR2 respectivamente e
inducen no sólo la síntesis de citocinas pro-inflamatorias
sino también de β-defensinas que reclutan CD(50). Respuestas
similares son desencadenadas por el rinovirus, su dsRNA
y el poli I:C que interactúan con TLR3(51). El estímulo con
PG, zymosan, dsRNA, LPS, flagelina y CpG de la línea BEAS2B induce la expresión de IL-8, SAA, TLR3, MIP-3α y GMCSF, aunque el efecto es mayor con dsRNA. La inducción
de las citocinas MIP-3α y GM-CSF es crítica porque facilita
la migración de las CD inmaduras y su posterior maduración(47).
Epitelio intestinal: De modo similar al epitelio respiratorio,
el epitelio intestinal no es una simple barrera física sino que
contribuye activamente en la respuesta inmune; sin embargo
a diferencia del epitelio respiratorio inferior que es estéril,
el epitelio intestinal está expuesto al mayor reservorio de
microorganismos del cuerpo humano. Existen relativamente
pocas bacterias en los dos primeros tercios del intestino
delgado, pero la densidad se incrementa a 108 bacterias/ml
en el íleon y a 1011-1012 organismos/g en el colon; además
muchos compuestos microbianos llegan a la mucosa intestinal
por la ingestión de alimento contaminado. Ante este reto
microbiano, las células del epitelio intestinal deben tener
mecanismos de tolerancia y a la vez conservar latente la
capacidad de respuesta al reto por patógenos.
El reconocimiento de las bacterias comensales y de los
patógenos en el epitelio intestinal también involucra la
participación de los TLR. El TLR3 y el TLR4 se han detectado
en líneas celulares derivadas de epitelio intestinal humano
como CaCO2, T84 y HT29; sin embargo cuando se estimulan
con LPS no responden, al parecer por la ausencia de CD14.
M. MESA-VILLANUEVA, P.J. PATIÑO
Cuando se adiciona suero como fuente de LBP y de CD14,
la respuesta es variable; en el caso de CaCO2 se observa
activación de NF-κB y de las cinasas MAPK, p38 y JNK
aunque la magnitud de la respuesta de MAPK p42/p44 es
menor a la observada con PMA. Esto sugiere que las células
de este epitelio pueden estar parcialmente desensibilizadas
o ser tolerantes al LPS para limitar la activación de las células
inmunes adyacentes ante la exposición constante de LPS en
la superficie apical del epitelio(52). En otro trabajo se detectó
expresión muy baja de TLR4, y ausencia de MD2 así como
falta de respuesta a LPS evaluada mediante traslocación de
NF-κB y producción de IL-8 en las líneas utilizadas(53); de
acuerdo con esto, se postuló que la falta de respuesta de las
células intestinales a LPS se debía a la ausencia de MD-2.
Posteriormente se observó que las citocinas IFN-α e IFN-γ
incrementan la expresión de TLR4 y de MD-2 respectivamente,
lo cual sugiere que aunque la expresión de los TLR puede
ser baja en estado basal y en presencia de LPS, ante un
estímulo inflamatorio o infeccioso que genere respuestas
adaptativas Th1, su nivel y el de otros co-receptores puede
incrementarse para poder responder adecuadamente. De
acuerdo con esta hipótesis, el epitelio intestinal que es
tolerante a los comensales, puede integrarse a la respuesta
inflamatoria sólo tardíamente cuando el sistema inmune
adaptativo requiere su ayuda para eliminar a los patógenos(54).
Otro mecanismo potencial para establecer tolerancia a
la flora comensal en el intestino, es la ubicación de los
TLR en las células epiteliales. Aunque los TLR se han detectado
en la superficie apical y basolateral, en un estudio reciente
en ratones se demostró su expresión preferencial en las
criptas primarias que contienen células de Paneth productoras
de péptidos antimicrobianos. Estos péptidos antimicrobianos
pueden proteger el sitio de la invasión por microorganismos
comensales y además pueden unirse al LPS e inhibir su
actividad pro-estimuladora. Sin embargo, en el curso de
una infección por patógenos entéricos invasivos con destrucción
tisular subsecuente se facilita la aproximación entre TLR4
y LPS de modo que se podría estimular la respuesta del
hospedero(55). Además, la compartimentalización de los TLR
en el epitelio gastrointestinal también se presenta a nivel
celular; por ejemplo, se ha observado que TLR4 se concentra
en el aparato de Golgi y que el TLR5 se ubica preferencialmente
en la cara basolateral de la célula(56); esta ubicación puede
ser otra estrategia para ocultar los TLR a la flora comensal
y evitar la activación de la respuesta inflamatoria. La
importancia de la regulación de TLR4 en el epitelio intestinal
se hace evidente en condiciones como la enfermedad
inflamatoria del intestino en la que se observa inflamación
crónica en ausencia de patógenos acompañada de una
elevada expresión de TLR4(45).
123
RECEPTORES TIPO TOLL: ENTRE EL RECONOCIMIENTO DE LO NO PROPIO INFECCIOSO Y LAS SEÑALES ENDÓGENAS DE PELIGRO
Tejido óseo: La formación y destrucción de hueso es un
proceso dinámico a cargo de macrófagos, osteoblastos (células
del estroma de la médula ósea), osteoclastos (células derivadas
de monocitos) y citocinas. Entre estas se encuentran el factor
estimulante de macrófagos (M-CSF) secretado por los
osteoblastos y el ligando del receptor activador de NF-κB
(RANKL) que se expresa en los osteoblastos como una citocina
asociada a la membrana celular. Los precursores de osteoclastos
expresan el receptor de RANKL (RANK) que les permite
interactuar con el RANKL de los osteoblastos y mediante
interacciones célula-célula se diferencian en osteoclastos en
presencia de M-CSF; adicionalmente, la interacción RANK
del osteoclasto maduro con el RANKL del osteoblasto genera
señales de supervivencia de los osteoclastos y aumenta su
capacidad de resorción ósea(57, 58).
Se ha observado que LPS es un potente estimulante de
la resorción ósea durante las enfermedades inflamatorias(59)
aunque el mecanismo responsable hasta ahora empieza a
conocerse y parece implicar una relación compleja entre
osteoblasto y osteoclasto. Se sabe por ejemplo que los
osteoblastos expresan TLR4, MD-2, CD14 y MyD88 y que
cuando se estimulan con LPS producen IL-1β, IL-6 y TNFα en una vía dependiente de las MAPK p38 y ERK. Además
de las citocinas pro-inflamatorias, la estimulación de los
osteoblastos con LPS induce un incremento en la expresión
de CXCL10, ligando de CXCR3 que se encuentra presente
en la membrana de LT; es decir que ante un reto infeccioso
por Gram negativos, los osteoblastos pueden reclutar LT al
sitio de la infección(60-63). Estudios posteriores han mostrado
que las vías de señalización de los TLR en las células que
participan en la formación y resorción ósea son mucho más
complejas y están reguladas en parte por la expresión
diferencial de TLR y de moléculas adaptadoras. Por ejemplo,
utilizando ratones MyD88–/– y TRIF–/–, se observó que el
LPS y el diacil-lipopéptido activan al osteoblasto en una vía
dependiente de MyD88 que estimula la expresión del RANKL;
además, sólo el LPS promovió la secreción de IL-6. Por su
parte, los osteoclastos no fueron susceptibles de activación
por diacil-lipopéptido debido a la ausencia de TLR6 y la
activación con LPS indujo señales de sobreviva mediante
una vía dependiente de MyD88. Estas observaciones de la
regulación ósea mediadas por PAMP ponen en evidencia
la existencia de vías normales en la regulación de este proceso
por ligandos fisiológicos aún desconocidos cuya importancia
es obvia ante la evidencia de osteopenia en ratones deficientes
en MyD88(64).
Sistema Nervioso Central (SNC): El SNC, que por mucho
tiempo se consideró un sitio inmunológicamente privilegiado,
es capaz de generar una respuesta innata en parte gracias
a la expresión de algunos TLR. Se ha observado expresión
124
VOL. 25 NUM. 2/ 2006
de TLR en células del SNC como células de microglia,
astrocitos y oligodendrocitos. En ratones, los receptores
TLR4 y CD14 se expresan constitutivamente en macrófagos
y células de microglia de los órganos circunventriculares
del cerebro (organum vasculosum de la lamina terminalis, el
órgano subfornical, la eminencia media, el área postrerna),
los plejos coroideos y las leptomeninges y en otras estructuras
que carecen de barrera hematoencefálica(65, 66). Además, en
respuesta a una dosis única de LPS, estas regiones muestran
expresión inducible de TLR2 que se inicia en estas zonas y
que al cabo de unas horas se extiende a zonas mas profundas
del cerebro(67). Las células de microglia humanas expresan
mRNA de TLR1-9 en tanto que los astrocitos y oligodendrocitos
expresan primariamente TLR2 y TLR3. La expresión de las
proteínas en células de microglia cultivadas está restringida
a vesículas intracelulares en tanto que en astrocitos están
localizadas en la superficie celular(68). También, se ha observado
que los TLR expresados en células del parénquima cerebral
pueden interactuar directamente con ligandos que acceden
al SNC en sitios que carecen de barrera hematoencefálica;
se postula por ejemplo que el LPS puede inducir localmente
la síntesis de prostaglandinas inductoras de fiebre, de citocinas
y neurotrasmisores asociados con el comportamiento propio
de la enfermedad(69). Por otro lado, las citocinas secretadas
por células de microglia activadas vía TLR pueden
desencadenar indirectamente muchas respuestas cerebrales.
El LPS circulante puede unirse a sus receptores sobre
macrófagos y células de microglia estimulando la señalización
de NF-κB y activando la transcripción de TNF-α; esta citocina
a su vez activaría la señalización de NF-κB y la transcripción
de genes que codifican citocinas y quimiocinas primero en
la misma célula de microglia y más tarde en otras adyacentes(70).
Se desconoce el papel de CD14, TLR2 y TLR4 en el cerebro.
Se ha postulado que la estimulación directa tenga función
protectora aunque paradójicamente también podrían participar
en la producción de daños degenerativos. La evidencia
experimental y clínica en pacientes con enfermedades
neurodegenerativas señala que es poco probable que la
respuesta innata que se presenta en el cerebro en respuesta
a infecciones sistémicas o daños cerebrales sea deletérea
para el SNC porque ocurre rápidamente e induce la liberación
de factores neurotróficos y otras moléculas importantes
en la homoeostasia cerebral, la neuroprotección y la reparación
tisular. Por ejemplo, el TNF-α induce la proliferación de
oligodendrocitos y estimula el proceso de remielinización
y la IL-1β actúa sobre los astrocitos induciendo la síntesis
del factor de crecimiento nervioso (NGF), el factor neurotrófico
ciliar (CNTF) y el factor de crecimiento tipo insulina 1 (IGF1)
que promueven la reparación del tejido nervioso; sin embargo,
si esta respuesta es elevada o sostenida y se acompaña de
INMUNOLOGÍA
M. MESA-VILLANUEVA, P.J. PATIÑO
TABLA III. Ligandos endógenos de TLR
Estímulo endógeno
TLR involucrado
Respuesta celular activada
HSP
TLR4 (HSP60)
TLR2/4 (HSP70, GP96)
Activación de NF-κB, maduración de CD, síntesis de citoquinas
Hialuronano
TLR4
Activación de NF-κB, maduración de CD, síntesis de citoquinas
Proteína surfactante A
TLR4
Activación de NF-κB, síntesis de citoquinas
Células necróticas
TLR2
Activación de NF-κB, maduración de CD, inducción de genes de
reparación tisular
HMGB1
¿?
Inflamación
Complejos de cromatina-IgG
TLR9
Activación del LB
Fibronectina, fibrinógeno, heparan
TLR4
Inducción de genes inflamatorios, maduración de CD
Revisado por Beg,AA.. Endogenous ligands of Toll-like receptors: implications for regulating inflammatory and immune responses.
Trends Immunol 2002;23:509-512.
una respuesta adaptativa especialmente mediada por LTh1
puede ser nociva(71). Por otro lado, se postula que la respuesta
inmune innata que se desarrolla en el cerebro es un espejo
de la respuesta que ocurre en periferia y que es indispensable
para organizar los componentes centrales de respuesta
del hospedero a la infección que comprende desde la fiebre
y la activación neuroendocrina hasta el comportamiento
asociado con enfermedad(72).
TLR Y SEÑALES DE PELIGRO ENDÓGENAS:
LO PROPIO ALTERADO
Cuando se presenta un daño tisular, las células del
organismo deben reconocer rápidamente la injuria para
poder activar la inmunidad innata, reclutar células inflamatorias
e iniciar el proceso de reparación. En el caso de las infecciones,
las señales de alerta son aportadas en gran parte por los
mismos microorganismos mediante los PAMP que son
reconocidos por los TLR. En el caso de daño tisular en
ambientes estériles, las señales provienen de componentes
intracelulares de las células necróticas, de la matriz extracelular
(ECM) y señales de estrés tales como las proteínas de choque
térmico (HSP). En los últimos años se ha observado que
algunas de estas moléculas endógenas que actúan como
señales de peligro son reconocidas por los TLR.
En el 2000, se publicó el primer artículo sobre una señal
endógena de peligro que inducía una respuesta pro-inflamatoria
mediada por un TLR; la señal de peligro era la HSP60 y el
receptor implicado, el TLR4. Las HSP son proteínas
evolutivamente conservadas presentes en todos los organismos
procarióticos y eucarióticos, cuya expresión aumenta en
respuesta a diferentes formas de estrés. En dicho trabajo se
observó que los macrófagos de ratones C3H/HeN pero
no los de ratones C3H/HeJ (que presentan una mutación
en TLR4) estimulados con HSP60 producían TNF-α y NO
y por tanto se concluyó que su actividad estaba mediada
por TLR473. Aunque más adelante se encontró que la
respuesta también dependía de TLR2 y que se acompañaba
de activación de p38, JNK1/2 y ERK1/2 y NF-κB(74), estudios
posteriores identificaron un receptor específico de HSP60
que interactuaba con TLR2 y TLR4 para transmitir señales(75).
Más adelante se observó que otra HSP, la HSP70 también
inducía en macrófagos la secreción de IL-12 y de la molécula
de adhesión del leucocito al endotelio (ELAM-1) mediante
una vía dependiente de TLR2, TLR4, MyD88 y TRAF6(76).
Desde entonces se han descrito otras moléculas endógenas
que interactúan directa o indirectamente con los TLR para
transmitir señales de alerta al organismo (Tabla III).
El hialuronano: (HA) es un componente estructural
importante de la ECM que también hace parte de la superficie
bacteriana. El HA se sintetiza en la superficie celular y es un
polímero de alto peso molecular (mayor de 1x106 Da) compuesto
de unidades repetidas de N-acetilglucosamina y ácido
glucurónico. Cuando se producen lesiones tisulares, el HA
se degrada a componentes de bajo peso molecular (sHA)
que están involucrados en procesos de angiogénesis,
proliferación celular, maduración, migración, activación de
cascadas de señalización y expresión de genes inflamatorios.
En un trabajo reciente se observó que las células endoteliales
humanas aisladas de dermis de neonatos en cultivo reconocen
estos sHA mediante TLR4 y activan la secreción de IL-8;
además en ratones Balb/c inyectados intraperitonealmente
125
RECEPTORES TIPO TOLL: ENTRE EL RECONOCIMIENTO DE LO NO PROPIO INFECCIOSO Y LAS SEÑALES ENDÓGENAS DE PELIGRO
con sHA, los niveles séricos de los homólogos de IL-8 humana,
MIP-2 y KC aumentaron significativamente; por el contrario,
este efecto no se observó en los ratones C3H/HeJ(77). Es
importante recordar que aunque IL-8 es una citocina clave
en el proceso de daño tisular porque recluta neutrófilos al
sitio de la lesión, también induce la proliferación y migración
de queratinocitos, incrementa la adherencia de monocitos y
la quimiotaxis de linfocitos, eventos importantes en todas
las fases de reparación tisular. Teniendo en cuenta que el
HA también se encuentra en la superficie de bacterias como
Streptococcus del grupo A, que es degradado por hialuronidasas
de la bacteria y que los sHA bacterianos son igualmente
reconocidos por TLR4, se puede considerar que HA no es
una molécula que discrimina lo propio de lo no propio sino
que es simplemente una señal de peligro. Por lo tanto, la
habilidad de algunas bacterias para degradar el HA en
componentes inactivos no reconocidos por los TLR puede
ser un mecanismo de evasión de los sistemas de reconocimiento.
Por otro lado, el organismo controla la activación del sistema
innato por niveles elevados de sHA aclarando rápidamente
el exceso producido diariamente; en efecto, aunque cerca
del 50% del HA se recambia diariamente y aunque alrededor
de 10-100 mg de HA entran a la sangre cada 24 horas, el nivel
sérico sólo alcanza el 0,1% de esta cantidad y esta pequeña
cantidad no activa la respuesta inmune(77).
La proteína surfactante A (SP-A): Es una colectina
involucrada en la defensa innata del hospedero y en la
regulación del proceso inflamatorio en el pulmón. Puede
transmitir señales vía TLR4 a los macrófagos que a su vez
activan NF-kB y de esta manera induce la secreción de
citocinas como TNF-α e IL-10(78).
Las células necróticas: A diferencia de las células apoptóticas,
las células que sufren necrosis liberan su contenido intracelular,
lo cual contribuye a la inflamación secundaria al daño tisular.
Las células necróticas son reconocidas vía TLR2 y activan la
traslocación nuclear de NF-κB en fibroblastos viables,
macrófagos y CD. Esta activación induce la transcripción de
genes inflamatorios y de reparación tisular incluyendo
quimiocinas específicas para los neutrófilos, la metaloproteinasa
3 y el factor de crecimiento del endotelio vascular (VEGF)(79).
Adicionalmente, las células necróticas pero no las apoptóticas
pueden inducir maduración de las CD, colaborando así
indirectamente en la activación del LT(80).
La proteína de alta movilidad del grupo 1 (HMGP1):
Este ligando potencial de los TLR, es una proteína clave
en la arquitectura del núcleo que se libera pasivamente de
células necróticas y que actúa como una citocina al ser
reconocida por receptores específicos de productos terminales
glicosilados. La respuesta inflamatoria mediada por HMGP1
incluye la producción de múltiples citocinas, la quimioatracción
126
VOL. 25 NUM. 2/ 2006
de algunas células pluripotenciales, la inducción de moléculas
de adhesión vascular y la función alterada de células
intestinales; su importancia es evidente cuando se observa
que los antagonistas de HMGP pueden rescatar a los ratones
de la sepsis letal(81).
Acidos nucleicos: Teniendo en cuenta que el DNA y el
RNA de los patógenos son reconocidos por TLR9, TLR3,
TLR7 y TLR8, se supone que los productos derivados de los
ácidos nucleicos del hospedero podrían también ser reconocidos
por los TLR presentes en CD y macrófagos que participan
como células removedoras de detritus celulares en los lugares
de lesión tisular. Se ha observado por ejemplo, que TLR9
se une al DNA del hospedero ligado a histonas o a autoanticuerpos anti-histona(82) y que el RNA heterólogo liberado
de ó asociado con células necróticas y el RNA generado por
transcripción in vitro inducen la secreción de IL-8 en células
embrionarias de riñón 293 transfectadas con TLR3(83). Estas
observaciones tienen importantes implicaciones fisiológicas
por su potencial de inducir respuestas autoinmunes(84).
Finalmente, es importante señalar que no es claro si
los ligandos endógenos de los TLR además de inducir
inflamación y reparación tisular pueden activar una respuesta
adaptativa aunque la evidencia sugiere que es maás probable
que se induzcan fenómenos de tolerancia(85, 86).
TLR Y RECONOCIMIENTO DE XENOANTÍGENOS?
Existen algunas evidencias incipientes que sugieren que
el sistema inmune innato reconoce antígenos de los tejidos
de mamíferos y que promueve el rechazo de tejidos
transplantados particularmente cuando provienen de otras
especies. En uno de estos trabajos se utilizaron micromatrices
para comparar la expresión de PRR en páncreas fetal fresco
de cerdo con páncreas fetal recuperado dos días después
de trasplante en ratones y se encontraron varios mRNA
relevantes incluyendo los de algunos TLR, la proteína unidora
de lípido A, el CD14, las galectinas, KIR, receptores scavenger
de macrófagos y lectinas tipo C de macrófagos. Teniendo
en cuenta que las células xenogénicas de los mamíferos no
encajan dentro de lo no propio infeccioso ni en lo propio
alterado, se podría pensar que los PRR reconocen algunos
xenoantígenos porque existe cierto grado de sobrelapamiento
entre ellos y los PAMP o porque existe reactividad cruzada
para células xenogénicas de mamíferos, particularmente
aquellas de especies filogenéticamente distantes(87).
CONCLUSIONES
Las evidencias presentadas sobre la amplia distribución
tisular de los TLR así como el hecho de que reconocen y
INMUNOLOGÍA
trasmiten señales en respuesta a ligandos endógenos permiten
considerar estas moléculas como receptores de reconocimiento
de señales de peligro sin importar cual sea su origen; pero
además, pone de manifiesto el hecho de que la maquinaria
de moléculas adaptadoras y de las vías de señalización de
los TLR está exquisitamente diseñada para responder
ante esas señales de peligro de acuerdo con el patógeno o
el ligando endógeno reconocido. Por esta razón los TLR y
probablemente otros PRR se comporten como un puente
que reconcilia las teorías de reconocimiento de lo propio no
infeccioso y el modelo del peligro.
Por otro lado, las observaciones aún incipientes sobre
las respuestas generadas mediante los TLR en células diferentes
a las del sistema inmune, plantea la posibilidad de empezar
a considerar que cada una de las células del hospedero hace
parte de ese sistema inmune innato que aunque está en
reposo en condiciones normales, mantiene una capacidad
de respuesta inmediata para defenderse de las agresiones
no solo del medio externo, sino también del interno.
Incluso, se ha propuesto que tal vez los PRR no
evolucionaron para unirse a patógenos, sino que por el
contrario los patógenos evolucionaron para unirse a ellos.
Según este planteamiento, es posible que los TLR se hayan
generado como receptores de señales de tejidos lesionados
y que a través de la evolución los microorganismos hayan
desarrollado mecanismos para utilizarlos como vehículos
de invasión para aumentar su propia sobreviva.
CORRESPONDENCE TO:
Martha Mesa-Villanueva, MSc,
Departamento de Microbiología, Universidad Javeriana.
Carrera 7 No. 43-82.
Bogotá, Colombia.
Phone: 57 1 3208320, Ext 4153. Fax: 57 1 3208320, Ext 4022.
email: [email protected]
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