La nutrición y la dieta [ editar ]
La sobrenutrición está asociada con enfermedades como la diabetes y la obesidad , que se sabe que afectan la función inmune. La desnutrición más moderada, así como ciertas deficiencias específicas de minerales traza y nutrientes, también pueden comprometer la respuesta inmune. [93]
Los alimentos ricos en ciertos ácidos grasos pueden fomentar un sistema inmunológico saludable. [94] Del mismo modo, la desnutrición fetal puede causar un deterioro permanente del sistema inmunológico. [95]
Reparación y regeneración [ editar ]
El sistema inmunológico, particularmente el componente innato, desempeña un papel decisivo en la reparación de tejidos después de un insulto. [96] [97] [98] [99] [100] Los actores clave incluyen macrófagos y neutrófilos , pero otros actores celulares, incluidas las células T γδ, las células linfoides innatas (ILC) y las células T reguladoras(Treg), también son importantes . La plasticidad de las células inmunitarias y el equilibrio entre las señales proinflamatorias y antiinflamatorias son aspectos cruciales de la reparación eficiente de los tejidos. [100]Los componentes inmunes y las vías también participan en la regeneración, por ejemplo, en los anfibios. Según una hipótesis, los organismos que pueden regenerarse podrían ser menos inmunocompetentes que los organismos que no pueden regenerarse. [101] [102]
Trastornos de la inmunidad humana [ editar ]
El sistema inmunológico es una estructura notablemente efectiva que incorpora especificidad, inducibilidad y adaptación. Sin embargo, las fallas de la defensa del huésped ocurren y se dividen en tres categorías amplias: inmunodeficiencias, autoinmunidad e hipersensibilidades.
Inmunodeficiencias [ editar ]
Las inmunodeficiencias ocurren cuando uno o más de los componentes del sistema inmunológico están inactivos. La capacidad del sistema inmunitario para responder a los patógenos disminuye tanto en los jóvenes como en los ancianos , y las respuestas inmunitarias comienzan a disminuir a los 50 años aproximadamente debido a la inmunosenescencia . [103] [104] En los países desarrollados , la obesidad , el alcoholismo y el uso de drogas son causas comunes de una función inmunológica deficiente. [104] Sin embargo, la desnutrición es la causa más común de inmunodeficiencia en los países en desarrollo . [104]Las dietas que carecen de proteínas suficientes se asocian con un deterioro de la inmunidad mediada por células, la actividad del complemento, la función de los fagocitos, las concentraciones de anticuerpos IgA y la producción de citocinas. Además, la pérdida del timo a una edad temprana a través de la mutación genética o la extirpación quirúrgica produce una inmunodeficiencia grave y una alta susceptibilidad a las infecciones. [105]
Las inmunodeficiencias también pueden ser heredadas o ' adquiridas' . [7] La enfermedad granulomatosa crónica, donde los fagocitos tienen una capacidad reducida para destruir patógenos, es un ejemplo de una inmunodeficiencia hereditaria o congénita . El SIDA y algunos tipos de cáncer causan inmunodeficiencia adquirida. [106] [107]
Autoinmunidad [ editar ]
Las respuestas inmunes hiperactivas comprenden el otro extremo de la disfunción inmune, particularmente los trastornos autoinmunes . Aquí, el sistema inmunológico no logra distinguir correctamente entre el yo y el no yo, y ataca a una parte del cuerpo. En circunstancias normales, muchas células T y anticuerpos reaccionan con los péptidos "propios". [108] Una de las funciones de las células especializadas (ubicadas en el timo y la médula ósea) es presentar linfocitos jóvenes con antígenos propios producidos en todo el cuerpo y eliminar aquellas células que reconocen los antígenos propios, lo que evita la autoinmunidad. [68]
Hipersensibilidad [ editar ]
La hipersensibilidad es una respuesta inmune que daña los tejidos del cuerpo. Se dividen en cuatro clases (Tipo I - IV) según los mecanismos implicados y el curso temporal de la reacción de hipersensibilidad. La hipersensibilidad tipo I es una reacción inmediata o anafiláctica , a menudo asociada con alergia . Los síntomas pueden ir desde una leve molestia hasta la muerte. La hipersensibilidad de tipo I está mediada por la IgE , que desencadena la desgranulación de los mastocitos y basófilos cuando se reticula con el antígeno. [109] La hipersensibilidad de tipo II se produce cuando los anticuerpos se unen a los antígenos en las propias células del paciente, marcándolos para su destrucción. Esto también se denomina hipersensibilidad dependiente de anticuerpos (o citotóxica) y está mediada por anticuerpos IgG e IgM . [109] Los complejos inmunes (agregaciones de antígenos, proteínas del complemento y anticuerpos IgG e IgM) depositados en diversos tejidos desencadenan reacciones de hipersensibilidad de tipo III. [109] La hipersensibilidad de tipo IV (también conocida como hipersensibilidad de tipo retardado o mediada por células ) suele tardar entre dos y tres días en desarrollarse. Las reacciones de tipo IV están involucradas en muchas enfermedades autoinmunes e infecciosas, pero también pueden involucrar dermatitis de contacto (hiedra venenosa ). Estas reacciones están mediadas por células T , monocitos y macrófagos . [109]
Inflamación idiopática [ editar ]
La inflamación es una de las primeras respuestas del sistema inmunitario a la infección, [48] pero puede aparecer sin causa conocida.
La inflamación es producida por eicosanoides y citoquinas , que son liberadas por células lesionadas o infectadas. Los eicosanoides incluyen prostaglandinas que producen fiebre y la dilatación de los vasos sanguíneos asociados con la inflamación, y los leucotrienos que atraen a ciertos glóbulos blancos (leucocitos). [49] [50] Las citoquinas comunes incluyen interleucinas que son responsables de la comunicación entre los glóbulos blancos; quimioquinas que promueven la quimiotaxis ; e interferones que tienen antiviralesEfectos, como el cierre de la síntesis de proteínas en la célula huésped. [51] También pueden liberarse factores de crecimiento y factores citotóxicos. Estas citoquinas y otras sustancias químicas reclutan células inmunitarias en el sitio de la infección y promueven la curación de cualquier tejido dañado luego de la eliminación de patógenos. [52]
La manipulación en la medicina [ editar ]
La respuesta inmune puede manipularse para suprimir las respuestas no deseadas que resultan de la autoinmunidad, la alergia y el rechazo del trasplante , y para estimular respuestas protectoras contra patógenos que eluden en gran medida el sistema inmunitario (ver inmunización ) o el cáncer.
Inmunosupresión [ editar ]
Los medicamentos inmunosupresores se utilizan para controlar los trastornos autoinmunes o la inflamación cuando se produce un daño tisular excesivo y para prevenir el rechazo del trasplante después de un trasplante de órgano . [33] [110]
Los medicamentos antiinflamatorios se usan a menudo para controlar los efectos de la inflamación. Los glucocorticoides son los más poderosos de estos medicamentos; sin embargo, estos medicamentos pueden tener muchos efectos secundarios indeseables , como la obesidad central , la hiperglucemia , la osteoporosis y su uso debe estar estrechamente controlado. [111] Las dosis más bajas de medicamentos antiinflamatorios a menudo se usan junto con fármacos citotóxicos o inmunosupresores , como el metotrexato o la azatioprina .Drogas citotóxicasinhibe la respuesta inmune al matar las células en división, como las células T activadas. Sin embargo, la muerte es indiscriminada y otras células en división constante y sus órganos se ven afectados, lo que causa efectos secundarios tóxicos. [110] Los fármacos inmunosupresores, como la ciclosporina, evitan que las células T respondan correctamente a las señales al inhibir las vías de transducción de señales. [112]
Inmunoestimulación [ editar ]
La inmunoterapia contra el cáncer cubre las formas médicas para estimular el sistema inmunológico para atacar los tumores cancerosos.
La vacunación [ editar ]
La memoria activa a largo plazo se adquiere después de la infección por activación de las células B y T. La inmunidad activa también se puede generar artificialmente, a través de la vacunación . El principio detrás de la vacunación (también llamada inmunización ) es introducir un antígeno de un patógeno para estimular el sistema inmunológico y desarrollar una inmunidad específica contra ese patógeno en particular sin causar una enfermedad asociada con ese organismo. [7]Esta inducción deliberada de una respuesta inmune es exitosa porque explota la especificidad natural del sistema inmune, así como su inducibilidad. Dado que la enfermedad infecciosa sigue siendo una de las principales causas de muerte en la población humana, la vacunación representa la manipulación más efectiva del sistema inmunológico que ha desarrollado la humanidad. [33] [113]
La mayoría de las vacunas virales se basan en virus vivos atenuados , mientras que muchas vacunas bacterianas se basan en componentes acelulares de microorganismos, incluidos componentes inofensivos de toxinas . [7] Dado que muchos antígenos derivados de vacunas acelulares no inducen fuertemente la respuesta adaptativa, la mayoría de las vacunas bacterianas cuentan con adyuvantes adicionales que activan las células presentadoras de antígenos del sistema inmunitario innato y maximizan la inmunogenicidad . [114]
Tumor inmunología [ editar ]
Otro papel importante del sistema inmunológico es identificar y eliminar tumores . Esto se llama vigilancia inmune . Las células transformadas de los tumores expresan antígenos que no se encuentran en las células normales. Para el sistema inmunológico, estos antígenos parecen extraños y su presencia hace que las células inmunitarias ataquen las células tumorales transformadas. Los antígenos expresados por tumores tienen varias fuentes; [116]algunos se derivan de virus oncogénicos como el virus del papiloma humano , que causa cáncer cervical , [117]mientras que otras son las proteínas propias del organismo que se producen en niveles bajos en células normales pero que alcanzan niveles altos en células tumorales. Un ejemplo es una enzima llamada tirosinasa que, cuando se expresa en niveles altos, transforma ciertas células de la piel (p. Ej., Melanocitos ) en tumores llamados melanomas . [118] [119]Una tercera fuente posible de antígenos tumorales son proteínas normalmente importantes para regular el crecimiento celular y la supervivencia, que comúnmente se mutan en moléculas inductoras de cáncer llamadas oncogenes . [116] [120] [121]
La principal respuesta del sistema inmunitario a los tumores es destruir las células anormales utilizando células T asesinas, a veces con la ayuda de células T auxiliares. [119] [122] Los antígenos tumorales se presentan en moléculas MHC de clase I de manera similar a los antígenos virales. Esto permite que las células T asesinas reconozcan la célula tumoral como anormal. [123] Las células NK también destruyen las células tumorales de manera similar, especialmente si las células tumorales tienen menos moléculas de MHC de clase I en su superficie de lo normal; Este es un fenómeno común con los tumores. [124] Algunas veces se generan anticuerpos contra las células tumorales que permiten su destrucción por el sistema del complemento . [120]
Claramente, algunos tumores evaden el sistema inmunológico y se convierten en cánceres. [125] [126] Las células tumorales a menudo tienen un número reducido de moléculas MHC de clase I en su superficie, evitando así la detección por parte de células T asesinas. [123] [125] Algunas células tumorales también liberan productos que inhiben la respuesta inmune; por ejemplo, secretando la citoquina TGF-β , que suprime la actividad de los macrófagos y linfocitos . [125] [127] Además, puede desarrollarse tolerancia inmunológica contra los antígenos tumorales, por lo que el sistema inmunitario ya no ataca a las células tumorales. [125] [126]
Paradójicamente, los macrófagos pueden promover el crecimiento tumoral [128] cuando las células tumorales envían citoquinas que atraen a los macrófagos, que luego generan citoquinas y factores de crecimiento como el factor alfa de necrosis tumoral que nutre el desarrollo tumoral o promueve la plasticidad similar a las células madre. [125] Además, una combinación de hipoxia en el tumor y una citoquina producida por los macrófagos induce a las células tumorales a disminuir la producción de una proteína que bloquea la metástasis y por lo tanto ayuda a la propagación de las células cancerosas. [125]
La predicción de la inmunogenicidad [ editar ]
Los medicamentos más grandes (> 500 Da ) pueden provocar una respuesta inmunitaria neutralizadora, especialmente si los medicamentos se administran repetidamente o en dosis más grandes. Esto limita la eficacia de los fármacos basados en péptidos y proteínas más grandes (que suelen ser más grandes que 6000 Da). En algunos casos, el fármaco en sí no es inmunogénico, pero puede administrarse junto con un compuesto inmunogénico, como es a veces el caso del Taxol . Se han desarrollado métodos computacionales para predecir la inmunogenicidad de péptidos y proteínas, que son particularmente útiles para diseñar anticuerpos terapéuticos, evaluar la posible virulencia de mutaciones en partículas de la cubierta viral y validar los tratamientos farmacológicos propuestos basados en péptidos. Las primeras técnicas se basaron principalmente en la observación de que los hidrofílicos Los aminoácidos están representados en exceso en las regiones del epítopo que los aminoácidos hidrófobos ; [129] sin embargo, los desarrollos más recientes se basan en técnicas de aprendizaje automático que utilizan bases de datos de epítopos conocidos existentes, generalmente en proteínas de virus bien estudiadas, como un conjunto de entrenamiento . [130] Se ha establecido una base de datos de acceso público para la catalogación de epítopes a partir de patógenos conocidos por las células B. [131]El campo emergente de los estudios de inmunogenicidad basados en bioinformática se conoce como inmunoinformática . [132] InmunoproteomicaEs el estudio de grandes conjuntos de proteínas (proteómica ) interviene en la respuesta inmune.
Evolución y otros mecanismos [ editar ]
La evolución del sistema inmune [ editar ]
Es probable que surgiera un sistema inmunitario adaptativo y multicomponente con los primeros vertebrados , ya que los invertebrados no generan linfocitos o una respuesta humoral basada en anticuerpos. [1] Muchas especies, sin embargo, utilizan mecanismos que parecen ser precursores de estos aspectos de la inmunidad de los vertebrados. Los sistemas inmunitarios aparecen incluso en las formas de vida más simples estructuralmente, con bacterias que utilizan un mecanismo de defensa único, llamado sistema de modificación de restricción para protegerse de patógenos virales, llamados bacteriófagos . [133] Los procariotas también poseen inmunidad adquirida, a través de un sistema que usa CRISPRsecuencias para retener fragmentos de los genomas de fagos con los que han estado en contacto en el pasado, lo que les permite bloquear la replicación del virus a través de una forma de interferencia de ARN . [134] [135] Los procariotas también poseen otros mecanismos de defensa. [136] [137] Los elementos ofensivos de los sistemas inmunes también están presentes en los eucariotas unicelulares , pero los estudios de sus roles en defensa son pocos. [138]
Los receptores de reconocimiento de patrones son proteínas utilizadas por casi todos los organismos para identificar moléculas asociadas con patógenos. Los péptidos antimicrobianos llamados defensinas son un componente conservado evolutivamente de la respuesta inmune innata que se encuentra en todos los animales y plantas, y representan la principal forma de inmunidad sistémica de invertebrados . [1] El sistema del complemento y las células fagocíticas también son utilizados por la mayoría de las formas de vida de invertebrados. Las ribonucleasas y la vía de interferencia de ARN se conservan en todos los eucariotas y se cree que desempeñan un papel en la respuesta inmune a los virus. [139]
A diferencia de los animales, las plantas carecen de células fagocíticas, pero muchas respuestas inmunes de las plantas involucran señales químicas sistémicas que se envían a través de una planta. [140] Las células vegetales individuales responden a moléculas asociadas con patógenos conocidos como patrones moleculares asociados apatógenos o PAMP. [141] Cuando una parte de una planta se infecta, la planta produce una respuesta hipersensible localizada , por lo que las células en el sitio de la infección sufren una apoptosis rápida para prevenir la propagación de la enfermedad a otras partes de la planta. La resistencia sistémica adquirida (SAR) es un tipo de respuesta defensiva utilizada por las plantas que hace que toda la planta sea resistente a un agente infeccioso en particular.[140] Los silenciamiento de ARNLos mecanismos son particularmente importantes en esta respuesta sistémica, ya que pueden bloquear la replicación del virus. [142]
Sistema inmunitario adaptativo alternativo [ editar ]
La evolución del sistema inmunitario adaptativo ocurrió en un antepasado de los vertebrados con mandíbulas. Muchas de las moléculas clásicas del sistema inmunitario adaptativo (p. Ej., Inmunoglobulinas y receptores de células T ) existen solo en vertebrados con mandíbulas. Sin embargo, una molécula distinta derivada de linfocitosse ha descubierto en vertebrados sin mandíbulas primitivos , como la lamprea y el hagfish . Estos animales poseen una gran variedad de moléculas denominadas receptores de linfocitos variables (VLR, por sus siglas en inglés) que, al igual que los receptores de antígenos de los vertebrados mandibulados, se producen a partir de solo un pequeño número (uno o dos) de genes . Se cree que estas moléculas se unen a patógenosantígenos de forma similar a los anticuerpos, y con el mismo grado de especificidad. [143]
Manipulación por patógenos [ editar ]
El éxito de cualquier agente patógeno depende de su capacidad para eludir las respuestas inmunitarias del huésped. Por lo tanto, los patógenos desarrollaron varios métodos que les permiten infectar con éxito a un huésped, al tiempo que evitan la detección o destrucción por parte del sistema inmunológico. [144] Las bacterias a menudo superan las barreras físicas al secretar enzimas que digieren la barrera, por ejemplo, al usar un sistema de secreción de tipo II . [145] Como alternativa, al usar un sistema de secreción de tipo III , pueden insertar un tubo hueco en la célula huésped, lo que proporciona una ruta directa para que las proteínas se muevan del patógeno al huésped. Estas proteínas se utilizan a menudo para cerrar las defensas del huésped. [146]
Una estrategia de evasión utilizada por varios patógenos para evitar el sistema inmunitario innato es esconderse dentro de las células de su huésped (también llamada patogénesis intracelular ). Aquí, un patógeno pasa la mayor parte de su ciclo de vida dentro de las células huésped, donde está protegido del contacto directo con las células inmunitarias, los anticuerpos y el complemento. Algunos ejemplos de patógenos intracelulares incluyen virus, la bacteria de la intoxicación alimentaria Salmonella y los parásitos eucariotas que causan la malaria ( Plasmodium falciparum ) y la leishmaniasis ( Leishmania spp. ). Otras bacterias, como Mycobacterium tuberculosis Vive dentro de una cápsula protectora que previene la lisis por complemento. [147] Muchos patógenos secretan compuestos que disminuyen o desvían la respuesta inmune del huésped. [144] Algunas bacterias forman biopelículas para protegerse de las células y proteínas del sistema inmunológico. Tales biopelículas están presentes en muchas infecciones exitosas, por ejemplo, las infecciones crónicas por Pseudomonas aeruginosa y Burkholderia cenocepacia características de la fibrosis quística . [148] Otras bacterias generan proteínas de superficie que se unen a los anticuerpos, haciéndolos ineficaces; los ejemplos incluyen Streptococcus (proteína G),Staphylococcus aureus (proteína A) y Peptostreptococcus magnus (proteína L). [149]
Los mecanismos utilizados para evadir el sistema inmune adaptativo son más complicados. El enfoque más simple es cambiar rápidamente los epítopos no esenciales ( aminoácidos y / o azúcares) en la superficie del patógeno, mientras se mantienen ocultos los epítopos esenciales. Esto se llama variación antigénica . Un ejemplo es el VIH, que muta rápidamente, por lo que las proteínas en su envoltura viral que son esenciales para la entrada en su célula objetivo huésped están cambiando constantemente. Estos cambios frecuentes en los antígenos pueden explicar las fallas de las vacunas dirigidas a este virus. [150] El parásito Trypanosoma brucei.utiliza una estrategia similar, cambiando constantemente un tipo de proteína de superficie por otra, lo que le permite estar un paso por delante de la respuesta de anticuerpos. [151] Enmascarar antígenos con moléculas huésped es otra estrategia común para evitar la detección por el sistema inmunológico. En el VIH, la envoltura que cubre el virión se forma a partir de la membrana más externa de la célula huésped; tales virus "auto-encubiertos" dificultan que el sistema inmune los identifique como estructuras "no propias". [152]
Historia de la inmunología [ editar ]
La inmunología es una ciencia que examina la estructura y función del sistema inmunológico. Se origina a partir de la medicina y los primeros estudios sobre las causas de la inmunidad a las enfermedades. La primera referencia conocida a la inmunidad fue durante la plaga de Atenas en 430 aC. Tucídides notó que las personas que se habían recuperado de un ataque previo de la enfermedad podían curar a los enfermos sin contraer la enfermedad por segunda vez. [153] En el siglo XVIII, Pierre-Louis Moreau de Maupertuis realizó experimentos con veneno de escorpión y observó que ciertos perros y ratones eran inmunes a este veneno. [154] En el siglo X, el médico persa al-Razi.(también conocido como Rhazes) escribió la primera teoría registrada sobre la inmunidad adquirida, [155] [156] : 6, señalando que un ataque de viruela protegía a sus sobrevivientes de futuras infecciones. Aunque explicó la inmunidad en términos de "expulsión de la sangre del" exceso de humedad "(por lo tanto, previene que la enfermedad se produzca por segunda vez), esta teoría explica muchas observaciones sobre la viruela que se conocen durante este tiempo. [156] : 7
Estas y otras observaciones de la inmunidad adquirida fueron posteriormente explotadas por Louis Pasteur en su desarrollo de la vacunación y su propuesta de teoría de los gérmenes de la enfermedad . [157] La teoría de Pasteur estaba en oposición directa a las teorías contemporáneas de la enfermedad, como la teoría del miasma . No fue hasta las pruebas de Robert Koch en 1891 , por las que recibió un Premio Nobel en 1905, que los microorganismos fueron confirmados como la causa de enfermedades infecciosas . [158] Los virus se confirmaron como patógenos humanos en 1901, con el descubrimiento de la fiebre amarilla.virus de Walter Reed . [159]
La inmunología hizo un gran avance hacia fines del siglo XIX, a través de desarrollos rápidos, en el estudio de la inmunidad humoral y la inmunidad celular . [160] Particularmente importante fue el trabajo de Paul Ehrlich , quien propuso la teoría de la cadena lateral para explicar la especificidad de la reacción antígeno-anticuerpo ; Sus contribuciones a la comprensión de la inmunidad humoral fueron reconocidas por el premio Nobel en 1908, que fue otorgado conjuntamente al fundador de la inmunología celular, Elie Metchnikoff .
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