CITOQUINAS (EQUIPO1)

Las citoquinas (o citocinas) son un grupo de proteínas de bajo peso molecular que actúan mediando interacciones complejas entre células de linfoides, células inflamatorias y células hematopoyéticas. Las citocinas son un amplio grupo de moléculas de gran interés  en Inmunología por su capacidad de regular la respuesta inmune a modulando los procesos de activación, proliferación y diferenciación de leucocitos.  También, ciertas citocinas, poseen otras  funciones fuera del campo inmunológico como son las de participar en la embriogénesis y diferenciación celular, entre otros. Las citocinas, se producen mayoritariamente por leucocitos y se caracterizan por ser  moléculas de bajo peso molecular, la mayoría se encuentran glicosiladas, poseen una vida media muy corta y actúan a muy bajas concentraciones  mediante su unión de alta afinidad a sus receptores celulares.  En general,  para que las citocinas puedan ejercer sus efectos biológicos debe existir una gran cantidad de éstas, por lo que es necesario que se activen las células que las producen.

Sus funciones son muy variadas, pero se pueden clasificar en unas pocas categorías:

·       Diferenciación y maduración de células del sistema inmunitario;

·       Comunicación entre células del sistema inmunitario;

·       En algunos casos, ejercen funciones efectoras directas.

En el pasado reciente hubo un cierto galimatías con la cuestión de su denominación. Así, muchas de las primeras citoquinas se descubrieron como señalizadoras entre leucocitos, por lo que se denominaron interleuquinas; otras eran secretadas por monocitos/macrófagos, por lo que se llamaron monoquinas. Sin embargo, muchas de esas sustancias son producidas por otros tipos celulares, por lo que se desaconseja el uso de esas denominaciones, para agruparlas a todas bajo el concepto de citoquinas. Las quimioquinas (o quimiocinas) son un tipo de citoquinas de pequeño tamaño, con papeles en la respuesta inflamatoria y la quimiotaxis de fagocitos. 

PROPIEDADES GENERALES DE LAS CITOQUINAS

Las citoquinas son un grupo de proteínas secretadas de bajo peso molecular (por lo general menos de 30 kDa), producidas durante las respuestas inmunes natural y específica. Se unen a receptores específicos de la membrana de las células donde van a ejercer su función, iniciando una cascada de transducción intracelular de señal que altera el patrón de expresión génica, de modo que esas células diana producen una determinada respuesta biológica.

·           Las citoquinas son producidas por múltiples tipos celulares, principalmente del sistema inmune. Dentro del sistema inmune natural, los macrófagos son de las células más productoras de citoquinas, mientras que en el sistema específico lo son las células T colaboradoras.

·                La producción de las citoquinas suele ser breve (transitoria), limitada al lapso de tiempo que dura el estímulo (es decir, el agente extraño). En muchos casos ello se debe a que los correspondientes ARNm tienen una corta vida media, que a su vez depende de que las zonas 3’ no traducibles son ricas en A y U.

Considerando las diversas citoquinas, éstas pueden exhibir una o varias de las siguientes cualidades:

• ·       pleiotropía (múltiples efectos al actuar sobre diferentes células).

• ·       redundancia (varias citoquinas pueden ejercer el mismo efecto).

• ·       sinergismo (dos o más citoquinas producen un efecto que se potencia mutuamente).

• ·        antagonismo (inhibición o bloqueo mutuo de sus efectos).

Las citoquinas ejercen su acción al unirse a receptores específicos para cada citoquina en la superficie de la célula en la que ejercen el efecto. La afinidad de cada receptor hacia su citoquina correspondiente suele ser bastante alta, del orden de lo femtomolar (10-15 M) a lo picomolar (10-12 M).

Utilizando la analogía de lo que ocurre con las hormonas del sistema endocrino, las acción de las citoquinas se puede clasificar en:

1.  de tipo autocrino
2.  de tipo paracrino
3.  (en pocas ocasiones) de tipo endocrino.

Las citoquinas "controlan" el sistema inmune de varias maneras, que podemos agrupar de la siguiente manera:

regulando (activando o inhibiendo) la activación, proliferación y diferenciación de varios tipos de células;

regulando la secreción de anticuerpos y de otras citoquinas.

  

ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LAS CITOQUINAS

Las citoquinas son proteínas o glucoproteínas de menos de 30 kDa. Muchas de ellas pertenecen a la llamada familia de las hematopoyetinas, y tienen estructuras terciarias parecidas: una configuración a base de un conjunto de cuatro hélices a , con poca estructura en lámina b .
Generalmente actúan como mensajeros intercelulares que suelen intervenir en la maduración y amplificación de la respuesta inmune, provocando múltiples actividades biológicas una vez que se unen a los receptores específicos de las células diana adecuadas.Aunque existen muchos tipos de células productoras citoquinas (ya hemos ido viendo unas cuantas en los temas anteriores), los más importantes son los linfocitos T_H y los macrófagos, ya que sus citoquinas son esenciales para que se produzca la respuesta inmune una vez que se activan las células T y B por el contacto con las correspondientes células presentadoras de antígeno.

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

1.  activación de los mecanismos de inmunidad natural:
a.  activación de los macrófagos y otros fagocitos
b.  activación de las células NK
c.   activación de los eosinófilos
d.  inducción de las proteínas de fase aguda en el hígado.
2.  Activación y proliferación de células B, hasta su diferenciación a células plasmáticas secretoras de anticuerpos.
3.  Intervención en la respuesta celular específica.
4.  Intervención en la reacción de inflamación, tanto aguda como crónica.
5.  Control de los procesos hematopoyéticos de la médula ósea.
6.  Inducción de la curación de las heridas.

RECEPTORES DE CITOQUINAS 

Estructura general de las familias de receptores de citoquinas

Hay diversos tipos de receptores de membrana para citoquinas, pero se pueden agrupar en cinco familias:

	Familia de receptores de citoquinas de la superfamilia de las inmunoglobulinas, que poseen varios dominios extracelulares de tipo Ig. Como ejemplo, el receptor específico para la IL-1.
	Familia de clase I de receptores de citoquinas (=familia de receptores de hematopoyetinas). (Veremos más detalles de esta familia un poco más adelante).
	.     Familia de clase II de receptores de citoquinas (=familia de receptores de interferones). Ejemplos de ligandos son los interferones no inmunes (IFN-a y b) y el IFN-g.
	.     Familia de receptores de TNF: sus miembros se caracterizan por un dominio extracelular rico en cisteínas. Ejemplos de ligandos: TNF-a, TNF-b, CD40.
	.     Familia de receptores de quimioquinas: son proteínas integrales de membrana, con 7 hélices a inmersas en la bicapa lipídica. Interaccionan, por el lado que da al citoplasma con proteínas de señalización triméricas que unen GTP. Ejemplos de quimioquinas que se unen a miembros de esta familia: IL-8, RANTES.

La mayor parte de los receptores de citoquinas del sistema inmune pertenecen a la familia de clase I (de receptores de hematopoyetinas). Todos sus miembros tienen en común poseer una proteína anclada a membrana, con un dominio extracelular en el que hay al menos un motivo característico llamado CCCC (cuatro cisteínas cercanas en posiciones equivalentes) y el llamado motivo WSXWS (Trp-Ser-X-Trp-Ser). (Adicionalmente, algunos miembros poseen dominios de tipo Ig y/o dominios de tipo fibronectina). Tras su porción transmembrana se encuentra una larga cola citoplásmica con ciertas tirosinas susceptibles de fosforilación.

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

	·       Cadena a, que es la subunidad específica de la citoquina, sin capacidad de enviar señales al citoplasma;
	·       Cadena b, una subunidad transductora de señal, que a menudo no es específica de citoquina, sino que es compartida por receptores de otras citoquinas. Esta cadena b es del tipo que hemos descrito más arriba (motivos CCCC y WSXWS).

La subunidad transductora de señal se necesita para formar el receptor de alta afinidad, y para transducir la señal al interior. Ello se logra porque tras la unión, se fosforilan ciertas tirosinas de la larga cola citoplásmica de la cadena transductora de señal.La subfamilia de receptores a la que pertenece el receptor de IL-2 (el llamado IL2-R) consta de tres subunidades:

	·       Cadena a específica de cada citoquina;
	·       Dos subunidades (cadena b y cadena común gC) transductoras de señal.

Esta versión trimérica de IL-2R es la que une IL-2 con mayor afinidad, pero en realidad, el receptor para IL-2 no siempre aparece en esta forma, sino que existe una forma monomérica (IL-2Ra) de baja afinidad, sin cadenas transductoras, y por lo tanto incapaz de reenviar la señal, y una forma de afinidad intermedia (IL-2Rbg).

                           Transducción de señal

Recientemente se han producido avances importantes en el desentrañamiento de la ruta que conduce desde la unión de la citoquina con el receptor de la célula diana hasta la activación de la transcripción de los genes cuyos productos son responsables de los efectos de dichas citoquinas. 

He aquí un modelo general que se puede aplicar a muchos receptores de las clases I y II:1.  La citoquina provoca la dimerización de las dos subunidades del receptor (cadenas a y b), lo que coloca cercanas a sus respectivas colas citoplásmicas.
2.  Una serie de proteín-quinasas de la familia de JAK (quinasas Jano) se unen a las colas agrupadas de las subunidades del receptor, con lo que se esas quinasas se activan.
3.  Las JAK se autofosforilan.
4.  Las JAK fosforilan a su vez determinadas tirosinas de las colas del receptor,
5.  Entonces proteínas de otra familia, llamada STAT (iniciales inglesas de transductores de señal y activadores de transcripción) se unen a algunas de las tirosinas fosforiladas de las colas del receptor, quedando cerca de las JAK.
6.  Las JAK fosforilan a las STAT unidas a las colas del receptor.
7.  Al quedar fosforiladas, las STAT pierden su afinidad por las colas del receptor, y en cambio tienden a formar dímeros entre sí. (Las tirosinas fosforiladas que han quedado libres en las colas del receptor sirven para unir nuevos monómeros de STATs).
8.  Los dímeros de STAT fosforilados emigran al núcleo de la célula, donde actúan ahora como activadores de la transcripción de ciertos genes, al unirse a secuencias especiales en la parte 5’ respecto de las respectivas porciones codificadoras.
 

 ANTAGONISTAS DE CITOQUINAS

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

·       los que provocan el bloqueo del receptor al unirse a éste:

·       los que inhiben la acción de la citoquina al unirse a ésta.

Como ejemplo de bloqueador de receptor tenemos el antagonista del receptor de IL-1 (IL-1Ra), que bloquea la unión de IL-1a o IL-1b . Desempeña un papel en la regulación de la intensidad de la respuesta inflamatoria. En la actualidad se está investigando su potencial clínico en el tratamiento de enfermedades que cursan con inflamación crónica.
Los inhibidores de citoquinas suelen ser versiones solubles de los respectivos receptores (y se suelen denominar anteponiendo una "s" al nombre del receptor): la rotura enzimática de la porción extracelular libera un fragmento soluble que retiene su capacidad de unirse a la citoquina. Existen ejemplos de versiones solubles de los receptores IL-2R, IL-4R, IL-7R, IFN-g R, TNF-a R, TNF-b R.
El mejor caracterizado es el sIL-2R (versión soluble del receptor de la interleuquina 2), que se libera durante la activación crónica de los linfocitos T, y que corresponde a los 192 aminoácidos N-terminales de la subunidad a . Este sIL-2R se puede unir a la IL-2, impidiendo su interacción con el auténtico receptor de membrana, con lo que esto supone un control sobre el exceso de activación de los linfocitos T. Este inhibidor se usa de hecho en clínica como un marcador de la existencia de activación crónica (caso, p. ej., de las enfermedades autoinmunes, rechazo de injertos y SIDA).
Algunos virus han evolucionado (como parte de sus mecanismos de evasión del sistema defensivo del hospedador) para producir proteínas que se unen e inactivan a las citoquinas.

CONSECUENCIAS BIOLÓGICAS DE LA SECRECIÓN DE CITOQUINAS POR PARTE DE LOS LINFOCITOS T_H1 Y T_H2

Las células T_H1 producen IL-2, IFN-g y TNF-b . Son responsables de funciones de inmunidad celular (activación de linfocitos T_C e hipersensibilidad de tipo retardado), destinadas a responder a parásitos intracelulares (virus, protozoos, algunas bacterias).
Las células T_H2 producen IL-4, IL-5, IL-10 e IL-13. Actúan como colaboradoras en la activación de las células B, y son más apropiadas para responder a bacterias extracelulares y a helmintos. También están implicadas en reacciones alérgicas (ya que la IL-4 activa la producción de IgE y la IL-5 activa a los eosinófilos).En los años recientes está cada vez más claro que el resultado de la respuesta inmune depende en buena medida de los niveles relativos de células T_H1 y T_H2: en una respuesta a patógenos intracelulares existe un aumento de citoquinas de T_H1, mientras que en respuestas alérgicas y ante helmintos es superior el nivel de las de T_H2.

Un punto importante en todo esto es la existencia de una regulación cruzada entre T_H1 y T_H2:

El IFN-g secretado por las TH1 inhibe la proliferación de las TH2.

Por su lado, la IL-10 secretada por las TH2 inhibe la secreción de IL-2 e IFN-g por parte de las TH1. Esta inhibición en realidad no es directa: la IL-10 produce un descenso marcado de la cantidad de MHC-II de las células presentadoras de antígeno, que por lo tanto ya no pueden ejercer bien su papel de activar a las TH1. Además, las TH2 inhiben por sus citoquinas la producción en macrófagos del óxido nítrico (NO) y otros bactericidas, así como la secreción por estos macrófagos de IL-1, IL-6, IL-8 y otras citoquinas.

Este fenómeno de regulación negativa cruzada explica las ya antiguas observaciones de que existe una relación inversa entre la producción de anticuerpos y la hipersensibilidad de tipo retardado.Obsérvese que los macrófagos y otras células presentadoras de antígeno también producen citoquinas (como la IL-12, descubierta hace relativamente poco tiempo) que regulan a su vez funciones inmunes efectoras. La IL-12 se produce en macrófagos activados en respuesta a infecciones bacterianas o de protozoos. Esta citoquina provoca la proliferación de células NK y T_H1,que aumentan la producción de IFN-g . Este interferón inmune ayuda en la mayor activación de macrófagos. De esta forma se cierra este circuito de retrorregulación positiva entre macrófagos y T_H1, destinado a potenciar funciones efectoras de la rama celular de la inmunidad.Por otro lado, los macrófagos se ven inhibidos por IL-4 e IL-10 secretadas por los T_H2 (de nuevo una manifestación de la inhibición cruzada entre la rama especializada en la respuesta humoral y la centrada en la respuesta celular ante parásitos intracelulares).

Citocinas implicadas en la respuesta inmune innata

Estas citocinas se producen de forma inmediata después del contacto de las células implicadas en la respuesta inmune innata con un agente extraño. Los monocitos y macrófagos activados son la principal fuente de estas moléculas, aunque también pueden ser producidas por linfocitos activados y otras células no pertenecientes al sistema inmune, como células endoteliales y fibroblastos

IL-1. Es producida mayoritariamente por monocitos y  macrófagos. Existen dos formas, IL-1alfa e IL-1 beta que, aunque tienen poca homología en su secuencia de aminoácidos, comparten el mismo receptor y ejercen efectos biológicos similares. La IL-1 posee  efectos pro- inflamatorios debido a que induce la liberación de histamina por los mastocitos, generando vasodilatación y aumento de la permeabilidad vascular en el lugar donde se produce. Es el principal pirógeno endógeno, induciendo fiebre a través de la producción de prostaglandinas. También promueve la síntesis de proteínas de fase aguda por los hepatocitos y actúa sobre el SNC induciendo sueño y cansancio, típicamente asociados con los procesos infecciosos  

IL-6. Es producida por monocitos y macrófagos, fibroblastos, células endoteliales, linfocitos T y células del estroma de la médula ósea. Tambien en el músculo cuando se relaiza ejericio. Junto con la IL-1, la Il-6 es la principal inductora de la síntesis de proteínas de fase aguda, sobre todo de fibrinógeno. Además posee efectos pro-inflamatorios (aunque en ciertas circunstnacias fuera dele proceso inflmaoiro se le atribuye efectos antiimmatoiros) y se ha observado que promueve la diferenciación de linfocitos B hacia células plasmáticas, producción de inmunoglobulinas y facilita la maduración de precursores hematopoyéticos dependientes de la IL-3

TNF. Los factores de necrosis tumoral (TNF) fueron descritos inicialmente por su capacidad de  causar  necrosis en  algunos tumores, pero con posterioridad, sin embargo, ganaron protagonismo por las numerosas funciones que ejercen sobre la respuesta inmune. Se han descrito dos moléculas estrechamente relacionadas, el TNF-alfa y el TNF-beta, con elevada homología en su secuencia aminoacídica. En concreto el TNF alfa es producido por monocitos y macrófagos en respuesta a antígenos bacterianos, tales como el LPS. Esta citocina, es la principal responsable del shock séptico asociado a bacteriemias y que puede ser en muchos casos de extrema gravedad, conduciendo al individuo, en muchos casos, a la muerte.


Junto con la IL-1 y la Il-6, el TNF interviene  elevando la temperatura corporal y produciendo cansancio y sueño al actuar sobre el sistema nervioso central.

IL-10. Es producida mayoritariamente por linfocitos del tipo Th2 y por otros tipos celulares. Es la citocina inmunosupresora por excelencia, inhibiendo la síntesis de muchas otras citocinas, entre las que se encuentran el IFN-gamma, TNF-alfa, IL-2, IL-12, MHC-II y moléculas de adhesión.
El virus de Epstein Barr secreta una proteína (vIL-10) que posee una gran homología estructural con la IL-10 humana, y que tras unirse con alta  afinidad al receptor de la IL-10, induce  actividades biológicas similares. Relacionadas con la IL-10 se han descrito recientemente nuevas moléculas, tales como IL-19, IL-20 e IL-22.

IL-12. Es producida mayoritariamente por monocitos/macrófagos, aunque su producción puede ser también inducida en células dendríticas y linfocitos B. Esta citocina incrementa la actividad destructora de las células NK debido a sus trasnformación en células LAK (linfocitos asesinos activados por linfocinas). También aumenta la producción de IFN-gamma en linfocitos T citotóxicos.


IL-18. Esta citocina está estrechamente relacionada funcionalmente con la IL-12,  ya que posee la misma capacidad de inducción de IFN-gamma en linfocitos T y células NK. Sin embargo, a diferencia de la IL-12, la IL-18 se produce por células adrenales y de Kupffer.


Interferones alfa y beta. Los interferones alfa y beta fueron inicialmente descritos como agentes producidos por células infectadas por virus en las que ejercían una acción antiviral. Posteriormente se descubrió que además de su capacidad antiviral ejercían efectos reguladores sobre la proliferación y la diferenciación de varios tipos celulares y tenían capacidad de modular el sistema inmune.

 Citocinas implicadas en la respuesta inmune adaptativa
En respuesta a una estimulación antigénica, los linfocitos T se activan, proliferan y se diferencian hacia células efectoras específicas. Estas células ejercen sus funciones produciendo una serie de moléculas solubles, que son los verdaderos artífices de los mecanismos efectores de la respuesta inmune adaptativa (Tabla: Citocinas y respuesta adaptativa).

Los linfocitos Th0, como consecuencia de una estimulación antigénica, pueden diferenciarse hacia linfocitos T cooperadores de tipo Th1 o Th2, estando esta diferenciación en parte condicionada por las citocinas que se encuentran en el medio. Así, la presencia de IL-12 promueve la diferenciación hacia 
Th1, mientras que la IL-4 condiciona el desarrollo Th2.

Los linfocitos Th1, en colaboración con los macrófagos, están implicados en la respuesta inmune celular, mientras que los Th2 promueven la respuesta inmune humoral.

Para llevar a cabo su función los linfocitos Th1 secretan IL-2, IFN-gamma y TNF, mientras que los Th2 producen IL-4, IL-5, IL-10 e IL-13. Se han descrito otras subpoblaciones de linfocitos Th efectores que secretan un perfil de citocinas diferente y llevan a cabo funciones específicas.  

IL-2. Es secretada por linfocitos Th y Tc activados en respuesta a estímulos antigénicos. Inicialmente se describió como factor de crecimiento de células T, ya que es el principal agente que controla su proliferación. Pero hoy sabemos que además es un factor estimulador del crecimiento de linfocitos B y células NK.  Además laIL-2, promueve la actividad citotóxica mediada por linfocitos T y células NK, así como el desarrollo de células LAK (células asesinas activadas por citocinas). Tras unirse a su receptor en linfocitos T, activa la secreción de IFN-alfa, IL-4, IL-3, IL-5 y  GM-CSF. Sobre los linfocitos B estimula su crecimiento y diferenciación e incrementa la expresión de moléculas de MHC de clase II.
promueve la actividad citotóxica mediada por linfocitos T y células NK, así como el desarrollo de células LAK (células asesinas activadas por citocinas). Tras unirse a su receptor en linfocitos T, activa la secreción de IFN-alfa, IL-4, IL-3, IL-5 y  GM-CSF. Sobre los linfocitos B estimula su crecimiento y diferenciación e incrementa la expresión de moléculas de MHC de clase II. promueve la actividad citotóxica mediada por linfocitos T y células NK, así como el desarrollo de células LAK (células asesinas activadas por citocinas). Tras unirse a su receptor en linfocitos T, activa la secreción de IFN-alfa, IL-4, IL-3, IL-5 y  GM-CSF. Sobre los linfocitos B estimula su crecimiento y diferenciación e incrementa la expresión de moléculas de MHC de clase II.

IL-15. Es secretada por una amplia variedad de células, entre las que se incluyen células epiteliales, monocitos, músculo esquelético, hígado, pulmón y placenta.  Aunque no es una citocina producida por linfocitos Th se incluye en este apartado por su similitud funcional con la IL-2, con la que comparte la mayoría de sus actividades biológicas, como la estimulación de células NK, y la proliferación y diferenciación linfocitaria.


IFN-gamma. Es producido por linfocitos Th1, Tc y por células NK. Además de su efecto antiviral posee una importante actividad inmunomoduladora. Incrementa la expresión de antígenos de HLA de clase I y II en varios tipos celulares, lo que facilita su función presentadora de Ag y activa a los macrófagos, incrementando su capacidad  de defensa contra las infecciones. También se sabe que actúa de forma autocrina sobre las propias células NK que lo producen, aumentando su actividad citolítica y, como consecuencia, incrementando su efecto antitumoral. Inhibe la proliferación de linfocitos Th2, de manera que su presencia durante la estimulación antigénica induce la diferenciación de linfocitos T hacia células efectoras tipo Th1 favoreciendo, por lo tanto, el desarrollo de las respuestas inflamatorias


IL-4. Es producida por linfocitos Th2, mastocitos, basófilos, células del estroma de la médula ósea. Promueve la diferenciación de linfocitos T vírgenes hacia células de tipo Th2, inhibiendo la generación de células Th1.

En consecuencia  promueve el desarrollo de la respuesta inmune humoral facilitando el crecimiento y diferenciación de linfocitos B y produciendo el cambio isotípico hacia IgG4 e IgE por lo que esta citocinas se ha relacionado con el desarrollo de procesos alérgicos.

IL-13. Es producida por linfocitos Th2, compartiendo 
muchas de sus funciones con la IL-4 con la que se encuentra genéticamente relacionada. Es una citocina con actividad inmunosupresora ya que inhibe, junto con la IL-4 y la  IL-10, la producción de citocinas pro-inflamatorias por los monocitos. Por otra parte, esta citocina incrementa la diferenciación de monocitos y células B y promueve el cambio de clase de inmunoglobulinas hacia la producción de IgE.

IL-16. Está producida por  linfocitos T donde se acumula y se secreta en respuesta a la estimulación con serotonina o histamina. Tiene función movilizadora de linfocitos


TGF. Hay dos tipos de factores transformadores del crecimiento, el TGF-alfa y el TGF-beta, que no poseen ninguna similitud estructural ni comparten los mismos efectos. Incrementa la proliferación de fibroblastos, osteoblastos y células musculares lisas e incrementa la síntesis de proteínas de la matriz extracelular, lo que favorece la curación de las heridas. El TGF-beta tiene efectos inmunomoduladores y es producido por linfocitos T, plaquetas y otros muchos tipos celulares.