07. CITOCINAS Y SUS RECEPTORES
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.
Como ya se ha mencionado, la unión entre citocina y receptor es de alta afinidad, pero no es tan específica como la unión entre quimiocina y receptor.
Las citocinas ejercen un efecto autocrino cuando se unen a receptores presentes en la propia célula que las produce y paracrino, cuando actúan sobre células que se encuentran en su vecindad. Sólo a veces actúan a distancia, al igual que lo hacen las hormonas. (Figura: Efectos citocinas).
Estas sustancias poseen dos importantes características funcionales. Una es su pleiotropismo, de tal manera que una misma citocina puede ejercer efectos diferentes al actuar sobre distintos tipos celulares. Otra es la deredundancia, esto es, que varias citocinas pueden tener la misma función en un determinado tipo celular. Una consecuencia de estas propiedades es que, en ausencia de una determinada citocina, sus funciones pueden ser reemplazadas total o parcialmente por otras. Por ellos decimos que las acciones de las citocinas se engloban dentro de un sistema o red funcional, donde el efecto de una molécula está estrechamente regulado, positiva o negativamente, por otras moléculas del sistema. Así, la secreción de una citocina puede estar inducida, potenciada o inhibida por otra citocina que, a su vez, puede incrementar o inhibir la expresión de sus receptores.
Tipos de citocinas
La mayoría de las citocinas se pueden agrupan en cinco familias (Tablas: Citocinas, Citocinas: resumen 1 y 2):
1 Factores transformadores de la diferenciación celular (TGF) que poseen capacidad de influir en la diferenciación de células hematopoyéticas .
2. Interleucinas (ILs) que son las citocinas que mayor efecto poseen en el sistema inmune. Este término se aplicó a aquellas moléculas que servían como señales de comunicación entre distintos tipos de leucocitos.
3. Factores estimuladores de colonias (FSC), que poseen capacidad selectiva de inducir la diferenciación de células inmaduras.
4. Factores de necrosis tumoral (TNF) denominadas así por su acción necrótica sobre tumores observada cuando se describieron por primera vez.
5. Interferones (IFs) que fueron originalmente descubiertos por su acción de interferencia en la replicación de virus.
Para el estudio de las citocinas, las agruparemos según se encuentren implicadas funcionalmente 
en alguno de los siguientes procesos. Estos pueden ser:
- El desarrollo y maduración de células inmunocompetentes, 2. La respuesta inmune innata, 3.3La respuesta inmune adaptativa y1En procesos inflamatorios
Citocinas implicadas en el desarrollo de células inmuncompetentes.
Comprenden un grupo amplio de citocinas que son producidas por células del estroma de la médula ósea o por linfocitos maduros activados. Tienen como función la de promover el crecimiento y diferenciación de células, en su mayoría inmunocompetentes, a partir de células inmaduras (Tabla: Citocinas y hematopoyesis). Entre ellas destacan:
IL-3. Es producida por los linfocitos T activados y por mastocitos e induce la proliferación y diferenciación de progenitores hematopoyéticos tempranos de todas las series sanguíneas.
IL-5. Es secretada por Th2 activados. Es esencial en la proliferación y diferenciación de las células precursoras de los eosinófilos, así como en el mantenimiento de la actividad de los mismos. Esta interleucina es responsable de la eosinofilia que se produce en infecciones parasitarias y activa la proliferación de linfocitos B y la producción de IgA.
IL-7. Es producida por células estromales de la médula ósea. Promueve la maduración de progenitores pro- y pre-B hacia linfocitos B maduros en la médula ósea y de linfocitos T inmaduros en el timo fetal y adulto. También actúa como factor de crecimiento para linfocitos T y B.
IL-9. Es producida por linfocitos T activados y tiene un amplio espectro de actividades no muy bien definidas entre las que destacan la de facilitar la proliferación de precursores eritroides. Además, al igual que la IL-7, induce la proliferación de linfocitos T y estimula la producción de inmunoglobulinas por las células B.
IL-11. Es producida por fibroblastos del estroma de la médula ósea y estimula la megacariocitopoyesis y además sinergiza con otras citocinas para estimular el crecimiento de otros precursores hemáticos.
GM-CSF. Es producido por linfocitos T activados y por otras células como fibroblastos, células endoteliales y monocitos. Induce la proliferación de progenitores de granulocitos y macrófagos, produciéndose en respuesta a estímulos específicos en situaciones en las que se requiere una elevada producción de éstas células.
G-CSF. Es producido por fibroblastos, células endoteliales y monocitos y actúa sobre los precursores hematopoyéticos de los granulocitos. La granulocitosis asociada a ciertas infecciones se debe a que el LPS (un antígeno bacteriano), presente en las paredes bacterianas, es un potente inductor de la producción de esta citocina.
M-CSF. Es producido por monocitos y macrófagos maduros activados y está implicado en el desarrollo de las células progenitoras de los macrófagos.
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 (Tabla: Citocinas y respuesta innata).
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 (Figura: IL-1).
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 (Figura: IL-6).
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. Este es el caso de los linfocitos T reguladores de los que se han descrito varios tipos y que estudiaremos en el capítulo dedicado la regulación del sistema inmune.
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.
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 (Figura: IFN-y).
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 (Figura Th1-Th2).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 (Ver quimiocinas)
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.
Citocinas implicadas en inflamación
En relación con la respuesta inflamatoria algunas citocinas favorecen el desarrollo de la misma (citocinas pro-inflamatorias), mientras que otras ejercen un efecto supresor de la inflamación (citocinas anti-inflamatorias o inmunosupresoras).
Las citocinas con actividad antiinflamatoria e inmunosupresora inhiben el crecimiento celular y suprimen la secreción de otras citocinas. Entre ellas se encuentran la IL-4, IL-13 e IL-10, que activan a los linfocitos B, a la vez que inhiben las respuestas inflamatorias. Como ya hemos comentado con anterioridad, la IL-10 es la citocina inmunosupresora por excelencia.
También se incluye en este tipo de moléculas antiinflamtoria, el TGF-beta que, como se ha dicho anteriormente, inhibe el crecimiento y la función de muchos tipos celulares, la síntesis de determinadas citocinas y la actividad citotóxica natural de NK y específica de los Tc. Finalmente, los interferones tipo I (alfa y beta), también se pueden considerar citocinas supresoras debido a su capacidad antiproliferativa y a su efecto regulador de la producción de citocinas proinflamatorias.
Entre las citocinas con acción pro-inflamatoria destacan la IL-1, IL-6, TNF-alfa y algunos miembros de la familia de las quimiocinas, que se describen en otro lugar. Otra importante citocina pro- inflamatoria es el IFN-gamma, producido por linfocitos Th1 en las respuestas inmunes específicas y por células NK activadas.
Receptores de citocinas
Las citocinas ejercen su efecto biológico a través de su unión a receptores específicos expresados en la superficie de las células sobre las que actúan. Estos receptores son proteínas de membrana glicosiladas que constan de una región extracitoplasmática de unión con la citocina, una región transmembrana y una región citoplasmática que interviene en la transmisión de señales a la célula.
La unión de estos receptores con las citocinas correspondientes, es de alta afinidad, es decir, únicamente son necesarias bajas concentraciones de citocinas para una unión efectiva con su receptor.
La distribución de algunos de estos receptores, como por ejemplo los de la IL-2 y de la IL-5, está restringida a unos pocos tipos celulares mientras que otros, entre los que se pueden citar los de la IL-1, IL-4 e IL-6, se encuentran distribuidos en una amplia variedad de tipos diferentes celulares. La expresión de los receptores de citocinas en la superficie celular puede ser constitutiva, es decir, tiene lugar sin necesidad de ningún estímulo fisiológico o, por el contrario, puede requerir que la célula sea activada previamente.
En general, la activación celular incrementa el número de receptores por célula. Muchos de los receptores de citocinas son complejos multicatenarios compuestos de una cadena que se une específicamente a la citocina (cadena específica) y de una cadena que transduce las señales al interior de la célula y que es compartida por otros receptores de citocinas (cadena común).
Para la transducción de señales se requiere, en general, de la unión de varias cadenas específicas (homodímeros) o de la cadena específica con la común (heterodímeros). En algunos casos, es necesaria la interacción de tres cadenas para la formación de receptores de alta afinidad.
Muchas de las características funcionales de las citocinas, como la redundancia y el pleiotropismo, pueden ser explicadas por los conocimientos actuales sobre la composición y mecanismos de señalización de sus receptores.
Tipos de receptores
La clonación de estos receptores y el análisis de su estructura ha permitido clasificarlos en 3 grupos según regiones comunes de homología (Tabla: Receptores citocinas). Estos familia son: la superfamilia de las inmunoglobulinas, la familia del receptor del factor de necrosis tumoral (TNFR) y la superfamilia de los receptores de citocinas (no se incluyen los receptores de la quiomiquinas presentes en la tabla).
Se pueden establecer diferentes modelos de receptores según el tipo de cadenas que lo forman. Unas veces está formado por heterodímeros de una cadena específica de la citocina y otras cadenas comunes que tienen la función de transducir de señales.
El receptor de la IL-2 ha sido ampliamente estudiado y se ha comprobado que la transducción de señales tiene lugar por un receptor que puede estar formado una, dos o de tres cadenas. El receptor de a IL-2, de afinidad baja está constituido por una sola cadena (IL-2R alfa), mientras que el de afinidad intermedia lo está por las cadenas IL-2R beta y IL-2R gamma, mientras que el receptor de alta afinidad es un complejo trimolecular que consta de las dos cadenas anteriores más la cadena IL-2R alfa(Figura: IL-2R).
Mecanismos de transducción de señales
La unión de una citocina a su receptor en la superficie de la célula diana produce su efecto biológico mediante la fosforilación de proteínas celulares. Estas proteínas fosforiladas activan factores de transcripción produciéndose, en último término, la transcripción de determinados genes cuyos productos proteicos son los que van a ejercer el efecto biológico correspondiente.
Implicaciones funcionales de los receptores de citocinas
Determinadas características funcionales de las citocinas pueden ser explicadas ahora por recientes conocimientos sobre la composición y los mecanismos de activación de sus receptores. El que algunos receptores de citocinas sean complejos oligoméricos que comparten una misma cadena de transducción de señales puede explicar el que los efectos de las citocinas sean redundantes y pleitrópicos. En estos receptores, la señalización tendría lugar por vías comunes produciéndose la transcripción de los mismos genes.
Este hecho es de gran importancia, por ejemplo, en la inmunodeficiencia combinada severa ligada al cromosoma X (XSCID) en la que no se produce un desarrollo normal de células T debido a la falta de una cadena transductora funcional por mutaciones en la cadena gamma.
Receptores solubles
Además de existir como proteínas de membrana, muchos receptores de citocinas son sintetizados como proteínas solubles.
Los receptores solubles pueden ejercer varios efectos biológicos (Figura: Receptores solubles) si bien el más común es el de antagonizar al receptor equivalente en la membrana mediante competición por la unión con el ligando en la señalización célular.
Esto se explica fácilmente en el sentido de que si una citocina tiene que unirse a su receptor presente en la membrana celular, si éste receptor se encuentra soluble, es muy probable que se una al mismo formando un complejo receptor-citocina. El resultado es que la citocina no actúa sobre el receptor de membrana al quedar atrapado por el soluble, con lo cual no ejerce la función deseada. Esto que en principio, se puede interpretar, como una interferencia, es ampliamente utlilizado en medicina para bloquear la acción de citocinas, por ejemplo pro-inflamatorias, uyo efecto no es deseado en ciertas enfermedades o es necesario inhibir en el rechazo de un órgano trasplantado.
