Parte 2 de 2
Factores antimicrobianos producidos por el epitelio
Los epitelios mucosos producen un armamento diverso de factores antimicrobianos que juegan papeles clave en la defensa del anfitrión contra patógenos bacterianos y microflora comensal. Estos factores incluyen las alfa y beta defensinas, catelicidinas y proteínas neutralizadoras de LPS más grandes tales como la proteína bactericida que incrementa la permeabilidad (BPI, por sus siglas en inglés).
Adicionalmente, muchas enzimas digestivas, incluyendo lisozimas, proteasas y fosfolipasas con especificidad para fosfolípidos microbianos, poseen actividad contra especies comensales y patogénicas.
El epitelio gastrointestinal también es capaz de producir lactoferrina, una proteína ligadora de hierro que también se encuentra en la leche y las lágrimas. La elevada capacidad ligadora de hierro de la proteína limita la disponibilidad de este nutrimento para las especies comensales o patogénicas en el lumen gastrointestinal.
Defensinas
Las defensinas son una colección de pequeños péptidos catiónicos que se unen e interrumpen las membranas celulares bacterianas. Las defensinas se dividen en 2 clases principales. Las alfa-defensinas (α-defensinas) incluyen a las criptidinas, expresadas primariamente por las células de Paneth del intestino delgado. Las beta-defensinas (β-defensinas) son producidas por neutrófilos y otras células epiteliales mucosas incluyendo el epitelio bronquial y el colónico.
Por lo menos 17 genes de criptidina se han identificado en el ratón. Estos péptidos ricos en cisteína forman poros en las membranas exteriores de las bacterias. Las diferencias de secuencia entre los péptidos proveen especificidad para la actividad en contra de poblaciones microbianas particulares. La expresión ocurre en la piel, los órganos reproductores y en las células de Paneth del epitelio del intestino delgado.
Aunque algunas criptidinas son expresadas a lo largo del intestino delgado, otras, en especial la criptidina-4, muestran localización regional en la porción distal del intestino en yeyuno e íleon.
Las criptidinas también parecen modular otras respuestas epiteliales, incluyendo la secreción de cloro. La rápida secreción de criptidinas en las células de Paneth ocurre en presencia de antígenos bacterianos, tanto de especies comensales como patogénicas. La actividad bactericida se ha demostrado en el rango micromolar contra patógenos como Salmonella typhimurium, Listeria monocytogenes y cepas comensales de Escherichia coli.
Las β-defensinas se han detectado en los epitelios mucosos de los tractos gastrointestinal, respiratorio y reproductivo. La defensina β-1 humana se expresa constitutivamente en el epitelio gástrico y el colónico, mientras que la expresión de la defensina β-2 se ha demostrado en los epitelios infectados con H. pylori o en el colon inflamado.
Catelicidinas
Las catelicidinas también son pequeños péptidos catiónicos con actividad antimicrobiana de amplio espectro que se encuentran en mamíferos, aves y en muchas especies de peces. Estas son expresadas en los gránulos secundarios de los neutrófilos y en los epitelios mucosos del tracto gastrointestinal superior e inferior, así como en una variedad de secreciones, incluyendo la saliva.
Las catelicidinas tienen un mecanismo de acción similar al de las defensinas, pero muestran más actividad en presencia de cationes divalentes.
Como las defensinas, las catelicidinas poseen una carga positiva neta a pH neutro, una propiedad que facilita las interacciones electrostáticas con las superficies bacterianas cargadas negativamente. Esta interacción deriva en la subsecuente inserción del péptido en la membrana celular. La mayoría de las catelicidinas muestran actividad lítica subsecuente, aunque algunas clases como las bactenecinas y las catelicidinas ricas en prolina no producen lisis de la membrana, sino efectos detectables en la transcripción bacteriana.
A diferencia de las defensinas, las catelicidinas cubren un amplio rango de actividad contra diferentes especies microbianas, incluyendo especies Gram-positivo y Gram-negativo, y algunas incluso han mostrado efectos in vitro contra especies fúngicas y parasíticas.
Proteína bactericida que incrementa la permeabilidad
La proteína bactericida que incrementa la permeabilidad (BPI, por sus siglas en ingles) es expresada en los gránulos primarios de los neutrófilos y en las células epiteliales gastrointestinales. A 55 kDa, la proteína es significativamente más grande que los antimicrobianos de péptido defensina y catelicidina. También tiene un mecanismo de acción diferente, conteniendo motivos estructurales de una proteína ligadora de lípido que sirve para unir y neutralizar endotoxinas de la membrana exterior de las bacterias Gram-negativo. La rápida unión produce la suspensión del crecimiento en las especies Gram-negativo, seguida por actividad bactericida. La proteína es activa contra patógenos entéricos y comensales a concentraciones nanomolares.
Además de proveer una defensa directa e innata contra patógenos bacterianos comunes incluyendo Salmonella, E. coli patogénica y otras especies, la rápida neutralización de endotoxinas por esta proteína puede tener propiedades inmunomoduladoras al limitar las respuestas inflamatorias locales, disparadas por la presencia de los lipopolisacáridos (LPSs, por sus siglas en ingles) desneutralizados.
Así, BPI provee un ejemplo potencial en donde una molécula bactericida innata puede ser capaz de modificar las respuestas posteriores de un anfitrión a la infección. Esta actividad es de uso particular en el tracto gastrointestinal, al proporcionar un mecanismo por el cual el anfitrión puede evitar la estimulación de respuestas inflamatorias contra organismos comensales.
Familia de proteínas diabético no obeso / receptores tipo toll
Las células epiteliales también expresan una variedad de receptores reconocedores de patrón incluyendo receptores tipo toll (TLRs) y la familia de proteínas diabético no obeso (NOD, por sus siglas en inglés). La expresión de estos receptores clave tiene importancia tanto para la defensa del anfitrión contra los agentes infecciosos, como para proveer importantes funciones en la vigilancia inmune y la tolerancia a los antígenos luminales y las especies comensales.
La familia de receptores tipo Toll reconoce una variedad de patrones moleculares asociados a patógenos externos (PAMPs, por sus siglas en inglés). Entre estos receptores, el TLR2 reconoce muchos lipopéptidos bacterianos; TLR3 reconoce el RNA de doble cadena, un PAMP viral-específico; TLR4, con la molécula accesoria MD-2, reconoce LPS mientras que TLR5 liga flagelinas. Los peptidoglucanos bacterianos y los ácidos lipotecoicos (LTAs, por sus siglas en inglés) son reconocidos por una combinación de TLR2 y TLR6. TLR9 reconoce los dinucleótidos CpG no metilados que se encuentran en el DNA bacteriano.
La activación de los TLRs lleva a una serie de eventos de señalización en cascada, incluyendo el reclutamiento de moléculas accesorias como MyD88, y en las células epiteliales comúnmente resulta en la activación de proteína quinasas activadas por mitógeno y la translocación nuclear del factor de transcripción NFκB. Estas cascadas generalmente resultan en respuestas pro-inflamatorias mediante la liberación de citocinas y quimiocinas como interferón-gamma (IFN-γ) e interleucina-8 (IL-8), que sirven para reclutar células inflamatorias que comprenden tanto respuestas inmunes innatas como adaptadas subsecuentes. En las células epiteliales, la señalización TLR también regula a la alza la expresión de muchas alfa y beta defensinas.
Muchos TLRs son constitutivamente expresados en el epitelio intestinal, mientras que otros son selectivamente regulados a la alza durante estados de infección o inflamación. La expresión constitutiva de TLR3 y TLR5 se ha encontrado en el epitelio colónico humano, mientras que TLR2 y TLR4 son expresados durante infección o en enfermedades inflamatorias del intestino.
La expresión epitelial de TLR9 en ratones se ha asociado con colonización de la flora, específicamente en respuesta especies comensales o patogénicas Gram-negativo, pero no en respuesta al comensal Gram-positivo Bifidobacterium breve. Interesantemente la activación de TLR9 apical ha mostrado efectos reguladores a la baja sobre la señalización NFκB vía la acumulación de IκB ubiquitinada, evitando la activación de IκB. En contraste, la activación de TLR9 basolateral dispara la degradación de IκB y la posterior activación de NFκB. Este mecanismo único puede proporcionar la clave por la cual el sistema gastrointestinal mantiene tolerancia hacia las bacterias comensales y los antígenos luminales que podrían de otra forma disparar respuestas pro-inflamatorias inducidas por los TLRs.
En contraste con las TLRs expresadas en la superficie, las proteínas NOD intracelulares proveen los medios para detectar PAMPs intracelulares, una función importante para la defensa del anfitrión contra patógenos intracelulares invasivos. NOD 1 y NOD2 reconocen los motivos peptidoglucanos. Como con los TLRs, la unión y activación de las proteínas NOD lleva a la activación de NFκB con efectos en cascada, incluyendo la regulación a la alza de defensinas así como citocinas y quimiocinas pro-inflamatorias.
NOD1 es constitutivamente expresado en el colon humano, mientras que NOD2 se ha encontrado principalmente en las células de Paneth intestinales. Defectos en NOD2 predisponen al desarrollo de la enfermedad de Crohn (enfermedad inflamatoria autoinmune).
La estimulación in vitro de células epiteliales con agonistas de NOD1 deriva en activación de NFκB, un efecto que es abolido in vivo en ratones deficientes en NOD1. La activación conjunta de rutas NOD y TLR mejora la señalización de TLR. Por tanto, la activación de PAMPs intracelulares en presencia de activación extracelular de TLR provee al anfitrión un medio para distinguir mejor un posible patógeno bacteriano de un organismo comensal y montar una respuesta inflamatoria efectiva.
Se acumula la evidencia de que las células epiteliales son sensores efectivos de patógenos microbianos, que pueden orquestar las armas innata y adaptadas del sistema inmune en respuesta a una infección.
Un ejemplo notable de ello es el papel de los enterocitos y colonocitos en el reclutamiento y la activación localizados de leucocitos, incluyendo células polimorfonucleares (PMN, por sus siglas en inglés), células dendríticas, macrófagos y linfocitos hacia sitios de daño epitelial mediante la liberación de quimiocinas pro-inflamatorias y mediadores lípidos.
Igualmente importante es el papel del epitelio en la regulación del transporte de inmunoglobulina. La activación de TLR3 y TLR4 por sus respectivos ligandos, por ejemplo, estimula la expresión de pIgR, sugiriendo que las células epiteliales intestinales pueden contribuir directamente a la inmunidad adaptada en respuesta a infección por medio del transporte transepitelial elevado de IgA polimérica.
Varios estudios han enfatizado el potencial de las células epiteliales intestinales humanas para transportar IgG en las secreciones mucosas en respuesta a la infección microbiana, aunque el mecanismo exacto por el cual IgG neutraliza a los patógenos en el ambiente luminal debe definirse por completo.
Finalmente, se reconoce que las células M intestinales expresan un receptor de IgA en sus superficies apicales que pueden funcionar en la obtención y transporte retro-transepitelial de complejos SIgA-antígeno. La obtención y entrega de estos complejos en los folículos linfoides asociados a la mucosa sirven una función inmunoreguladora (tolerancia o inmunidad).
A primera vista, el epitelio intestinal parece delicado y vulnerable, difícilmente capaz de funcionar en digestión, manejo del balance de fluidos y electrolitos y adquisición de nutrimentos, al tiempo de estar constantemente expuesto a patógenos microbianos y microflora comensal. Sin embargo, una inspección cercana revela que el epitelio intestinal es, en efecto, una aglomeración de tipos celulares altamente especializados que responden a los estímulos ambientales y son capaces de responder en una manera coordinada a la infección de la mucosa.
Debemos apreciar el nivel al cual el epitelio intestinal orquesta tanto las respuestas inmunes innatas como las adaptadas en las superficies mucosas.
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