La inmunidad innata es una de las dos principales estrategias inmunitarias que se encuentran en los animales, la otra es la inmunidad adaptativa. Las principales funciones del subsistema inmunitario innato son las defensas anatómicas frente a agentes infecciosos, la inflamación, las defensas químicas como la activación de la cascada del complemento y las células inmunitarias inespecíficas.
A diferencia de la inmunidad adaptativa, la inmunidad innata es inespecífica y no mejora con la experiencia.
Defensas anatómicas en la inmunidad innata en animales
Las defensas anatómicas del sistema inmunitario de un animal incluyen las barreras físicas (p. ej., piel y mucosas), las defensas mecánicas (p. ej., expulsión de moco a través de la barrera mecánica mucociliar y excreción de heces por peristaltismo) y el microbioma (p. ej., bacterias residentes en la piel y el intestino).
Las barreras físicas de la superficie corporal desempeñan un papel crucial en la prevención o el bloqueo de la invasión microbiana. Muy pocos microorganismos pueden penetrar la piel intacta; en lugar de esto, los invasores suelen entrar a través de heridas o mediante inoculaciones, como las picaduras de insecto. Las heridas cutáneas cicatrizan rápidamente para restablecer la barrera protectora.
Una compleja microbiota cutánea tiende a excluir a los nuevos microorganismos invasores, mientras que las moléculas antimicrobianas del sudor matan y eliminan a muchos de estos.
En las vías respiratorias, la estructura del tracto respiratorio superior sirve como un filtro eficaz de partículas pequeñas. Las propias vías respiratorias están revestidas por una capa de moco adhesiva que puede atrapar esas partículas. El moco también contiene proteínas antimicrobianas como defensinas, lisozima y surfactantes.
El moco "sucio" se repone continuamente por material limpio, ya que la acción ciliar lo transporta a la faringe, donde se deglute. La tos y los estornudos eliminan grandes irritantes de las vías respiratorias y los conductos nasales, y son respuestas defensivas esenciales.
La defensa del tracto gastrointestinal se centra en la presencia de una enorme y compleja microbiota comensal. Una grande y bien adaptada población microbiana excluye muchos patógenos potenciales a través de la competencia.
Y lo que es más importante, el estímulo constante que proporciona la presencia de estos organismos estimula el desarrollo del sistema inmunitario adaptativo y regula la intensidad de la inflamación mediada por el sistema inmunitario innato.
La microbiota intestinal también desempeña un papel clave en el mantenimiento de la salud animal. Es una fuente de energía, especialmente en los herbívoros, donde proporciona un medio para aprovechar una dieta rica en celulosa y una fuente de vitaminas esenciales.
Adicionalmente, los invasores pueden eliminarse rápidamente del tracto GI mediante vómitos y diarrea.
Inflamación en la inmunidad innata en animales
La inflamación aguda, aunque causa malestar, es un mecanismo esencial de la inmunidad innata.
El primer paso en el proceso inflamatorio es la detección precoz de organismos invasores o de tejidos dañados. La mayoría de los invasores son reconocidos por células que portan receptores de reconocimiento de patrones que se unen y reconocen moléculas conservadas expresadas en las superficies microbianas. Estos patrones moleculares asociados a patógenos (PAMP, por sus siglas en inglés) son un tipo de desencadenante inicial.
El segundo tipo de desencadenante consiste en moléculas liberadas a partir de células dañadas. Estas se denominan patrones moleculares asociados al daño (DAMP, por sus siglas en inglés) o alarminas.
Hay una gran variedad de receptores de reconocimiento de patrones; sin embargo, los más importantes son los receptores tipo toll (TLR). Los TLR son una familia de 10 receptores diferentes que se encuentran en la superficie o en el citoplasma de células como los macrófagos, las células epiteliales intestinales y los mastocitos.
Los TLR se unen a los PAMP comúnmente expresados por bacterias, como los lipopolisacáridos, la flagelina y las lipoproteínas. Los TLR citoplasmáticos, por el contrario, se unen a los ácidos nucleicos de virus intracelulares. Una vez que se unen a estos ligandos, los TLR desencadenan la producción de citocinas como la interleucina 1 (IL-1) y el factor de necrosis tumoral alfa (TNF-alfa).
La IL-1 y las otras citocinas producidas en respuesta a la estimulación de los TLR desencadenan el proceso de inflamación aguda. Estos inician la adherencia de los leucocitos circulantes a las paredes de los vasos sanguíneos cercanos a los sitios de invasión. Estos leucocitos, especialmente los neutrófilos, abandonan los vasos sanguíneos y migran en números elevados a los lugares de invasión atraídos por productos microbianos, pequeñas proteínas llamadas quimiocinas y moléculas de las células dañadas.
Una vez que llegan al lugar de la invasión, los neutrófilos se unen a las bacterias invasoras, las ingieren por fagocitosis y las matan. Esto está mediado en gran medida por una vía metabólica denominada estallido respiratorio que genera potentes oxidantes como el peróxido de hidrógeno y los iones hipoclorito. Los neutrófilos, sin embargo, tienen reservas de energía mínimas y solo pueden realizar unos pocos episodios fagocíticos antes de agotarse.
Incluso cuando la respuesta inflamatoria consigue eliminar de forma exitosa los microorganismos invasores, el organismo todavía debe eliminar los detritos celulares, las células muertas y reparar cualquier daño. Esta es la tarea de los macrófagos.
Los macrófagos tisulares se originan a partir de los monocitos sanguíneos. Estos, como los neutrófilos, son atraídos a los sitios de invasión microbiana y daño tisular por las quimiocinas, los DAMP y los PAMP, donde terminan de eliminar cualquier microorganismo invasor superviviente.
Los macrófagos tisulares ingieren y destruyen los neutrófilos restantes, lo que garantiza la eliminación de los oxidantes neutrófilos sin que se produzcan efectos tóxicos en los tejidos. Finalmente, otra población de macrófagos comienza el proceso de reparación tisular.
Los macrófagos que completan el proceso destructivo y están optimizados para la destrucción microbiana se denominan células M1. Los macrófagos optimizados para la reparación tisular y la eliminación de tejidos dañados se denominan células M2.
Muchas de las moléculas producidas como resultado de la inflamación y el daño tisular, como la IL-1 y el TNF, pueden filtrarse al torrente sanguíneo, donde circulan.
Cuando estas moléculas penetran en el cerebro, desencadenan el comportamiento de enfermedad; por ejemplo, causan fiebre, supresión del apetito, y producen somnolencia y letargo. También son capaces de movilizar las reservas de energía de la grasa y el músculo. Se cree que el comportamiento de enfermedad mejora la defensa del cuerpo redirigiendo la energía hacia la lucha contra los agentes invasores.
Las citocinas circulantes producidas en los lugares de inflamación también actúan sobre las células hepáticas, haciendo que estas células secreten una mezcla de "proteínas de fase aguda", así llamadas porque sus concentraciones en sangre se alteran sustancialmente cuando se desarrolla una inflamación aguda.
Los distintos mamíferos producen diferentes proteínas de fase aguda, como el amiloide A sérico, la proteína C reactiva y varias proteínas que se unen al hierro.
Defensas químicas en la inmunidad innata en animales
Los tejidos contienen numerosos péptidos antimicrobianos. Éstas incluyen los siguientes:
Proteínas de tipo detergente, como las defensinas o catelicidinas, que pueden lisar las paredes celulares bacterianas.
Enzimas como la lisozima que destruyen muchas bacterias grampositivas.
Proteínas que se unen al hierro, como la hepcidina o la haptoglobina, que evitan el crecimiento bacteriano al privarlas del hierro esencial.
El sistema del complemento
La más importante de estas defensas químicas innatas es el sistema del complemento. Consiste en ~30 proteínas (designadas alfanuméricamente [C1, C2, etc.], numeradas en el orden de su actividad) que actúan colectivamente para destruir los microorganismos invasores. La función principal del sistema del complemento es unir C3 y C4 covalentemente y, por tanto, irreversiblemente, a las superficies microbianas.
El sistema del complemento se puede activar de tres formas:
La vía clásica de activación del complemento se desencadena cuando los anticuerpos se unen las superficies microbianas. Por lo tanto, se desencadena por respuestas inmunitarias adaptativas. Esta unión activa una vía enzimática que conduce, a su vez, a la activación de C3 o C9.
Una segunda vía de activación del complemento se desencadena cuando los carbohidratos de la superficie bacteriana se unen a una proteína de unión a manosa en el suero. Al igual que la vía clásica, esta conduce finalmente a la activación de C3 y C9.
Una tercera vía de activación del complemento, denominada vía alternativa, se desencadena por superficies bacterianas que se unen al C3. Una vez unido, el C3 actúa como una enzima para activar y unir más C3. Estas bacterias recubiertas de C3 son rápida y eficazmente fagocitadas y destruidas.
Alternativamente, el C3 unido a la superficie puede activar componentes adicionales del complemento que finalmente provocan que el C9 se inserte dentro de las paredes celulares bacterianas, donde causa la lisis bacteriana.
Debido a su potencial para causar daño tisular grave, el sistema del complemento está sometido a un riguroso control a través de múltiples vías reguladoras complejas.
Células de la inmunidad innata en animales
La clave para una respuesta inmunitaria innata eficaz es el reconocimiento rápido de la invasión y una rápida respuesta celular.
Varios tipos celulares funcionan como células centinelas. Los más importantes son los macrófagos, las células dendríticas, los mastocitos y las células linfoides innatas. Los macrófagos, las células dendríticas y los mastocitos expresan receptores de reconocimiento de patrones y pueden detectar la presencia de PAMP y DAMP.
Cuando estos receptores se conectan, envían señales a través de una molécula llamada NF-kappa B, para activar la producción de citocinas como la IL-1, el interferón (IFN)-alfa y el TNF-alfa. También liberan moléculas vasoactivas y de dolor, como la histamina, los leucotrienos, las prostaglandinas y los péptidos especializados que inician los procesos vasculares de la inflamación.
El propósito de la inflamación es asegurar que los leucocitos acudan en gran número a los lugares de invasión microbiana. Esto implica atraer a estas células desde el torrente sanguíneo por donde circulan e inducirlas a migrar a través de los tejidos hacia los lugares de invasión.
Tres son los principales tipos de leucocitos con capacidad microbicida:
Los neutrófilos son especialmente eficaces en la destrucción de bacterias invasoras. Fagocitan a los invasores, activan el estallido respiratorio y generan moléculas oxidantes letales como el peróxido de hidrógeno y los iones hipoclorito, que matan a la mayoría de las bacterias ingeridas.
Los eosinófilos están especializados en matar parásitos invasores. Contienen mezclas de enzimas optimizadas que matan larvas migratorias de helmintos.
Los macrófagos M1 son la tercera mayor población de células destructoras. Estas células migran a los lugares de invasión microbiana de forma más lenta que los granulocitos. Sin embargo, son capaces de una fagocitosis sostenida y eficaz. Contienen óxido nítrico, un factor antimicrobiano altamente letal capaz de destruir organismos resistentes a la destrucción por parte de los neutrófilos.
Cuando la inflamación activa a los macrófagos, estos secretan una citocina llamada IL-23. Ésta, a su vez, actúa sobre una subpoblación de linfocitos T (llamados linfocitos Th17), haciendo que estos secreten IL-17. La IL-17 recluta todavía más neutrófilos hacia los lugares de inflamación, infección y daño tisular, y por tanto promueve la inmunidad.
Aunque muchos leucocitos están capacitados para matar bacterias invasoras, los virus también representan una potente amenaza. Los animales poseen al menos cuatro poblaciones de células linfoides innatas (CLI) que participan en la inmunidad innata:
Las células linfoides innatas del grupo 1 se encuentran en gran número en la pared intestinal. Secretan citocinas que activan los macrófagos y desempeñan un papel clave en la inmunidad antivírica.
Las células linfoides innatas del grupo 2 están dispersas por el organismo y secretan citocinas que son importantes en la inmunidad antiparasitaria.
Las células linfoides innatas del grupo 3 actúan como linfocitos Th17 y favorecen la inflamación liberando IL-17.
Las células asesinas naturales (NK) o linfocitos citotóxicos son una población de células linfoides innatas optimizadas para destruir células infectadas por el virus.
Las células NK pueden destruir células infectadas por virus u otras células anormales que no expresan moléculas de clase I del complejo mayor de histocompatibilidad (CMH). Las moléculas del CMH de clase I están presentes normalmente en todas las células nucleadas del cuerpo. Se unen a los receptores de las células NK y desactivan su capacidad de matar.
Algunos virus y células cancerosas regulan a la baja la expresión de moléculas del CMH de clase I en la superficie de las células. En ausencia de esta señal de unión al CMH de clase I, las células NK se unen a las células diana infectadas por el virus o invadidas por células cancerosas, les inyectan proteínas que inducen la muerte celular y eliminan así las células.
Puntos clave
La inmunidad innata es una de las dos principales estrategias inmunitarias que se encuentran en los animales, la otra es la inmunidad adaptativa.
La inmunidad innata incluye defensas anatómicas, inflamación, defensas químicas y células inmunitarias inespecíficas.
