Son moléculas de bajo peso molecular,
normalmente entre 15-30 KDa, constituidas por 120-180 aminoácidos. Aunque en
general están producidas por leucocitos, determinadas citocinas pueden también
ser secretadas por otros muchos tipos celulares. Originariamente se estableció
el término linfocina para denominar productos biológicos producidos por
linfocitos en respuesta al antígeno. Posteriormente su uso se amplió a
moléculas de características similares secretadas por otros tipos celulares,
por lo que se utilizó el término más amplio de citosina. El término
interleucina (IL) se aplicó a aquellas moléculas que servían como señales de
comunicación entre distintos tipos de leucocitos, numerándose correlativamente
a medida que se descubrían (IL-1, IL-2, etc.). No obstante, algunas de ellas se
detectaron inicialmente en ensayos funcionales in vitro y aún
conservan su denominación original de acuerdo con la función biológica que
permitió su identificación, como es el caso del TNF (factor de necrosis
tumoral) y el TGF (factor transformador de tejidos).
La expresión de la mayoría de las
citocinas está estrictamente regulada. En general, no se detecta una producción
constitutiva significativa de estas moléculas, siendo necesaria la activación
celular para que se produzcan citocinas en cantidades suficientes para
ejercer sus efectos biológicos. La mayoría de las citocinas son secretadas al
espacio extracelular, muchas de ellas en forma glicosilada que incrementa su
estabilidad y solubilidad. No obstante, algunas citocinas se pueden acumular en
el interior de la célula, o, bien, permanecer ancladas a la membrana o en
la matriz extracelular. En general, son moléculas que poseen una vida
media muy corta y actúan a muy bajas concentraciones, del orden de picogramos,
mediante la unión a receptores de alta afinidad presentes en la superficie de
la propia célula productora o en otros muy variados tipos celulares. Las
citocinas ejercen un efecto autocrino cuando se unen a receptores presentes en
la propia célula productora. También pueden tener un efecto paracrino, actuando
sobre diferentes tipos celulares que se encuentran en su vecindad. En algunos
casos pueden liberarse a la circulación sanguínea o linfática, ejerciendo su
efecto en otros órganos y tejidos, actuando así como las hormonas, de forma
endocrina.
Dos importantes características
funcionales de las citocinas son su pleiotropismo, de tal manera que una misma
citocina es capaz de ejercer efectos biológicos diferentes al actuar sobre
distintos tipos celulares, y su redundancia, es decir, que varias
citocinas pueden contribuir al desarrollo de 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. Muchas de estas características biológicas de las
citocinas se pueden explicar por la estructura y amplia distribución celular de
sus receptores, como se verá más adelante. 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.
Los efectos biológicos de las
citocinas pueden ser muy variados, ya que, no solamente desempeñan un papel
esencial en las respuestas inmunes, sino que algunas de ellas están también
implicadas en la embriogénesis y en el desarrollo de órganos (por
ejemplo, en la angiogénesis), otras juegan un papel clave en procesos
neuroinmunes y neuroendocrinos, y muchas son importantes reguladores, tanto
positivos como negativos, de acontecimientos celulares como la mitosis, la
diferenciación, la migración, la supervivencia, la muerte celular, e,
incluso, de su transformación maligna.
La actividad biológica de las
citocinas se puede medir con distintas modalidades de bioensayos, utilizando,
por ejemplo, líneas celulares cuya función depende de la presencia del factor
que se quiere estudiar. En la actualidad, se utilizan como técnica más
habitual inmunoensayos en fase sólida, como el ELISA para cuantificar la
concentración de citocinas en fluidos biológicos, y el ELISPOT para conocer el
número de células productoras. También es posible cuantificar y caracterizar
las células productoras identificando las citocinas intracelulares mediante
citometría de flujo. Otra posibilidad es la utilización de técnicas de RT-PCR
cuantitativa que permiten detectar y medir los niveles de RNAm que codifican
una determinada citocina.
Aunque la mayoría de las citocinas no
poseen ninguna homología secuencial entre sí, algunas de ellas se han agrupado
en familias en base a su estructura tridimensional. De acuerdo con la
estructura secundaria de la molécula se han agrupado las citocinas según posean
una conformación en alfa-hélice (IFN-alfa, , IFN-gamma,
IL-2, IL-3, IL-4, IL-5, IL-6, IL-7, IL-9, G-CSF, M-CSF y GM-CSF), una
estructura de láminas beta (IL-1-alfa, IL-1-beta, TNF-alfa y TNF-beta) o una
estructura compuesta alfa/beta (IL-8 e IFN-gamma).
Por otra parte, el análisis de su disposición génica ha dado lugar a la
definición de grupos de citocinas que se encuentran asociadas genéticamente.
Uno de estos grupos se ha descrito en el brazo largo del cromosoma 5 (5q31),
donde se encuentran los genes que codifican para IL-3, IL-4, IL-5, IL-9,
subunidad p40 de la IL-12, IL-13 y GM-CSF, mientras que en el cromosoma 2
(2q12-14) se localizan los genes que codifican para las citocinas IL-1
e IL-1RA, ésta el antagonista natural del receptor de la
IL-1.
Es difícil establecer una clasificación funcional de las citocinas debido
a su alto grado de pleiotropismo. No obstante, para facilitar su estudio las
describimos englobadas, de acuerdo con su función más relevante, dentro de las
siguientes secciones: 1) citocinas implicadas en el desarrollo hematopoyético,
2) citocinas implicadas en las respuestas inmunes innatas y, finalmente 3)
citocinas generadas durante las respuestas inmunes adaptativas. Algunas de las
citocinas serán mencionadas en más de una sección, si bien su descripción se
hará sólamente en el apartado en que se cite originalmente.
Citocinas implicadas en el
crecimiento y la diferenciación hematopoyético
Comprenden un grupo amplio de citocinas que promueven el
crecimiento y diferenciación de las células sanguíneas maduras a partir de
células madre hematopoyéticas. Son producidas por células del estroma de la
médula ósea o por linfocitos maduros activados. Algunas de estas citocinas
reciben el nombre genérico de factores estimuladores de la formación de
colonias (CSF) por su capacidad para estimular la formación de colonias
celulares en los cultivos de médula ósea. A continuación describimos las más
relevantes:
IL-3. Es producida mayoritariamente por los linfocitos T activados y
también por mastocitos. Induce la proliferación y diferenciación de
progenitores hematopoyéticos tempranos de todas las series sanguíneas,
por lo que también es conocida como multi-CSF. Induce fundamentalmente la
hematopoyesis en situaciones de stress que requieren una respuesta rápida,
siendo menos claro su papel en la hematopoyesis constitutiva.
IL-5. Es secretada en forma glicosilada por LT CD4+ activados del tipo
Th2. Es esencial en la proliferación y diferenciación de las células
precursoras de los eosinófilos, así como en el mantenimiento de la actividad de
los eosinófilos maduros siendo la responsable de la eosinofilia en infecciones
parasitarias. Sobre los linfocitos B actúa incrementando su proliferación y
estimulando 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. Tiene un amplio espectro
de actividades no muy bien definidas entre las que se incluye la proliferación
de precursores eritroides. Al igual que la IL-7, también induce la
proliferación de LT y estimula la producción de inmunoglobulinas en células B.
IL-11. Es producida por fibroblastos del estroma de la médula ósea y
otros tipos celulares. Estimula la megacariocitopoyesis y sinergiza con otras
citocinas para estimular el crecimiento de otros precursores hemáticos.
Comparte algunas funciones con la IL-6, como la inducción de proteínas de fase
aguda en el hígado. También se ha descrito su capacidad como estimuladora de la
secreción de inmunoglobulinas por células B en respuestas T-independientes.
GM-CSF. Es producido por linfocitos T activados y por otras células como
fibroblastos, células endoteliales y monocitos. Es un polipéptido con varios
posibles lugares de glicosilación. Induce la proliferación de los progenitores
de granulocitos y macrófagos, produciéndose en respuesta a estímulos
específicos en situaciones que requieren una elevada producción de éstas células.
También puede actuar sobre granulocitos y macrófagos maduros.
G-CSF. Es producido por fibroblastos, células endoteliales y monocitos en
respuesta a estímulos específicos. Actúa sobre los precursores hematopoyéticos
de los granulocitos y sobre los granulocitos maduros. La granulocitosis
asociada a ciertas infecciones se debe a que el LPS de las paredes bacterianas
es un potente inductor de la producción de esta citocina. Se han descrito otras
funciones de este factor, como la estimulación de la fagocitosis y de la
citotoxicidad mediada por Ac.
M-CSF. Es producido
por monocitos y macrófagos maduros activados y está implicado en el desarrollo
de las células progenitoras de los macrófagos. También se ha visto que
facilita el desarrollo de la placenta, siendo producido por células del
epitelio uterino en respuesta a los estrógenos.
Citocinas
producidas en las respuestas inmunes innatas
Estas citocinas se producen de forma
inmediata tras el contacto de las células implicadas en las respuestas inmunes
innatas 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
fundamentalmente por monocitos y macrófagos, pero también por
células dendríticas, endoteliales, NK y otros tipos celulares. Existen dos
formas, IL-1alfa e IL-1beta que, aunque solamente tienen un 25 % de
homología en su secuencia aminoacídica, comparten el mismo receptor y ejercen
efectos biológicos similares. Parte de sus efectos proinflamatorios se
debe a que induce la liberación de histamina en los mastocitos, generando
vasodilatación y aumento de la permeabilidad vascular en el lugar de la
inflamación. 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
anorexia, típicamente asociados con los procesos infecciosos.
IL-6. Es producida
fundamentalmente por monocitos/macrófagos, fibroblastos, células endoteliales,
linfocitos T y células del estroma de la médula ósea. Junto con la IL-1 es la
principal inductora de la síntesis de proteínas de fase aguda, sobre todo de
fibrinógeno. Además de su efecto en la inflamación, se ha observado que
promueve la diferenciación de linfocitos B hacia células plasmáticas, induciendo
la producción de inmunoglobulinas. También puede aumentar la producción de IL-2
y el desarrollo de los precursores hematopoyéticos dependientes de la IL-3.
TNF. Los factores de necrosis tumoral
fueron descritos inicialmente por su capacidad de causar necrosis
en algunos tumores. Con posterioridad , sin embargo, ganaron protagonismo
por las numerosas funciones que ejercen sobre las respuestas inmunes. Se han
descrito dos moléculas estrechamente relacionadas, el TNF-alfa y el TNF-beta,
con elevada homología en su secuencia aminoacídica. El TNF-alfa es producido
fundamentalmente por monocitos y macrófagos en respuesta a antígenos
bacterianos, tales como el LPS, siendo esta citocina el principal responsable
del shock séptico asociado a bacteriemias. También puede ser producido por
linfocitos T y B, NK, fibroblastos y mastocitos. Junto con la IL-1 está
implicado en los procesos inflamatorios derivados de los procesos infecciosos,
elevando la temperatura corporal y produciendo caquexia y sueño al actuar sobre
el SNC. Por otra parte, induce la expresión de moléculas de adhesión y estimula
la producción de IL-8 por células del endotelio vascular, lo que contribuye a
la extravasación de linfocitos, neutrófilos y monocitos. El TNF-beta, o
linfotoxina, es producido exclusivamente por linfocitos T activados,
aunque se une a los mismos receptores que el TNF-alfa e induce funciones
similares.
IL-10. Es producida por linfocitos del
tipo Th2, así como también por monocitos/macrófagos, linfocitos B,
queratinocitos y otros varios tipos celulares. Es la citocina inmunosupresora
por excelencia, inhibiendo la síntesis de muchas otras citocinas, entre las que
podemos citar IFN-gamma, TNF-alfa, IL-2, IL-12, y la expresión de MHC-II
y moléculas de adhesión en monocitos. También tiene efectos antiproliferativos
sobre muchos tipos celulares. La IL-10 ejerce además múltiples actividades
inmunomoduladoras. Se ha visto que es un cofactor para el crecimiento de líneas
y colonias de células mastocíticas in vitro. Regula las funciones
mediadas por linfocitos B induciendo la síntesis de IgG, y por linfocitos T,
influyendo en el desarrollo de timocitos y células T. También ejerce efectos
reguladores sobre la angiogénesis. El virus de Epstein Barr secreta una
proteína que posee una gran homología estructural con la IL-10 humana (vIL-10),
y que tras unirse con baja afinidad al propio receptor de la IL-10,
ejecuta actividades biológicas similares. Relacionadas estructural y
funcionalmente con la IL-10 se han descrito recientemente nuevas moléculas
tales como la IL-19, IL-20 e IL-22, cuyas funciones son todavía poco conocidas.
IL-12. Es producida
mayoritariamente por monocitos/macrófagos, aunque su producción puede ser
también inducida en células dendríticas y linfocitos B. Inicialmente se
describió como el factor estimulador de las células asesinas naturales (NK),
pero la actual importancia de esta citocina deriva de su capacidad de dirigir
la diferenciación de los linfocitos Th hacia células efectoras tipo Th1 de la
hipersensibilidad retardada. La forma madura de esta molécula (p75) está
compuesta de dos subunidades, p35 y p40. La síntesis de ambas subunidades está
regulada diferencialmente, siendo ambas necesarias para la actividad funcional
del heterodímero. Esta citocina incrementa la actividad citotóxica de las
células NK e induce células LAK (linfocitos asesinos activados por linfocinas).
Incrementa la producción de IFN-g por
linfocitos T y células NK y activa linfocitos T citotóxicos. Recientemente se
ha descrito un factor proteico denominado p19, sin actividad biológica por sí
mismo, que se combina con la subunidad p40 de la IL-12 para dar lugar a una nueva
citocina biológicamente activa denominada IL-23. Esta citocina es producida por
células dendríticas activadas, se une al receptor de la IL-12 y comparte
algunas de las funciones biológicas con ella.
IL-18. Esta citocina está
estrechamente relacionada en sus funciones biológicas con la IL-12, ya
que posee la misma capacidad de inducción de IFN-gamma en linfocitos T y
células NK. Sin embargo, es producida por diferentes tipos celulares que
la IL-12, siendo las células adrenales y de Kupffer las principales fuentes de
producción de la IL-18.
Interferones tipo I. Los interferones fueron
inicialmente descritos como agentes producidos por células infectadas por
virus. 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. Se
clasificaron en dos grupos. Los interferones tipo I, que incluyen el IFN-alfa y
el IFN-beta, con capacidad principalmente antiviral y
antiproliferativa, y el IFN-gamma (tipo II), al que nos referiremos
posteriormente, con un mayor efecto inmunomodulador. El IFN-gamma es producido
fundamentalmente por monocitos y macrófagos, mientras que el IFN-alfa es
secretado por fibroblastos y algunas células epiteliales. Ambos incrementan la
expresión de moléculas de MHC de clase I. En algunos casos se ha observado que
poseen actividad antitumoral, posiblemente debido a su efecto antiproliferativo
sobre las células tumorales, y modulador sobre el sistema inmune.
Citocinas producidas en las
respuestas inmunes adaptativas
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, verdaderas artífices de los mecanismos efectores de la respuesta
inmune adaptativa.
Los linfocitos T CD4+, 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 IL4, IL-5, IL-10 e IL-13. Se han descrito otras subpoblaciones de
linfocitos T CD4+ 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.
Los linfocitos T CD8+ se diferencian
hacia linfocitos T citotóxicos como respuesta a la estimulación antigénica y a
la presencia de citocinas secretadas por otras células. Ejercen su
función efectora mediante la secreción fundamentalmente de IL-2, IL-16,
IFN-gamma y TNF. Finalmente hay una serie de citocinas que pueden ser
producidas por ambos tipos de linfocitos T, CD4+ y CD8+, tales como
IL-2, GM-CSF y TGF-beta.
IL-2. Es secretada por linfocitos T CD4+ y CD8+ activados en respuesta a un
estímulo antigénico. Inicialmente se describió como factor de crecimiento de
células T, ya que es el principal agente que controla su proliferación.
Ejerce otros muchos efectos sobre el sistema inmune, teniendo un papel esencial
en el desarrollo de las respuestas inflamatorias crónicas, tanto humorales como
celulares. Es un factor estimulador del crecimiento de linfocitos T , B y NK.
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, linfotoxina, 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 Th1 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. Es producido por linfocitos Th1, LTC 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 tumoricida y de defensa contra las infecciones.
Actúa de forma autocrina sobre las propias células NK que lo producen,
aumentando su actividad citolítica y, como consecuencia, incrementando su
efecto antitumoral. Sobre los linfocitos Th2 inhibe la proliferación, 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 y, posiblemente, por determinadas
subpoblaciones de células NK. Es una citocina muy pleiotrópica, ya que ejerce
numerosos efectos en diferentes tipos celulares. Promueve la diferenciación de
linfocitos T vírgenes hacia células de tipo Th2, inhibiendo la generación de
células Th1. Posee efectos inmunosupresores, ya que inhibe la producción de
deteminados mediadores inflamatorios de los macrófagos e induce la producción
de IL-1Ra, que bloquea la acción de la IL-1. Por otra parte, promueve el
desarrollo de las respuestas inmunes humorales a través de la inducción del
crecimiento y diferenciación de linfocitos B, produciendo el cambio isotípico
hacia IgG4 e IgE e incrementando la expresión de moléculas CD23 en linfocitos
B, basófilos y eosinófilos. Por todo ello, los efectos de esta citocina
se han relacionado con el desarrollo de los procesos alérgicos y con el
incremento de IgE en las infecciones parasitarias.
IL-13. Es producida por linfocitos T activados del tipo 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 inflamatorias por los
monocitos (IL-1beta, TNF-alfa, IL-8, IL-6). Por otra parte, esta citocina
incrementa la proliferación y diferenciación de monocitos y células B,
incrementa la expresión de CD23 y promueve el cambio de clase de inmunoglobulinas
hacia la producción de IgE.
IL-16. Está producida por los linfocitos T CD8+ donde se
acumula y se secreta en respuesta a la estimulación con serotonina o histamina.
Originariamente se identificó como factor quimiotáctico de linfocitos, recibiendo
el nombre de linfotactina, debido a su efecto atrayente sobre los linfocitos T
CD4+.
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. Solamente
el TGF-beta tiene efectos inmunomoduladores. Es producido por linfocitos
T, plaquetas y otros muchos tipos celulares. Su nombre responde a la observación
inicial de que inducía cambios fenotípicos en los fibroblastos de rata.
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. Esta citocina tiene también efectos
inmunosupresores ya que se observó que inhibía el crecimiento y la función de
muchos tipos celulares. En el sistema inmune inhibe la síntesis y/o el efecto
del IFN-gamma, TNF-alfa, TNF–beta, IL-1, IL-2 e IL-3, así como la
citotoxicidad natural y específica.
Citocinas proinflamatorias e
inmunosupresoras
En relación con la respuesta
inflamatoria algunas citocinas favorecen el desarrollo de la misma (citocinas
proinflamatorias) mientras que otras ejercen un efecto supresor de la
inflamación (citocinas inmunosupresoras).
Las citocinas con actividad antiinflamatoria e inmunosupresora inhiben el
crecimiento celular o suprimen la secreción de otras citocinas. Entre ellas se
encuentran la IL-4, IL-13 e IL-10, que activan las acciones de los linfocitos B
a la vez que inhiben las respuestas inflamatorias. Como ya comentamos, la IL-10
es la citocina inmunosupresora por excelencia. También se incluye en este
apartado 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 y específica. 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.
En el grupo de las citocinas con actividad proinflamatoria se incluyen
las producidas por los monocitos y macrófagos activados durante las respuestas
inmunes innatas, aunque también pueden ser producidas por linfocitos activados
(Th1 o citotóxicos), y otras células no pertenecientes al sistema inmune. Las
principales citocinas que participan en los acontecimientos celulares y
moleculares asociados con los fenómenos inflamatorios son la IL-1, IL-6,
TNF-alfa y algunos miembros de la familia de las quimiocinas, que describimos a
continuación. Otra importante citocina proinflamatoria es el IFN-gamma,
producido por linfocitos Th1 en las respuestas inmunes específicas y por
células NK activadas.
