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Tema 07. ANTIGENOS

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Inmunógenos, antígenos y haptenos. Adyuvantes

La respuesta inmune adaptativa se produce como consecuencia de la exposición a moléculas extrañas. Estas sustancias extrañas se definen del siguiente modo: Inmunógeno, sustancia que induce la respuesta inmune adaptativa. Antígeno, cualquier agente capaz de unirse específicamente a los componentes de la respuesta adaptativa (receptor del linfocito B [BCR] y anticuerpos solubles, así como al receptor del LT [TCR]) Hay compuestos que no son capaces de inducir una respuesta adaptativa pero, en cambio, reaccionan con los componentes de la respuesta elaborada frente a ellos. Es decir, todos los inmunógenos son antígenos, pero no todos los antígenos son inmunógenos. Hapteno. Esta diferencia se hace obvia en el caso de las sustancias de bajo peso molecular (grupo en el que se incluyen muchos antibióticos y drogas), que no son capaces, por si mismos, de inducir una respuesta inmune pero que cuando se unen a moléculas de peso molecular alto (tales como las proteínas) forman conjugados capaces de inducir una respuesta inmune. Estas moléculas, de peso molecular bajo, se denominan Haptenos y la molécula a la que se acoplan Portadores (“carrier”). Por tanto, un Hapteno es un compuesto incapaz, por si mismo, de inducir una respuesta inmune pero que reacciona con los componentes de la respuesta que se induce cuando se conjuga con una molécula portadora. Se ha comprobado que se puede producir respuesta inmune frente a todas las familias de compuestos bioquímicos conocidas, incluyendo carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos. También se pueden inducir la respuesta a drogas, antibióticos, aditivos alimentarios, cosméticos y pequeños péptidos sintéticos, pero solo cuando se acoplan a un portador. Características de los inmunógenos Para que una sustancia sea inmunogénica debe tener las siguientes características: • Ser extraña (1) • Peso molecular alto (2) • Complejidad química (3) • Estructura (4) • Poderse degradar a péptidos que interaccionen con las proteínas del CMH (5) (1) El organismo normalmente no responden frente a lo propio; esta es la es la primera condición para que un compuesto sea inmunogénico. Cuanto más extraña sea la sustancia (más distancia génica) mayor será su inmunogenicidad. (2) Las sustancias necesitan un peso molecular mínimo para ser inmunogénicas; 5-6 KDa se consideran el peso mínimo para la inmunogenicidad y esta aumenta en función del peso molecular.

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(3) Un inmunógeno debe tener una complejidad química mínima. Homopolímeros de un solo aminoácido con peso molecular alto (p.e. poli-lisina de Pm 30 KDa) es muy raro que sean inmunogénicos. Pero si se les unen moléculas pequeñas o se introducen otros aminoácidos (sobre todo si son aromáticos), la molécula se torna inmunogénica. En general, el aumento de la complejidad química es directamente proporcional al aumento de la inmunogenicidad. (4) La mayoría de los inmunógenos son proteínas y la respuesta adaptativa reconoce muchos caracteres estructurales de estos compuestos. Por ejemplo, los anticuerpos pueden reconocer características estructurales de una proteína, tales como las estructuras: Primaria (secuencia de los aminoácidos en la cadena) Secundaria (plegamientos de la cadena primaria, que pueden ser en hélices alfa o en estructuras planas beta) Terciaria (formada por los plegamientos de la estructura secundaria mantenidos por puentes disulfuro, puentes de hidrógeno, interacciones hidrofóbicas, etc.) Cuaternaria (formada por la yuxtaposición de varias subunidades proteicas) (5) Para que los antígenos interaccionen con las células T (que son las que ponen en marcha y coordinan la respuesta adaptativa) tienen que ser capaces de unirse a las moléculas CMH que se expresan sobre las CPAs. Estas células primero degradan mediante enzimas a los antígenos (procesamiento) y luego unen los fragmentos producidos (epitopos) a las moléculas CMH para enseñar el conjunto sobre la superficie (presentación). Otros requerimientos Hay, además, otros factores que influyen en la inmunogenicidad, tales como la base genética (genotipo) del hospedador, la dosis, vía de administración, etc. Las dosis insuficientes y las demasiado abundantes no provocan la puesta en marcha de la respuesta adaptativa, ya que inducen la tolerancia de los linfocitos. Pero además de la dosis adecuada también influye en la respuesta el número de dosis administradas (pauta de inoculación). En cuanto a la vía de administración, la subcutánea da normalmente muy buenos resultados, ya que el antígeno se deposita en la vecindad de las células de Langerhans (DCs inmaduras de la piel), que son las CPAs más potentes del organismo. Estas células emigran a los ganglios linfáticos próximos, donde se elabora la respuesta adaptativa. Los antígenos administrados por vía intravenosa llegan al bazo, donde pueden inducir tolerancia o, si se presentan por CPAs, inducir respuesta. La vía oral induce respuestas locales de anticuerpos en la lámina propia del intestino y, con frecuencia, provoca tolerancia sistémica a tal antígeno. La vía respiratoria (intranasal) es frecuente que provoque respuestas alérgicas. Como la respuesta adaptativa depende de las interacciones celulares, el tipo y la intensidad de la respuesta refleja la población celular presente en el órgano al que llega finalmente el antígeno. Respuestas primaria y secundaria El primer contacto con un inmunógeno provoca una respuesta primaria, tras una serie de interacciones entre células T, CPAs y células B. La curva de anticuerpos que se produce es característica.

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El siguiente contacto con el mismo inmunógeno induce una respuesta secundaria que difiere de la primaria (más rápida, más amplia, más eficaz), como si el organismo “recordara” que ya había estado expuesto a ese inmunógeno antes. De hecho, la respuesta secundaria y las subsecuentes explotan el aumento del número de linfocitos específicos para el inmunógeno producidos durante la respuesta primaria. Esta respuesta también se llama “respuesta de memoria o anamnésica” y los linfocitos que participan en ella se denominan células de memoria. Antigenicidad y sitio de unión al antígeno La respuesta inmune genera anticuerpos y/o linfocitos que reaccionan específicamente con alguna porción del antígeno, a la que se denomina epitopo (también se le llama determinante antigénico). El sitio de unión de un anticuerpo o del receptor de un linfocito al epitopo presenta una estructura única que es complementaria del mismo. La porción del anticuerpo (Ig) que se une específicamente al epitopo está situada en una zona hipervariable de la molécula, que forma la llamada región determinante de la complementariedad (CDR). El tamaño del epitopo del antígeno que se combina con el CDR de un anticuerpo es de 5-7 aminoácidos. Lo que reconoce el receptor del linfocito T son secuencias de 8-12 aminoácidos asociados en forma no covalente a proteínas del Complejo Principal de Histocompatibilidad (CMH) en la superficie de las CPAs (células presentadoras de antígenos). Reconocimiento antigénico por parte de los linfocitos B y T Características Linfocitos B Linfocitos T El receptor B (Ig de El receptor T fija al conjunto Interacción con el Ag membrana) fija al Ag Ag-CMH Proteínas, hidratos de Péptidos Naturaleza del Ag carbono, lípidos NO Fijación Ags solubles SI Epitopos reconocidos Accesibles (secuenciales Secuenciales, procedentes del o conformacionales) procesamiento Los epitopos que reconocen las células B y T. Como se ve en la tabla, los epitopos reconocidos por las células B difieren de los que reconocen las células T. En general, los receptores de los linfocitos B reconocen y fijan antígenos libres, en solución. Por tanto, los epitopos tienen que estar en la superficie de la molécula antigénica donde son accesibles al receptor B. La parte terminal de las cadenas laterales de polisacáridos y las porciones hidrofílicas de las moléculas de proteína generalmente forman los epitopos B, aunque también los hay procedentes de los plegamientos (epitopos conformacionales). Las células T no son capaces de fijar a los antígenos solubles. La interacción de un epitopo con el receptor T requiere que una CPA procese enzimáticamente al antígeno (lo degrade a péptidos pequeños) para que las porciones se asocien a las moléculas CMH. Por tanto, los receptores T solo pueden reconocer epitopos lineales (secuenciales), pues los conformacionales se destruyen durante el procesamiento de la proteína. Normalmente, estos epitopos lineales son porciones hidrofóbicas internas de la proteína. El resultado de todo esto es que los polisacáridos solo contienen epitopos reconocibles por los linfocitos B, mientras que las proteínas contienen epitopos reconocible tanto por las células B como por las células T.

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El número de epitopos de una molécula puede ser solo uno (hapteno) o múltiple y en una proteína normalmente hay muchos y distintos, mientras que en los azúcares suelen ser iguales (repetitivos). Clases de antígenos Polisacáridos. Son inmunógenos cuando se asocian a portadores proteicos, como ocurre con los que forman parte de moléculas más complejas (glicoproteínas), que inducen una respuesta inmune parte de la cual es específica para la parte hidrocarbonada de la molécula. Pero también se puede inducir una respuesta inmune de anticuerpos frente a muchos tipos de polisacáridos, como los que forman parte de microorganismos y células eucariotas. El ejemplo clásico de antigenicidad de los polisacáridos es la respuesta a los antígenos sanguíneos del sistema ABO, que son polisacáridos de la superficie de los glóbulos rojos. Lípidos. Son normalmente poco inmunogénicos, pero pueden inducir respuesta si se unen a proteínas portadoras. Los lípidos de las mycobacterias se reconocen por un subtipo especial de células T; los Tgd, que forman parte de la respuesta ancestral. Ácidos nucleicos. No son muy inmunogénicos, salvo que se asocien con proteínas portadoras. Los anticuerpos anti-DNA son característicos de varios procesos autoinmunes. Proteínas. Virtualmente, todas las proteínas son inmunogénicas y la gran mayoría de los inmunógenos son proteínas. Cuanto mayor es la complejidad de la proteína más fuerte es la respuesta. Normalmente contienen muchos epitopos. Reacciones cruzadas Se producen por la presencia de epitopos comunes en moléculas distintas. Un ejemplo es la toxina diftérica que puede manipularse para que pierda su toxicidad conservando la capacidad inmunogénica; se ha transformado en toxoide. La inmunización con el toxoide (inocuo) da lugar a la formación de anticuerpos que neutralizan a la toxina diftérica cuando se produce la infección. Estamos usando determinantes comunes para vacunar, sin usar la toxina. Hay otros casos de reactividad cruzada donde las sustancias que reaccionan no están relacionadas, excepto en que tienen una o más áreas con características tridimensionales similares. A estas sustancias se las llama antígenos heterófilos. Por ejemplo el antígeno sanguíneo A reacciona con los anticuerpos formados frente al antígeno capsular (polisacárido) de un tipo de neumococo. Adyuvantes Son los “aditivos” que se usan para aumentar la respuesta a un inmunógeno dado. El nombre viene del latín adjuvare (ayudar). Aunque su uso viene de antiguo, el interés actual se debe a que los inmunógenos que se están desarrollando para hacer nuevas vacunas (sobre todo las basadas en péptidos sintéticos) presentan una inmunogenicidad muy pobre. El mecanismo de los adyuvantes incluye: • Aumento de la vida media biológica o inmunológica de los antígenos de las vacunas • Aumento de la producción local de citocinas inflamatorias • Mejora en la liberación del antígeno y en su procesamiento y presentación por las CPAs, especialmente por las células dendríticas.

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Se sabe de modo empírico que los mejores adyuvantes son los que contienen componentes microbianos (p.e. extractos de mycobacterias). Estos componentes de patógenos inducen la expresión de moléculas coestimuladoras en las CPAs (macrófagos y DCs) así como la producción de citocinas. Ahora se ha comprobado que tal inducción por los componentes microbianos se debe a que contienen patrones moleculares (PAMPs); su unión a los TLRs de las CPAs genera las señales que llevan a la expresión de moléculas coestimuladoras y a la síntesis de citocinas. Los adyuvantes autorizados hasta ahora para uso humano son los que se basan en hidróxido de aluminio o fosfato de aluminio (alúmina). La alúmina se fija a las proteínas y las hace precipitar, induciendo así una respuesta inflamatoria que potencia de forma inespecífica la inmunogenicidad del antígeno. El antígeno precipitado se libera más despacio en el sitio de inyección, lo que unido al aumento de tamaño que se genera en la precipitación propicia una mayor probabilidad de que el antígeno se fagocite por una célula presentadora. En los animales de experimentación se han usado muchos adyuvantes, siendo uno de los más corrientes el Adyuvante Completo de Freund (FCA), consistente en mycobacterias muertas suspendidas en aceite mineral. Al añadir la solución acuosa del antígeno se genera una emulsión que, inyectada, libera lenta y continuamente al antígeno con lo que mantiene constante la estimulación durante mucho más tiempo. Otros microorganismos usados como adyuvantes son el bacilo de Calmette-Guerin (BCG), que es una micobacteria atenuada, Corynebacterium parvum y Bordetella pertussis. En realidad, todos utilizan las propiedades estimuladoras de las moléculas asociadas al microbio cuando se fijan sobre los TLRs de las células presentadoras (especialmente las DCs). Los ISCOM (complejos inmuno-estimuladores) son unas mezclas de colesterol y saponinas que forman unas estructuras similares a jaulas en las que queda atrapada la solución acuosa del antígeno. Esta “jaulas” se funden con los lípidos de las membranas celulares y depositan así su contenido en el citosol. El resultado es una vacuna que induce una respuesta celular mediada por linfocitos T citotóxicos, en lugar de los anticuerpos que inducen las restantes vacunas.

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