lunes, 16 de mayo de 2016

Células asesinas naturales de memoria en infección, inflamación y cáncer

La capacidad para formar la memoria inmunológica se considera de manera tradicional como una característica distintiva de la inmunidad adaptativa. Sin embargo, el aumento de la evidencia sugiere que las células inmunológicas innatas también pueden “recordar” exposiciones previas a ciertos estímulos. La memoria inmunológica, que se define como responder de manera cualitativa o cuantitativa en una magnitud más alta después de una estimulación inmune secundaria, se demuestra en los invertebrados, así como en las células inmunes innatas en mamíferos. En los invertebrados (desde moluscos a gusanos e insectos) se describen respuestas de memoria contra patógenos. En los mamíferos, la capacidad para montar respuestas de memoria se demuestra para las células inmunes innatas del linaje mieloide, lo que se denomina “inmunidad entrenada” (Caja 1), así como para las células asesinas naturales (NK). Hasta el momento, los conceptos que emergen de las respuestas heterólogas de memoria de células mieloides “entrenadas” se evaluaron de forma incompleta en otros tipos de células inmunes y pueden ser de gran importancia para ciertos aspectos de las respuestas inmunes secundarias montadas por las células NK.

Las células NK son linfocitos innatos que se activan en el encuentro con células infectadas, células alogénicas o células transformadas. Aunque las células NK por lo general están listas para una actividad citolítica rápida, en muchos casos tienen que diferenciarse de manera funcional por citocinas u otras células inmunes, tales como por las células dendríticas (DC), para ejercer respuestas efectoras óptimas. La activación de las células NK se determina por un delicado equilibrio de las señales entregadas por activación de los receptores, que reconocen ligandos inducidos por estrés en células tumorales o células infectadas por virus, y los receptores inhibitorios, que atraen de manera predominante a moléculas MHC de clase I (Caja 2). En esta revisión, se discuten datos emergentes que proporcionan evidencia de que las células NK pueden adquirir memoria inmunológica, una actividad que de manera tradicional se asocia con células T y células B.
Los autores se enfocan en las funciones de las células NK de memoria en las respuestas de la hipersensibilidad por contacto (CHS), la infección viral y en el cáncer, y se discute el potencial terapéutico de células orientadas a las NK para la mejora de los tratamientos de las enfermedades infecciosas y el cáncer.
Identificación de las células NK de memoria
En 2006, la observación de que los ratones que carecen de células T y células B podrían desarrollar respuestas de CHS a diversos haptenos distintos introdujo el concepto de que las células NK pueden mediar respuestas de memoria específicas al antígeno. Varias líneas de evidencia apoyan la noción de que las células NK pueden contribuir a la memoria inmunológica. En primer lugar, en los ratones que carecen del gen 2 que activa la recombinación sensibilizada por haptenos (Rag2), la eliminación de células NK por tratamiento con un anticuerpo específico NK1.1 (también conocido como KLRB1) suprimió las respuestas de CHS en la reexposición al hapteno. Segundo, las respuestas de CHS no se desarrollaron en ratones sensibilizados al hapteno que carecen tanto de Rag2 e IL2RG (sub-unidad-γ del receptor de interleucina 2), que carecen de células NK maduras, así como células T y células B. Las respuestas de memoria observadas en ratones Rag2-/- fueron dependientes de la sensibilización, persistieron durante más de 4 meses después del cebado y fueron transferibles después de la transferencia adoptiva de células NK hepáticas de ratones vírgenes. Es importante destacar que las respuestas de memoria eran específicas para el hapteno utilizado para la sensibilización y no para un hapteno no relacionado. Por otra parte, se reclutaron células NK de ratones sensibilizados con 2,4-dinitro-1-fluorobenceno (DNFB) a orejas retadas con DNFB, mientras que las células NK de ratones cebados con oxazolona (OXA) se acumularon de manera preferente en orejas retadas con OXA. Es de destacar que otro estudio no observó el desarrollo de una respuesta de CHS en ratones deficientes de RAG2 sensibilizados con DNFB que se retaron con este hapteno. Sin embargo, en este estudio, la transferencia adoptiva de células NK hepáticas de ratones sensibilizados a DNFB a los receptores vírgenes resultó en el desarrollo de respuestas de memoria específicas al hapteno en los ratones receptores, lo que confirma los resultados de los estudios anteriores.
Después de la identificación inicial de las células NK de memoria que residen en el hígado en el modelo de CHS, el concepto de memoria de las células NK se extendió a otros órganos y otras enfermedades. Sun et al demostraron que existen respuestas de células NK de memoria contra citomegalovirus de ratón (MCMV) y que las células NK de memoria pueden residir en otros órganos además del hígado, con estas células que se identifican en el bazo, sangre, pulmón, riñón y otros tejidos linfoides. Paust et al informaron que después de la inmunización subcutánea de ratones con partículas no infecciosas similares a virus (VLP) que contienen proteínas a partir del virus de la influenza o el VIH-1 o con el virus de la estomatitis vesicular inactivado por luz ultravioleta (VSV), la transferencia de las células NK hepáticas resultó en una supervivencia prolongada de los ratones después de una exposición letal con el virus sensibilizante, pero no con un virus no relacionado. Además, en el modelo de la influenza, las células NK de pulmón de ratones sensibilizados fueron eficaces en la mediación de protección contra el reto viral. Un efecto protector de las células NK de memoria en la ausencia de células T y células B también se demostró en los modelos de infección por el virus vaccinia y el virus del herpes simplex 2 (HSV-2). De manera más reciente, se observaron células NK de memoria específicas al antígeno en macacos rhesus después de la inmunización con el virus de la inmunodeficiencia de los simios (SIV). Por lo tanto, hay evidencia creciente para respuestas de células NK de memoria en diferentes modelos de enfermedad viral en ratones y primates.
De manera interesante, las respuestas de células NK de memoria también se observaron en la ausencia de un antígeno definido. Una breve exposición in vitro de células NK de ratón a la combinación de citocinas de IL-12, IL-15 resulta en el desarrollo de células NK que muestran una capacidad sostenida para producir niveles elevados de interferón-γ (IFNγ) en la estimulación con IL-18 con IL-12 y/o IL-15 durante al menos 4 meses después de la transferencia adoptiva en ratones deficientes de RAG2. Estos datos indican que las células NK pueden recordar una exposición a un entorno de citocinas inflamatorias. Las células NK de memoria similares inducidas por citocinas pueden generarse a partir de células NK humanas.
Generación de células NK de memoria
La siguiente sección se enfoca a los receptores, las citocinas y las vías de transmisión de señal que participan en el desarrollo de las células NK de memoria. La literatura reciente revela ciertas similitudes, pero también diferencias profundas, en los prerrequisitos para la generación de células NK de memoria específicas a un hapteno, específicas a virus o inducidas por citocinas.
Receptores que conducen la generación de células NK de memoria.
Los receptores expresados ​​por las células NK que expresan la especificidad a un hapteno permanecen difíciles de alcanzar, aunque se describen varias características de estas células NK específicas a un hapteno. Las células NK Ly49C+ (también conocidas como KLRA3) o LY49I+ aisladas del hígado transfirieron la sensibilidad al hapteno de manera más eficiente que las células NK LY49C- o LY49I- hepáticas. Ya que las células NK Ly49C+ o LY49I+ aisladas del bazo de estos ratones sensibilizados al mismo hapteno fracasaron para transferir respuestas de CHS a receptores vírgenes, es poco probable que los receptores Ly49C o LY49I sean responsables de manera directa del reconocimiento de hapteno. Por otra parte, como no se identificó el receptor responsable del reconocimiento del hapteno, aún no se resuelve si las células NK LY49C- o LY49I- hepáticas no responden por falta de permiso o sólo porque carecen del receptor específico al hapteno. Las respuestas de CHS mediadas por células NK específicas al hapteno se bloquearon de forma parcial al tratar ratones con un anticuerpo específico al grupo 2 neutralizador asesino natural, miembro D (NKG2D) después del reto con el hapteno; sin embargo, ya que el NKG2D es un receptor invariante, no polimórfico que se expresa de manera esencial en todas las células NK, así como en las células T, es poco probable que sea responsable de manera directa del reconocimiento del hapteno. En su lugar, el NKG2D podría funcionar como un receptor coestimulador durante la fase efectora de la respuesta de memoria, debido a su capacidad para detectar ligandos inducidos por el estrés, podrían ser inducidos por los irritantes utilizados para provocar la respuesta de CHS.
El tratamiento con anticuerpos específicos que bloquean a las selectinas endoteliales (selectinas P y E) o para CD18 (también conocida como integrina β2) antes del reto con el hapteno también anuló la CHS, probablemente mediante el bloqueo de la migración de las células NK a la oreja. Estudios posteriores revelaron un papel importante para el receptor de quimiocina CXC-6 (CXCR6) en la inducción o el mantenimiento de la respuesta de células NK de memoria. Una vez más, el CXCR6 es poco probable que medie el reconocimiento directo del hapteno, pero en lugar podría regular la función efectora de células NK, el tráfico o la supervivencia de las células NK de memoria. De hecho, se demostró que la producción in vitro de IFNγ por las células NK hepáticas sensibilizadas al hapteno en respuesta a las células B marcadas con DNFB se afectó por la adición de un anticuerpo monoclonal específico a CXCR6 o por la adición de un anticuerpo monoclonal dirigido al ligando CXCR6 ligando CXC quimiocina 16 (CXCL16). De manera interesante, las células NK aisladas del hígado dentro de una hora después de la sensibilización con DNFB podrían transferir respuestas de CHS específica al hapteno a destinatarios vírgenes, lo que implica que una frecuencia alta de precursores de células NK deben poseer un receptor para DNFB ya que este período de tiempo es demasiado corto para la expansión clonal de las células que responden.
La mayor parte del conocimiento mecanicista de las señales que conducen a la generación de células NK de memoria específicas a virus se origina a partir del modelo de infección por MCMV, en el que se identificaron el receptor Ly49H activador de células NK específico a MCMV (también conocido como KLRA8) y su ligando viral asociado m157. La importancia del receptor NK Ly49H en la resistencia mediada por células contra MCMV se reveló por primera vez en estudios genéticos clásicos y por experimentos con un anticuerpo específico neutralizante de Ly49H. El mecanismo por el cual este receptor previene la enfermedad permanece poco claro. Sin embargo, en 2007, se informó de que la glicoproteína m157 similar al MHC de clase I que codifica a MCMV atrae a Ly49h para activar las células NK y confiere protección del huésped en ratones C57BL/6 resistentes a MCMV. La existencia de un receptor específico a MCMV, Ly49h, y un antígeno viral específico, m157, facilitó los estudios posteriores que trazan la expansión, la contracción y la diferenciación de células NK específicas a MCMV en un subconjunto de larga vida y memoria autorrenovable. En ausencia de Ly49H o m157, este programa de activación no se induce, lo que indica un papel no redundante del eje Ly49H-m157 en este proceso. Por otra parte, la molécula accesoria 1 de la molécula coestimuladora DNAX (DNAM1; también conocida como CD226) es necesaria para la diferenciación óptima de las células NK efectoras y de memoria específicas para MCMV. En consecuencia, el ligando CD155 DNAM1 (también conocido como PVR) aumenta su expresión después de la infección con MCMV in vivo, principalmente en monocitos y DC infectadas. Los receptores inhibidores de células NK podrían funcionar como puntos de control para el control de diferentes etapas en la generación de células de memoria. Las células NK Ly49h+ que carecen de receptores Ly49 inhibitorios y reconocen auto-ligandos MHC de clase I responden de manera preferente durante la fase de expansión después de la infección con MCMV. No se determinó si el CD96 (también conocido como TACTILE) y el inmunorreceptor de célula T con inmunoglobulina y los dominios ITIM (TIGIT), dos receptores inhibidores que se unen al ligando de CD155 DNAM1 y contrarrestan la activación de células NK, controlan la formación de poblaciones de células NK de memoria. Los receptores que conducen a la generación de células NK de memoria en otras infecciones virales, como el virus de la influenza, la infección por VHS-2 y el virus vaccinia, también permanecen por definir. Es de destacar que no se requiere la hemaglutinina del virus de la influenza para la sensibilización de las células NK contra el virus de la influenza, excepto en el rol de la interacción de la hemoaglutinina con el receptor activador NKp46 (también conocido como NCR1) en este modelo.
Receptores involucrados en la generación de células NK de memoria contra HCMV. En 2004, Guma et al presentaron la primera evidencia de que los individuos sanos expuestos de forma previa al CMV humano (HCMV) y con serología positiva para HCMV, pero no para otros virus de herpes, tienen frecuencias más altas de un subconjunto de células NK que expresan el receptor activador CD94-NKG2C en comparación con individuos que con serología negativa para HCMV. Este estudio sugiere que, en analogía con el modelo de MCMV, las interacciones entre el receptor CD94-NKG2C y los ligandos en las células infectadas por el HCMV podrían conducir a la generación de un subconjunto de células NK de memoria. Estudios posteriores de pacientes infectados por HCMV o en los que el virus se reactivó debido a inmunosupresión después de trasplante de células madre hematopoyéticas u órgano sólido confirmaron que la población de células NK CD94-NKG2C+ se expande de manera preferente durante la infección aguda por HCMV, persiste de forma subsecuente como células de memoria y puede constituir hasta 70% de la población total de células NK en algunos individuos. Por otra parte, después de un trasplante de células madre hematopoyéticas, las células NK CD94-NKG2C+ de donantes seropositivos para HCMV demostraron un aumento de funciones, en respuesta a la reexposición al HCMV en los destinatarios seropositivos de HCMV, mientras que las células CD94-NK-NKG2C+ de donantes seronegativos para HCMV no lo hicieron, lo que sugiere la existencia de una respuesta de memoria contra la infección por el HCMV. En experimentos in vitro en los cuales fibroblastos infectados con HCMV se cocultivaron con células NK con eliminación de HLA-E por ARN de asa corta o tratadas con anticuerpos específicos de bloqueo para CD94 o NKG2C, la interacción de CD94-NKG2C con su ligando HLA -E se demostró para conducir la expansión de la población de células NK CD94-NKG2C+. Además de la interacción directa con los fibroblastos infectados por el virus, se requiere del contacto célula-célula con monocitos CD14+ y de factores solubles producidos por los monocitos CD14+ para la expansión de la población de células NK CD94-NKG2C+ en este sistema.
Hay evidencia emergente de que la formación de células NK de memoria para HCMV también puede ocurrir en individuos que portan un alelo nulo homocigoto de KLRC2, que codifica NKG2C41. Hasta ahora, son poco conocidos los receptores que dirigen la respuesta de células NK contra el HCMV en ausencia de CD94-NKG2C. En este contexto, de manera interesante, se notó la expansión de las células NK que expresan los receptores similares a inmunoglobulina que activan células asesinas (KIR) KIR2DS2, KIR2DS4 y KIR3DS1, lo que implica de manera potencial a estos KIR en este proceso.
En niños sin KLRC2 que son deficientes en proteínas NKG2C, los títulos de IgG anti-HCMV se elevaron de manera significativa, lo que sugiere que la falta de expresión de NKG2C puede asociarse con un control alterado de HCMV en la infancia. En consecuencia, estudios recientes identificaron un subconjunto de células NK deficientes de la subunidad γ del receptor de alta afinidad para la IgE (FcεRIγ), que se refiere como “células NK adaptativas”, que se asocia con la infección por HCMV y exhibe respuestas elevadas mediadas por CD16 contra las células diana infectadas por HCMV recubiertas con anticuerpos específicos para HCMV. En conjunto, estos estudios indican que existen mecanismos redundantes para la generación de células NK de memoria en individuos seropositivos para el HCMV.
La expansión de la población de células NK CD94-NKG2C+ también se observó después de la infección con otros virus, tales como hantavirus, HIV47 y virus de la hepatitis C (HCV), aunque sólo en individuos que infectados de forma persistente con HCMV. Por otra parte, un informe reciente describe respuestas duraderas de células NK de memoria específicas a antígeno en macacos rhesus después de la infección por SIV y después de la vacunación. En este estudio, se demostró un papel importante para los receptores NKG2 (NKG2C o NKG2A) en la respuesta de las células NK a DCs pulsadas con SIV Gag–o glicoproteína de envoltura gp160 (Env)–mediante experimentos con un anticuerpo monoclonal bloqueador con reactividad cruzada con NKG2A y NKG2C20.
Citocinas y vías que contribuyen a la generación de células NK de memoria. Además de las señales mediadas por la activación de los receptores NK, las citocinas proinflamatorias son instrumentales para la generación de células NK de memoria en respuesta a haptenos o a MCMV. En el contexto de la CHS, las células NK hepáticas en ratones sensibilizados a hapteno IL12-/-, IFNg -/- o IFNAR1-/- no inducen CHS después de la transferencia adoptiva a los huéspedes retados, lo que indica un papel importante para la IL-12, el IFNγ y IFN tipo I en la generación de la función efectora de las células NK o de las células NK de memoria. Del mismo modo, en el modelo de MCMV, las células NK deficientes en el receptor de IL-12 o la molécula de transmisión de señales STAT4 (transductor de señal y activador de la transcripción 4) exhiben una proliferación defectuosa y no lograron convertirse en células de memoria de larga vida que median protección contra la infección MCMV. En un sistema de cocultivo de PBMC (células mononucleares de sangre periférica) humanas y fibroblastos infectados con HCMV, también se observó un papel fundamental para la IL-12 en la expansión del subconjunto de células NK CD9-NKG2C+. En este estudio, la neutralización de IL-12, pero no de IL-15 o IL-18, o el bloqueo del receptor de IFN tipo I en las PBMC y en cocultivos de fibroblastos infectados con HCMV disminuyó de manera significativa la expansión del subconjunto de células NK CD94-NKG2C+. De acuerdo con ello, en el modelo de MCMV, la IL-15 fue dispensable para la formación de memoria y expansión de las células NK Ly49H+, pero IL-18 y IL-33 contribuyeron a la expansión de las células NK específicas a MCMV, pero no a la generación de la memoria. Es de destacar que no se reportó que los seres humanos con defectos genéticos en la producción de la IL-12 tengan alteración en la resistencia al HCMV, lo que indica la existencia de vías redundantes para la inmunidad al HCMV. Las IL-12 y IL-18 producidas durante la infección por MCMV conducen a un aumento en la expresión de CD25, la cadena IL-2Rα que forma el receptor de alta afinidad de IL-2, en las células NK. La expresión de CD25 permite a las células NK responder a cantidades pequeñas de IL-2. Por lo tanto, las citocinas inflamatorias no sólo de manera directa, sino también indirecta, mejoran la expansión de células NK, y facilitan las respuestas de las células NK a la IL-2 producida por las células T CD4+. La contribución de las células T cooperadoras CD4+ para la expansión de células NK Ly49H+ y la formación de la memoria durante la infección por MCMV todavía no se estudia de forma amplia, aunque las células NK deficientes de CD25 parecen expandirse de manera normal, pero pueden sufrir contracción con cinética más rápida que las células NK vírgenes. Sin embargo, se demostró que las células T compiten con las células NK por la IL-15, al regular las fuentes de células NK de memoria progenitoras.
De manera reciente, el Proyecto del Genoma Inmunológico (www.ImmGen.org) generó un retrato cinético del gen de expresión de células NK de ratón al perfilar la transcripción de las células NK Ly49h+ vírgenes antes de la infección por MCMV en efectores tempranos (día 1.5), efectores tardíos (día 7) y células de memoria (día 27) después de infección por MCMV. Muchos genes se regularon de manera específica en las células NK de memoria, con la identificación de una firma única de células NK de memoria distintas de células NK efectoras y vírgenes, pero con similitudes a las células T CD8 + de memoria. El factor de transcripción Zbtb32 (dedo de zinc y BTB que contienen dominio 32) fue uno de los genes de mayor expresión después de la infección temprana. Con ratones deficientes de ZBTB32, se demostró que ZBTB32 facilitó la proliferación al contrarrestar el factor antiproliferativo Blimp1 (también conocido como PRDM1). Además, las células NK que carecen del microARN miR-155 exhibieron una reducción de forma importante el número de células efectoras y de memoria después de la infección por MCMV. Aunque los genes que codifican los receptores conocidos expresados ​​por las células NK no requieren reordenamiento, las células NK que carecen de RAG mostraron una expansión y persistencia deterioradas después de la infección por MCMV, lo que sugiere un papel importante para la generación óptima de RAG en las células NK de memoria específicas para MCMV. En un sistema reportero de Rag1, se observó que aproximadamente un tercio de la población de células NK expresó de manera transitoria Rag1 temprano en su desarrollo y que estas células NK generaron una respuesta más robusta de memoria a la infección por MCMV que las células NK en el mismo ratón que no expresó de manera transitoria Rag1. Hasta el momento, se desconoce si las células NK de memoria específicas al hapteno, influenza, virus vaccinia y HSV-2 se ven afectados por la expresión de genes Rag durante su desarrollo. Las células NK deficientes del factor antiapoptótico BIM (codificado por Bcl2l11) se expanden de manera normal en respuesta a la infección por MCMV, pero se deteriora la contracción del grupo de células NK Ly49H+ y la formación de las células NK de memoria funcionales. De manera más reciente, de manera similar a los mecanismos que conducen a la formación de células T CD8+ de memoria, se demostró que la autofagia es necesaria para la supervivencia de las células NK efectoras durante la fase de contracción por un mecanismo dependiente de Atg3. En futuros estudios, será importante determinar si y en qué medida existen vías únicas de conducción para la generación de células NK de memoria que difieren de la formación linfocitos T CD8+ de memoria.
Células NK de memoria inducida por citocinas. En 2009, Cooper et al informaron que incluso en ausencia de un antígeno específico, una breve incubación in vitro de las células NK de ratón con las citocinas IL-12, IL-15 y IL-18 dio como resultado la generación de células NK que poseían la capacidad de secretar altas cantidades de IFN-γ hasta 4 meses después de la transferencia adoptiva en ratones Rag1-/- en comparación con las células NK tratadas de forma previa sólo con IL-15. Esta competencia a largo plazo para la producción de IFN-γ fue intrínseca en la célula y se mantuvo después de la proliferación homeostática. Las células NK humanas que se exponen de forma breve a IL-12, IL-15 e IL-18, y que se lavaron y después se cultivaron en IL-2 o IL-15 por días adicionales también y produjeron cantidades muy elevadas de IFN-γ después de la reestimulación con líneas de células tumorales o con IL-12 e IL-15. De manera similar a las observaciones con células NK CD94-NKG2C+ humanas impulsadas por HCMV, la breve exposición de las células NK humanas a IL-12, IL-15 y IL-18 dio como resultado la desmetilación estable de la secuencia 1 conservada no codificante de IFNG (CNS1). Por lo tanto, incluso en ausencia de un estímulo antigénico específico, las células NK pueden recordar la exposición previa a citocinas polarizantes.
No está en claro si todas las células NK inducidas por citocinas o sólo subconjuntos de estos están dotados de longevidad y capacidad de producir grandes cantidades de citocinas en la reestimulación. A medida que estas células NK recuerden su activación previa por citocinas, se refieren como células NK de memoria o semejantes a células NK de memoria, aunque no se investigó si proporcionan una mayor defensa del huésped contra la infección. La IL-12 y la IL-18 contribuyen a la generación de células NK de memoria en el modelo de MCMV conducido por la interacción LY49H-m157. Necesita determinarse si estas citocinas también tienen un papel fisiológico en la generación de células NK de memoria durante la infección viral en ausencia de una interacción afín entre células NK y patógenos en otros modelos. Es de destacar que las células de memoria inducidas por citocinas podrían ser de gran valor terapéutico como se ilustra por la observación de que la respuesta inmune antitumoral mejora en gran medida después de la transferencia adoptiva de células NK de memoria inducidas por citocinas en ratones portadores de tumores.
Características de las células NK de memoria
Las características fenotípicas de las células NK de memoria en diferentes sistemas experimentales se resumen en la Tabla 1. Es importante destacar que las células NK de memoria inducidas por citocinas específicas a hapteno y virus muestran propiedades funcionales distintas y sobrepuestas, y patrones de localización tisular que se discuten a continuación.
Características de las células NK de memoria. De manera inicial, se describió que las células NK de memoria del hígado que impulsan respuestas de CHS a DNFB u OXA después de la transferencia en receptores vírgenes expresan NK1.1, Ly49C o LY49I y THY1 (también conocida como CD90). Con ratones deficientes en CXCR6, el CXCR6 expresado por las células NK de hígado demostró estar involucrado en la generación y la función de la memoria específica al hapteno. Diferentes laboratorios caracterizaron de manera fenotípica las células NK del hígado en el contexto de CHS. En un modelo de CHS inducida por DNFB, la transferencia adoptiva de células NK DX5+ (DX5 se conoce también como CD49b y la integrina α2) aisladas del hígado de ratones BALB/c o C57BL/6 sensibilizados a DNFB hacia ratones singénicos confirió respuestas de CHS después del reto con DNFB. En un estudio de seguimiento por el mismo grupo, la población de NK del hígado que confirió CHS de manera más potente se definió como células maduras CD11b+ (también conocida como integrina αM), CD27 y Ly49C+ y/o LY49I+. La expresión de CD49a (también conocida como integrina α1) y CXCR6 no se evaluó en este estudio.
Por el contrario, en un modelo de CHS inducida por OXA en ratones C57BL/6, la población de células NK del hígado que median la memoria específica al hapteno se caracterizó como células CD49a+ que carecen de expresión de DX5. La población CD49a+DX5- que confería la respuesta de memoria específica al hapteno también expresó NKp46 (también conocida como NCR1), CXCR6, Thy1.2, TRAIL (también conocido como TNFSF10), CD27 y CD51 (también conocida como integrina αV), pero no el receptor de IL-7 (también conocida como CD127). Experimentos de parabiosis indicaron que las células NK CD49a+DX5- residen en el hígado, mientras que las células NK CD49a-DX5+ circulan de manera sistémica. Por otra parte, las células NK CD49a+DX5-  del hígado muestran un perfil transcriptómico y funcional único, lo que sugiere que estas células podrían ser parte de un linaje de células distinto de las células NK convencionales circulantes, y que exhiben ciertas características del grupo 1 de células linfoides innatas (ILC1s). Es importante destacar que los estudios de transferencia adoptiva revelaron que las células NK CD45a+DX5- permanecieron como DX5- y no se diferencian en células DX5+. En conjunto, hay consenso en que las células NK hepáticas confieren respuestas de células NK de memoria específicas al hapteno, pero la naturaleza exacta de la subpoblación de células NK del hígado (DX5+ versus DX5-) que confiere respuestas de CHS es aún controversial. Hasta el momento, no se explican las razones de las observaciones divergentes.
Las células NK de memoria específica para el virus vaccinia estaban dentro de la población clasificada DX5+ y expresaron Thy1. Dentro de la primera semana del reto con el virus vaccinia, estas células aumentaron la expresión del receptor de células asesinas miembro 1 de la subfamilia G1 parecido a la lectina (KLRG1) y fueron CD27baja, CD11balta y antígeno linfocitario 6C (Ly6c)alto. Aunque no existen marcadores únicos para identificar a las células NK de memoria Ly49H+ específicas al MCMV, se caracterizaron por la expresión de niveles altos de CD11b, KLRG1 y Ly6c y la pérdida de CD27. Un perfil similar de marcadores se observó en las células NK de memoria de ratón inducidas por citocinas, de manera independiente de la expresión de LY49H54. En los seres humanos, las células NK de memoria que se desarrollan en respuesta a la infección por HCMV expresan niveles altos del receptor CD94-NKG2C, y muchas de estas células coexpresan CD57 y carecen de NKG2A35. Estas células NK CD94-NKG2C+ conducidas por el HCMV también pueden carecer de la expresión del FcεRIγ, SYK y transcripción activada 2 EWS/FLI1 (EAT2; también conocido como SH2D1B). Además de NKG2C, las células NK en expansión en respuesta a la infección por HCMV expresan la activación de KIR KIR2DS2, KIR2DS4 o KIR3DS1.
Características funcionales de las células NK de memoria. De manera funcional, las respuestas de memoria inmunológica se caracterizan por un aumento cuantitativo y cualitativo de la respuesta efectora después de la reestimulación. No se analizó en detalle si las respuestas de células NK de memoria se desarrollan de manera más rápida que las respuestas mediadas por las células NK vírgenes. Como se señaló de forma previa, la respuesta CHS mediada por células NK en el modelo de DNFB se desarrollan de forma rápida, dentro de una hora después de la transferencia adoptiva de células NK en ratones expuestos. En el modelo de infección por MCMV, las células NK Ly49h+ de memoria producen mayores cantidades de IFNγ al compararlas con las células NK vírgenes, demuestran respuestas citotóxicas más robustas y proporcionan una mayor protección al huésped después de la reinfección con MCMV, pero no después de la infección con patógenos heterólogos. En estudios en humanos, Romagnani y sus colegas demostraron que las poblaciones de células NK CD94-NKG2C+ que se expandieron en los individuos seropositivos al HCMV exhibieron una región desmetilada SNC1 en el locus IFNG. Los experimentos de transfección con líneas de células NK ilustraron que la desmetilación de SNC1 facilitó la transcripción de IFNG. Además, el perfil de metilación global de estas células NK CD94-NKG2C+ humanas expandidas difirió en gran medida de las células NK vírgenes, lo que sugiere que, durante la infección por HCMV, la remodelación epigenética de estas células NK afecta su comportamiento futuro.
Se diseccionaron de manera adicional, en dos estudios recientes, los cambios genéticos y epigenéticos globales en las células NK de individuos seropositivos al HCMV. Los informes identificaron un subconjunto único de células NK en los donantes seropositivos al HCMV que se caracteriza por la falta de la proteína adaptadora del FcεRIγ que transmite el patrón inmunorreceptor de activación basado en tirosina (ITAM), la pérdida variable del SYK y EAT2, y cantidades bajas del factor de transcripción dedo de zinc pro-leucemia mieloide (PLZF, también conocido como ZBTB16). Este subconjunto deficiente de FcεRIγ contiene células NK CD94-NKG2C- y CD94-NKG2C+, lo que indica que las señales de los receptores diferentes a NKG2C pueden dar forma a este subconjunto de células NK. Las células NK deficientes de FcεRIγ se designaron como células NK de adaptación, y mostraron expansión de la población después de la activación por medio del receptor Fc CD16 (cuya señal por su asociación con la cadena CD3ζ en ausencia de la cadena FcεRIγ) o cuando se cocultivaron con células diana recubiertas de anticuerpos infectadas con virus de la influenza o HCMV. Estas observaciones ponen de manifiesto, además, que podrían existir vías alternativas para la expansión de un subconjunto de células NK durante la infección por HCMV que no requieren de forma necesaria la interacción de CD94- NKG2C con HLA-E. De manera interesante, a diferencia de los seres humanos, las células NK de memoria de ratón específicas a MCMV no pierden la expresión de SYK o FcεRIγ. Será importante para explorar más alteraciones genéticas y epigenéticas sobre la expansión de subconjuntos de células NK y la generación de memoria en diferentes tipos de infección viral.
Los factores que conducen a la diferenciación de las células NK de adaptación en los seres humanos aún no se dilucidan. De manera interesante, la población expandida de células NK CD94-NKG2C+ que se detectan en individuos seropositivos al HCMV demuestran una disminución de la respuesta a las citocinas inflamatorias tales como IL-12 e IL-18. Por otra parte, células NK CD94-NKG2C+ expandidas por HCMV muestran niveles más bajos de la producción de IFNγ y desgranulación en respuesta a la reestimulación con antígenos de la vacuna de la tosferina o la influenza H1N1. La observación de que células CD94-NKG2C+ expandidas por HCMV tienen respuestas menores a los desafíos heterólogos podría ser de gran importancia para el diseño de vacunas para virus distintos al HCMV. En futuros estudios, será importante diseccionar las propiedades funcionales dependientes de estímulo de células NK expandidas por HCMV con más detalle.
Patrones de localización tisular de las células NK de memoria. Se observan distintos patrones de localización tisular para las células NK de memoria específicas al hapteno, específicas a virus o inducidas por citocinas. Las células NK de memoria específicas al hapteno, VSV, y virus de vaccinia residen en el hígado. En los ratones sensibilizados a VLP de la influenza, las células NK de memoria aisladas de los pulmones también proporcionan protección contra ataques de gripe después de la transferencia adoptiva. Tanto las células NK esplénicas y hepáticas de macacos rhesus que fueron infectados con SIV mediaron respuestas de memoria específicas al antígeno hacia SIV Gag o proteínas Env. Por el contrario, las células NK específicas a MCMV se distribuyeron de manera sistémica en todos los órganos, de una manera similar a las células NK inducidas por citocinas.
Es tentador especular que los diferentes tipos de células NK de memoria pueden nutrirse por diferentes ambientes de órganos. De acuerdo con ello, las células NK de memoria específicas al hapteno en el hígado en aparencia se basan en el receptor de quimiocinas CXCR6, que se une a CXCL, una quimiocina que es muy abundante en el hígado. Los factores que hacen que las células NK de memoria salgan del hígado y migren de forma rápida hacia el oído después de un desafío son actualmente desconocidos. La localización tisular distinta de los diferentes tipos de células NK memoria también les podría permitir responder de forma rápida a las infecciones de órganos específicos e interactuar con otros tipos de células tisulares residentes como ILCs y poblaciones de células mieloides. En respuesta a la infección viral sistémica, las células NK de memoria distribuidas en todo el cuerpo pueden mediar de manera eficiente el control del virus. Al usar experimentos de parabiosis, se informó de manera reciente que no sólo las ILCs, sino también los subconjuntos de células NK con marcadores de células NK convencionales son residentes en tejidos de diferentes órganos, como intestino, pulmón y glándula salival. Será importante diseccionar y caracterizar los subconjuntos de células NK en diferentes órganos, para entender su relación con las células NK y las ILCs convencionales y para desentrañar su funcionalidad única y la memoria potencial durante la enfermedad.
Implicaciones terapéuticas
Como se discutió de forma previa, hay evidencia de un número de diferentes parámetros experimentales que pueden dotar a las células NK con características de células de memoria. Está menos claro si estas células NK de memoria son relevantes de manera fisiológica en diferentes escenarios de enfermedades. Es posible que las células de memoria NK sean relevantes de manera fisiológica para algunas, pero no todas las enfermedades, con la evidencia más clara de su utilidad proveniente de la configuración de las infecciones virales, tales como CMV. Hasta ahora, no se reportó evidencia de un rol fisiológico de las células NK de memoria en el cáncer o en las infecciones bacterianas, pero éstas son áreas que necesitan más investigación. A continuación, se describe cómo se podrían aprovechar las actividades de las células NK de memoria con fines terapéuticos.
Explotación de las células NK de memoria para terapia antiviral. Los recientes descubrimientos de la generación de células NK de memoria en la infección viral podrían tener un efecto importante en las nuevas estrategias de vacunación contra diferentes tipos de virus. Las estrategias de activación de la inmunidad antiviral de las células NK podría apoyar y mejorar las estrategias actuales de vacunación basadas en células T. Hasta el momento, la contribución relativa de las células NK de memoria a la protección contra la infección viral en huéspedes con un sistema inmune adaptativo intacto es poco clara. Debido a que el número de células efectoras que participan en última instancia determina la eliminación de patógenos, las células NK de memoria con funciones efectoras mejoradas pueden cooperar con las células T efectoras y anticuerpos para proporcionar un control más rápido y eficaz de la infección. También es posible que las células NK de memoria puedan apoyar respuestas de memoria de las células T, al proporcionar de forma rápida citocinas inflamatorias y quimiocinas que orquestan aún más la migración y la función de las células inmunitarias adaptativas.
De manera recíproca, las células T efectoras y de memoria pueden apoyar respuestas de células NK de memoria, y proporcionar IL-2, que de manera posterior favorece la expansión de células NK y mantiene la memoria. No se evaluó si las células NK de memoria limitan las respuestas de células T al matar de manera directa a las células T activadas, pero debe considerarse. Es tentador especular que, en situaciones en las que se altera la memoria de las células T, las células NK de memoria podrían, en parte, proporcionar una protección contra la enfermedad. A este respecto, los pacientes infectados con el VIH, que deteriora de manera específica las respuestas de las células T, podrían ser capaces de montar respuestas eficientes de células NK de memoria. En consecuencia, se observaron respuestas de células NK de memoria específicas al antígeno en macacos rhesus después de la infección por SIV, lo que apoya el potencial para promover las respuestas de células NK de memoria también contra el VIH-1. Del mismo modo, después del trasplante de células hematopoyéticas, las respuestas de memoria de las células NK, que son la primera población de linfocitos en recuperar, pueden contribuir a la defensa del huésped contra la infección, en particular HCMV. Por lo tanto, las formulaciones de vacunas que aumentan la generación de células NK de memoria podrían mejorar en gran medida los protocolos de vacunación actuales, en particular, en busca de virus que sean reconocidos por las células NK.
Explotación de las células NK de memoria en la terapia del cáncer. Los nuevos descubrimientos de las células NK de memoria en la infección viral estimulan el interés emergente en explotar la memoria de las células NK para su aplicación clínica en el cáncer. De nota, la exposición repetida de las células NK de ratón a células tumorales que expresan el ligando del receptor de las células NK resulta en disfunción de las células NK y no incrementa las respuestas efectoras. Una disfunción similar de las células NK se observó con células NK expuestas de forma crónica a células mieloides que expresan transcripción temprana de ácido retinoico 1 (RAE1; también conocido como factor de exportación de ARNm y un ligando del receptor NKG2D de activación) en el microambiente tumoral. Hasta el momento, no se observaron células NK de memoria contra los tumores en condiciones fisiológicas. Estos resultados implican que los receptores, tales como NKG2D, que están implicados en el reconocimiento de las células tumorales por las células NK no pueden ser dotados de la capacidad de generar la memoria de manera eficiente. De manera alternativa, debido a que la generación de las células NK de memoria durante la infección viral requiere la producción de ciertas citocinas (por ejemplo, IL-12) durante la infección aguda, la generación de células NK de memoria contra tumores también pueden requerir factores derivados del huésped, además de ligandos específicos para la activación de los receptores NK que pueden hacer falta en el microambiente tumoral.
Sin embargo, los conceptos formulados a partir de estudiar la generación de células NK de memoria en el contexto de una infección viral pueden ayudar a mejorar los protocolos para la generación de células NK reactivas con tumor de larga duración para la terapia del cáncer. La transferencia adoptiva ex vivo de las células NK activadas es una opción prometedora de tratamiento para los pacientes que sufren de diferentes tipos de cáncer, en particular de la neoplasia hematológica. Las infusiones de células NK activadas con IL-2, por ejemplo, indujeron la remisión de leucemia mieloide aguda (LMA) en un subconjunto de pacientes. Sin embargo, la transferencia adoptiva autóloga de poblaciones de células NK expandidas por IL2 en pacientes que sufren de tumores sólidos no dio lugar a beneficios clínicos, y las células NK transferidas de manera adoptiva se deterioraron de manera funcional en los pacientes.
Un reto para el campo es diseñar estrategias óptimas para la activación de células NK antes de la infusión y para optimizar los protocolos clínicos para lograr la persistencia y la expansión de las células NK con actividad antitumoral potente en los pacientes después de la transferencia. En este sentido, después de la transferencia adoptiva a ratones portadores de tumores, las células NK de memoria inducidas por citocinas y preactivadas con IL-12, IL-15 e IL-18, mostraron una actividad antitumoral potente y aumentó de manera significativa la supervivencia de los ratones destinatarios. Se observaron grandes números de estas células NK de memoria inducidas por citocinas en el tumor y el bazo, y estas células NK produjeron cantidades altas de IFNγ, perforina y granzimas en la reestimulación. Por otra parte, las células NK de memoria inducidas por citocinas se detectaron todavía 3 meses después de la transferencia adoptiva. De acuerdo a los conceptos de células NK de memoria inducidas por citocinas, un ensayo clínico de fase I con células NK preactivadas con IL-18 IL-12, y IL-15 para el tratamiento de los pacientes con LMA se abrió de manera reciente en la Escuela de Medicina de la Universidad de Washington, St Louis, Missouri, EE.UU. (NCT01898793). La aplicación intratumoral de las citocinas IL-12 y IL-18 también demostró revertir la disfunción de las células NK en el lecho tumoral de células tumorales deficientes de MHC clase I. No se evaluó en estos estudios si se generaron células NK con una capacidad sostenida de función efectora a largo plazo. En consecuencia, podrían implementarse DC productoras de citocinas o células NK que doten vectores con capacidad para producir IL-12 e IL-18.
Un estudio reciente reveló que las células NK preactivadas con IL-12, IL-15 y IL-18 suprimieron la enfermedad injerto contra huésped en un modelo múrido de trasplante de células hematopoyéticas coincidentes sin afectar la actividad del injerto contra la leucemia. Estas células NK inhibieron la proliferación de las células T del donante, probablemente al competir por la IL-2 con las células proliferantes T. Por lo tanto, las células NK preactivadas con citocinas pueden ser una gran promesa para la mejora de las terapias actuales contra la leucemia. Por otra parte, los protocolos in vitro de expansión de poblaciones de células NK antes de la infusión en pacientes podrían beneficiarse de los conocimientos obtenidos de los estudios de células NK de memoria. La modificación genética de las células inmunes por receptores de antígenos quiméricos (CAR) dirigidos a la célula inmune de manera directa a las células tumorales es una nueva estrategia terapéutica prometedora en la terapia del cáncer. A este respecto, las células T CAR dieron resultados prometedores, pero plantean problemas de seguridad. Los protocolos de expansión de células NK para su modificación genética posterior por los CARs podrían utilizar las citocinas identificadas para impulsar su expansión durante las infecciones virales. Además, la presencia de citocinas inflamatorias durante la expansión de células NK también podría permitir la competencia subsiguiente para la supervivencia a largo plazo y la función efectora en los pacientes. Por lo tanto, las lecciones aprendidas a partir de la generación y el mantenimiento de las células NK de memoria en modelos de ratón podrían ayudar a fabricar poblaciones de células NK con la mejor expansión in vitro y conducir a tasas eficientes de transducción con los CARs y permitir una potente actividad antitumoral in vivo. Estas células NK podrían ser también modificadas de manera genética para producir citocinas, como la IL-12 y la IL-18, pero se debe tener cuidado para garantizar la seguridad.
Otro uso potencial de los conceptos de las células NK de memoria en la terapia del cáncer se sugiere por el aumento de la citotoxicidad celular dependiente de anticuerpos (ADCC) demostrado por las células NK de adaptación deficientes de FcεRIγ recién descubiertas en los humanos. Un estudio reciente sugiere que se requiere el componente Fc del rituximab, un anticuerpo terapéutico específico para CD20, por el efecto protector a largo plazo de este anticuerpo contra los tumores. Debe evaluarse en estudios futuros si las células NK que expresan el receptor Fc, y posiblemente el subconjunto de células NK deficientes de FcεRIγ, contribuyeron a la protección a largo plazo observada en este estudio.
Conclusiones y perspectivas
Dada la importancia de la memoria inmunológica para proteger contra la enfermedad, es intrigante que las células inmunitarias innatas entran ahora en el escenario. Se empieza a comprender los mecanismos moleculares implicados en la generación y el mantenimiento de las células NK de memoria y su interacción con otras células inmunes. El descubrimiento de la conducta de memoria en las células NK catalizó la investigación para determinar si otras células linfoides innatas identificadas de forma reciente tienen la capacidad de memoria inmunológica. Estos desarrollos recientes proporcionan nuevos conocimientos y oportunidades para manipular las células del sistema inmune innato para aumentar su actividad contra las enfermedades infecciosas y el cáncer.

  • Adelheid Cerwenka
  • Lewis L. Lanier.
  • Centro Regional de Alergia e Inmunología Clínica CRAIC, Hospital Universitario “Dr. José Eleuterio González” UANL, Monterrey, México

    Dra. med. Sandra Nora González Díaz         Jefe y Profesor
    Dr. Carlos Macouzet Sánchez                      Residente 2° Año

    Dra. Alejandra Macías Weinmann                Profesor

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