Imunologia - Tráfego Leucocitário

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Imunologia: Tráfego Leucocitário
Circulação de Leucócitos e Migração para os
Tecidos:
- Movimento constante e altamente
regulado de seus principais
componentes celulares através do
sangue para os tecidos e,
frequentemente, de volta para o
sangue.
- Esse movimento tem três funções
principais:
- Distribuição de leucócitos da
linhagem mielóide (principalmente
neutrófilos e monócitos) a partir da
circulação para os tecidos, sítios de
infecção ou lesão, onde as células
realizam suas funções protetoras
eliminando patógenos infecciosos,
removendo tecidos mortos e
reparando o dano.
- Distribuição de linfócitos a partir dos
seus locais de maturação (medula
óssea ou timo) para órgãos linfóides
periféricos (secundários), onde as
células reconhecem antígenos,
proliferam e se diferenciam em
linfócitos efetores e de memória.
- Distribuição de linfócitos efetores
dos órgãos linfóides secundários,
onde são produzidos, para sítios de
infecção em qualquer tecido, onde
desempenham suas funções
protetoras.
- A migração de um leucócito para
fora do sangue e em direção a um
tecido em particular, ou para um sítio
de infecção ou lesão, é
frequentemente denominada
homing leucocitário.
- O processo geral de movimento do
leucócito do sangue para os tecidos
é chamado migração ou
recrutamento.
- A habilidade dos linfócitos de
chegarem repetidamente aos órgãos
linfóides secundários, residir
transientemente nesses locais e
retornarem ao sangue é denominada
recirculação.
- O recrutamento de leucócitos e
proteínas plasmáticas do sangue
para os sítios de infecção e de lesão
tecidual é a parte principal do
processo chamado inflamação.
- A inflamação é desencadeada pelo
reconhecimento de microrganismos
e células lesadas ou mortas durante
as respostas imunes inatas, sendo
refinada e prolongada durante as
respostas imunes adaptativas.
- A resposta inflamatória direciona as
células e moléculas de defesa do
hospedeiro para os locais onde os
agentes agressores necessitam ser
combatidos.
- O mesmo processo é responsável
por causar dano tecidual e constitui a
base de muitas doenças importantes.
Visão Geral da Migração:
- O homing e o recrutamento de
leucócitos para os diferentes tecidos
são controlados por alguns princípios
gerais.
- Os linfócitos naive migram de
maneira contínua principalmente
para os tecidos linfóides
secundários, ao passo que os
linfócitos previamente ativados pelo
antígeno, assim como os leucócitos
mieloides, chegam
preferencialmente aos tecidos onde
há infecção ou lesão tecidual.
Linfócitos de memória migram para
os órgãos linfóides, tecidos de
mucosas, pele e outros tecidos.
- O homing e o recrutamento de
leucócitos requer a adesão do
leucócito ao revestimento endotelial
das vênulas pós-capilares, um
processo que envolve moléculas
presentes na superfície tanto dos
leucócitos (moléculas de adesão e
receptores de quimiocinas) quanto
das células endoteliais (moléculas de
adesão e quimiocinas).
- As células endoteliais nos sítios de
infecção e nos tecidos danificados
são ativadas pelas citocinas
secretadas por células sentinelas
teciduais (incluindo as células
dendríticas [DCs], macrófagos e
mastócitos), resultando em
expressão aumentada das moléculas
de adesão e quimiocinas. Como
consequência ocorre um aumento na
adesividade entre as células
endoteliais e os leucócitos mieloides
e linfócitos circulantes previamente
ativados.
- Pelo fato de os microrganismos e
tecidos necróticos induzirem a
expressão de moléculas que
medeiam a adesão
leucócitoendotélio, os leucócitos
efetores migram através do
endotélio, principalmente, quando e
onde são necessários.
O processo básico envolvido na migração
dos leucócitos para os tecidos é o mesmo
para os diferentes tipos de leucócitos
(neutrófilos, monócitos, linfócitos naive e
efetores) que chegam aos distintos tipos de
tecidos (órgãos linfóides secundários,
tecidos infectados), embora as quimiocinas
específicas e as moléculas de adesão
variem de tal forma que isso resulta em
diferentes sítios de migração para diferentes
tipos celulares.
Moléculas de Adesão nos Leucócitos e nas
Células Endoteliais Envolvidas no
Recrutamento de Leucócitos:
- A adesão de leucócitos circulantes
às células endoteliais vasculares é
mediada por duas classes de
moléculas, denominadas selectinas e
integrinas, e seus ligantes.
- A expressão dessas moléculas varia
entre os diferentes tipos de
leucócitos e em vasos sanguíneos
de diferentes localizações.
Selectinas e Ligantes de Selectinas:
- As selectinas são moléculas de
adesão ligantes de carboidratos da
membrana plasmática que medeiam
um passo inicial de adesão de baixa
afinidade dos leucócitos circulantes
às células endoteliais que recobrem
as vênulas pós-capilares.
- Os domínios extracelulares das
selectinas são similares às lectinas
tipo C, assim chamadas porque ligam
estruturas de carboidratos (o que
caracteriza a definição das lectinas)
de maneira cálcio-dependente.
- As selectinas e seus ligantes são
expressos nos leucócitos e células
endoteliais.
- As células endoteliais expressam
dois tipos de selectinas,
denominadas P-selectina (CD62P) e
E-selectina (CD62E).
- A P-selectina, assim chamada
porque foi primeiro encontrada em
plaquetas, é armazenada nos
grânulos citoplasmáticos das células
endoteliais, sendo rapidamente
redistribuída para a superfície luminal
em resposta à histamina dos
mastócitos e da trombina gerada
durante a coagulação sanguínea.
- A E-selectina é sintetizada e
expressa na superfície da célula
endotelial, dentro de 1 a 2 horas, em
resposta às citocinas interleucina-1
(IL-1) e fator de necrose tumoral
(TNF), as quais são produzidas por
células sentinelas teciduais (DCs e
macrófagos) em resposta à infecção.
- Produtos microbianos, tais como
lipopolissacarídeo (LPS), também
estimulam a expressão da
E-selectina nas células endoteliais.
- Os ligantes presentes nos leucócitos
que se ligam a E-selectina e
P-selectina das células endoteliais
são carboidratos complexos
sialilados e relacionados à família
das moléculas do grupo sanguíneo
Lewis X ou Lewis A.
- Essas estruturas químicas estão
presentes em várias glicoproteínas
da superfície de granulócitos,
monócitos e algumas células T
efetoras previamente ativadas e de
memória.
- Uma terceira selectina, denominada
L-selectina (CD62L), é expressa em
leucócitos e não em células
endoteliais.
- Os ligantes para L-selectinas são
sialomucinas nas células endoteliais,
cuja expressão é aumentada pela
ativação das células pelas citocinas.
- O principal determinante de
reconhecimento que a L-selectina
liga nessas sialomucinas é o sialil
6-sulfo Lewis X.
- A L-selectina dos neutrófilos
promove a adesão destas células às
células endoteliais que são ativadas
por IL-1, TNF e outras citocinas
inflamatórias.
- Na imunidade adaptativa, a
L--selectina é necessária para a
entrada dos linfócitos T e B naive
nos linfonodos através de vasos
sanguíneos especializados,
chamados vênulas de endotélio alto
(HEV, do inglês, high endothelial
venules).
- Os ligantes de sialomucinas nas
HEVs que se ligam à L-selectina nos
linfócitos naive são coletivamente
denominados adressinas de nodo
periférico (PNAd, do inglês,
peripheral node addressin).
- Os leucócitos expressam L-selectina
e os carboidratos ligantes de P-
selectina e E-selectina nas
extremidades de seus microvilos,
facilitando as interações com
moléculas presentes na superfície da
célula endotelial.
Integrinas e Ligantes de Integrinas:
- As integrinas são proteínas de
superfície celular que medeiam a
adesão entre células ou entre células
e matriz extracelular, por meio de
interações específicas de ligação a
vários ligantes.
- O nome integrina dado a essa família
de proteínas deriva da ideia de que
essas proteínas integram sinais
disparados por ligantes
extracelulares com motilidade
dependente de citoesqueleto,
mudança de forma e respostas
fagocíticas.
- No sistema imune, duas importantes
integrinas expressas nos leucócitos
são o antígeno 1 associado à função
do leucócito (LFA-1, do inglês,
leukocyte function-associatedantigen 1) e o antígeno 4 muito tardio
(VLA-4, do inglês, very late antigen
4).
- Um importante ligante de LFA-1 é a
molécula de adesão intercelular 1
(ICAM-1, do inglês, intercelular
adhesion molecule 1, ou CD54), uma
glicoproteína de membrana expressa
nas células endoteliais ativadas por
citocinas e em uma variedade de
outros tipos celulares, incluindo
linfócitos, DCs, macrófagos,
fibroblastos e a maioria das células
epiteliais.
- A porção extracelular da ICAM-1 é
composta de domínios globulares,
denominados domínios de
imunoglobulinas (Ig), os quais
compartilham homologia de
sequência e características
estruturais com domínios
encontrados nas moléculas de Ig.
- A ligação de LFA-1 à ICAM-1 é
importante para as interações
leucócito-endotélio e interações das
células T com células
apresentadoras de antígenos.
- Dois outros ligantes para LFA-1 da
superfamília de Ig são a ICAM-2,
expressa nas células endoteliais, e a
ICAM-3, expressa nos linfócitos.
- VLA-4 se liga à molécula de adesão
celular vascular 1 (VCAM-1, do inglês,
vascular cell adhesion molecule 1, ou
CD106), uma proteína da superfamília
de Ig expressa nas células
endoteliais ativadas por citocina em
alguns tecidos.
- Outras integrinas também têm papel
nas respostas imunes inata e
adaptativa.
- As integrinas aumentam rapidamente
a afinidade pelos seus ligantes em
resposta a sinais intracelulares, os
quais são induzidos em todos os
leucócitos em resposta à ligação da
quimiocina ao receptor de
quimiocina e em células T pela
ligação do antígeno aos receptores
antigênicos.
- O processo pelo qual os sinais
intracelulares, gerados em resposta
às quimiocinas ou ao antígeno,
alteram as funções de ligação do
domínio extracelular das integrinas é
chamado de “sinal de dentro para
fora”.
Ativação das integrinas:
- As integrinas nos leucócitos
sanguíneos normalmente
encontram-se em um estado de
baixa afinidade.
- Se um leucócito se aproxima das
células endoteliais, como ocorre
durante o rolamento de leucócitos
dependente de selectina, as
quimiocinas expostas na superfície
endotelial podem se ligar aos
receptores de quimiocinas no
leucócito.
- A sinalização pelo receptor de
quimiocina ocorre, ativando as
integrinas do leucócito e
aumentando da sua afinidade pelos
seus ligantes presentes nas células
endoteliais.
- Os diagramas de fitas mostram as
conformações dobrada e estendida
de uma integrina leucocitária,
correspondendo aos estados de
baixa e alta afinidade,
respectivamente. ICAM-1 molécula
de adesão intercelular 1.
As quimiocinas também induzem o
agrupamento das integrinas na superfície
dos leucócitos. Isso resulta em uma maior
concentração local de integrinas nos sítios
de interação com as células endoteliais,
onde as quimiocinas são expostas, levando
ao aumento total da força (ou avidez) das
ligações dos leucócitos ao endotélio
mediado pelas integrinas.
Quimiocinas e Receptores de Quimiocinas:
- As quimiocinas são uma grande
família de citocinas estruturalmente
homólogas que estimulam o
movimento dos leucócitos e regulam
a migração dos leucócitos do sangue
para os tecidos.
- O nome quimiocina é uma contração
de citocina quimiotática.
- Em muitas células, a secreção das
quimiocinas é induzida pelo
reconhecimento dos microrganismos
por meio de vários receptores
celulares do sistema imune inato.
- Além disso, as citocinas
inflamatórias, incluindo TNF, IL-1 e
IL-17, induzem a produção de
quimiocinas.
- Os receptores para quimiocinas
pertencem à superfamília de
receptores acoplados à proteína
ligadora de trifosfato de guanosina
(proteína G) de sete alças
transmembrana, (GPCR, do inglês,
guanosine triphosphatebinding
protein-coupled receptor).
- As proteínas G estimulam a
sinalização de eventos que resultam
em modificações no citoesqueleto e
na polimerização dos filamentos de
actina e de miosina, resultando em
aumento da motilidade celular. Esses
sinais também alteram a
conformação das integrinas da
superfície celular e aumentam a
afinidade das integrinas por seus
ligantes.
- Diferentes combinações de
receptores de quimiocinas são
expressas em diferentes tipos de
leucócitos, os quais medeiam
padrões distintos de migração dos
leucócitos.
Ações Biológicas das Quimiocinas:
- Algumas quimiocinas são produzidas
pelas células em resposta a
estímulos externos e estão
envolvidas em reações inflamatórias.
Outras quimiocinas são produzidas
constitutivamente nos tecidos e
mantêm a distribuição de células
nesses tecidos, tal como a
localização das células T e B nos
órgãos linfóides.
- Nas reações inflamatórias, as
quimiocinas atuam no recrutamento
de leucócitos circulantes dos vasos
sanguíneos para os sítios
extravasculares.
- Diferentes grupos de quimiocinas se
ligam aos receptores de quimiocinas
presentes em diferentes tipos
celulares e, em conjunto com os
tipos de moléculas de adesão
expressos, controlam a natureza do
infiltrado inflamatório.
As quimiocinas têm dois papéis na
inflamação:
- Aumentar a adesão dos leucócitos
ao endotélio: As quimiocinas
produzidas nos tecidos se ligam a
proteoglicanas de heparan sulfato
nas células endoteliais que revestem
as vênulas pós-capilares. As
quimiocinas ligadas às
proteoglicanas são, dessa forma,
exibidas aos leucócitos circulantes
ligados às superfícies endoteliais por
meio de interações com moléculas
de adesão. Essa exposição do
endotélio proporciona uma alta
concentração local de quimiocinas,
possibilitando que estas se liguem
aos receptores de quimiocinas nos
leucócitos. Os sinais dos receptores
de quimiocinas levam ao aumento da
afinidade da integrina resultando na
firme adesão do leucócito, um passo
fundamental para a migração dos
leucócitos para fora dos vasos
sanguíneos em direção ao tecido
extravascular.
- Migração dos leucócitos através
dos vasos e em direção ao sítio de
infecção ou de tecido danificado: As
quimiocinas produzidas nos tecidos
extravasculares atuam nos leucócitos
que aderiram ao endotélio e saíram
da circulação. As quimiocinas
estimulam o movimento dos
leucócitos ao longo de um gradiente
de concentração da proteína
secretada em direção à sua fonte,
um processo denominado
quimiotaxia (ou quimioatração).
Assim, os leucócitos migram em
direção às células infectadas e
lesadas nos tecidos, onde as
quimiocinas são produzidas.
As quimiocinas estão envolvidas no
desenvolvimento dos órgãos linfóides e
regulam o tráfego dos linfócitos e outros
leucócitos através das diferentes regiões
dos órgãos linfóides secundários. Como
essas quimiocinas são expressas
constitutivamente e mantêm a arquitetura
normal do tecido, são referidas como
homeostáticas.
As quimiocinas são necessárias para a
migração das DCs dos sítios de infecção
para os linfonodos drenantes. As DCs são
ativadas pelos microrganismos nos tecidos
periféricos e, então, migram para os
linfonodos para informar aos linfócitos T
sobre a presença da infecção.
Interações Leucócito-endotélio e
Recrutamento de Leucócitos para os
Tecidos:
- O recrutamento de leucócitos do
sangue para os tecidos requer a
adesão dos leucócitos ao
revestimento endotelial das vênulas
pós-capilares e, consequentemente,
o movimento através do endotélio e
da parede do vaso para o tecido
extravascular.
- Rolamento de leucócitos sobre o
endotélio mediado por selectina:
Macrófagos, DCs e outras células
que encontram microrganismos nos
tecidos extravasculares são ativadas
para secretar citocinas, incluindo
TNF e IL-1. Essas citocinas estimulam
a expressão de E-selectina pelas
células endoteliais que revestem as
vênulas pós-capilares. As células
endoteliais também expressam
P-selectina em resposta à histamina,
liberada pelos mastócitos ativados
por microrganismos, e em resposta à
trombina, produzida durante a
coagulação sanguínea que
normalmente ocorre em reações
inflamatórias.
- Nos sítios de inflamação, os vasos
sanguíneos se dilatam, e o fluxo
sanguíneo fica mais lento. Como
resultado, os leucócitos, que são
maiores do que as hemácias, tendem
a se mover para fora do eixo axial
central do fluxo sanguíneo e mais
próximos do revestimentodo vaso,
um processo conhecido como
marginação. Isso permite que os
ligantes para E- e P-selectinas
expressos nos microvilos dos
leucócitos se liguem às selectinas
induzidas nas células endoteliais.
- Como resultado, os leucócitos são
empurrados em um movimento de
rolamento ao longo da superfície
endotelial, onde as ligações entre
selectina e seu ligante são
repetidamente formadas e
quebradas.
- Essa desaceleração do movimento
dos leucócitos sobre o endotélio
permite que o próximo conjunto de
estímulos, de um processo de
múltiplos passos, atue sobre os
leucócitos.
- Aumento na afinidade das
integrinas mediada pelas
quimiocinas: As quimiocinas
expostas nas células endoteliais das
vênulas pós-capilares no sítio de
uma infecção se ligam aos seus
receptores nos leucócitos em
rolamento.
- Retenção estável dos leucócitos ao
endotélio mediada pelas integrinas:
Em paralelo à ativação das
integrinas, a expressão de seus
ligantes nas células endoteliais é
regulada positivamente por citocinas
inflamatórias e produtos
microbianos. Os leucócitos se ligam
firmemente ao endotélio, seu
citoesqueleto é reorganizado e eles
se espalham para fora da superfície
endotelial.
- Transmigração de leucócitos
através do endotélio: Os leucócitos
geralmente transmigram por entre as
bordas das células endoteliais,
processo chamado de transmigração
paracelular ou diapedese, para
alcançar os tecidos extravasculares.
Migração de neutrófilos e monócitos para
sítios de infecção ou de lesão tecidual:
- Após a maturação na medula óssea,
neutrófilos e monócitos entram no
sangue e circulam por todo o corpo.
- Embora essas células possam
realizar algumas funções fagocíticas
no sangue, suas principais funções,
incluindo a fagocitose e a destruição
dos microrganismos e de células
teciduais mortas, ocorrem em sítios
extravasculares de infecção,
praticamente em qualquer parte do
corpo.
- Neutrófilos e monócitos sanguíneos
são recrutados para os sítios
teciduais de infecção e lesão por um
processo de múltiplos passos
dependente de selectinas, integrinas
e quimiocinas.
- Os neutrófilos são o primeiro tipo de
leucócito recrutado do sangue para
o sítio de infecção ou lesão tecidual.
- O recrutamento de monócitos ocorre
horas depois e continua,
provavelmente por dias, após a
parada no recrutamento dos
neutrófilos.
Migração e Recirculação de Linfócitos T:
- Quando as células T naive maduras
emergem do timo e entram no
sangue, chegam aos linfonodos, ao
baço ou aos tecidos linfóides das
mucosas e migram para as zonas de
células T desses tecidos linfóides
secundários.
- Se a célula T não reconhecer o
antígeno nesses locais, permanece
em um estado naive e deixa os
nodos ou o tecido de mucosa
através dos linfáticos, sendo
eventualmente drenada de volta
para a corrente sanguínea.
- Uma vez de volta ao sangue, a célula
T naive repete seu ciclo, passando
pelos tecidos linfóides secundários.
- Esse padrão no tráfego dos linfócitos
naive, chamado recirculação de
linfócitos, maximiza as chances do
pequeno número de linfócitos naive,
que são específicos para um
antígeno estranho em particular,
encontrar esse antígeno se ele surgir
em qualquer parte do corpo.
- Os linfócitos que reconhecerem e se
tornarem ativados pelo antígeno
dentro dos tecidos linfóides
secundários proliferam e se
diferenciam para produzir milhares
de células efetoras e de memória.
- Os linfócitos efetores e de memória
podem voltar para a corrente
sanguínea e, então, migrar para os
sítios de infecção ou inflamação em
tecidos não linfóides.
A existência de diferentes padrões de
homing garante que diferentes
subpopulações de linfócitos sejam
distribuídos para os microambientes
teciduais onde são necessários para
combater diferentes tipos de
microrganismos, e não sejam desperdiçados
em locais onde não teriam propósito algum.
Migração de Células T Naive para os
Linfonodos:
- O homing das células T naive para
os linfonodos e tecidos linfóides
associados à mucosa ocorre através
de vênulas pós-capilares de
endotélio alto especializadas que
estão localizadas nas zonas de
células T.
- A migração da célula T naive para
fora do sangue através das HEVs em
direção ao parênquima dos
linfonodos envolve as moléculas de
adesão L-selectina e LFA-1, assim
como o receptor de quimiocina
CCR7.
Os linfócitos T naive chegam aos linfonodos
em consequência da ligação da L-selectina à
PNAd das HEVs, a qual está presente
somente nos órgãos linfóides secundários e
exposta na superfície da vênula de
endotélio alto como resultado da ligação
das quimiocinas (CCL19 e CCL21).
Os linfócitos T ativados, incluindo as células
efetoras, chegam aos sítios de infecção nos
tecidos periféricos e esta migração é
mediada por E-selectina e P-selectina,
integrinas e quimiocinas que são produzidas
nos sítios de infecção.
Quimiocinas e receptores de quimiocinas
adicionais, além dos mostrados, estão
envolvidos na migração da célula T
efetora/memória.
Referência:
ABBAS A.K.; LICHTMAN A.H.; PILLAI S.;
Imunologia Celular e Molecular. 9ª ed.
Guanabara Koogan. 2019.