Estrategia de búsqueda

Se realizó una búsqueda de información en las bases de datos MEDLINE, LILACS y WEB of SCIENCES, con las palabras clave en inglés (sepsis, apoptosis, immunosuppression, infection) y en español (sepsis, apoptosis, inmunosupresión, infección).

Apoptosis en situaciones fisiológicas

Este proceso celular es necesario y normal en el organismo para de eliminar las células que han cumplido su vida útil, pero también para aquellas que representan un potencial daño. Así mismo, se convierte en un proceso patológico cuando el intento de reparación celular fracasa, sobre todo en situaciones de daño irreversible a nivel del ADN o de las proteínas celulares, donde es inevitable la eliminación celular.

Dentro de lo fisiológico podemos nombrar a la apoptosis como protagonista en eventos como 1) el cambio de tejidos en situaciones de embriogénesis; 2) la privación hormonal con la consecuente involución del tejido glandular; 3) la degradación del tejido endometrial durante el ciclo menstrual; 4) la regresión mamaria una vez culminado el periodo de lactancia; 5) la eliminación de poblaciones celulares en proliferación como los epitelios de las criptas intestinales. En cuanto a la inmunidad, el proceso apoptótico se lleva a cabo en los neutrófilos y linfocitos, una vez que han perdido la capacidad de generar señales de supervivencia posterior a una respuesta inflamatoria aguda. La apoptosis también ocurre para la eliminar los linfocitos autorreactivos con la finalidad de limitar la respuesta autoinmune y, por último, el conocido mecanismo de defensa de los linfocitos citotóxicos para destruir células infectadas por virus y células neoplásicas ⁵.

Apoptosis en situaciones patológicas

Las células con alteraciones genéticas, o que han sufrido alguna lesión genética sin oportunidad de reparación, son eliminadas por el proceso de apoptosis mediante reacciones que causan un mínimo daño en el huésped. En ciertas situaciones en las cuales los factores de reparación no pueden remediar el daño, como el uso de fármacos citotóxicos anticancerosos, radiación o producción de radicales libres que pueden dañar el ADN directa o indirectamente, se desencadena la apoptosis si la lesión es leve y si es más severa, ocurre la necrosis. La apoptosis de las células cancerosas es un ejemplo muy claro en el que se basa el mecanismo de acción de algunos agentes quimioterápicos que actúan dañando el ADN.

Otros mecanismos que inducen apoptosis son la acumulación de proteínas mal plegadas por mutaciones genéticas que causan estrés del retículo endoplásmico, la lesión celular causada por infecciones, predominantemente víricas, y la lesión obstructiva de conductos de órganos como riñón, páncreas y glándulas parótidas ⁶.

Mecanismos de la apoptosis

La fisiopatología de la apoptosis se basa en un mecanismo enzimático fundamental que tiene como protagonistas principales a las caspasas. Estas son proteasas de cisteína que median la ruptura de otras proteínas, a nivel del residuo de aspartato. Para que estas enzimas se activen, convergen dos vías, conocidas como la vía mitocondrial y la vía de los receptores de muerte, que pueden interactuar entre ellas, pero son inducidas por distintas condiciones (Figura 1 y Figura 2).

Vía mitocondrial (intrínseca) de la apoptosis

Dentro de las mitocondrias existen diversas proteínas que pueden inducir apoptosis, entre ellas destaca el citocromo c y otras que neutralizan los inhibidores endógenos de la apoptosis. La permeabilidad mitocondrial, que determina la vida o muerte de la célula, está dirigida por un complejo de más de 20 proteínas tanto pro como antiapoptóticas, conocido como Bcl-2 (B-cell lymphoma 2, por sus siglas en inglés). Cuando las células son privadas de factores de crecimiento u otras señales de supervivencia, o están expuestas a injuria en el ADN, o acumulan una gran can- tidad de proteínas mal plegadas, se activan sensores mo- leculares que forman parte de la familia de Bcl-2, conoci- dos como BH3, que se encargan de inhibir a las moléculas antiapoptóticas Bcl-2 y Bcl-xL. Además, activan a dos fac- tores proapoptóticos de la misma familia, conocidos como Bax y Bak, los cuales forman canales que se insertan en la membrana de la mitocondria, y logran que el citocromo c y otras proteínas mitocondriales salgan hacia el citoplasma. De esta manera, la caspasa 9 se activa ⁷. Con ayuda de otras proteínas provenientes de las mitocondrias, ocurre el bloqueo de las actividades de los antagonistas de las caspa- sas, cuyo rol es inhibir de manera fisiológica el proceso de apoptosis. Con toda esta serie de sucesos, el resultado es la activación de la cascada de las caspasas, que culmina en la fragmentación del núcleo celular ^5,8,9 (Figura 1).

Figura 1 Vía mitocondrial de la apoptosis. A. En una célula viable, los miembros anti-apoptóticos de la familia Bcl-2 impiden la salida de las proteínas mitocondriales. B. Distintos estímulos lesivos, activan los sensores citoplásmicos y reducen la producción de estas proteínas antiapoptóticas con aumento de la cantidad de proteínas apoptóticas, lo que se traduce en la extravasación de una serie de proteínas que activan las caspasas: primero las iniciadoras y luego las ejecutoras; estas enzimas condicionan la fragmentación del núcleo y, en último término, de la célula. Tomado de Mitchell R, Kumar V, Abbas A, Aster J. Robbins y Cotran - Patología estructural y funcional. 9a.Barcelona, España: Elsevier; 2017 ⁵  

Vía de los receptores de muerte (extrínseca) de la apoptosis

Esta vía se caracteriza por eliminar los linfocitos autorreactivos y destruir las células diana por los linfocitos citotóxicos. Destacan las moléculas de superficie denominadas receptores de muerte, la mayoría de las cuales son miembros de la familia de receptores del factor de necrosis tumoral (TNF, del inglés tumoral necrosis factor) que incluye el tipo TNF-I y el Fas. Este último, se encuentra unido a su respectivo ligando, el Fas-ligando (FasL), que es una proteína de membrana expresada sobre todo en linfocitos T activados. Cuando estos linfocitos T reconocen dianas que expresan Fas, las moléculas Fas se entrecruzan por FasL, y se juntan a una clase de proteínas adaptadoras para su unión a la caspasa 8. Se ha considerado que esta vía alimenta a la vía intrínseca, de tal manera que resulta letal para la célula. Cabe mencionar que algunas formas virales producen un homólogo de antagonista de las caspasas denominado FLIP, con el que logran mantener vivas a las células infectadas (Figura 2).

Figura 2 Vías y mecanismos implicados en la apoptosis celular. Tomado de Mitchell R, Kumar V, Abbas A, Aster J. Robbins y Cotran. Patología estructural y funcional. 9a. Barcelona, España: Elsevier; 2017 ⁵  

Vía inducida por el estrés del retículo endoplásmico

Es la menos conocida de las vías que activan la muerte celular programada. En esta secuencia, la célula desencadena vías de señalización de proteínas desplegadas en respuesta a la liberación de especies reactivas de oxígeno (ERO) o al estrés del retículo endoplásmico, para hacer frente a dichas condiciones y para monitorear la capacidad de plegamiento de proteínas del retículo endoplásmico. De esta manera, la célula regula varios aspectos claves del metabolismo celular para desarrollar o no la apoptosis ^10,11.

Eliminación de las células apoptóticas

La fosfatidilserina es un fosfolípido ubicado en la cara interna de la membrana plasmática de las células normales. Sin embargo, en las células apoptóticas, este fosfolípido se exterioriza para ser reconocido por macrófagos tisulares, lo que permite, mediante señales de eliminación apoptótica (find-me, eat-me), la fagocitosis de los cuerpos apoptóticos. Como consecuencia de la apoptosis, las células muertas secretan factores solubles que reclutan a los fagocitos. De este modo, las células muertas son eliminadas rápidamente, y se evita que liberen sus contenidos celulares, responsables de procesos inflamatorios ^12,13.

Mecanismos y consecuencias de la apoptosis en la sepsis

Después de la fase inicial de la sepsis, la inmunosupresión se convierte en el resultado de mecanismos apoptóticos que intervienen en la selección de poblaciones de células inmunes, pero también en su pérdida. Su persistencia puede comprometer la respuesta normal del huésped ante antígenos invasores. La apoptosis de estas células ha sido reconocida como un elemento muy importante en la fisiopatología de la sepsis y en sus complicaciones. Por ello, en esta entidad es característico encontrar una función inmune deteriorada por una apoptosis generalizada en los órganos de la inmunidad innata (timo o bazo) y también en células como neutrófilos, macrófagos, células dendríticas y varias grupos de linfocitos ⁴.

Aún no están claras las vías que llevan a cabo este proceso; sin embargo, se cree que ocurre en primera instancia por la muerte de las células dendríticas (CD), células presentadoras de antígenos, lo que desencadena el comienzo y posterior avance de la parálisis inmune, lo cual resulta en un deterioro marcado de la inmunidad innata y de la adaptativa.

En los macrófagos, la acción de la caspasa 8 ocasiona la disminución de citocinas proinflamatorias como la interleucina 6 (IL-6) y el TNF-α, y el huésped entra en un estado de inmunosupresión que, a su vez, activa factores antiinflamatorios como la interleucina 10 (IL-10) y el factor de crecimiento transformante beta (TGF-β), lo que promueve la apoptosis ¹⁴ (Figura 3).

Figura 3 Vías de apoptosis en sepsis. Representación de las vías clásicas de receptores de muerte, mitocondriales y retículo endoplásmico. Se ilustran también los inflamasomas y las vías lisosomales. Tomado de Pinheiro da Silva F, Nizet V. Cell death during sepsis: Integration of disintegration in the inflammatory response to overwhelming infection. Apoptosis. 1 de abril de 2009;14(4):509-21 ³ Apoptosis de células inmunes 

El agotamiento de células inmunes juega un papel crucial en la inmunosupresión inducida por la sepsis. La alteración de la inmunidad del huésped se genera por procesos como la anergia, la reactivación de la infección latente, la susceptibilidad a infecciones secundarias, y el mecanismo más importante: el daño apoptótico directo en células inmunes de la microvasculatura, lo que contribuye a una infección secundaria y a la supresión causante de disfunción multiorgánica refractaria y fatal ^{15,16,17,18,19}. A continuación, se describe el proceso apoptótico de células inmunes (Figura 4).

Figura 4 Alteraciones características de las células inmunes innatas y adaptativas en la sepsis. Tomado de Cao C, Yu M, Chai Y. Pathological alteration and therapeutic implications of sepsis-induced immune cell apoptosis. Cell Death Dis. octubre de 2019;10(10):782 ² Apoptosis de linfocitos T 

Apoptosis de neutrófilos

Los neutrófilos son células inflamatorias de la primera línea de defensa contra los patógenos. Poseen un gran potencial oxidativo y proteolítico, cuya alteración tiene gran impacto en la defensa del huésped. En condiciones fisiológicas, los neutrófilos son granulocitos de corta duración, cuya muerte en 24 horas depende de las caspasas y que expresan moléculas proapoptóticas de la familia Bcl-2, como Bad, Bax, Bid, Bak y Bik ^20,21. Sin embargo, en la etapa inicial de la sepsis, el nivel de neutrófilos aumenta rápidamente debido a su apoptosis tardía; a esto se suma la liberación de neutrófilos inmaduros desde la médula ósea, lo que conduce a inflamación persistente ya un agravamiento orgánico que está influenciado directamente por la infiltración neutrofílica hacia los tejidos. Además, están implicadas proteínas antiapoptóticas como la cinasa dependiente de ciclina, perteneciente a la familia Bcl-2, que regula la expresión de la proteína antiapoptótica Mcl-1, lo que prolonga la vida de los neutrófilos ^22,23.

Apoptosis de macrófagos

Los macrófagos son células clave para iniciar, mantener y resolver los procesos inflamatorios e infecciosos del huésped. En relación a los mecanismos de apoptosis de estas células, se sabe que el proceso de eliminación celular, cuando es excesivo, conduce a la inmunosupresión y, en consecuencia, aumenta el riesgo de infección por gérmenes oportunistas. Muchas vías de señalización celular comandadas por acción de citoquinas promueven o inhiben los procesos inflamatorios y participan en la apoptosis activa dentro del marco de la sepsis. Las evidencias indican que algunas citocinas (como IL-1 o IL-6) provocan inflamación pero inhiben la apoptosis; mientras que otras, como TNF-α y HMGB1 (High Mobility Group B1, por sus siglas en inglés), se caracterizan por ser inductoras del mencionado proceso de eliminación celular ^19,24.

En este contexto los macrófagos pueden realizar dos polarizaciones: M1 (expresión de citocinas inflamatorias) y M2 (expresión de citocinas antiinflamatorias) ²⁵. La apoptosis de macrófagos conduce al desequilibrio de las citocinas pro y antiinflamatorias, lo que resulta en la polarización de macrófagos a un fenotipo M2, la liberación de citoquinas antiinflamatorias predomina como IL-10 e IL-1 receptor antagonista (IL-1ra) y la disminución de las citocinas proinflamatorias, con el efecto subsecuente en la inmunidad del huésped. Un estudio prospectivo encontró que la estimulación con HMGB1 se podría relacionar con la inducción de la apoptosis de los macrófagos peritoneales de ratón, con efecto dosis y tiempo dependiente ^24,26,27, lo que hace de este proceso una de las dianas terapéuticas en la sepsis.

Apoptosis de células dendríticas (CD)

En la respuesta inmune innata y en la adaptativa, las CD son células clave que, al reconocer señales moleculares de peligro, tienen la función de presentar los antígenos a los linfocitos T vírgenes. Una vez que han sido activadas mediante estímulos derivados de procesos de inflamación, las células dendríticas convencionales (cDC) maduran y migran hacia las zonas de linfocitos T en órganos linfoides, donde cumplen su función principal ya mencionada ²⁸. Estas cDC, luego de adquirir su capacidad efectora y de experimentar procesos de diferenciación terminal, mueren por apoptosis.

Como sucede con los macrófagos, se ha observado que la apoptosis de CD también está asociada con la inmunosupresión debida a varias condiciones patológicas e infecciosas. El mecanismo de apoptosis de CD mediante lipopolisacáridos (LPS) está caracterizado por la activación de isoformas c2 y c3 del factor nuclear de las células T activadas (NFAT) mediado por CD14 ²⁸. Se ha descubierto que la exposición de las DC a LPS induce la activación de las quinasas de la familia Src y la fosfolipasa C γ2, una afluencia de calcio extracelular (Ca2+) y translocación nuclear NFAT dependiente de calcineurina ^28,29. Además, hay otros mecanismos moleculares que conducen a la apoptosis de CD después de la activación.

El extenso proceso de la apoptosis mediada por la vía de la caspasa-3 de las CD puede también conducir a la inmunosupresión que se observa en los modelos de sepsis en humanos y en ratones, mientras que su supresión resulta en resistencia a endotoxinas y depresión inmune ^30,31.

Apoptosis de linfocitos B

Los linfocitos B son células de vital importancia para las respuestas inmunes innata y adaptativa. En circunstancias fisiológicas, las células B efectoras activadas podrían diferenciarse en células plasmáticas o células B de memoria, promoviendo la respuesta inmune humoral y actuando como células presentadoras de antígeno que interactúan con las células T cooperadoras. Las funciones de las células B se limitan a producir los anticuerpos y desarrollar células B plasmáticas de memoria ³².

Durante la sepsis, sobre todo en la etapa temprana, la apoptosis deteriora las células B ³³,lo que junto al agotamiento transitorio de células B de memoria (producida por endotoxemia) debilita la inmunidad ³⁴. Existe evidencia basada en la administración de un inhibidor selectivo de la histona desacetilasa 6 que mostró restablecer el porcentaje de linfocitos B además de incrementar el porcentaje de células inmunes innatas y macrófagos ³⁵.

Apoptosis de linfocitos NK

Los linfocitos NK (del inglés, natural killer cells) pertenecen al linaje linfoide; se diferencian de los linfocitos T en que no expresan CD3 en la membrana celular y no sufren el proceso de selección a nivel del timo. Estas células son importantes en la respuesta celular de la inmunidad innata, y participan a través de mecanismos citotóxicos mediados por moléculas preformadas como la perforina y fragmentinas; además, secretan citocinas como interferones tipos I y II. Las células NK cumplen su función por medio de una serie de receptores específicos conocidos como NKR (natural killer receptors). En los humanos, los NKR más estudiados son el CD94 y la familia de la molécula NKG2. Estos receptores reconocen moléculas de clase I del complejo mayor de histocompatibilidad (MHC) en la superficie de las células. La ausencia o baja expresión del MHC de clase I inicia una serie de eventos para activar las células NK que terminan con la lisis de la célula blanco. En condiciones normales, las células NK pueden inducir una respuesta inmune innata rápida y no específica contra bacterias intracelulares, piógenas, hongos, protozoos y virus. La característica más importante en estas células es que su apoptosis acelerada conduce a la disminución de su población circulante ^36,37 en un lapso de varias semanas durante la sepsis ³⁸. Las subpoblaciones de células CD56hi y CD56lo también están alteradas, y se asocian a una mayor mortalidad en pacientes con sepsis ^39,40. Una característica muy importante de la NK es que poseen una función citotóxica, la cual disminuye notablemente ante la apoptosis lo que provoca una inmunosupresión marcada con incremento del riesgo de infección secundaria.

Contrarrestar la pérdida de respuestas inmunes en la sepsis se ha convertido en un objetivo terapéutico potencial para la intervención terapéutica ^41,42. Por ello, la inmunoterapia basada en el bloqueo de PD-1 / ligando de muerte celular programada (PD-L1) se puede emplear durante la inmunosupresión asociada a la sepsis, como consecuencia de la pérdida de la función protectora de las células NK ^43,44.

La función de los linfocitos T es la defensa adaptativa del organismo contra los patógenos invasores y las células neoplásicas, a partir del reconocimiento de los antígenos con un receptor altamente específico expresado en su membrana. Este reconocimiento estimula una serie de eventos que conducen a la activación, diferenciación y proliferación linfocitaria. Los linfocitos activados pueden tener acción efectora o transformarse en linfocitos de memoria, los cuales reaccionan rápidamente contra el antígeno en el caso de reexposición ⁴⁵.

Una gran cantidad de linfocitos T de memoria está en los tejidos de barrera (piel, pulmón, tracto gastrointestinal, peritoneo, tracto reproductivo y médula ósea) ⁴⁶ y tiene la función de proporcionar una respuesta inmediata al reingreso o reactivación de patógenos ⁴⁷. Los pacientes con sepsis muestran una respuesta inmunológica deteriorada que contribuye a la letalidad del trastorno. Varias investigaciones clínicas han demostrado que la apoptosis y la supresión inmune son actores importantes en la fisiopatología de la sepsis y que también están estrechamente entrelazados. El estudio de algunas de las proteínas involucradas en la apoptosis ha intentado explicar este intrincado proceso ⁴⁸.

La apoptosis de los linfocitos T está regulada por una red de vías de señalización que controla la expresión y supresión de moléculas clave ⁴⁹. Según Weber et al. ⁵⁰ , en la vía intrínseca los mecanismos implicados son el aumento en la proteína proapoptótica Bim y una disminución en el nivel de moléculas antiapoptóticas (Bcl-2 y Bcl-xL) en los linfocitos de pacientes con sepsis.

El estudio de Hotchkiss en ratones transgénicos mostró que el la supervivencia aumentó de manera notable debido a la sobreexpresión de Bcl-2 ⁵¹. En la vía extrínseca, el papel de la caspasa 8 es fundamental en la regulación de la apoptosis debido a su función en la actividad de NF-κB. En estudios experimentales con animales, la reducción de la caspasa-8 disminuyó la apoptosis de los linfocitos T y además mostró mejoría en la supervivencia en ratones sépticos. Sin embargo, ninguna de las dos vías ha demostrado ser dominante.

Es así que en el estudio de Hotchkiss, realizado en ratones transgénicos, el aumento de la supervivencia fue notable a través de la sobreexpresión de Bcl-2 ⁵¹. En lo que a la vía extrínseca respecta, el papel de la caspasa 8 es fundamental en la regulación de la apoptosis por su función en la actividad de NF-κB, en estudios experimentales con animales, la disminución de la caspasa-8 disminuyó la apoptosis de los linfocitos T y además mostró mejoría en la supervivencia en ratones sépticos. Sin embargo, ninguna de las dos vías ha demostrado ser dominante.

Entre los mecanismos moleculares por los cuales la apoptosis de los linfocitos continua después de la sepsis, se ha descrito la ruta TRAIL (ligando inductor de la apoptosis relacionado con el TNFα). Gurung et al. (2012) encontraron que la incapacidad de instauración de la hipersensibilidad de tipo retardado durante la sepsis dependía de la supresión inmune activa mediada por TRAIL. En este estudio, la neutralización de esta ruta consiguió regenerar la respuesta de las células T CD8 antígeno-específicas ⁵². En consecuencia, la neutralización de TRAIL ⁵³ podría ser uno de los objetivos terapéuticos potenciales para regular la inmunidad celular, acortar el curso prolongado y disminuir las complicaciones infecciosas a largo plazo que a menudo ocurren en los pacientes sépticos.

Perspectivas clínicas y enfoque traslacional

Detener el agotamiento de células inmunes inducido por apoptosis durante la sepsis es un objetivo terapéutico para trabajos experimentales realizados, en su mayoría, en animales. Las terapias inmunoadyuvantes se han empleado para prevenir la apoptosis linfocitaria mediante sobreexpresión de Bcl-2 y se logró mejorar la supervivencia. De igual manera, IL-7 y anti-PD-L1 tienen efectos potentes para prevenir la apoptosis de linfocitos. En este contexto, la administración de IL-7 es una terapia atractiva en la sepsis, porque bloquea la apoptosis inducida de las células efectoras inmunes y aumenta el IFN-γ, citocina clave para llevar a cabo una respuesta inmune adaptativa eficaz del huésped contra los patógenos invasores ².

Respecto a las moléculas proapoptóticas, se ha sugerido que, en modelos animales, la supresión de Bim puede resultar una estrategia prometedora. Bim es el único componente de la cascada de apoptosis cuya eliminación induce una protección completa contra la muerte celular apoptótica en ratones sépticos ⁵⁴.