Els fagòcits són cèl·lules[a] presents en la sang i altres teixits animals capaços de captar microorganismes i restes cel·lulars (en general, tota classe de partícules inútils o nocives per a l'organisme) i introduir-los en el seu interior amb la finalitat d'eliminar-los, en un procés conegut com fagocitosis. El seu nom procedeix del grec phagein, menjar, i el sufix -cito procedent del terme kutos, cèl·lula.[1] Existeixen molts tipus de cèl·lules capaces d'efectuar la fagocitosis; les cèl·lules del sistema immune que la realitzen són de vital importància en la defensa de l'organisme contra les infeccions.[2] Estan presents en tots els animals[3] i es troben molt desenvolupats en els vertebrats.[4] Un litre de sang humana conté al voltant de sis mil milions d'aquestes cèl·lules.[5] Van ser descoberts en 1882 en larves d'estels de mar per Ilya Ilyich Mechnikov.[6] A causa d'aquest treball, Mechnikov va ser guardonat amb el Premi Nobel en Fisiologia o Medicina en 1908.[7] També es troben presents en espècies no animals; de fet, algunes amebes posseeixen un comportament similar als macròfags (un tipus de fagòcits), la qual cosa suggereix que van aparèixer en una fase primerenca de l'evolució .[8]
En sentit genèric, sol cridar-se «fagòcits» a les cèl·lules del sistema immune amb capacitat fagocítica (com els macròfags). Sent més precisos, no tots els fagòcits són glòbuls blancs o cèl·lules immunitàries: en humans i altres animals es classifiquen en «professionals» i «no professionals», depenent de la seva efectivitat i de si posseeixen funcions diferents a la fagocitosis.[9] Els fagòcits professionals inclouen als neutrófilos, monòcits, macròfags, cèl·lules dendríticas i mastòcits; els fagòcits no professionals inclouen elements molt nombrosos en el cos humà i diferents als leucòcits, com les cèl·lules epitelials, endoteliales, fibroblastos i cèl·lules del mesènquima.[10] La diferència fonamental entre els dos tipus és que els professionals posseeixen receptors cel·lulars en la seva superfície que són capaces de distingir entre substàncies pròpies i alienes al cos.[11] Aquesta especificitat és la base del reconeixement del propi enfront de l'aliè, i sustenta la defensa contra les infeccions intervinguda pel sistema immune i el remodelat dels teixits sans (retirant les cèl·lules mortes o no funcionals).[12]
Durant les infeccions, els fagòcits professionals són atrets a la zona envaïda per patògens mitjançant senyals químics procedents dels bacteris o d'altres fagòcits que es troben presents prèviament. L'atracció, denominada quimiotaxis, es deu al fet que els receptors cel·lulars presents en la superfície del fagòcit uneixen certes substàncies dels patògens, la qual cosa els permet reconèixer-los i fagocitarlos.[13] Alguns fagòcits destrueixen als patògens mitjançant espècies reactives de l'oxigen i òxid nítric.[14] Després de la fagocitosis, els macròfags i les cèl·lules dendríticas són capaces de participar en la presentació d'antigen (la manipulació de part de les partícules que han fagocitado a fi d'exposar-les en la seva superfície per a altres cèl·lules del sistema immune les reconeguin i s'activin). Aquestes parts són «presentades» a altres cèl·lules immunes; alguns d'aquests macròfags i cèl·lules dendríticas es desplacen a un nòdul limfàtic per efectuar la presentació a un elevat nombre de cèl·lules. Aquest procés és de vital importància per generar immunitat. [15] No obstant això, alguns patògens han desenvolupat estratègies per evadir aquesta resposta.[2]
Contingut |
El zoòleg rus Ilya Ilyich Mechnikov (1845-1916) va descriure per primera vegada que unes cèl·lules especialitzades estaven implicades en la defensa contra infeccions microbianes. En 1882, estudiava cèl·lules motiles (de moviment lliure) en les larves d'estels de mar amb la sospita que intervenien en la immunitat cel·lular. A fi de provar la seva hipòtesi, va inserir espines de mandarino a les larves. Després d'unes hores, va observar que les cèl·lules motiles havien envoltat les pues.[16] Mechnikov va viatjar a Viena i va compartir els seus resultats amb Carl Friedrich Claus, qui va suggerir el nom «fagòcit» per a aquestes cèl·lules.[17]
Un any més tard, Mechnikov va estudiar un crustaci d'aigua dolça denominat Daphnia, un minúscul animal transparent que es podia examinar directament al microscopi. Va descobrir que les espores fúngiques que atacaven a l'animal eren destruïdes pels fagòcits. Va continuar les seves observacions amb els leucòcits dels mamífers i va descobrir que el bacteri Bacillus anthracis podia ser absorbida i destruïda per aquestes cèl·lules en un procés que va batejar com «fagocitosis».[18] Va proposar així que els fagòcits servien per a la defensa contra organismes invasors.
En 1903, Almroth Wright va descobrir que la fagocitosis era reforçada per anticossos específics que va denominar opsoninas, del grec opson, condiment.[19] Mechnikov va ser guardonat juntament amb Paul Ehrlich amb el Premi Nobel de Fisiologia o Medicina en 1908 pels seus treballs sobre els fagòcits i la fagocitosis.[7]
Tot i que la importància d'aquests descobriments va ser acceptada a principis del segle XX, les complicades relacions entre els fagòcits i la resta de components del sistema immunitari no serien conegudes fins a la dècada de 1980.[20]
| Error en crear miniatura: |
La fagocitosis és el procés de captura de partícules a l'interior d'una cèl·lula, ja siguin bacteris, paràsits, cèl·lules apoptóticas; en definitiva, tota classe de partícula estranya.[21] Involucra a diversos processos moleculars.[22] Es produeix quan aquests elements s'uneixen a receptors de la superfície del fagòcit, canviant la seva estructura tridimensional i induint la inclusió de la partícula a l'interior de la cèl·lula. En el cas dels neutrófilos humans, la fagocitosis de bacteris es produeix de mitjana en nou minuts.[23] Cada cèl·lula fagocítica posseeix un compartiment cel·lular denominat fagosoma (en el qual s'emmagatzema la partícula a eliminar) la destinació cel·lular de la qual és la fusió amb un lisosoma o grànul per formar un fagolisosoma; en el cas dels neutrófilos humans, la fusió succeeix en un minut. L'orgànul generat posseeix una bateria de mètodes enzimàtics que produeix gairebé en tots els casos la mort de l'element fagocitado en qüestió de minuts.[23] Les cèl·lules dendríticas i els macròfags no són tan efectius com els neutrófilos i poden perllongar el procés fins a diverses hores. Els macròfags són lents i, freqüentment, expulsen el material a mitjà digerir al mitjà circumdant; aquesta emissió atreu (recluta) a més fagòcits.[24] Els elements fagocitados són molt diversos: algunes tècniques científiques consisteixen en la inducció de fagocitosis de fins i tot limaduras de ferro (d'aquesta manera i emprant un imant és possible separar els fagòcits actius de la resta de cèl·lules i altres materials).[25]
| Error en crear miniatura: |
Cada fagòcit posseeix diversos tipus de receptors en la seva superfície que reconeixen les partícules a fagocitar i que desencadenen el procés de fagocitosis.[2] Entre ells es troben les opsoninas, receptors tipus Scavenger i receptors de tipus Toll (TLRs). Les opsoninas activen la fagocitosis de bacteris recoberts d'Ig G o mitjançant proteïnes del complement (les quals s'activen mitjançant una cascada enzimàtica que afavoreixen la destrucció d'elements estranys en la sang[26] ). Els receptors tipus Scavenger reconeixen una gran diversitat de molècules de la superfície bacteriana. Els receptors de tipus Toll indueixen la resposta inflamatoria a més de la fagocitosis; el seu nom deriva dels receptors tipus Toll de Drosophila melanogaster, amb els qui guarden certa homologia.[2]
La funció dels fagòcits és destruir microbis o cèl·lules danyades;[27] el procés pot realitzar-se intra o extracelularmente.
Quan un fagòcit actua sobre un cos estrany, com un bacteri, el seu consum d'oxigen augmenta. L'increment en consum d'oxigen rep el nom d'esclat oxidativo, i produeix espècies reactives de l'oxigen amb efectes antimicrobianos.[28] Els compostos d'oxigen són tòxics tant per al patogen com per a la pròpia cèl·lula, per la qual cosa es retenen en compartiments intracel·lulars. Aquest mètode de destruir microbis invasors mitjançant l'ús de molècules portadores d'espècies reactives d'oxigen rep el nom de destrucció intracel·lular dependent d'oxigen. Aquest mecanisme es classifica en dos tipus.[14]
Els fagòcits també poden matar microbis mitjançant quatre mètodes independents d'oxigen, però de forma més ineficient. El primer utilitza proteïnes amb càrrega elèctrica que danyen la membrana bacteriana. El segon utilitza lisozimas; aquests enzims destrueixen la paret cel·lular bacteriana. El tercer utilitza lactoferrinas presents en els grànuls dels neutrófilos, que extreuen el ferro del mitjà, metall que és essencial per als bacteris.[32] El quart tipus utilitza proteasas i enzims hidrolítics, que actuen digerint les proteïnes de bacteris destruïts.[33]
L'interferón gamma (antigament denominat factor activador de macròfags) és un promotor de la producció d'òxid nítric per part dels macròfags. La font de la substància pot ser limfòcits T CD4+, limfòcits T CD8+, cèl·lules NK, limfòcits B, limfòcits TNK, monòcits, macròfags o cèl·lules dendríticas.[34] L'òxid nítric és alliberat pel macròfag i, a causa de la seva toxicitat, mata als microbis situats prop del macròfag.[2] Els macròfags activats produeixen i secretan factors de necrosis tumoral. Aquesta citoquina (un tipus de molècula senyalitzadora[35] ) mata les cèl·lules tumorals i a les infectades per virus, i ajuda a activar a la resta de cèl·lules del sistema immunitari.[36]
En algunes malalties, com per exemple la rara malaltia granulomatosa crònica, l'eficiència dels fagòcits queda afectada i les infeccions bacterianes recurrents es converteixen en un problema.[37] En aquesta malaltia, hi ha una anomalia que afecta diferents elements de la destrucció depenent d'oxigen. Altres defectes congènits rars, com per exemple la síndrome de Chediak-Higashi, també estan associats amb una destrucció defectuosa dels microbis fagocitados.[38]
Els virus només poden reproduir-se a l'interior de les cèl·lules, i accedeixen a elles utilitzant molts dels receptors implicats en la immunitat. Una vegada en el seu interior, utilitzen la maquinària biològica de la cèl·lula per a les seves pròpies finalitats, obligant-la a crear centenars de còpies idèntiques d'ells mateixos. Tot i que els fagòcits i altres components del sistema immunitari innat poden controlar els virus fins a un cert punt, una vegada que han penetrat dins d'una cèl·lula, la resposta immunitària adaptativa, i més concretament els limfòcits, són més importants en la defensa.[39] En els llocs d'infecció vírica, els limfòcits sovint són molt més nombrosos que la resta de cèl·lules immunitàries; així succeeix en la meningitis vírica.[40] Els fagòcits eliminen a les cèl·lules infectades per virus.[41]
En els éssers vius, es produeix una mort contínua de cèl·lules, que es reemplacen per unes altres. L'equilibri entre la divisió cel·lular i la mort cel·lular fa que el nombre de cèl·lules romangui relativament constant en els adults.[12] Les cèl·lules poden morir de dues maneres diferents: per necrosis o per apoptosis. A diferència de la necrosis, que sovint és el resultat de malaltia o trauma, l'apoptosis (o mort cel·lular programada) és una funció normal de les cèl·lules. El cos ha de desfer-se de milions de cèl·lules mortes o moribundes cada dia, i els fagòcits tenen un paper crucial en aquest procés, eliminant les seves restes.[42]
Les cèl·lules moribundes que es troben en la fase final de l'apoptosis [43] presenten molècules en la seva superfície que atreuen als fagòcits, com per exemple la fosfatidilserina.[44] La fosfatidilserina es troba normalment en la superfície citosólica de la membrana plasmática, però durant l'apoptosis realitza un moviment que la situa en la cara externa; aquest procés està catalizado per una proteïna hipotètica denominada escramblasa.[45] Aquests lípids senyalitzen la cèl·lula com a diana per a les cèl·lules dotades dels receptors apropiats, com per exemple els macròfags.[46] L'eliminació de cèl·lules moribundes mitjançant els fagòcits es produeix de manera ordenada, sense provocar una resposta inflamatoria, i és per tant una de les funcions clau d'aquestes cèl·lules.[47]
Els fagòcits no es troben en un òrgan en concret, sinó que es mouen pel cos, interaccionant amb altres cèl·lules (fagòcits o no) del sistema immunitari. Poden comunicar-se amb altres cèl·lules produint substàncies químiques denominades citoquinas, que atreuen a altres fagòcits al lloc d'infecció o estimulen als limfòcits no activats.[48] Els fagòcits formen part del sistema immunitari innat de tots els animals, incloent els humans. La immunitat innata és molt eficient, però no específica, ja que no discrimina entre els diferents tipus d'invasors.[49] El sistema immunitari adaptatiu depèn dels limfòcits, que no són fagòcits, però que produeixen proteïnes protectores denominades anticossos, que marquen als invasors per ser destruïts i eviten que els virus infectin cèl·lules.[50] Els fagòcits, i en concret les cèl·lules dendríticas i els macròfags, estimulen la producció dels anticossos per part dels limfòcits mitjançant un procés denominat presentació d'antigen .[51]
La presentació d'antigen és un procés en el qual alguns fagòcits redirigeixen parts del material fagocitado a la seva superfície cel·lular i ho «presenten» a altres cèl·lules del sistema immunitari.[52] Existeixen dues cèl·lules presentadores d'antigen «professionals»: els macròfags i les cèl·lules dendríticas.[53] Després de la seva inclusió en el fagòcit, les proteïnes no pròpies (els antígens) són degradats en péptidos a l'interior de les cèl·lules dendríticas i els macròfags. Aquests péptidos s'uneixen a les glicoproteïnes del complex major d'histocompatibilidad (MHC) de la cèl·lula, que els exposen en la superfície dels fagòcits, on poden ser «presentats» als limfòcits.[15] Els macròfags madurs no s'allunyen massa del lloc d'infecció, però les cèl·lules dendríticas poden arribar als nòduls limfàtics, on hi ha milions de limfòcits.[54] Això millora la immunitat, ja que els limfòcits responen allí als antígens presentats per les cèl·lules dendríticas igual que ho farien en el lloc de la infecció original.[55] Així i tot, les cèl·lules dendríticas no col·laboren sempre amb els limfòcits, i poden destruir-los si és necessari, per protegir el cos. Això ocorre en un procés denominat tolerància.[56]
Les cèl·lules dendríticas també promouen la tolerància immunitària,[57] que impedeix que el cos s'ataqui a si mateix. El primer tipus de tolerància és la tolerància central: quan els limfòcits T abandonen l'estafa per primera vegada, les cèl·lules dendríticas destrueixen els limfòcits T portadors d'antígens que podrien fer que el sistema immunitari es danyés a si mateix (això és, que confongués el «propi» amb el «aliè»). El segon tipus de tolerància immunitària és la tolerància perifèrica. Alguns limfòcits T portadors d'antígens que fan que ataquin molècules «pròpies» esquiven el primer procés de tolerància, alguns limfòcits T desenvolupen antígens que ataquen al «propi» més endavant, i alguns antígens que ataquen al «propi» no es troben a l'estafa; per aquesta raó, les cèl·lules dendríticas limiten l'activitat dels limfòcits T que ataquen el «propi» en l'exterior de l'estafa; això es fa o ben destruint-los o ben buscant l'ajuda de limfòcits T reguladors per desactivar les activitats dels limfòcits T perniciosos.[58] Quan la tolerància immunitària falla poden aparèixer malalties autoinmunes.[59] D'altra banda, una tolerància excessiva permet que certes infeccions, com en alguns casos d'infecció per HIV, passin desapercebudes.[58]
Els fagòcits dels humans i de la resta de vertebrats mandibulados es divideixen en grups «professionals» i «no professionals» segons l'eficiència de fagocitosis.[9] Els fagòcits professionals són els monòcits, els macròfags, els neutrófilos, les cèl·lules dendríticas dels teixits i els mastòcits.[10] Un litre de sang humana conté uns 6.000 milions de fagòcits.[5]
| Distribució dels fagòcits professionals[60] | |
|---|---|
| Situació majoritària | Fenotips |
| Sang | neutrófilos, monòcits |
| Medul·la òssia | macròfags, monòcits cèl·lules sinusoïdals, |
| Teixit ossi | osteoclastos |
| Intestí i plaques de Peyer | macròfags |
| Teixit conectivo | histiòcits, macròfags, monòcits, cèl·lules dendríticas |
| Fetge | cèl·lules de Kupffer, monòcits |
| Pulmó | macròfags autorreplicativos, monòcits, mastòcits, cèl·lules dendríticas |
| Sistema limfàtic | macròfags i monòcits mòbils i estàtics; cèl·lules dendríticas |
| Sistema nerviós | microglía CD4+ |
| Melsa | macròfags i monòcits mòbils i estàtics; cèl·lules sinusoïdals |
| Estafa | macròfags i monòcits mòbils i estàtics |
| Pell | cèl·lules de Langerhans residents, altres cèl·lules dendríticas, macròfags, mastòcits |
Tots els fagòcits, i especialment els macròfags, poden presentar diferents graus d'activitat. Depenent de la presència o no de patògens i altres inductores de la resposta immunitària, els fagòcits sofreixen processos d'activació i de migració al focus d'activitat.
Els macròfags solen romandre relativament inactius en els teixits i proliferen lentament. En aquest estat de repòs parcial, eliminen cèl·lules pròpies mortes i altres residus no infecciosos, i rarament participen en la presentació d'antígens. Així i tot, durant una infecció reben senyals químics (habitualment interferón gamma) que incrementen la producció de molècules de MHC de classe II i que els preparen per presentar antígens. En aquest estat, els macròfags són bons presentadors d'antigen i eliminadors de patògens. Així i tot, si reben un senyal directament d'un invasor, es «hiperactivan», deixen de proliferar i augmenta la seva capacitat destructiva. Això inclou un augment de la velocitat fagocítica; de fet, alguns creixen prou com per absorbir protozous invasors.[61]
En la sang, els neutrófilos són inactius, però flueixen a alta velocitat. Quan reben senyals de macròfags situats en un focus d'infecció, abandonen els gots sanguinis. Una vegada dins els teixits, són activats per citoquinas i arriben al focus ja activats.[62]
Quan es produeix una infecció, l'organisme envia un senyal químic de socors per atreure'ls al lloc d'infecció[63] Aquests senyals químics poden incloure proteïnes de bacteris, péptidos de produïts durant la coagulació, productes del complement i citoquinas alliberades pels macròfags situat al teixit prop del lloc d'infecció.[2] Un altre grup d'atrayentes químic són les citoquinas, que recluten neutrófilos i monòcits de la sang.[64]
Per arribar al lloc d'infecció, els fagòcits abandonen el corrent sanguini i penetren en els teixits afectats. Els senyals de la infecció fan que les cèl·lules de l'endoteli (que tapiza la cara interna dels gots sanguinis) produeixin una proteïna denominada selectina, a la qual s'enganxen els neutrófilos per travessar la paret. Altres senyals denominats vasodilatadores afluixen les unions que connecten les cèl·lules endoteliales, permetent que els fagòcits puguin passar. La quimiotaxis és el procés pel qual els fagòcits segueixen el «rastre» de les citoquinas fins al punt d'infecció.[2] Els neutrófilos travessen òrgans coberts de cèl·lules epitelials fins al punt d'infecció, i tot i que és un component important del combat contra la infecció, la migració en si pot causar símptomes semblats als de la malaltia.[65] Durant una infecció, milions de neutrófilos són reclutats de la sang, però moren després d'uns dies.[66]
Els fagòcits professionals inclouen als neutrófilos, monòcits, macròfags, cèl·lules dendríticas i mastòcits.[10]
Els monòcits es desenvolupen en la medul·la òssia i maduren en la sang. Quan estan madurs tenen un nucli gran, llis i lobulado i un citoplasma abundant que conté grànuls. Ingereixen substàncies no pròpies o perilloses i presenten antígens a altres cèl·lules del sistema immunitari. Els monòcits es divideixen en dos grups funcionals: un grup circulant i un grup marginal que roman en altres teixits (aproximadament el 70% es troba al grup marginal). La majoria de monòcits abandona el flux sanguini després de 20-40 hores per dirigir-se als teixits i els òrgans, i en el procés es transformen en macròfags[67] o cèl·lules dendríticas, segons els senyals que rebin.[68] Hi ha uns 500 milions de monòcits en un litre de sang humana.[5]
Els macròfags madurs no viatgen massa lluny, sinó que vigilen les àrees del cos que estan exposades al mitjà extern. Actuen com a escombriaires, cèl·lules presentadores d'antigen o cèl·lules assassines, depenent dels senyals que rebin.[69] Deriven dels monòcits, cèl·lules mare granulocíticas, o simplement de la divisió cel·lular de macròfags preexistents.[70] Els macròfags humans tenen un diàmetre d'uns 21 micròmetres.[71]
Aquest tipus de fagòcit no conté grànuls sinó que té molts lisosomas. Els macròfags es troben en qualsevol part del cos, en gairebé tots els teixits i òrgans (com per exemple la microglía del cervell i els macròfags dels alvèols pulmonars), on romanen a l'espera. La localització d'un macròfag pot determinar la seva mesura i aparença. Els macròfags provoquen inflamació mitjançant la producció d'Interleucina-1 , Interleucina-6 i TNF alfa.[72] Els macròfags solen trobar-se únicament en els teixits i rarament entren en el flux sanguini. S'ha estimat la longevitat dels macròfags tissulars oscil·la entre quatre i quinze dies.[73]
Els macròfags poden activar-se per executar funcions que un monòcit en repòs no podria portar a terme.[72] Els limfòcits T col·laboradors (també coneguts com a limfòcits T efectors o limfòcits Th), un subgrup de limfòcits, són els responsables de l'activació dels macròfags. Els limfòcits Th1 activen els macròfags mitjançant la senyalització amb interferón gamma i presentant la proteïna CD154.[74] Altres senyals inclouen el TNF alfa i lipopolisacáridos bacterians.[72] Els limfòcits Th1 poden atreure altres fagòcits al lloc d'infecció de diverses maneres. Segreguen citoquinas que actuen sobre la medul·la òssia per estimular la producció de monòcits i neutrófilos, i produeixen algunes de les citoquinas encarregades de la sortida d'aquests del corrent sanguini.[75] Els limfòcits Th1 deriven de la diferenciació de limfòcits T CD4+ després que hagin respost a l'antigen als teixits limfàtics secundaris.[72] Els macròfags activats tenen un paper important en la destrucció de tumors mitjançant la producció de TNF alfa, IFN gamma, òxid nítric, compostos reactius de l'oxigen, proteïnes catiónicas i enzims hidrolítics.[72]
Els neutrófilos solen trobar-se en la sang i són el tipus més abundant de fagòcits, representant un 50-60% del total de leucòcits en circulació.[76] Un litre de sang humana conté uns 5.000 milions de neutrófilos,[5] que tenen un diàmetre d'uns 10 micròmetres[77] i només viuen uns cinc dies.[36] Una vegada han rebut els senyals apropiats, triguen uns trenta minuts a abandonar la sang i arribar al lloc d'infecció.[78] Són fagòcits molt efectius i ràpidament absorbeixen els invasors coberts d'anticossos i elements del complement, així com cèl·lules danyades o residus cel·lulars. Els neutrófilos no tornen a la sang; moren i passen a formar part del pus.[78] Els neutrófilos madurs són més petits que els monòcits, i tenen un nucli multilobulado que, al microscopi, sembla segmentat; no obstant això, existeix un només nucli, i cada part està connectada mitjançant filaments de cromatina; poden tenir entre dos i cinc segments. Els neutrófilos no solen abandonar la medul·la òssia fins que maduren, però durant una infecció en nounats s'alliberen precursors dels neutrófilos denominats mielocitos i promielocitos.[79]
Les propietats proteolíticas i bactericides dels grànuls intracel·lulars dels neutrófilos humans són ben conegudes.[80] Els neutrófilos poden secretar productes que estimulen als monòcits i macròfags. Aquestes secrecions dels grànuls neutrófilos augmenten la fagocitosis i la formació de compostos reactius de l'oxigen implicats en la destrucció intracel·lular.[81] Les secrecions dels grànuls azurófilos estimulen la fagocitosis de bacteris recoberts amb l'anticòs IgG.[82]
Les cèl·lules dendríticas són cèl·lules presentadores d'antigen especialitzades dotades d'unes llargues ramificacions denominades «dendritas»,[83] que els ajuden a absorbir microbis i altres invasors.[84] [85] Les cèl·lules dendríticas es troben en els teixits que estan en contacte amb el mitjà extern; principalment la pell, la mucosa nasal, els pulmons, l'estómac i els intestins.[86] Una vegada activades, maduren i migran als teixits linfoides, on interactuen amb limfòcits T i limfòcits B per iniciar i coordinar la resposta immunitària adaptativa.[87]
Les cèl·lules dendríticas madures activen als limfòcits T col·laboradors i els limfòcits T citotóxicos.[88] Els limfòcits T col·laboradors activats interactuen amb els macròfags i els limfòcits B per activar-los al seu torn. A més, les cèl·lules dendríticas poden influir en el tipus de resposta immunitària que es produirà; quan es desplacen a les àrees linfoides on es troben els limfòcits T, poden activar-los, la qual cosa redunda en la seva diferenciació en limfòcits T citotóxicos o limfòcits T col·laboradors.[89]
Els mastòcits o cèl·lules encebades tenen receptors de tipus Toll i interactuen amb les cèl·lules dendríticas, els limfòcits B i els limfòcits T per ajudar a mitjançar les funcions immunitàries adaptatives. Expressen molècules de MHC de classe II i poden participar en la presentació d'antigen; així i tot, el seu paper no està massa ben comprès, encara que se suggereix la seva implicació en processos al·lèrgics.[90] Els mastòcits poden fagocitar i destruir bacteris Gram negatives (com Salmonella) i processar els seus antígens.[91] S'especialitzen a processar les proteïnes de les fimbrias de la superfície bacteriana, que estan implicades en l'adhesió a teixits.[92] [93] A més d'aquestes funcions, els mastòcits produeixen citoquinas que indueixen la resposta inflamatoria.[94] Es tracta d'una part vital de la destrucció de microbis, ja que recluten a nous fagòcits.[91]
Les cèl·lules danyades i els elements no propis també són fagocitados per cèl·lules que no són fagòcits «professionals».[95] Entre aquestes cèl·lules destaquen les cèl·lules epitelials, les endoteliales, els fibroblastos i les cèl·lules del mesènquima. Les hi denomina, per tant, «no professionals», ja que el seu paper fonamental no és la fagocitosis.[96] Els fibroblastos, per exemple, només efectuen intents ineficaços de fagocitosis d'elements no propis.[97]
Els fagòcits no professionals estan més limitats que els professionals quant al tipus de partícules que poden tractar. Això es deu a la seva manca de receptors fagocíticos eficients, especialment opsoninas, que reconeixen a anticossos i elements del complement units a patògens.[11] A més, la majoria de fagòcits no professionals no produeixen molècules reactives d'oxigen en resposta a la fagocitosis.[98]
| Tipus i localització dels fagòcits no professionals[60] | |
|---|---|
| Localització | Fenotips |
| Sang, limfa i nòduls limfàtics | limfòcits |
| Sang, limfa i nòduls limfàtics | cèl·lules NK i limfòcits granulòcits grans |
| Pell | cèl·lules epitelials |
| Gots sanguinis | cèl·lules de l'endoteli |
| Teixit conectivo | fibroblastos |
| Sang | eritròcits |
Un patogen només pot sobreviure dins de l'organisme al que infecta si esbiaixa la funció del sistema immune. Els bacteris i protozous patògens han desenvolupat una sèrie de mètodes de resistir l'atac dels fagòcits, i de fet molts poden sobreviure i replicar-se a l'interior de cèl·lules fagocíticas.[99] [100]
Una de les maneres que permeten al patogen evadir la resposta fagocítica consisteix a créixer en llocs on no puguin arribar els fagòcits (com per exemple la superfície de la pell no trencada). Una altra estratègia és suprimir la resposta inflamatoria; sense ella, els fagòcits no poden respondre de manera adequada. D'altra banda, algunes espècies de bacteris poden interferir en la quimiotaxis dels fagòcits, impedint que es reclutin en el focus d'infecció.[99] Finalment, alguns bacteris poden evitar el contacte amb els fagòcits, enganyant el sistema immunitari perquè no sigui capaç de destriar que es tracta d'un element extern a l'organisme. Treponema pallidum (el bacteri causant de la sífilis) s'amaga dels fagòcits cobrint-se de fibronectina,[101] que és produïda de forma natural pel cos i resulta essencial durant el procés de cicatrització.[102]
Els bacteris sovint produeixen proteïnes o glúcids que les recobreixen i que interfereixen amb la fagocitosis; és la denominada càpsula bacteriana,[99] com per exemple l'antigen K i l'antigen O 075 presents a la superfície d'Escherichia coli,[103] així com les càpsules d'exopolisacáridos de Staphylococcus epidermidis.[104] Els pneumococs produeixen diversos tipus de càpsula que els proporcionen diferents graus de protecció,[105] i els estreptococs del grup A de Lansfield produeixen proteïnes com per exemple la proteïna M o proteïnes de les fimbrias per impedir l'absorció. Algunes proteïnes obstaculitzen la fagocitosis intervinguda per opsoninas; Staphylococcus aureus produeix proteïna A per bloquejar receptors d'anticossos, fet que redueix l'eficàcia de les opsoninas.[106]
Alguns bacteris han desenvolupat estratègies de supervivència enfront del procés de fagocitosis, romanent vives a l'interior de les cèl·lules fagocíticas i per tant evitant altres atacs procedents del sistema immunitari.[107] Per penetrar sense perill a l'interior del fagòcit, expressen proteïnes denominades «invasinas». Una vegada dins de la cèl·lula, romanen en el citoplasma i eviten els productes tòxics que contenen els fagolisosomas.[108] Alguns bacteris eviten que es fusionin un fagosoma i un lisosoma per formar el fagolisosoma.[99] Unes altres patògens, com per exemple Leishmania, creen un vacúol altament modificat dins del fagòcit que els ajuda a persistir i replicar-se.[109] Legionel·la pneumophila produeix secrecions que fan que el fagosoma es fusioni amb vesícules que no són les que contenen substàncies tòxiques.[110] Altres bacteris són capaços de viure dins el fagolisosoma. Staphylococcus aureus, per exemple, produeix els enzims catalasa i superóxido dismutasa, que descomponen el peròxid d'hidrogen alliberat pels fagòcits per matar als bacteris.[111] Els bacteris poden fugir del fagosoma abans que es formi el fagolisosoma: Listeria monocytogenes pot crear un forat en la paret del fagosoma utilitzant un enzim denominat listeriolisina O i fosfolipasa C.[112]
Els bacteris han desenvolupat diverses maneres de matar fagòcits.[106] Són exemples les citolisinas, que formen porus en la membrana cel·lular del fagòcit; les estreptolisinas i leucocidinas, que fan que els grànuls dels neutrófilos es trenquin i alliberin substàncies tòxiques,[113] [114] i les exotoxines, que redueixen el subministrament d'ATP del fagòcit, que ho consumeix durant la fagocitosis. Quan un bacteri ha estat ingerida, pot destruir al fagòcit mitjançant l'alliberament de toxines que es mouen pel fagosoma o la membrana fagolisosómica per atacar altres parts de la cèl·lula.[99]
Algunes estratègies de supervivència sovint impliquen l'alteració de la ruta de les citoquinas o altres vies de senyalització cel·lular per evitar que els fagòcits responguin a la invasió.[115] Els protozous paràsits de Toxoplasma gondii, Trypanosoma cruzi i Leishmania infecten macròfags, i cadascun d'ells té la seva manera de vèncer-los. Algunes espècies de Leishmania alteren la senyalització del macròfag infectat, impedeixen la producció de citoquinas i molècules microbicidas (òxid nítric i espècies reactives de l'oxigen) i comprometen la presentació d'antigen.[116]
Els macròfags o els neutrófilos, en particular, tenen un paper essencial en el procés inflamatorio, alliberant proteïnes i mediadors de baix pes molecular que controlen les infeccions però també poden danyar teixits de l'hospedador. En general, els fagòcits intenten destruir als patògens absorbint-los i sotmetent-los a una bateria de substàncies tòxiques dins del fagolisosoma. Si un fagòcit no aconsegueix absorbir el seu objectiu, aquests agents tòxics poden ser alliberats al mitjà (una acció coneguda com «fagocitosis frustrada»). Com aquests agents també són tòxics per a les cèl·lules hoste, poden causar greus danys a cèl·lules i teixits sans.[18]
Quan els neutrófilos alliberen el contingut dels seus grànuls (compostos reactius de l'oxigen i proteasas) en el ronyó, el contingut degrada la matriu extracelular de les seves cèl·lules i pot causar danys a les cèl·lules del glomérulo, afectant a la capacitat de filtrar la sang. A més, els productes de les fosfolipasas (com els leucotrienos) agreugen els danys. Aquest alliberament de substàncies promou la quimiot de més neutrófilos al lloc d'infecció i les cèl·lules glomerulares poden ser danyades encara més per les molècules d'adhesió durant la migració dels neutrófilos. Els danys causats a les cèl·lules glomerulares poden provocar fallada renal.[117]
Els neutrófilos també tenen un paper clau en el desenvolupament de la majoria de formes de lesió pulmonar aguda.[118] En aquest cas, els neutrófilos activats alliberen el contingut dels seus grànuls tòxics a l'interior del pulmó. No obstant això, el tractament mitjançant una reducció del nombre de neutrófilos disminueix els efectes de la lesió pulmonar aguda, però no és un mètode eficaç atès que augmenta la seva susceptibilitat a les infeccions.[119] Els danys dels neutrófilos poden contribuir a disfuncions i lesions hepàtiques en resposta a l'alliberament d'endotoxines produïdes per bacteris, sèpsies, trauma, hepatitis alcohòlica, isquemia i xoc hipovolémico causat per hemorràgia aguda.[120]
Les substàncies alliberades pels macròfags també poden danyar teixits de l'hoste. El TNF-α és una substància alliberada pels macròfags que fa que la sang dels gots sanguinis petits coaguli per evitar que s'estengui una infecció.[121] Així i tot, si una infecció bacteriana s'estén a través de la sang, s'allibera TNF-α als òrgans vitals, fet que pot provocar vasodilatació i una reducció del volum de plasma; al seu torn, això pot conduir a un xoc sèptic. Durant un xoc sèptic, l'alliberament de TNF-α causa un bloqueig dels petits gots que subministren sang als òrgans vitals, i els òrgans poden fallar. El xoc sèptic pot conduir a la mort.[13]
La fagocitosis és un procés comú en Biologia i probablement va aparèixer en un moment primerenc de l'evolució ,[122] sorgint per vegada primera en eucariotes unicel·lulars.[123] Les amebes són protistas unicel·lulars que es van separar de l'arbre que condueix als metazoos poc després de la divergència amb les plantes, però comparteixen moltes funcions específiques amb els fagòcits de mamífers.[123] Dictyostelium discoideum, per exemple, és una ameba que viu en el sòl i s'alimenta de bacteris. Com els fagòcits animals, absorbeix bacteris mitjançant fagocitosis, principalment mitjançant receptors de tipus Toll, i té altres funcions biològiques que també es donen en els macròfags.[124] D. discoideum és social i, quan li manca aliment, forma agregacions multicelulares. Aquest organisme produeix finalment una fructificación amb espores que són resistents a les amenaces ambientals. Abans de la formació de les estructures, les cèl·lules poden migrar com a organismes semblats a un llimac durant uns dies. Durant aquest temps, l'exposició a toxines o patògens bacterians pot comprometre la supervivència de lasamebas, limitant la producció d'espores. Algunes de les amebes absorbeixen bacteris i toxines mentre circulen dins de l'estructura multicelular, i finalment moren. Són genèticament idèntiques a les altres amebes, i el seu sacrifici per protegir les altres dels bacteris és semblat al sacrifici de cèl·lules fagocíticas en el sistema immune de vertebrats. Aquesta funció immunitària innata en les amebes socials suggereix que un mecanisme d'alimentació cel·lular molt antic podria haver estat adaptat amb finalitats defensives molt abans de la diversificació dels animals.[125] Així i tot, no s'ha demostrat una descendència comuna amb la dels fagòcits de mamífers. Els fagòcits existeixen en moltíssims animals,[3] des de les esponges marines fins als vertebrats inferiors i superiors, passant pels insectes.[126] [127] La capacitat de les amebes de distingir entre el propi i l'aliè és una capacitat essencial que es troba a la base del sistema immunitari de moltes espècies.[8]