Activation mechanisms of invariant natural killer T cells (iNKTs)

Authors

  • Andrés Baena University of Antioquia
  • Lina Gómez-Giraldo University of Antioquia
  • Leandro J Carreño University of Chile

DOI:

https://doi.org/10.17533/udea.iatreia.v29n1a05

Keywords:

α-galactosylceramide, antigen presentation, CD1d, iNKT cells, glycolipids, TCR

Abstract

A great amount of knowledge on natural killer T cells (iNKTs) is now available, but a consensus about their activation mechanisms has not been reached. These cells recognize different glycolipid antigens through the CD1d molecule. Such antigens may be endogenous, derived from bacteria (foreign) and synthetic, the latter have been developed for clinical applications. There exists much interest in understanding how these different glycolipid compounds induce different types of polarization, but it has been difficult to reach a consensus due to the fact that responses depend on different factors such as: the nature of the molecule, the internalization process and the presentation of the glycolipids. Moreover, activation of iNKT cells is determined by the type and state of the antigen presenting cell, the co-stimulatory molecules, the transactivation mechanisms and the location of the glycolipid-CD1d complexes on the plasma membrane, such as the lipid rafts. This review explores the evidence about the factors that affect activation of iNKT cells in order to understand their immune-modulatory potential.

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Author Biographies

Andrés Baena, University of Antioquia

Cell Immunology and Immunogenetics Group, Department of Microbiology and Parasitology, Faculty of Medicine, University of Antioquia, Medellín, Colombia.

Lina Gómez-Giraldo, University of Antioquia

Cell Immunology and Immunogenetics Group, Department of Microbiology and Parasitology, Faculty of Medicine, University of Antioquia, Medellín, Colombia.

Leandro J Carreño, University of Chile

Instituto Milenio de Inmunología e Inmunoterapia, Programa Disciplinario de Inmunología, Facultad de Medicina, Universidad de Chile, Santiago, Chile. Departamento de Microbiología e Inmunología, Facultad de Medicina Albert Einstein. Nueva York, Estados Unidos.

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Published

2015-11-17

How to Cite

1.
Baena A, Gómez-Giraldo L, Carreño LJ. Activation mechanisms of invariant natural killer T cells (iNKTs). Iatreia [Internet]. 2015 Nov. 17 [cited 2025 Jan. 22];29(1):51-64. Available from: https://revistas.udea.edu.co/index.php/iatreia/article/view/21776

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Vol. 29 No. 1

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INTRODUCCIÓN

Las células T asesinas naturales invariantes (iNKT) son una población particular de linfocitos T que expresan un receptor de célula T (TCR) semivariable, ya que está formado por una cadena invariante Vα24Jα18 en humanos y Vα14Jα18 en ratones, que se combina con un conjunto limitado de cadenas β, como la Vβ11 en humanos y las Vβ8.2, Vβ7, Vβ2 en ratones, con el fin de reconocer antígenos lipídicos(1). Estos antígenos son presentados por la molécula no polimórfica CD1d, que es similar al complejo mayor de histocompatibilidad tipo I, y está presente en diversas células presentadoras de antígeno (APC). Además, estas células iNKT poseen marcadores característicos de células asesinas naturales (NK), como el receptor NK1.1, y un fenotipo similar al de las células T de memoria efectora, expresando altos niveles de CD44 y CD69, además de una baja expresión de CD62L(2). Las células iNKT se caracterizan por la expresión del factor zinc-promielocítico de leucemia (PLZF, codificado por Zbtb16), que es inducido durante el desarrollo tímico y permite la adquisición de un programa efector innato(1). Tal programa confiere a las iNKT la capacidad de producir citocinas tanto proinflamatorias como antinflamatorias(3, 4-7).

En los últimos años ha aumentado el descubrimiento de nuevos agonistas de las iNKT, pero esto no ha permitido esclarecer a plenitud los principios que determinan la polarización inducida sobre dichas células después de la presentación antigénica. Numerosos estudios publicados han llevado a la identificación de diversos mecanismos involucrados en la activación de las células iNKT, los cuales en conjunto tienen importantes repercusiones en la polarización final de estas células. En este artículo de revisión se presentan las principales evidencias disponibles sobre los mecanismos involucrados en la presentación antigénica de lípidos a las iNKT, con la finalidad de entregar un contexto global e integrado de su importancia e influencia sobre la inducción de su polarización transicional(8).

ANTÍGENOS GLICOLIPÍDICOS PRESENTADOS POR CD1d

Antígenos lipídicos propios

La identificación de ligandos lipídicos propios o autoantígenos ha sido muy difícil y controversial. Como regla general, estos compuestos presentan menor potencia comparados con la mayoría de los antígenos foráneos, y se propone que son los responsables del desarrollo de las células iNKT en el timo, además de su homeostasis y maduración en la periferia. Sin embargo, no ha sido posible demostrar que ninguno de los antígenos propios propuestos se requiera para la diferenciación de las células iNKT(9, 10). A pesar de que las moléculas de CD1d humana y de ratón presentan un alto porcentaje de homología, en ambas especies ha sido difícil la identificación de autoantígenos conservados(2). Por ejemplo, recientemente se ha descrito que la lisofosfatidilcolina (lisoPC), un lisofosfolípido que se encuentra presente en forma natural en el CD1d humano, es el autoantígeno más antigénico aunque solo ocupa un canal del CD1d(11). Este lípido se puede acumular en condiciones inflamatorias en que hay activación de fosfolipasas. La activación por lisoPC induce la producción de GM-CSF (factor estimulador de colonias de granulocitos y monocitos), pero no la de otras citocinas asociadas a iNKT como el IFN-γ y la IL-4. Notoriamente, la lisoPC no es capaz de activar células iNKT murinas. Por otro lado, solo en ratones se ha podido comprobar la iGb3 (isoglobo-trihexosil-ceramida) como antígeno, debido a la carencia en humanos de la enzima IGb3 sintasa, clave para su biosíntesis(12). Recientemente se encontró que los extractos lipídicos analizados por cromatografía en capa delgada (TLC-borato) en timo, bazo y células dendríticas derivadas de médula ósea (BMDC) contienen principalmente la β-GlcCer (beta-glucosilceramida) y no la β-GalCer (beta-galactosilceramida) (Tabla 1)(13, 14).

Tabla 1:
Ligandos propios, endógenos y exógenos del CD1d con capacidad de estimular las iNKT

Antígenos lipídicos foráneos

El primer reporte de un antígeno lipídico estimulador de iNKT derivado de un patógeno microbiano fue en el 2004 sobre un glicolípido derivado de Mycobacterium bovis llamado PIM2 (fosfatidil-mioinositol-manósido 2)(15). En el 2005 tres grupos independientes reportaron un glicolípido específico activador de iNKT derivado de Sphingomonas spp,(16) identificado como GSL (glicoesfingolípido), que presenta variaciones según la especie de bacteria en que se encuentre (GlcA-GSL-1, PBS-29, GalA-GSL-1, GSL-1’, GSL-3 y GSL-4) (Tabla 1)(17, 18).

Posteriormente se aislaron varios glicolípidos de Borrelia burgdorferi como: BbGL-I y BbGL-II(19), tres esfingolípidos producidos por Bacteroides fragilis con gran homología con el derivado sintético de αGalCer (Tabla 1)(20) y una glicosilceramida (GSL-Bf717) que inhibe la interacción αGalCer-CD1d-TCR, como mecanismo inmunomodulador para prevenir la colitis inducida por oxazolona(21).

También se identificó el glicolípido PI57 (Tabla 1), que proviene de la bacteria gramnegativa Helicobacter pylori y protege a los ratones del desarrollo de hiperreactividad de las vías respiratorias ocasionada por un alérgeno (AHR)(22). Se han encontrado agonistas de iNKT en bacterias grampositivas como Streptococcus pneumoniae que contienen una glucosa en vez de galactosa(23). Por último, está la asperamida B en la especie Aspergillus fumigatus (previamente reportada en A. niger)(24) y uno en Leishmania donovani(25).

Antígenos lipídicos sintéticos

El primer glicolípido sintético capaz de activar las iNKT fue identificado como KRN7000 y tiene algunas modificaciones estructurales como una fitoesfingosina C18 con grupos hidroxilo en los carbonos 3’ y 4’ y un ácido graso C26 (Tabla 1)(1, 5). El azúcar en unión α es una característica importante puesto que las células de mamífero solo pueden sintetizar glicolípidos con unión β-anomérica, y esta última es muy poco estimuladora de las iNKT(5). A partir de este compuesto se han sintetizado múltiples análogos con modificaciones principalmente en el azúcar y en las colas lipídicas; el azúcar que sobresale de la molécula CD1d es uno de los principales determinantes en el reconocimiento y afinidad del TCR(6, 8, 26) (Tabla 1).

El primer análogo funcionalmente distinto de αGalCer fue identificado como OCH, el cual produce una respuesta con tendencia al tipo Th2 similar a otros análogos como C20:2, que tiene una cadena acilada más corta e insaturada(26, 27). Por otro lado, el compuesto α-C-GalCer (Tabla 1), que tiene un remplazo del oxígeno de unión al azúcar por un carbono, produce una respuesta con tendencia al tipo Th1(28). Un efecto similar se ha observado con el cambio de un oxígeno por un carbono en la galactosa para crear el compuesto llamado carbasugar (RCAI-56)(17). Un compuesto similar a este último es el llamado HS44, en el que adicionalmente se sustituye el oxígeno de unión al azúcar por un grupo amino y produce una menor respuesta de IFN-γ in vitro, pero niveles comparables in vivo con respecto a αGalCer(29). Recientemente se describió un análogo llamado 7DW8-5 (Tabla 1) que ha mostrado tener una actividad mayor como adyuvante en malaria y VIH, comparado con KRN7000(6, 30).

MECANISMOS DE INTERNALIZACIÓN DE LOS GLICOLÍPIDOS

Debido a su hidrofobicidad inherente, los lípidos requieren estar unidos a proteínas o lipoproteínas para ser transportados en el suero y en el ambiente extracelular. Se ha propuesto que el receptor de LDL (LDLR) es la molécula que direcciona los antígenos lipídicos en la célula presentadora de antígenos para la presentación por CD1d(31). Adicionalmente, los receptores tipo scavenger (SR), que son una gran familia de moléculas con diversas funciones, han sido propuestos como moléculas para la captura de lípidos. Entre ellos, se caracterizó inicialmente a los de los tipos SRA y CD36 como receptores de macrófagos para lipoproteínas modificadas(32). Recientemente se encontró que LDLR, SRA, SRB1 y CD36 están involucrados en la internalización de diferentes glicolípidos. Antígenos como αGalCer y glico-esfingolípidos bacterianos entran por la vía SRA, pero no por LDLR(33). Sorprendentemente, aunque la presentación del αGalCer involucra tanto a SRA como a LDLR, los requerimientos in vivo cambian sustancialmente. Mientras que los ratones deficientes en LDLR-/- muestran una pequeña reducción en la producción de IL-4 y una activación similar a la de los animales silvestres, la ausencia del SRA-/- elimina completamente la respuesta de citocinas de las iNKT así como los efectos ayudadores de activación de células T(33) (Figura 1).

Factores involucrados en los diferentes mecanismos de activación y polarización de las células iNKT. A. Antígenos reconocidos por las células iNKT; se diferencian en el tipo de unión de las colas lipídicas con los azúcares. Existen dos tipos principales: esfingosina y diacilglicerol y los azúcares galactosa y glucosa. B, C. Procesamiento e internalización del antígeno; este es reconocido e internalizado por el receptor de lipoproteínas de baja densidad (LDLR) en unión con la apolipoproteína E (Apo E) y con la cooperación de los receptores tipo scavenger (SR). Una vez internalizado, el antígeno es reconocido por proteínas adaptadoras (AP) que lo transportan al sistema vesicular-endosomal, donde es procesado y transportado a la membrana celular para ser reconocido por el TCR de la célula iNKT. D. La célula presentadora de antígeno determina la polarización; el marcador CD1d está presente en las células dendríticas, linfocitos B, macrófagos y neutrófilos, que actúan como células presentadoras de antígeno a las iNKT. Se ha demostrado que algunas de estas células pueden polarizar la respuesta inmune: las células dendríticas hacia un perfil Th1 y las células B hacia un perfil Th2. E, F. Balsas lipídicas y señales coestimuladoras: regiones ricas en esfingolípidos y colesterol en la membrana celular se denominan balsas lipídicas, y se ha demostrado la presencia de moléculas CD1d en estas regiones, además de señales coestimuladoras que cooperan a la polarización de la respuesta inmune. Es así como señales coestimuladoras, CD28-B7.1,B7.2, 4-1BB, CD40-CD40L, potencian la producción de anticuerpos tipo Th1 por las células iNKT, y OX40-0X40L y TIM lo hacen hacia un perfil Th2; su presencia varía de acuerdo con las células presentadoras de antígeno. G. efecto de la afinidad CD1d-antígeno-TCR: se ha demostrado que las colas lipídicas median la estabilidad de la interacción entre el antígeno y el TCR. H. Subpoblaciones de iNKT: la presencia/ausencia de marcadores como CD4 y CD8 indica el estado de maduración de las células iNKT. I. La activación de las células iNKT polariza la respuesta hacia perfiles inmunes: tipo Th1 con aumento de IL-12 e IL-18; tipo Th2 con aumento de IL-25; tipo Th17 con aumento de IL-17, además de la participación de otros factores como el tipo de antígeno o de célula presentadora y las señales coestimuladoras, entre otros, para estas diferencias en las respuestas. J. Transactivación: además de la activación de las células iNKT también se activan otras células en respuesta a las citosinas generadas por estas, como las células NK en respuesta a citocinas Th1 y señales coestimuladoras

Figura 1: Factores involucrados en los diferentes mecanismos de activación y polarización de las células iNKT. A. Antígenos reconocidos por las células iNKT; se diferencian en el tipo de unión de las colas lipídicas con los azúcares. Existen dos tipos principales: esfingosina y diacilglicerol y los azúcares galactosa y glucosa. B, C. Procesamiento e internalización del antígeno; este es reconocido e internalizado por el receptor de lipoproteínas de baja densidad (LDLR) en unión con la apolipoproteína E (Apo E) y con la cooperación de los receptores tipo scavenger (SR). Una vez internalizado, el antígeno es reconocido por proteínas adaptadoras (AP) que lo transportan al sistema vesicular-endosomal, donde es procesado y transportado a la membrana celular para ser reconocido por el TCR de la célula iNKT. D. La célula presentadora de antígeno determina la polarización; el marcador CD1d está presente en las células dendríticas, linfocitos B, macrófagos y neutrófilos, que actúan como células presentadoras de antígeno a las iNKT. Se ha demostrado que algunas de estas células pueden polarizar la respuesta inmune: las células dendríticas hacia un perfil Th1 y las células B hacia un perfil Th2. E, F. Balsas lipídicas y señales coestimuladoras: regiones ricas en esfingolípidos y colesterol en la membrana celular se denominan balsas lipídicas, y se ha demostrado la presencia de moléculas CD1d en estas regiones, además de señales coestimuladoras que cooperan a la polarización de la respuesta inmune. Es así como señales coestimuladoras, CD28-B7.1,B7.2, 4-1BB, CD40-CD40L, potencian la producción de anticuerpos tipo Th1 por las células iNKT, y OX40-0X40L y TIM lo hacen hacia un perfil Th2; su presencia varía de acuerdo con las células presentadoras de antígeno. G. efecto de la afinidad CD1d-antígeno-TCR: se ha demostrado que las colas lipídicas median la estabilidad de la interacción entre el antígeno y el TCR. H. Subpoblaciones de iNKT: la presencia/ausencia de marcadores como CD4 y CD8 indica el estado de maduración de las células iNKT. I. La activación de las células iNKT polariza la respuesta hacia perfiles inmunes: tipo Th1 con aumento de IL-12 e IL-18; tipo Th2 con aumento de IL-25; tipo Th17 con aumento de IL-17, además de la participación de otros factores como el tipo de antígeno o de célula presentadora y las señales coestimuladoras, entre otros, para estas diferencias en las respuestas. J. Transactivación: además de la activación de las células iNKT también se activan otras células en respuesta a las citosinas generadas por estas, como las células NK en respuesta a citocinas Th1 y señales coestimuladoras

EFECTO DE LAS VÍAS DE TRANSPORTE DE LOS GLICOLÍPIDOS Y LA ACTIVACIÓN DE LAS iNKT

La inserción de los lípidos en la cavidad del CD1d requiere proteínas específicas de transferencia como las microsomales, que se encuentran en el retículo endoplásmico, y las saposinas de los lisosomas(34). La proteína microsomal de transferencia de triglicéridos (MTP) ayuda en el ensamblaje de la apolipoproteína B, y su inhibición farmacológica produce defectos en la presentación antigénica de lípidos(35). Las moléculas de CD1d son reinternalizadas desde la superficie y se movilizan dentro del sistema vesicular endosomal, mediante la participación de proteínas adaptadoras (AP). Se han descrito cuatro complejos AP (AP-1, 2, 3 y 4); de ellos, AP-2 se une tanto al CD1d humano como al del ratón, y AP-3 solo se puede unir al CD1d del ratón(36). La principal localización de las moléculas de CD1d del ratón son los compartimentos lisosomales, mientras que las moléculas humanas se distribuyen en una gran variedad de vesículas endosomales con una fracción localizada en los lisosomas(31). El procesamiento lipídico que ocurre en vesículas, es ayudado por proteínas activadoras de esfingolípidos (saposinas, la proteína activadora G2 y la proteína NPC2), que solubilizan lípidos polares embebidos en las membranas y los presentan a enzimas lisosomales(31). Además, la molécula CD1e juega un papel importante al facilitar el acoplamiento de los lípidos a moléculas como CD1d y CD1b. Otras de las moléculas involucradas son las catepsinas, en cuya ausencia se presentan defectos en el desarrollo de las iNKT y en la presentación mediada por el CD1d(37). También se ha observado que el tráfico de las moléculas de CD1d con moléculas del MHC clase II y con li (cadena invariante) incrementa la presentación de antígenos exógenos al asociarse a balsas lipídicas(38) (Figura 1).

CITOCINAS INVOLUCRADAS EN LA ACTIVACIÓN DE LAS iNKT

Las iNKT se ven influenciadas directamente por el ambiente de citocinas generado en el contexto de su activación. Para la producción de IFN-γ por αGalCer se requiere la producción de IL-12 además de la interacción CD40-CD40L. La IL-12 es una citocina proinflamatoria que en las células iNKT ejerce una función de activación celular y en presencia de antígenos propios amplifica la respuesta. Se puede dar una activación indirecta de las iNKT mediante células dendríticas secretoras de IL-12 e IL-18, en respuesta a componentes bacterianos por unión a los receptores tipo Toll (TLR) junto con el reconocimiento de glicolípidos propios(2).

En la polarización hacia perfiles Th2 la IL-25 induce en el modelo de ratón la secreción de IL-4, IL-5 e IL13; además, su receptor (IL-25R) es altamente expresado en células iNKT. También se ha descrito cómo las células iNKT pueden polarizar el sistema inmune hacia un perfil Th17 en el que están involucradas la IL-17 y la IL-23. Las células iNKT expresan constitutivamente ROR-γt y el receptor para la IL-23, lo que permite una diferenciación hacia un perfil Th17(1). Adicionalmente, en el mecanismo de ayuda para la potenciación en la producción de anticuerpos, no solo participan las células T CD4+ sino también las células iNKT foliculares (iNKTfh), que usan mecanismos similares a las células T anteriormente mencionadas(39) (Figura 1).

EFECTO DE LA UBICACIÓN DE LOS COMPLEJOS CD1d-LÍPIDO EN BALSAS LIPÍDICAS

Se ha demostrado que el ensamblaje de los complejos CD1d-lípido dentro de dominios específicos de la membrana plasmática, llamados balsas lipídicas, tiene un efecto en el reconocimiento antigénico(40). Las balsas lipídicas se definen principalmente como dominios ricos en esfingolípidos y colesterol. Son abundantes en la membrana plasmática, pero también en la vía secretora tardía y en compartimentos endocíticos. Son típicas de las balsas las proteínas ancladas de glicosil-fosfatidil-inositol (GPI) así como las que contienen dominios tirosina-quinasa de la familia Src(41). Mediante el uso de lípidos análogos al αGalCer, se pudo demostrar que la estructura del glicolípido determina el compartimento celular en que va a ocurrir su unión a la molécula del CD1d, y si el complejo CD1d-lípido va a estar ubicado o no en el interior de una balsa lipídica, determinando la polarización de las iNKT hacia una respuesta tipo Th1 o Th2(42). Para el caso de los glicolípidos tipo Th2 se observa una cinética de presentación rápida, mediante una asociación directa en la superficie celular por fuera de las balsas lipídicas. Por el contrario, los compuestos que son forzados a formar complejos intracelularmente, como el αGalCer, llevan a un transporte organizado de los complejos con CD1d a las balsas lipídicas ricas en colesterol, lo que facilita el reclutamiento hacia las sinapsis inmunológicas junto con una variedad de moléculas involucradas en la activación celular(38, 42) (Figura 1).

SEÑALES COESTIMULADORAS EN LA POLARIZACIÓN DE LAS iNKT

Entre las moléculas que polarizan hacia la producción de citocinas Th1 está CD28, que interactúa con B71 (CD80) y B72 (CD86) en células presentadoras de antígeno, y ha sido implicada tanto en la activación como en la regulación de las iNKT(43). El bloqueo de CD28 inhibe diversas funciones efectoras en respuesta a la estimulación mediada por CD1d, reduciendo los niveles de IFN-γ e IL-4. Por otro lado, la molécula CTLA-4 actúa inhibiendo las células iNKT con el fin de regular una posible respuesta excesiva en procesos inflamatorios(44). La molécula 4-1BB desempeña un papel clave en la supervivencia, activación y producción de citocinas de las iNKT. Esta coestimulación de iNKT con 4-1BB/4-1BBL aumenta la secreción de IFN-γ, la proliferación celular, la expresión de CD25 y la respuesta a IL-2 (Figura 1)(45). Entre las moléculas coestimuladoras más importantes que llevan a la producción de citocinas Th2 están OX40-OX40L (OX40 es el CD134) y TIM (receptores de células T con dominios de mucina e inmunoglobulina)(45). La expresión de OX40L en las iNKT define la respuesta de citocinas tipo Th2 y los niveles de IgE. Por otro lado, las moléculas TIM1 y TIM4 mejoran la producción de IL-4 e inhiben la de IFN-γ, regulando diferencialmente la respuesta inmune. Se ha visto también que el bloqueo de ICOS-ICOSL (ligando coestimulador inducible) lleva a la disminución de citocinas como IL-4, IL-5, IL10, IL-13 e IFN-γ (44). La proteína inducida por glucocorticoides (G1TR) promueve la proliferación de las células T efectoras y la capacidad de producción de citocinas, y regula la función supresora de las células T reguladoras (Treg) (Figura 1)(45). Además, la coestimulación de CD40 media la expresión de CD80-CD86 y su bloqueo lleva a la polarización inmune hacia un perfil Th2. Finalmente, las moléculas coinhibidoras PD1-PDL1 pueden por otro lado aumentar el estado de anergia de las iNKT(44).

EFECTO DE LA AFINIDAD Y DEL TIEMPO MEDIO DE INTERACCIÓN DEL COMPLEJO CD1d-LÍPIDO CON EL DEL TCR-iNKT SOBRE LA POLARIZACIÓN DE LAS iNKT

El acople de los complejos CD1d-lípido con el TCR de las iNKT se hace de una forma conservada a diferencia de las moléculas del MHC con sus péptidos y los TCR de las células T tradicionales. El TCR de las iNKT se sitúa lateralmente a la hendidura, lo que permite que solo la cadena α haga contacto con el anillo del azúcar de los glicolípidos, y la cadena β ayude a estabilizar la interacción entre el TCR y el CD1d. Por esto, la pérdida de un contacto con la cadena α del TCR de las iNKT puede ocasionar una tasa de asociación más lenta para un ligando determinado. Para el caso del αGalCer, tanto el CDR1α como el CDR3α del TCR interactúan con el glicolípido y el CD1d, mientras que el CDR2β solo está en contacto con el CD1d (CDR: regiones de complementariedad del TCR)(46). Por otro lado, modificaciones en los azúcares reducen directamente el tiempo medio (t1/2) de interacción en el que hay mayor sensibilidad por la posición 4’-OH que por la 3’-OH del azúcar. Además de los glicolípidos en conformación α, está el caso de los glicolípidos β anoméricos (como βGalCer y iGb3) cuyos azúcares se acomodan con el fin de parecer en posición α-anomérica. De manera importante, independientemente de si el glicolípido tiene un azúcar en unión α o β, el complejo trimérico (glicolípido-CD1d-TCR) tiene una conformación casi idéntica(47). Cambios en el tamaño de las colas lipídicas de algunos glicolípidos pueden alterar la afinidad por el TCR de las iNKT. Algunos análogos, como OCH y C20:2, tienen la capacidad de promover una respuesta Th2 mientras que otros, como α-C-GalCer, promueven principalmente la Th1. Para el caso del CD1d, los cambios en las colas lipídicas alteran la potencia mediante variaciones en el procesamiento y presentación de los lípidos, sin modificar la interacción iNKT-TCR-CD1dlípido, las cinéticas de afinidad o las cinéticas de interacción. Por ejemplo, OCH impacta en la afinidad de la interacción debido a una baja tasa cinética de carga (la cinética se refiere al tiempo en que el glicolípido se ensambla en la molécula) lo que ocasiona cambios en la interacción de encaje del lípido. Esto es consistente con lo propuesto para el TCR, el cual primero contacta el azúcar que tiene un efecto sobre la tasa de asociación, y una vez se acomoda, el CD1d afecta principalmente la tasa de disociación(47) (Figura 1). Otra forma importante en la que los ligandos pueden influenciar la activación de las iNKT es mediante el uso diferencial de cadenas β en sus TCR. Se sabe que el espectro de afinidades para ligandos propios lo determinan las diferentes cadenas β: Vβ2 y Vβ7 están en extremos opuestos del espectro y Vβ8 se encuentra en la mitad del espectro. Las iNKT Th2 tienen mayor representación de las cadenas Vβ2 y Vβ7 que las iNKT Th1 y Th17. Además, se informa que las iNKT Th2 tienen mayor expresión del factor de transcripción Nur77 que sirve como reportero de la señalización del TCR en comparación con las Th1 y Th17(26). Es interesante que, en estudios llevados a cabo por Mallevaey, Patel y colaboradores(48, 49) se muestra que el complejo CD1d murino cargado con el glicolípido OCH se une con alta afinidad al TCR de las iNKT que contienen la cadena Vβ8, y con baja afinidad a aquellas que contienen cadenas Vβ2 y Vβ7. Más aún, moléculas de CD1d unidas a KRN7000 son capaces de unirse con alta afinidad a cadenas Vβ2, Vβ7 y Vβ8.

LA SUBPOBLACIÓN DE iNKT QUE ESTÁ SIENDO ACTIVADA

Las células iNKT han sido estudiadas en el bazo y el hígado de ratones en donde representan aproximadamente de 1 % a 2 % y de 20 % a 30 %, respectivamente, del total de células de estos órganos. Sin embargo, en la sangre periférica de los humanos (en donde principalmente se las ha estudiado), las iNKT representan solo de 0,1 % a 0,2 % de las células T(50). Tanto en humanos como en ratones hay diferentes subpoblaciones de iNKT que se definen por la expresión de CD4+ y CD8+. En la mayoría de las circunstancias las iNKT del ratón no expresan el CD8+, y el CD4+ define parcialmente sus subpoblaciones. La mayoría de los estudios reportan células CD4+ (CD4+CD8β-) y CD4- (CD4-CD8β-) como las principales poblaciones en los ratones. En contraste, para las iNKT humanas se han establecido las subpoblaciones de CD4- como CD4-CD8α-β- (doble-negativas o DN) y CD4-CD8α+ (comprenden las CD8α+β- y las CD4-CD8α+β+). Otros marcadores capaces de establecer subpoblaciones de iNKT en el ratón en combinación con el CD4 son IL-17RB (un componente del receptor de IL-25) y el NK1.1, los cuales también tienen una gran variación entre las diferentes cepas de ratones. La mayor parte de las células iNKT del hígado y el bazo del ratón son de tipo Th1, que producen IFN-γ, expresan CD122 (cadena β de la IL-15), no expresan IL-17RB y pueden ser CD4+ o CD4-(51).

Se han descrito subpoblaciones de iNKT con fenotipos Th1, Th2, Th17, Treg y T foliculares análogas de las células T clásicas. Asimismo, estas células son controladas por los mismos factores de transcripción que gobiernan las células T clásicas, actuando como reguladores maestros, a saber: PLZF en conjunto con T-bet (factor de transcripción que determina la respuesta Th1), el receptor huérfano relacionado con el ácido retinoico (RORγt) y GATA-3, los cuales son adquiridos en el timo y no en la periferia. Las iNKT Th2 son marcadas por la expresión de IL-17RB y CD4+ y después de la activación producen IL-4, IL-9, IL-10 y IL-13; pueden ser activadas por IL-25 y están enriquecidas en los pulmones; no expresan T-bet y no se conoce un factor de transcripción específico para Th2 en las iNKT. GATA-3 se expresa en todas las iNKT y no es exclusivo de las Th2. Es posible que la ausencia de T-bet o RORγt sea el requerimiento para la polarización hacia Th2 (51) (Figura 1).

Un marcador fenotípico que ha demostrado ser fiable y específico para el perfil Th17 es el receptor B de IL-17 (IL-17RB), expresado en las células iNKT relacionadas con RORγt, productoras de citocinas Th17 tras la estimulación con IL-23. El fenotipo CD4-NK1.1- IL17RB+ (50 % a 70 % producen citocinas Th17) se ha encontrado en más del 40 % de las células iNKT de los pulmones, nódulos linfáticos inguinales y mesentéricos, mientras que más del 90 % con el fenotipo CD4- IL-17RB- están en el hígado. Las células iNKT productoras de IL-17A están principalmente contenidas en el fenotipo de las CD4- e IL17RB+, y esta subpoblación se superpone con la subpoblación Th17 CD4-NK1.1. La producción tanto de IL-21 como de IL-22 está limitada a esta población. Las iNKT Th17 están restringidas al MHC, expresan el CCR6 y requieren RORyt para su desarrollo, de manera similar a las células T clásicas con fenotipo Th17, pero, a diferencia de estas, las células iNKT-Th17 se desarrollan como una población distinta en el timo. Las células iNKT Th17 están enriquecidas en los nódulos linfáticos periféricos, los pulmones y la piel. En los pulmones, estas células pueden responder a las infecciones y contribuyen al tipo neutrofílico de hiperreactividad de las vías respiratorias. El homólogo del marcador fenotípico NK1.1 para los humanos es el CD161, el cual define una población iNKT CD161+ capaz de diferenciarse en células productoras de IL-17, además de expresar CCR6 y CCR4 como también el receptor para IL23. Más aún, estas células requieren TGF-β, IL-1β e IL-23 para producir el perfil inmune Th17(52).

Se ha descrito una población de iNKT foliculares que expresan PD1 y CXCR5 y pueden inducir la producción de IL-21 en un linfoma de células B. Solamente in vitro se han demostrado iNKT reguladoras que expresan FoxP3; sin embargo, en diferentes procesos fisiológicos y patológicos se han observado células iNKT productoras de IL-10, aunque no se ha confirmado en ellas la expresión de FoxP3(53). Se ha mostrado que la pérdida del factor de transcripción Th-POK produce una mayor cantidad de células iNKT del tipo Th17 y en ausencia de T-bet se producen más células Th2 y Th17 en el timo lo que sugiere que la polarización depende de un antagonismo específico de factores de transcripción similar a como pasa para las células T CD4. Varias mutaciones tienden a favorecer el linaje Th2 como son las que ocurren en SLP-76, en el factor de transcripción KLF2, las Tec quinasas Itk y Rlk, la transferasa de histonas CBP y el factor de transcripción Id3. El marcador IL-17RB lo expresan selectivamente las iNKT Th2 y Th17 y su deficiencia muestra un defecto en estas células(52). Por otro lado, mTOR es una quinasa tipo serina/treonina con la capacidad de integrar estímulos ambientales; también promueve la diferenciación de las células T, el metabolismo celular, la supervivencia, el crecimiento y la proliferación celular, mediante la formación de dos complejos, mTORC1 y mTORC2, que tienen distintas propiedades de señalización y sensibilidad a la rapamicina. La formación de estos complejos es dependiente de la proteína de esclerosis tuberosa 1 (TSC1) que se asocia con TSC2 formando un complejo que inhibe la actividad de mTORC1 al disminuir la unión de la GTPasa RHEB a GTP(54). Se ha reportado que ratones deficientes de TSC1 tienen una disminución en el número de iNKT. En la misma línea, un reporte reciente muestra que TSC1 es crítico para la diferenciación terminal de las iNKT hacia un perfil Th1 sobre el Th17, al inhibir la supresión de T-bet mediada por mTORC1 (complejo 1 del blanco de la rapamicina) y una disminución de la actividad de ICOS. Más aún, ratones que pierden la actividad de T-bet presentan defectos en la maduración de las iNKT mostrando un predominio de las iNKT-Th17 y un incremento en la expresión de ICOS(1).

LA CÉLULA PRESENTADORA DE ANTÍGENO Y LOS MECANISMOS DE TRANSACTIVACIÓN

Entre las diferentes células presentadoras de antígenos lipídicos se encuentran las siguientes: las células dendríticas, los macrófagos, las células B y los neutrófilos(5, 31). La activación de las iNKT por las células dendríticas con CD1d-αGalCer da lugar a la expresión de CD69. Los macrófagos presentan antígenos lipídicos a las células iNKT principalmente en el hígado, estimulando la producción de citocinas Th1 y Th2 junto con la expansión celular(2, 8).

Los linfocitos B que expresan CD1d se encuentran en la zona marginal del bazo y expresan diferentes moléculas coestimuladoras. La presentación antigénica por estas células da lugar a la producción de citocinas Th2, debido principalmente a la expresión de moléculas coestimuladoras como ICOS-ICOSL(55-57). Reafirmando la hipótesis de las células presentadoras de antígeno como mediadoras en la polarización inmune, se encontró recientemente, mediante el uso de ratones deficientes de CD1d (en macrófagos, células B y células dendríticas), que la presentación de αGalCer estaba estrictamente limitada a las células dendríticas y en menor proporción a los macrófagos(58). Se evidenció además que la estimulación de las variantes glicolipídicas tipo Th2 era promiscua, llevada a cabo por células diferentes a las dendríticas que no producen IL-12, las cuales no son capaces de inducir la activación del ciclo IL12-NK e IFN-γ(58). Algunos estudios son contradictorios acerca de la importancia de las células B: en el modelo del ratón deficiente µMT se muestra que la depleción de las células B ocasiona un pequeño incremento en la presentación de αGalCer, pero en el modelo de CD19-/- no hay ningún efecto sobre la presentación del αGalCer(39) (Figura 1).

Estudios con el antígeno lipídico prototípico αGalCer han establecido que gran parte de su potencial para activar distintas funciones efectoras en las iNKT se debe a su poder para inducir la transactivación de células como las NK (células asesinas de la inmunidad innata) y las dendríticas. Esta transactivación depende principalmente de la estructura del antígeno, y se ve muy limitada para el caso de los glicolípidos que inducen una respuesta Th2. Por ejemplo, el glicolípido OCH no induce suficientes niveles de mRNA para c-rel y CD40L en las iNKT in vivo, y produce una disminución del IFN-γ secretado por las iNKT, mientras los niveles de IL-4 se conservan(59). Mientras que αGalCer induce a otras células como las NK a producir una segunda oleada de citocinas in vivo, OCH falla en reclutar las NK. El IFN-γ producido por las NK es dependiente del CD40 y de la producción de IL-12 proveniente de las células dendríticas lo que ha permitido concluir que una señalización alterada del TCR afecta la secreción directa e indirecta de citocinas Th1. En un estudio reciente se demostró, mediante el uso de anticuerpos específicos para detectar los complejos glicolípido-CD1d (anticuerpo L363), que la subpoblación de células dendríticas CD8+ DEC205+ es la principal presentadora de glicolípidos en el bazo, independientemente de la estructura química y del perfil de polarización que induzca(50). Se planteó entonces que el tipo de interacción que ocurre entre la DC CD8+ y la iNKT determina en estas células diferentes cambios en la expresión de moléculas coestimuladoras y coinhibidoras, incluyendo una regulación recíproca de CD70 y PDL2 que estaba relacionada con la supresión de la producción de IFN-γ por las células NK transactivadas. Esto sugiere que en vez de que tipos diferentes de APC presenten glicolípidos de manera alternativa, son los cambios rápidos moleculares que ocurren en la superficie celular de las DC CD8+, en respuesta a las diferentes estructuras químicas de los glicolípidos. Se propone entonces que la localización de las moléculas del CD1d en las balsas lipídicas induce la activación de cascadas de señalización intracelular, diferentes a las inducidas por las que no se ubican en las balsas, produciendo entonces cambios divergentes marcados por la expresión de receptores de superficie y moléculas secretadas por las DC CD8+. Los datos muestran que los cambios en la expresión de CD70 inducidos por las células iNKT pueden transactivar células NK por la interacción directa con el CD27. Adicionalmente, el incremento en la expresión de Rae-1 y de CD86 por ciertos glicolípidos que estimulan una respuesta Th1 puede hacer un sinergismo con señales activadoras como CD27-CD70 por la unión de receptores expresados en las células NK como NKG2D y CD28. PDL1 actúa con PD1 y esta interacción reduce la señal de activación del TCR al iniciar una cascada de fosforilación. Estudios previos han encontrado evidencias de efectos sobre las iNKT mediados por PDL1 y 2, pero parece predominar la participación de PDL2(50). Esto muestra que un incremento en la expresión de PDL2 en APC seguido del reconocimiento de glicolípidos Th2 como C20:2 es el mecanismo que inhibe la transactivación de las NK con supresión del IFN-γ reafirmando el perfil Th2 (Figura 1).

CONCLUSIONES

Las células iNKT tienen un papel fundamental tanto en la inmunidad innata como en la adaptativa. En los últimos años se ha visto un aumento en las publicaciones que reportan nuevos antígenos lipídicos capaces de estimularlas. A pesar de todo lo que se sabe de estas células, queda mucho por entender acerca de los principios que gobiernan su activación, lo que involucra una gran cantidad de procesos y moléculas sobre los cuales ha versado esta revisión. La contribución relativa de cada uno de estos procesos depende del contexto en que ocurra la activación de las iNKT, lo cual es definido por el tipo de proceso inflamatorio o regulador que esté ocurriendo. El entendimiento de los mecanismos de activación de las iNKT no solo es importante para comprender la biología de estas células, sino también para garantizar el éxito de futuras aplicaciones terapéuticas.

Es llamativo que después de tantos años de investigación no se le pueda asignar una polarización específica a un glicolípido nuevo con solo conocer su estructura y que no se haya producido un algoritmo, que retroalimentado con toda la información disponible sobre la interacción entre CD1d y la iNKT, permita hacer predicciones acertadas acerca de la posible polarización en un contexto inmunológico específico. Este fenómeno se puede deber a que aún falte información acerca de la biología de las iNKT, o a que se requieran modelos más avanzados, como los que propone la biología de sistemas, para establecer modelos predictivos de activación para las iNKT. Es imperativo, entonces, tener una mejor comprensión de los mecanismos de activación de las iNKT, que permita diseñar mejores tratamientos y/o estrategias de prevención de muchas enfermedades que aquejan a la humanidad en las que estas células tienen una participación significativa.

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** Cómo citar: Baena A, Gómez-Giraldo L, Carreño LJ. Mecanismos de activación de las células asesinas naturales invariantes (iNKT). Iatreia. 2016 Ene-Mar;29(1):51-64. DOI 10.17533/udea.iatreia.v29n1a05.