Fagocito

fagocitos son células que protegen el cuerpo al ingerir partículas extrañas dañinas, bacterias y células muertas o moribundas. Su nombre proviene del griego phagein, & #34;comer" o "devorar", y "-cito", el sufijo en biología que denota "célula", del griego kutos, "vasija hueca". Son esenciales para combatir infecciones y para la posterior inmunidad. Los fagocitos son importantes en todo el reino animal y están muy desarrollados en los vertebrados. Un litro de sangre humana contiene alrededor de seis mil millones de fagocitos. Fueron descubiertos en 1882 por Ilya Ilyich Mechnikov mientras estudiaba las larvas de estrellas de mar. Mechnikov recibió el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 1908 por su descubrimiento. Los fagocitos se encuentran en muchas especies; Algunas amebas se comportan como fagocitos de macrófagos, lo que sugiere que los fagocitos aparecieron temprano en la evolución de la vida.

Los fagocitos de humanos y otros animales se denominan fagocitos "profesionales" o "no profesional" dependiendo de su eficacia en la fagocitosis. Los fagocitos profesionales incluyen muchos tipos de glóbulos blancos (como neutrófilos, monocitos, macrófagos, mastocitos y células dendríticas). La principal diferencia entre los fagocitos profesionales y los no profesionales es que los fagocitos profesionales tienen moléculas llamadas receptores en sus superficies que pueden detectar objetos dañinos, como bacterias, que normalmente no se encuentran en el cuerpo. Los fagocitos no profesionales no tienen receptores fagocíticos eficientes, como los de las opsoninas. Los fagocitos son cruciales para combatir infecciones, así como para mantener los tejidos sanos al eliminar las células muertas y moribundas que han llegado al final de su vida útil.

Durante una infección, las señales químicas atraen a los fagocitos a los lugares donde el patógeno ha invadido el cuerpo. Estas sustancias químicas pueden provenir de bacterias o de otros fagocitos ya presentes. Los fagocitos se mueven mediante un método llamado quimiotaxis. Cuando los fagocitos entran en contacto con las bacterias, los receptores de la superficie del fagocito se unirán a ellas. Esta unión conducirá a que el fagocito fagocite a la bacteria. Algunos fagocitos matan el patógeno ingerido con oxidantes y óxido nítrico. Después de la fagocitosis, los macrófagos y las células dendríticas también pueden participar en la presentación del antígeno, un proceso en el que un fagocito mueve partes del material ingerido de regreso a su superficie. Este material luego se muestra a otras células del sistema inmunológico. Luego, algunos fagocitos viajan a los ganglios linfáticos del cuerpo y muestran el material a los glóbulos blancos llamados linfocitos. Este proceso es importante para desarrollar la inmunidad y muchos patógenos han desarrollado métodos para evadir los ataques de los fagocitos.

Historia

El zoólogo ruso Ilya Ilyich Mechnikov (1845-1916) fue el primero en reconocer que las células especializadas participaban en la defensa contra las infecciones microbianas. En 1882, estudió las células móviles (que se movían libremente) en las larvas de estrellas de mar, creyendo que eran importantes para la vida de los animales. defensas inmunes. Para probar su idea, insertó pequeñas espinas de un árbol de mandarina en las larvas. Al cabo de unas horas notó que las células móviles habían rodeado las espinas. Mechnikov viajó a Viena y compartió sus ideas con Carl Friedrich Claus, quien sugirió el nombre "fagocito" (de las palabras griegas phagein, que significa & #34;comer o devorar", y kutos , que significa "vaso hueco") para las células que Mechnikov había observado.

Un año más tarde, Mechnikov estudió un crustáceo de agua dulce llamado Daphnia, un animal diminuto y transparente que puede examinarse directamente bajo un microscopio. Descubrió que las esporas de hongos que atacaban al animal eran destruidas por los fagocitos. Continuó ampliando sus observaciones a los glóbulos blancos de los mamíferos y descubrió que la bacteria Bacillus anthracis podía ser fagocitada y eliminada por los fagocitos, un proceso al que llamó fagocitosis. Mechnikov propuso que los fagocitos eran una defensa primaria contra organismos invasores.

En 1903, Almroth Wright descubrió que la fagocitosis era reforzada por anticuerpos específicos a los que llamó opsoninas, del griego opson, "un aderezo o condimento". Mechnikov recibió (junto con Paul Ehrlich) el Premio Nobel de Fisiología o Medicina de 1908 por su trabajo sobre los fagocitos y la fagocitosis.

Aunque la importancia de estos descubrimientos fue ganando aceptación lentamente a principios del siglo XX, las intrincadas relaciones entre los fagocitos y todos los demás componentes del sistema inmunológico no se conocieron hasta la década de 1980.

Fagocitosis

La fagocitosis es el proceso de absorción de partículas como bacterias, hongos invasores, parásitos, células huésped muertas y desechos celulares y extraños por parte de una célula. Implica una cadena de procesos moleculares. La fagocitosis ocurre después de que el cuerpo extraño, una célula bacteriana, por ejemplo, se ha unido a moléculas llamadas "receptores" que se encuentran en la superficie del fagocito. Luego, el fagocito se extiende alrededor de la bacteria y la engulle. La fagocitosis de bacterias por parte de neutrófilos humanos dura una media de nueve minutos. Una vez dentro de este fagocito, la bacteria queda atrapada en un compartimento llamado fagosoma. En un minuto, el fagosoma se fusiona con un lisosoma o un gránulo para formar un fagolisosoma. Luego, la bacteria es sometida a una abrumadora variedad de mecanismos de destrucción y muere unos minutos después. Las células dendríticas y los macrófagos no son tan rápidos y la fagocitosis puede tardar muchas horas en estas células. Los macrófagos comen lentamente y desordenadamente; engullen enormes cantidades de material y frecuentemente liberan parte no digerida a los tejidos. Estos desechos sirven como señal para reclutar más fagocitos de la sangre. Los fagocitos tienen apetitos voraces; Los científicos incluso han alimentado a macrófagos con limaduras de hierro y luego han utilizado un pequeño imán para separarlos de otras células.

Un fagocito tiene muchos tipos de receptores en su superficie que se utilizan para unir material. Incluyen receptores de opsonina, receptores carroñeros y receptores tipo Toll. Los receptores de opsonina aumentan la fagocitosis de bacterias que han sido recubiertas con anticuerpos de inmunoglobulina G (IgG) o con complemento. "Complemento" es el nombre que se le da a una serie compleja de moléculas de proteínas que se encuentran en la sangre y que destruyen las células o las marcan para su destrucción. Los receptores carroñeros se unen a una amplia gama de moléculas en la superficie de las células bacterianas, y los receptores tipo Toll, llamados así debido a su similitud con los receptores bien estudiados en moscas de la fruta que están codificados por el gen Toll, se unen a moléculas más específicas, incluidas ADN y ARN extraños. La unión a receptores tipo Toll aumenta la fagocitosis y hace que el fagocito libere un grupo de hormonas que causan inflamación.

Métodos de matar

La destrucción de microbios es una función crítica de los fagocitos que se realiza dentro del fagocito (muerte intracelular) o fuera del fagocito (muerte extracelular).

Intracelular dependiente de oxígeno

Cuando un fagocito ingiere bacterias (o cualquier material), su consumo de oxígeno aumenta. El aumento en el consumo de oxígeno, llamado ráfaga respiratoria, produce moléculas reactivas que contienen oxígeno que son antimicrobianas. Los compuestos de oxígeno son tóxicos tanto para el invasor como para la propia célula, por lo que se mantienen en compartimentos dentro de la célula. Este método de matar microbios invasores mediante el uso de moléculas reactivas que contienen oxígeno se conoce como muerte intracelular dependiente de oxígeno, de la cual existen dos tipos.

El primer tipo es la producción dependiente de oxígeno de un superóxido, que es una sustancia rica en oxígeno que mata las bacterias. El superóxido se convierte en peróxido de hidrógeno y oxígeno singlete mediante una enzima llamada superóxido dismutasa. Los superóxidos también reaccionan con el peróxido de hidrógeno para producir radicales hidroxilo, que ayudan a matar al microbio invasor.

El segundo tipo implica el uso de la enzima mieloperoxidasa de los gránulos de neutrófilos. Cuando los gránulos se fusionan con un fagosoma, se libera mieloperoxidasa en el fagolisosoma y esta enzima usa peróxido de hidrógeno y cloro para crear hipoclorito, una sustancia que se usa en la lejía doméstica. El hipoclorito es extremadamente tóxico para las bacterias. La mieloperoxidasa contiene un pigmento hemo, que explica el color verde de las secreciones ricas en neutrófilos, como el pus y el esputo infectado.

Intracelular independiente del oxígeno

Los fagocitos también pueden matar microbios mediante métodos independientes del oxígeno, pero no son tan eficaces como los que dependen del oxígeno. Hay cuatro tipos principales. El primero utiliza proteínas cargadas eléctricamente que dañan la membrana de la bacteria. El segundo tipo utiliza lisozimas; Estas enzimas degradan la pared celular bacteriana. El tercer tipo utiliza lactoferrinas, que están presentes en los gránulos de neutrófilos y eliminan el hierro esencial de las bacterias. El cuarto tipo utiliza proteasas y enzimas hidrolíticas; Estas enzimas se utilizan para digerir las proteínas de las bacterias destruidas.

Extracelular

El interferón gamma, que alguna vez se llamó factor activador de macrófagos, estimula a los macrófagos para que produzcan óxido nítrico. La fuente de interferón gamma pueden ser células T CD4+, células T CD8+, células asesinas naturales, células B, células T asesinas naturales, monocitos, otros macrófagos o células dendríticas. Luego, los macrófagos liberan óxido nítrico y, debido a su toxicidad, mata los microbios cercanos a los macrófagos. Los macrófagos activados producen y secretan factor de necrosis tumoral. Esta citocina, una clase de molécula de señalización, mata las células cancerosas y las células infectadas por virus y ayuda a activar otras células del sistema inmunológico.

En algunas enfermedades, por ejemplo, la rara enfermedad granulomatosa crónica, la eficiencia de los fagocitos se ve afectada y las infecciones bacterianas recurrentes son un problema. En esta enfermedad hay una anomalía que afecta a diferentes elementos de la muerte dependiente de oxígeno. Otras anomalías congénitas raras, como el síndrome de Chédiak-Higashi, también se asocian con una destrucción defectuosa de los microbios ingeridos.

Virus

Los virus sólo pueden reproducirse dentro de las células y pueden entrar utilizando muchos de los receptores implicados en la inmunidad. Una vez dentro de la célula, los virus utilizan la maquinaria biológica de la célula para su propio beneficio, forzando a la célula a hacer cientos de copias idénticas de sí mismos. Aunque los fagocitos y otros componentes del sistema inmunológico innato pueden, hasta cierto punto, controlar los virus, una vez que un virus está dentro de una célula, las respuestas inmunes adaptativas, particularmente las de los linfocitos, son más importantes para la defensa. En los sitios de infecciones virales, los linfocitos a menudo superan ampliamente en número a todas las demás células del sistema inmunológico; esto es común en la meningitis viral. Las células infectadas por virus que han sido destruidas por los linfocitos son eliminadas del cuerpo por los fagocitos.

Papel en la apoptosis

En un animal, las células mueren constantemente. Un equilibrio entre la división celular y la muerte celular mantiene el número de células relativamente constante en los adultos. Hay dos formas diferentes en que una célula puede morir: por necrosis o por apoptosis. A diferencia de la necrosis, que a menudo resulta de una enfermedad o un trauma, la apoptosis (o muerte celular programada) es una función normal y saludable de las células. El cuerpo tiene que deshacerse de millones de células muertas o moribundas cada día, y los fagocitos desempeñan un papel crucial en este proceso.

Las células moribundas que atraviesan las etapas finales de la apoptosis muestran moléculas, como la fosfatidilserina, en su superficie celular para atraer a los fagocitos. La fosfatidilserina normalmente se encuentra en la superficie citosólica de la membrana plasmática, pero se redistribuye durante la apoptosis a la superficie extracelular mediante una proteína conocida como scramblasa. Estas moléculas marcan la célula para la fagocitosis por parte de células que poseen los receptores apropiados, como los macrófagos. La eliminación de células moribundas por parte de los fagocitos se produce de manera ordenada sin provocar una respuesta inflamatoria y es una función importante de los fagocitos.

Interacciones con otras células

Los fagocitos generalmente no están unidos a ningún órgano en particular, sino que se mueven por el cuerpo interactuando con otras células fagocíticas y no fagocíticas del sistema inmunológico. Pueden comunicarse con otras células mediante la producción de sustancias químicas llamadas citocinas, que reclutan otros fagocitos en el sitio de las infecciones o estimulan los linfocitos inactivos. Los fagocitos forman parte del sistema inmunológico innato, con el que nacen los animales, incluidos los humanos. La inmunidad innata es muy eficaz pero no específica porque no discrimina entre diferentes tipos de invasores. Por otro lado, el sistema inmunológico adaptativo de los vertebrados con mandíbulas (la base de la inmunidad adquirida) está altamente especializado y puede proteger contra casi cualquier tipo de invasor. El sistema inmunológico adaptativo no depende de los fagocitos sino de los linfocitos, que producen proteínas protectoras llamadas anticuerpos, que marcan a los invasores para su destrucción y evitan que los virus infecten las células. Los fagocitos, en particular las células dendríticas y los macrófagos, estimulan a los linfocitos para que produzcan anticuerpos mediante un proceso importante llamado presentación de antígenos.

Presentación de antígeno

La presentación de antígenos es un proceso en el que algunos fagocitos mueven partes de materiales fagocitados de regreso a la superficie de sus células y "presentan" a otras células del sistema inmunológico. Hay dos "profesionales" Células presentadoras de antígenos: macrófagos y células dendríticas. Después de la absorción, las proteínas extrañas (los antígenos) se descomponen en péptidos dentro de las células dendríticas y los macrófagos. Luego, estos péptidos se unen a las glicoproteínas del complejo principal de histocompatibilidad (MHC) de la célula, que transportan los péptidos de regreso a la superficie del fagocito, donde pueden "presentarse" a los linfocitos. Los macrófagos maduros no viajan lejos del sitio de la infección, pero las células dendríticas pueden llegar a los ganglios linfáticos del cuerpo, donde hay millones de linfocitos. Esto mejora la inmunidad porque los linfocitos responden a los antígenos presentados por las células dendríticas tal como lo harían en el sitio de la infección original. Pero las células dendríticas también pueden destruir o pacificar los linfocitos si reconocen componentes del cuerpo huésped; esto es necesario para prevenir reacciones autoinmunes. Este proceso se llama tolerancia.

Tolerancia inmunológica

Las células dendríticas también promueven la tolerancia inmunológica, lo que impide que el cuerpo se ataque a sí mismo. El primer tipo de tolerancia es la tolerancia central, que se produce en el timo. Las células T que se unen (a través de su receptor de células T) al autoantígeno (presentado por las células dendríticas en las moléculas del MHC) con demasiada fuerza son inducidas a morir. El segundo tipo de tolerancia inmunológica es la tolerancia periférica. Algunas células T autorreactivas escapan del timo por varias razones, principalmente debido a la falta de expresión de algunos antígenos propios en el timo. Otro tipo de célula T; Las células T reguladoras pueden regular negativamente las células T autorreactivas en la periferia. Cuando falla la tolerancia inmunológica, pueden aparecer enfermedades autoinmunes.

Fagocitos profesionales

Los fagocitos de humanos y otros vertebrados con mandíbulas se dividen en fagocitos "profesionales" y "no profesional" grupos en función de la eficiencia con la que participan en la fagocitosis. Los fagocitos profesionales son células mieloides, que incluyen monocitos, macrófagos, neutrófilos, células dendríticas de tejido y mastocitos. Un litro de sangre humana contiene alrededor de seis mil millones de fagocitos.

Activación

Todos los fagocitos, y especialmente los macrófagos, existen en grados de preparación. Los macrófagos suelen estar relativamente inactivos en los tejidos y proliferan lentamente. En este estado de semireposo, eliminan las células huésped muertas y otros desechos no infecciosos y rara vez participan en la presentación de antígenos. Pero, durante una infección, reciben señales químicas (generalmente interferón gamma) que aumentan su producción de moléculas MHC II y los preparan para presentar antígenos. En este estado, los macrófagos son buenos presentadores y asesinos de antígenos. Si reciben una señal directamente de un invasor, se "hiperactivan", dejan de proliferar y se concentran en matar. Su tamaño y tasa de fagocitosis aumentan; algunos se vuelven lo suficientemente grandes como para fagocitar a los protozoos invasores.

En la sangre, los neutrófilos están inactivos pero son arrastrados a gran velocidad. Cuando reciben señales de los macrófagos en los sitios de inflamación, disminuyen su velocidad y abandonan la sangre. En los tejidos, son activados por citoquinas y llegan al lugar de la batalla listos para matar.

Migración

Cuando se produce una infección, se activa una sustancia química "SOS" Se emite una señal para atraer fagocitos al sitio. Estas señales químicas pueden incluir proteínas de bacterias invasoras, péptidos del sistema de coagulación, productos del complemento y citocinas que han sido emitidas por macrófagos ubicados en el tejido cerca del sitio de la infección. Otro grupo de atrayentes químicos son las citoquinas que reclutan neutrófilos y monocitos de la sangre.

Para llegar al sitio de la infección, los fagocitos abandonan el torrente sanguíneo y entran en los tejidos afectados. Las señales de la infección hacen que las células endoteliales que recubren los vasos sanguíneos produzcan una proteína llamada selectina, a la que se adhieren los neutrófilos al pasar. Otras señales llamadas vasodilatadores aflojan las uniones que conectan las células endoteliales, permitiendo que los fagocitos atraviesen la pared. La quimiotaxis es el proceso mediante el cual los fagocitos siguen el "aroma" de citocinas. al lugar infectado. Los neutrófilos viajan a través de órganos revestidos de células epiteliales hasta los sitios de infección y, aunque este es un componente importante en la lucha contra la infección, la migración en sí puede provocar síntomas similares a los de una enfermedad. Durante una infección, se reclutan millones de neutrófilos de la sangre, pero mueren al cabo de unos días.

Monocitos

Los monocitos se desarrollan en la médula ósea y alcanzan la madurez en la sangre. Los monocitos maduros tienen núcleos grandes, lisos y lobulados y un citoplasma abundante que contiene gránulos. Los monocitos ingieren sustancias extrañas o peligrosas y presentan antígenos a otras células del sistema inmunológico. Los monocitos forman dos grupos: un grupo circulante y un grupo marginal que permanece en otros tejidos (aproximadamente el 70% están en el grupo marginal). La mayoría de los monocitos abandonan el torrente sanguíneo después de 20 a 40 horas para viajar a tejidos y órganos y, al hacerlo, se transforman en macrófagos o células dendríticas según las señales que reciben. En un litro de sangre humana hay alrededor de 500 millones de monocitos.

Macrófagos

Los macrófagos maduros no viajan muy lejos, sino que vigilan aquellas áreas del cuerpo que están expuestas al mundo exterior. Allí actúan como recolectores de basura, células presentadoras de antígenos o feroces asesinos, dependiendo de las señales que reciben. Derivan de monocitos, células madre de granulocitos o de la división celular de macrófagos preexistentes. Los macrófagos humanos tienen unos 21 micrómetros de diámetro.

Este tipo de fagocitos no tiene gránulos pero contiene muchos lisosomas. Los macrófagos se encuentran en todo el cuerpo, en casi todos los tejidos y órganos (por ejemplo, células microgliales en el cerebro y macrófagos alveolares en los pulmones), donde acechan silenciosamente. La ubicación de un macrófago puede determinar su tamaño y apariencia. Los macrófagos causan inflamación mediante la producción de interleucina-1, interleucina-6 y TNF-alfa. Los macrófagos normalmente sólo se encuentran en los tejidos y rara vez se ven en la circulación sanguínea. Se ha estimado que la vida útil de los macrófagos tisulares oscila entre cuatro y quince días.

Los macrófagos pueden activarse para realizar funciones que un monocito en reposo no puede realizar. Las células T colaboradoras (también conocidas como células T efectoras o células T_h), un subgrupo de linfocitos, son responsables de la activación de los macrófagos. Las células Th1 activan los macrófagos mediante señales con IFN-gamma y mostrando el ligando de la proteína CD40. Otras señales incluyen TNF-alfa y lipopolisacáridos de bacterias. Las células T_h1 pueden reclutar otros fagocitos en el sitio de la infección de varias maneras. Secretan citocinas que actúan sobre la médula ósea para estimular la producción de monocitos y neutrófilos, y secretan algunas de las citocinas responsables de la migración de monocitos y neutrófilos fuera del torrente sanguíneo. Las células T_h1 proceden de la diferenciación de las células T CD4⁺ una vez que han respondido al antígeno en los tejidos linfoides secundarios. Los macrófagos activados desempeñan un papel potente en la destrucción de tumores al producir TNF-alfa, IFN-gamma, óxido nítrico, compuestos reactivos de oxígeno, proteínas catiónicas y enzimas hidrolíticas.

Neutrófilos

Los neutrófilos normalmente se encuentran en el torrente sanguíneo y son el tipo de fagocito más abundante, constituyendo del 50 % al 60 % del total de glóbulos blancos circulantes. Un litro de sangre humana contiene unos cinco mil millones de neutrófilos, que miden unos 10 micrómetros de diámetro y viven sólo unos cinco días. Una vez que han recibido las señales adecuadas, tardan unos treinta minutos en salir de la sangre y llegar al lugar de la infección. Son comedores feroces y rápidamente devoran a los invasores recubiertos de anticuerpos y complemento, y de células dañadas o restos celulares. Los neutrófilos no regresan a la sangre; se convierten en células de pus y mueren. Los neutrófilos maduros son más pequeños que los monocitos y tienen un núcleo segmentado con varias secciones; cada sección está conectada por filamentos de cromatina; los neutrófilos pueden tener de 2 a 5 segmentos. Los neutrófilos normalmente no salen de la médula ósea hasta la madurez, pero durante una infección se liberan precursores de neutrófilos llamados metamielocitos, mielocitos y promielocitos.

Los gránulos intracelulares del neutrófilo humano han sido reconocidos durante mucho tiempo por sus propiedades bactericidas y destructoras de proteínas. Los neutrófilos pueden secretar productos que estimulan a los monocitos y macrófagos. Las secreciones de neutrófilos aumentan la fagocitosis y la formación de compuestos reactivos de oxígeno implicados en la destrucción intracelular. Las secreciones de los gránulos primarios de los neutrófilos estimulan la fagocitosis de las bacterias recubiertas de anticuerpos IgG. Cuando se encuentran con bacterias, hongos o plaquetas activadas, producen estructuras de cromatina en forma de red conocidas como trampas extracelulares de neutrófilos (NET). Compuestos principalmente de ADN, los NET causan la muerte mediante un proceso llamado netosis: una vez que los patógenos quedan atrapados en los NET, mueren mediante mecanismos oxidativos y no oxidativos.

Células dendríticas

Las células dendríticas son células presentadoras de antígenos especializadas que tienen largos crecimientos llamados dendritas, que ayudan a fagocitar a los microbios y otros invasores. Las células dendríticas están presentes en los tejidos que están en contacto con el medio externo, principalmente la piel, el revestimiento interno de la nariz, los pulmones, el estómago y los intestinos. Una vez activados, maduran y migran a los tejidos linfoides donde interactúan con las células T y B para iniciar y orquestar la respuesta inmune adaptativa. Las células dendríticas maduras activan las células T colaboradoras y las células T citotóxicas. Las células T auxiliares activadas interactúan con los macrófagos y las células B para activarlas a su vez. Además, las células dendríticas pueden influir en el tipo de respuesta inmune producida; cuando viajan a las áreas linfoides donde se encuentran las células T, pueden activar las células T, que luego se diferencian en células T citotóxicas o células T auxiliares.

Mastocitos

Los mastocitos tienen receptores tipo Toll e interactúan con las células dendríticas, las células B y las células T para ayudar a mediar las funciones inmunes adaptativas. Los mastocitos expresan moléculas MHC de clase II y pueden participar en la presentación de antígenos; sin embargo, el papel de los mastocitos en la presentación de antígenos no se comprende muy bien. Los mastocitos pueden consumir y matar bacterias gramnegativas (p. ej., salmonella) y procesar sus antígenos. Se especializan en procesar las proteínas fimbriales de la superficie de las bacterias, que participan en la adhesión a los tejidos. Además de estas funciones, los mastocitos producen citocinas que inducen una respuesta inflamatoria. Esta es una parte vital de la destrucción de microbios porque las citoquinas atraen más fagocitos al sitio de la infección.

Fagocitos no profesionales

Las células moribundas y los organismos extraños son consumidos por células distintas a las células "profesionales" fagocitos. Estas células incluyen células epiteliales, células endoteliales, fibroblastos y células mesenquimales. Se denominan fagocitos no profesionales para subrayar que, a diferencia de los fagocitos profesionales, la fagocitosis no es su función principal. Los fibroblastos, por ejemplo, que pueden fagocitar el colágeno en el proceso de remodelación de las cicatrices, también intentarán ingerir partículas extrañas.

Los fagocitos no profesionales están más limitados que los fagocitos profesionales en el tipo de partículas que pueden absorber. Esto se debe a su falta de receptores fagocíticos eficientes, en particular las opsoninas, que son anticuerpos y complemento unidos a los invasores por el sistema inmunológico. Además, la mayoría de los fagocitos no profesionales no producen moléculas reactivas que contienen oxígeno en respuesta a la fagocitosis.

Evasión y resistencia a patógenos

Un patógeno sólo logra infectar un organismo si puede superar sus defensas. Las bacterias y protozoos patógenos han desarrollado una variedad de métodos para resistir los ataques de los fagocitos, y muchos de ellos sobreviven y se replican dentro de las células fagocíticas.

Evitar el contacto

Hay varias formas en que las bacterias evitan el contacto con los fagocitos. Primero, pueden crecer en sitios a los que los fagocitos no pueden viajar (por ejemplo, la superficie de la piel intacta). En segundo lugar, las bacterias pueden suprimir la respuesta inflamatoria; sin esta respuesta a la infección, los fagocitos no pueden responder adecuadamente. En tercer lugar, algunas especies de bacterias pueden inhibir la capacidad de los fagocitos para viajar al sitio de la infección al interferir con la quimiotaxis. Cuarto, algunas bacterias pueden evitar el contacto con los fagocitos engañando al sistema inmunológico para que "piense" en algo. que las bacterias son "propias". Treponema pallidum, la bacteria que causa la sífilis, se esconde de los fagocitos recubriendo su superficie con fibronectina, que el cuerpo produce naturalmente y desempeña un papel crucial en la cicatrización de heridas.

Evitar la inmersión

Las bacterias a menudo producen cápsulas hechas de proteínas o azúcares que recubren sus células e interfieren con la fagocitosis. Algunos ejemplos son la cápsula K5 y el antígeno O75 O que se encuentran en la superficie de Escherichia coli, y las cápsulas de exopolisacáridos de Staphylococcus epidermidis. El Streptococcus pneumoniae produce varios tipos de cápsulas que brindan diferentes niveles de protección, y los estreptococos del grupo A producen proteínas como la proteína M y proteínas fimbriales para bloquear la absorción. Algunas proteínas dificultan la ingestión relacionada con la opsonina; Staphylococcus aureus produce proteína A para bloquear los receptores de anticuerpos, lo que disminuye la eficacia de las opsoninas. Las especies enteropatógenas del género Yersinia se unen mediante el uso del factor de virulencia YopH a los receptores de los fagocitos, desde donde influyen en la capacidad de las células para ejercer la fagocitosis.

Supervivencia dentro del fagocito

Las bacterias han desarrollado formas de sobrevivir dentro de los fagocitos, donde continúan evadiendo el sistema inmunológico. Para entrar de forma segura dentro del fagocito, expresan proteínas llamadas invasinas. Cuando están dentro de la célula permanecen en el citoplasma y evitan las sustancias químicas tóxicas contenidas en los fagolisosomas. Algunas bacterias impiden la fusión de un fagosoma y un lisosoma para formar el fagolisosoma. Otros patógenos, como Leishmania, crean una vacuola altamente modificada dentro del fagocito, lo que les ayuda a persistir y replicarse. Algunas bacterias son capaces de vivir dentro del fagolisosoma. Staphylococcus aureus, por ejemplo, produce las enzimas catalasa y superóxido dismutasa, que descomponen sustancias químicas (como el peróxido de hidrógeno) producidas por los fagocitos para matar las bacterias. Las bacterias pueden escapar del fagosoma antes de la formación del fagolisosoma: Listeria monocytogenes puede hacer un agujero en la pared del fagosoma utilizando enzimas llamadas listeriolisina O y fosfolipasa C.

Matar

Las bacterias han desarrollado varias formas de matar los fagocitos. Estos incluyen citolisinas, que forman poros en las membranas celulares de los fagocitos, estreptolisinas y leucocidinas, que causan la inflamación de los neutrófilos. gránulos para romperse y liberar sustancias tóxicas, y exotoxinas que reducen el suministro de ATP de un fagocito, necesario para la fagocitosis. Después de que se ingiere una bacteria, puede matar al fagocito liberando toxinas que viajan a través del fagosoma o la membrana del fagolisosoma para atacar otras partes de la célula.

Alteración de la señalización celular

Algunas estrategias de supervivencia a menudo implican alterar las citocinas y otros métodos de señalización celular para evitar que los fagocitos respondan a la invasión. Los parásitos protozoarios Toxoplasma gondii, Trypanosoma cruzi y Leishmania infectan a los macrófagos, y cada uno tiene una forma única de domesticarlos. Algunas especies de Leishmania alteran la señalización de los macrófagos infectados, reprimen la producción de citocinas y moléculas microbicidas (óxido nítrico y especies reactivas de oxígeno) y comprometen la presentación de antígenos.

Daño del huésped por fagocitos

Los macrófagos y los neutrófilos, en particular, desempeñan un papel central en el proceso inflamatorio al liberar proteínas y mediadores inflamatorios de moléculas pequeñas que controlan la infección pero que pueden dañar el tejido del huésped. En general, los fagocitos tienen como objetivo destruir los patógenos envolviéndolos y sometiéndolos a una batería de sustancias químicas tóxicas dentro de un fagolisosoma. Si un fagocito no logra fagocitar a su objetivo, estos agentes tóxicos pueden liberarse al medio ambiente (una acción conocida como "fagocitosis frustrada"). Como estos agentes también son tóxicos para las células huésped, pueden causar daños importantes a las células y tejidos sanos.

Cuando los neutrófilos liberan el contenido de sus gránulos en el riñón, el contenido de los gránulos (compuestos reactivos de oxígeno y proteasas) degrada la matriz extracelular de las células huésped y puede causar daño a las células glomerulares, afectando su capacidad para filtrar la sangre y provocando cambios en forma. Además, los productos de fosfolipasa (p. ej., leucotrienos) intensifican el daño. Esta liberación de sustancias promueve la quimiotaxis de más neutrófilos al sitio de la infección, y las moléculas de adhesión pueden dañar aún más las células glomerulares durante la migración de los neutrófilos. La lesión causada a las células glomerulares puede provocar insuficiencia renal.

Los neutrófilos también desempeñan un papel clave en el desarrollo de la mayoría de las formas de lesión pulmonar aguda. Aquí, los neutrófilos activados liberan el contenido de sus gránulos tóxicos al entorno pulmonar. Los experimentos han demostrado que una reducción en el número de neutrófilos disminuye los efectos de la lesión pulmonar aguda, pero el tratamiento mediante la inhibición de los neutrófilos no es clínicamente realista, ya que dejaría al huésped vulnerable a la infección. En el hígado, el daño causado por los neutrófilos puede contribuir a la disfunción y lesión en respuesta a la liberación de endotoxinas producidas por bacterias, sepsis, traumatismos, hepatitis alcohólica, isquemia y shock hipovolémico resultante de una hemorragia aguda.

Las sustancias químicas liberadas por los macrófagos también pueden dañar el tejido del huésped. El TNF-α es una sustancia química importante liberada por los macrófagos que hace que la sangre de los vasos pequeños se coagule para evitar la propagación de una infección. Si una infección bacteriana se propaga a la sangre, se libera TNF-α en órganos vitales, lo que puede provocar vasodilatación y disminución del volumen plasmático; estos, a su vez, pueden ir seguidos de un shock séptico. Durante el shock séptico, la liberación de TNF-α provoca una obstrucción de los pequeños vasos que suministran sangre a los órganos vitales, y los órganos pueden fallar. El shock séptico puede provocar la muerte.

Orígenes evolutivos

La fagocitosis es común y probablemente apareció temprano en la evolución, evolucionando primero en eucariotas unicelulares. Las amebas son protistas unicelulares que se separaron del árbol dando lugar a metazoos poco después de la divergencia de las plantas, y comparten muchas funciones específicas con las células fagocíticas de los mamíferos. Dictyostelium discoideum, por ejemplo, es una ameba que vive en el suelo y se alimenta de bacterias. Al igual que los fagocitos animales, engulle bacterias mediante fagocitosis principalmente a través de receptores tipo Toll y tiene otras funciones biológicas en común con los macrófagos. Dictyostelium discoideum es social; se agrega cuando se muere de hambre para formar un pseudoplasmodio o babosa migratoria. Este organismo multicelular eventualmente producirá un cuerpo fructífero con esporas resistentes a los peligros ambientales. Antes de la formación de cuerpos fructíferos, las células migran como organismos parecidos a babosas durante varios días. Durante este tiempo, la exposición a toxinas o bacterias patógenas tiene el potencial de comprometer la supervivencia de la especie al limitar la producción de esporas. Algunas de las amebas engullen bacterias y absorben toxinas mientras circulan dentro de la babosa, y estas amebas eventualmente mueren. Son genéticamente idénticas a las otras amebas de la babosa; su autosacrificio para proteger a las otras amebas de las bacterias es similar al autosacrificio de los fagocitos observado en el sistema inmunológico de los vertebrados superiores. Esta antigua función inmune en las amebas sociales sugiere un mecanismo de búsqueda de alimento celular conservado evolutivamente que podría haberse adaptado a funciones de defensa mucho antes de la diversificación de las amebas en formas superiores. Los fagocitos se encuentran en todo el reino animal, desde esponjas marinas hasta insectos y vertebrados inferiores y superiores. La capacidad de las amebas para distinguir entre lo propio y lo no propio es fundamental y es la raíz del sistema inmunológico de muchas especies de amebas.