La inmunosenescencia

El envejecimiento implica la aparición de cambios morfológicos y de la integridad funcional de todos los órganos y sistemas, incluyendo las funciones inmunológicas humoral y celular (Allmar and Miller 2005 (a)) (Gomez, Boehmer et al. 2005) (Weng 2006). Sin embargo, no toda la funcionalidad inmunológica disminuye al envejecer, hay aspectos que se activan, posiblemente en exceso, por lo que se habla de una “reestructuración” del sistema inmunitario con la edad (Pawelec, Barnett et al. 2002).

Esos cambios con la edad en el sistema inmunitario es lo que se denomina “inmunosenescencia”, la cual supone una disminución en la eficacia funcional del sistema defensivo, así como en su capacidad de respuesta. Este proceso de deterioro de la función inmunitaria asociada a la edad, implica una mayor incidencia de infecciones, enfermedades autoinmunes y cánceres. Además, el hecho de que este sistema homeostático se deteriore con la edad, es determinante en la mayor morbilidad y mortalidad asociada al envejecimiento (Wayne, Rhyne et al. 1990) (Pawelec 1999) (Ginaldi, De Martinis et al. 1999) (Katz, Plowden et al. 2004).

En el sistema inmunitario los principales cambios que acontecen con la edad son los siguientes: a) Involución tímica, lo que deriva en un menor número de células linfoides precursoras de células T; b) Disminución de la capacidad proliferativa de los linfocitos T por acortamiento de los telómeros, y pérdida de alguna de sus

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subpoblaciones; c) Déficit cualitativo de linfocitos B, que conlleva una menor respuesta de éstos frente a antígenos exógenos; d) Disminución de las respuestas fagocítica y quimiotáctica de las células accesorias que, además, aumentan su producción de prostaglandinas, lo que inhibe la proliferación de las células T; e) Alteraciones en la producción y secreción de varias citoquinas (Malaguarnera, Ferlito et al. 2001).

Un hecho evidente que tiene lugar al envejecer es el deterioro de la respuesta inmunitaria adaptativa, con una menor proliferación de linfocitos T y B y los cambios en sus subpoblaciones y producción de citoquinas (Straub, Cutolo et al. 2001). Aunque las funciones de los linfocitos T y B se ven afectadas por la edad, los cambios más profundos corresponden a las funciones efectoras y de regulación de los linfocitos T. En concreto, las células T periféricas muestran a menudo signos de reactividad disminuida frente a antígenos in vivo. Incluso la respuesta de células T frente a antígenos o estímulos policlonales in vitro muestra cambios relacionados con la edad en la transducción de señales y la expresión de genes tempranos (Thoman and Weigle 1989) (Candore, Di Lorenzo et al. 1992) (Pawelec, Solana et al. 1998).

Sin embargo, la capacidad de hacer frente a los agentes infecciosos y a las células cancerosas reside no sólo en la respuesta inmune adaptativa, sino también en reacciones de la inmunidad innata, entre las que se incluyen los mecanismos de adherencia celular, quimiotaxis, fagocitosis, citotoxicidad natural y producción de factores solubles o citoquinas. La inmunosenescencia, por tanto, parece estar también relacionada con cambios en la inmunidad no específica (Sebastian, Espia et al. 2005) (Solana, Pawelec et al. 2006) (Agrawal, Agrawal et al. 2008) (Gomez, Nomellini et al. 2008). Así, en los ancianos se ha observado un deterioro en la funcionalidad de los neutrófilos, en procesos como la actividad fagocítica, la producción de ROS y la capacidad microbicida (Fulop, Larbi et al. 2004) (Tortorella, Simone et al. 2007). La edad avanzada también afecta a los macrófagos, incluyendo su actividad fagocítica, la producción de quimioquinas y citoquinas, la defensa antibacteriana y la presentación antigénica (Sebastian, Espia et al. 2005). En relación a la actividad “Natural Killer”, aunque hay resultados contradictorios, la mayoría de los estudios apuntan a una disminución de esta actividad con la edad (Mocchegiani, Muzzioli et al. 2003) (Peralbo,

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Alonso et al. 2007). A pesar de que los estudios en mastocitos y en eosinófilos son mucho menos numerosos, también existe un deterioro relacionado con el envejecimiento de su número y funcionalidad (Yagi, Sato et al. 1997) (Nguyen, Pace et al. 2005).

Por todo lo comentado anteriormente, parece evidente que tanto los mecanismos de inmunidad innata como los de la específica (que actúan estrechamente unidos para proporcionar al organismo la defensa primaria frente a los agentes patógenos) se modifican al envejecer. A continuación se comentan aspectos de la inmunosenescencia con mayor detalle.

● Cambios en el número y la función de las células T

Una de las manifestaciones más claras y mejor estudiadas de la inmunosenescencia se refiere a los cambios que acontecen en la composición de las poblaciones leucocitarias con la edad, así como en la expresión de sus marcadores de superficie. Entre los cambios más evidentes en este sentido se encuentra el que experimentan las células T.

Cambios cuantitativos

En general, se puede afirmar que el número de linfocitos T CD3+ disminuye con la edad de forma significativa, probablemente como consecuencia del proceso de involución tímica (Pawelec, Barnett et al. 2002). Este proceso de involución alcanza su máximo nivel alrededor de los 50 años. Por otro lado, la pérdida de las funciones del timo con la edad da lugar a una disminución del número de precursores linfoides T, así como a una menor capacidad de diferenciación de éstos (Weng 2006). Este hecho parece llevar a una reducción en la eficacia del sistema inmunitario, por lo que hay un mayor grado de manifestaciones neoplásicas al envejecer, así como patologías autoinmunes, dada la regulación de las células T sobre la función de las células B (Shanker 2004).

No obstante, se ha observado que no todas las subpoblaciones de células T se comportan de la misma manera. Así, los linfocitos CD4+ de sangre periférica

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disminuyen con la edad de forma más acusada que los CD8+. Además, en ambas subpoblaciones, las células vírgenes son las que principalmente van desapareciendo al envejecer, mientras que las células de memoria se ven proporcionalmente aumentadas (Chen, Flurkey et al. 2002). En este sentido, otros autores han indicado una expansión clonal con el envejecimiento de estos tipos celulares, principalmente de los linfocitos CD8+, pero también de los CD4+ (Maini, Casorati et al. 1999), siendo la mayoría de ellos negativos para el marcador CD28 (Boucher, Dufeu-Duchesne et al. 1998). La pérdida de este marcador coestimulador, supone que la mayoría de estos linfocitos están en estado de reposo, en el caso de los CD8+ (Franceschi, Valensin et al. 1999), o son incapaces, en el caso de los CD4+, de promover la diferenciación y la secreción de anticuerpos por parte de los linfocitos B. Estas células CD4+CD28- son además potentes secretoras de citoquinas proinflamatorias como el IFN-γ (Weyand, Brandes et al. 1998).

Por otro lado, se ha comprobado también que los linfocitos T γδ disminuyen con el envejecimiento, si bien sufren un aumento de la expresión del marcador de activación CD69 (Colonna-Romano, Potestio et al. 2002). Asimismo, se ha mostrado que las células T reguladoras, de carácter supresor, aumentan en número con la edad, mientras que parecen mantener su capacidad funcional, lo que podría explicar, al menos en parte, la mayor actividad supresora en los individuos ancianos (Gregg, Smith et al. 2005) (Trzonkowski, Szmit et al. 2006).

Otro de los cambios más llamativos que se produce en la población de células T con la edad es la expansión clonal de células NKT CD8+ (Posnett, Sinha et al. 1994) (Globerson and Effros 2000), que son células T citotóxicas que expresan el receptor para células NK. Sin embargo, el hecho de si son células activadas, de memoria, citolíticas o senescentes es aún motivo de controversia, ya que comparten muchos antígenos de diferenciación que contribuyen a hacer más difícil la determinación del fenotipo de estas células (Tarazona, De la Rosa et al. 2000). Los resultados de varios estudios sugieren que las células T CD8+ CD28- en sujetos viejos representan una subpoblación de células senescentes que sufren un proceso de senescencia replicativa, de modo que la longitud de sus telómeros es más corta que en otras subpoblaciones y

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tienen una menor capacidad de proliferación (Batliwalla, Monteiro et al. 1996) (Monteiro, Batliwalla et al. 1996).

Cambios cualitativos

La funcionalidad de los linfocitos T y en especial la de los linfocitos T helper, es la más afectada por el proceso de envejecimiento (Miller 1996) (Castle 2000) (Pawelec, Barnett et al. 2002) (Aw, Silva et al. 2007) (Gruver, Hudson et al. 2007). Una de las funciones más importantes de los linfocitos T es la proliferación en respuesta a un antígeno específico o expansión clonal. Con la edad, la capacidad proliferativa en respuesta a mitógenos va disminuyendo, tanto en humanos como en ratones, y también en modelos de envejecimiento prematuro en ratón (Pawelec, Barnett et al. 2002) (Guayerbas, Catalán et al. 2002) (De la Fuente 2008 (a)) (De la Fuente 2008 (b)) (Arranz, Caamaño et al. 2010) (Maté 2015).

En los linfocitos incubados con mitógenos ocurren muchos procesos bioquímicos complejos que llevan a la secreción de IL-2 y finalmente a la proliferación, y dichos procesos incluyen fases tempranas y tardías (Clements and Koretzky 1999) (Kane, Lin et al. 2000) (Zhang and Samelson 2000). Entre las tempranas se encuentran la activación de la proteína tirosina quinasa (PTK), la ruptura de fosfoinositol y el incremento en la permeabilidad a cationes divalentes (Douziech, Seres et al. 2002). Las posibles razones de la menor capacidad linfoproliferativa con la edad son los cambios en las subpoblaciones celulares (Bruunsgaard, Pedersen et al. 2000) (Effros 2000) y las alteraciones en las rutas de transducción de señales (Pawelec, Hirokawa et al. 2001). Así, parece que los acontecimientos de la fase temprana de transducción de señales son los responsables de la alterada respuesta linfocítica, y en concreto se relacionan con la transducción de señales a través del complejo TCR/CD3 (Miller 2000) (Pawelec, Hirokawa et al. 2001) (Douziech, Seres et al. 2002) (Damjanovich, Gaspar et al. 2003). Por otro lado, también se encontró que la alterada respuesta proliferativa a través de receptores específicos no podía revertirse con una combinación de ésteres de forbol y un ionóforo de calcio (Douziech, Seres et al. 2002). Esto implica que, aun activando directamente la proteína quinasa C (PKC) y el flujo de calcio, los linfocitos de individuos viejos no eran capaces de proliferar del mismo modo en que lo hacían los de

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jóvenes. Esto puede explicarse por el hecho de que, con la edad, hay una alteración en la distribución de las isoenzimas de PKC de células T en estado no estimulado (Fulop, Leblanc et al. 1995).

Por otra parte, hay varios estudios que indican que ocurren cambios con la edad en las propiedades físico-químicas de la membrana plasmática, lo que genera como consecuencia una disminución en la transducción de señales. Así, se producen cambios en la composición lipídica de la membrana de los linfocitos T (Stulnig, Buhler et al. 1995) como por ejemplo un aumento en el contenido de colesterol en ésta (Denisova, Erat et al. 1998) (Fulop, Douziech et al. 2001). De este modo, se incrementa mucho la rigidez de la membrana con el envejecimiento, y los linfocitos son incapaces de responder a señales de activación que se transmiten a través de ella (Gorgas, Butch et al. 1997).

Otro aspecto importante a tener en cuenta es que el envejecimiento modifica la producción, liberación y actividad biológica de las citoquinas, que están implicadas en todos los aspectos de la respuesta inmunitaria y juegan un papel fundamental en el inicio de la función inmunitaria adaptativa en respuesta a agentes patógenos (Clerici and Shearer 1993). Por tanto, cualquier alteración en la respuesta de células T debido a la edad se refleja en las citoquinas implicadas (Kurashima, Utsuyama et al. 1995).

La interleuquina 2 (IL-2) es una de las citoquinas más estudiadas por su importancia en los procesos de linfoproliferación (Pahlavani and Richardson 1996). La mayoría de los autores coinciden en señalar que la liberación de esta citoquina disminuye con la edad en humanos y roedores, al igual que en modelos murinos de envejecimiento prematuro (Pawelec, Barnett et al. 2002) (De la Fuente 2008 (a)) (De la Fuente 2008 (b)) (Arranz, Lord et al. 2010) (Maté 2015). También se ha encontrado que al avanzar la edad existe una menor expresión del receptor de IL-2 (Nagelkerken, Hertogh-Huijbregts et al. 1991) (Pahlavani and Richardson 1996) (Rea, Stewart et al. 1996) (Engwerda, Fox et al. 1996).

Se ha propuesto que con el envejecimiento se produce una disregulación entre las poblaciones de células Th1 y Th2, con el predominio de éstas últimas en los procesos de respuesta inmunitaria (Cakman, Rowher et al. 1996). En general, toda esta información

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sugiere que lo que ocurre es que, o bien la respuesta inmunitaria adaptativa en sujetos ancianos está limitada debido a una falta de señalización de citoquinas sobre células T cooperadoras, o bien existe un predominio de de citoquinas que disregula las respuestas inmunitarias de forma que dejan de ser efectivas (McArthur 2000).

Como paso previo a la proliferación, los linfocitos deben migrar hacia el foco de infección. Este tráfico linfocitario está mediado por las interacciones secuenciales entre distintas moléculas de adhesión de los linfocitos y el endotelio, que permiten a los linfocitos abandonar el torrente sanguíneo para infiltrar los tejidos dañados. En general, se ha observado que las moléculas de adhesión aumentan con la edad. Concretamente, los linfocitos T de individuos viejos sobre-expresan las moléculas de adhesión CD49d, CD50 y CD62L, si bien, el número de células que lo hacen es menor que en los individuos adultos (De Martinis, Modesti et al. 2000). Consecuentemente, la adherencia de los linfocitos de sangre periférica en humanos y de los procedentes de ratón es mayor en individuos de edades avanzadas que en adultos, y en ratones que presentan un envejecimiento prematuro con respecto a sus controles de edad (De la Fuente 2008 (a)) (De la Fuente 2008 (b)) (De la Fuente, Hernanz et al. 2008) (De la Fuente and Miquel 2009) (De la Fuente 2014 (a)).

Por otra parte, en trabajos previos de nuestro grupo de investigación se ha comprobado que la quimiotaxis de linfocitos peritoneales de ratón o de sangre periférica en humanos de edades avanzadas se encuentra disminuida, así como la de linfocitos peritoneales de ratones prematuramente envejecidos respecto a sus controles de edad (De la Fuente 2008 (a)) (De la Fuente 2008 (b)) (De la Fuente, Hernanz et al. 2008).

● Cambios en el número y la función de las células B

La evolución de los linfocitos B durante la inmunosenescencia juega un papel muy importante en el desarrollo de alteraciones de tipo humoral en el sujeto anciano tales como hipergammaglobulinemias, producción de autoanticuerpos, manifestaciones autoinmunes y alteraciones linfoproliferativas (Allmar and Miller 2005 (b)) (Riley, Blomberg et al. 2005).

70 Cambios cuantitativos

A pesar de que la médula ósea no sufre un proceso de involución como el timo, se ha observado una disminución con la edad en el número de células B y de todos sus precursores en esta localización (Szabo, Shen et al. 1999) (Weksler and Szabo 2000), lo que podría explicar el descenso de células B observado en la sangre periférica de individuos viejos (Huppert, Solomou et al. 1998). Al igual que en humanos, en ratones la producción de células B en la médula ósea se reduce de forma severa con la edad (Riley, Kruger et al. 1991) (Rolink, Haasner et al. 1993) (Stephan, Sanders et al. 1996) (Sherwood, Blomberg et al. 1998). De forma similar a lo que sucede con los linfocitos T, algunos autores, han descrito un aumento de los linfocitos B de memoria (CD27+) y un descenso de los vírgenes (CD27-) en sangre periférica de ancianos (Colonna- Romano, Bulati et al. 2003). CD27 es un marcador implicado en los procesos de diferenciación de la célula B hacia célula plasmática. Así, al tener menos células B vírgenes, la respuesta de los individuos viejos frente a nuevos antígenos estará disminuida.

Cambios cualitativos

La manifestación más clara de las alteraciones que se producen en la inmunidad humoral es la deficiente generación de anticuerpos específicos a medida que avanza la edad del individuo (Malaguarnera, Ferlito et al. 2001). Algunos autores postularon que los defectos funcionales de los linfocitos B que se observan con la edad, se deben más a las alteraciones en las células T que cooperan con ellos que al descenso en su número (Weksler 2000). No obstante, numerosos trabajos (Whisler, Newhouse et al. 1991) (Reyes, Prieto et al. 1997) (Colonna-Romano, Bulati et al. 2008), además de los que seguidamente se relacionan, han revelado que las alteraciones funcionales que sufren las células B con la edad pueden ser de carácter intrínseco, y se podrían enumerar de la siguiente forma: 1) Descenso en la densidad de antígenos de superficie. 2) Disminución de la síntesis y la producción de inmunoglobulinas. Esto se debe al descenso de mRNA específicos para éstas, que da lugar a una menor respuesta de anticuerpos en sujetos ancianos con respecto a individuos más jóvenes (Klinman 1994) (Miller 1995) (Malaguarnera, Ferlito et al. 2001). Posiblemente esto sea debido a que las células B de individuos ancianos requieren una mayor concentración de citoquinas para activarse y

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producir anticuerpos (Ritcher and Jodouin 1993). 3) Los linfocitos B en sujetos envejecidos contienen muchas copias de ADN circular extracromosómico inestable (Malaguarnera, Ferlito et al. 2001). 4) Con la edad tiene lugar un aumento en la producción de autoanticuerpos polirreactivos tanto en humanos (Hijmans, Radl et al. 1984) como en ratones (Weigle and Chu 1994). La razón de este hecho es una elevada proporción de linfocitos CD5+, una determinada subpoblación de células B que tienen la capacidad de producir anticuerpos frente a antígenos propios (Chen and Kearney 1996) (Miller 1996) (Malaguarnera, Ferlito et al. 2001).

El déficit en la inmunidad de tipo humoral en sujetos ancianos también parece deberse a déficits extrínsecos, en concreto a un cambio en las actividades necesarias por parte de los linfocitos T para promover la activación y diferenciación de los B (Malaguarnera, Ferlito et al. 2001), incluyendo la expresión sobre células T de CD40L, que mediante el contacto con la proteína de superficie CD40 situada sobre los linfocitos B, es capaz de activarlos (Yang, Stedra et al. 1996). Esto se ha podido confirmar mediante evidencias experimentales que muestran que linfocitos B purificados de individuos ancianos proliferan de forma normal bajo el efecto de mitógenos de células B que son independientes de la presencia de células T (tales como el Staphylococcus aureus Cowan I o el virus de Epstein Barr), mientras que su respuesta a mitógenos dependientes de células T (como el mitógeno pokeweed, por ejemplo) está disminuida (Malaguarnera, Ferlito et al. 2001). Todas estas evidencias muestran que, efectivamente, la cooperación entre linfocitos T y B es un punto muy importante a tener en cuenta en la evolución del sistema inmunitario con el envejecimiento.

Por otra parte, la capacidad proliferativa de los linfocitos B, como sucede con los T, está reducida. Se ha comprobado que la respuesta proliferativa frente al lipopolisacárido bacteriano (LPS), anti-IgM o anti-CD40 de células B esplénicas de ratones viejos, es significativamente menor que la de los animales jóvenes (Frasca, Nguyen et al. 2003).

Las células pre-B de animales viejos, además de estar en menor número, presentan una capacidad disminuida para madurar hacia células B y una elevada susceptibilidad de sufrir apoptosis (Szabo, Shen et al. 1999) (Weksler and Szabo 2000).

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● Cambios en la función de las células “Natural Killer” (NK)

A pesar de que las alteraciones asociadas a la edad en las células de la inmunidad innata han sido menos estudiadas que las que se producen en linfocitos, las evidencias científicas acumuladas durante la última década muestran también un fuerte impacto del envejecimiento sobre este tipo de inmunidad. En lo que respecta a los cambios asociados a la edad en las células NK, los cuales han sido los más extensamente estudiados dentro de la inmunidad innata, se considera que sus alteraciones funcionales pueden contribuir de manera determinante a la mayor incidencia de enfermedades infecciosas y, especialmente, neoplásicas en el envejecimiento. Esto es debido a que estas células constituyen la primera línea de defensa implicada en el reconocimiento y la lisis de células tumorales e infectadas por virus (McArthur 2000).

Las células NK representan una población de linfocitos granulares grandes, cuyo fenotipo en humanos viene definido por la expresión de CD16 (un receptor para el fragmento Fc de las inmunoglobulinas de tipo IgG) y CD56 (una isoforma de la molécula de adhesión neural N-CAM), así como por la ausencia del complejo CD3, y la presencia de marcadores como CD57 y CD94.

Numerosos autores han señalado un aumento en el número de células NK con la edad en sangre periférica (Borrego, Alonso et al. 1999) (Solana, Alonso et al. 1999) (Solana and Mariani 2000) (Ginaldi, De Martinis et al. 2001). Sin embargo, a pesar de este aumento, sufren un claro declive en su capacidad citotóxica tumoral y en la producción de citoquinas (Solana and Pawelec 1998) (Di Lorenzo, Balistreri et al. 1999) (Ferrández, Correa et al. 1999) (Pawelec 1999) (Pawelec, Barnett et al. 2002) (Solana, Pawelec et al. 2006) (De la Fuente, Hernanz et al. 2008) (Arranz, Caamaño et al. 2010) (Maté 2015); hechos que se ven reflejados en modelos murinos de envejecimiento prematuro (Viveros, Arranz et al. 2007) (De la Fuente 2008 (a)) (De la Fuente 2008 (b)). La disminución en la actividad de estas células se ha atribuido a varios factores: al aumento en la viscosidad de la membrana celular con la edad, a la menor respuesta frente a factores moduladores positivos como IFN- e IL-2, a la mayor sensibilidad frente a moduladores negativos como el ATP, y a una menor hidrólisis de fosfatidil inositol 4,5 bifosfato (PIP2) tras interaccionar con la célula diana, unida a una menor

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capacidad para liberar inositol trifosfato (IP3), lo que indica que la ruta dependiente de PKC se ve alterada con la edad (Krishnaraj 1992) (Mariani, Mariani et al. 1998).

Por otra parte, las células NK, las cuales expresan constitutivamente el receptor de IL-2 (Voss, Sondel et al. 1992) y dependen en gran medida para sus funciones de la liberación de esta citoquina, que favorece su actividad citotóxica antitumoral y antiviral, y la capacidad de proliferación (Borrego, Alonso et al. 1999) (Solana, Alonso et al. 1999), pueden ver disminuida su actividad citotóxica al envejecer, debido a la menor secreción de IL-2 y la menor capacidad de activación de estas células (Kutza and Murasko 1994) (Kutza and Murasko 1996).

● Cambios en la función de las células accesorias: macrófagos, monocitos, células polimorfonucleares y dendríticas

Las principales células fagocíticas son los macrófagos tisulares, así como los monocitos y neutrófilos polimorfonucleares circulantes en la sangre. Estos tipos celulares llevan a cabo una función de defensa no específica, que comienza con la adherencia a tejidos, para posteriormente moverse hacia el foco infeccioso, y finaliza