Timo, desarrollo de las células T y envejecimiento

De todos los cambios asociados al envejecimiento en el sistema inmune, la regresión del timo es el más dramático, ubicuo y reconocible. La reducción del tamaño del timo durante el envejecimiento fue documentado incluso antes de que se estableciera la función del timo. Paradójicamente, la reducción del tamaño del timo observada en individuos viejos y en aquellos que habían muerto de enfermedad fatal, fue considerada normal, mientras que las muertes súbitas sobre la mesa de operaciones fueron atribuidas comúnmente al gran timo que impedía el respirar. La atrofia crónica del timo se acepta ahora como un proceso ancestral evolutivamente conservado y el impacto sobre la inmunosenescencia, junto con la caracterización de los estados y mecanismos implicados, se encuentran bajo un intenso escrutinio.

El timo es el lugar primario del desarrollo de las células T, capaz de generar células auto tolerantes, auto restringidas en el complejo principal de histocompatibilidad, e inmunocompetentes. Las células tímicas epiteliales altamente queratinizadas (TEC), constituyen el subcomponente principal del estroma tímico altamente acreditado, porque proporciona el microambiente favorable que estimula el desarrollo de las células T. Mediante una combinación de contacto célula-célula y producción de factores solubles, las TEC crean nichos discretos en el timo para dirigir las múltiples etapas de la timopoyesis, como se refleja por la distribución de los timocitos en desarrollo.

Precursores tímicos tempranos (ETP) procedentes de las HSC en la médula ósea, entran en el timo mediante unión cortical-medular y migran a la zona cortical más externa. Estos precursores, ya dentro del timo, se diferencian, en otro subgrupo denominado células dobles negativas (DN), que no expresan CD4 o CD8. El subgrupo DN puede dividirse posteriormente según la expresión de CD44 y CD25 con las secuencias de maduración CD44+ CD25–

(DN1), CD44+ CD25+ (DN2), CD44– CD25+ (DN3) y CD44– CD25– (DN4), que identifican los estados de expansión que lo compromete al linaje de células T y a la reorganización de los genes del receptor de células T (TCR). La mayoría de los timocitos se encuentran en la corteza después de la activación de CD4 y CD8 para convertirse de timocitos dobles positivos (DP) y sufren rigurosos procesos de selección. A partir de aquí continúan hasta la médula donde se diferencian en células T sencillas positivas SP CD4+ o SP CD8+ y esperan ser exportadas a la periferia (Figura 2).

Con la edad existe una disminución en el espacio epitelial y en la cantidad de células del timo, lo que se denomina involución tímica. En ratones, la pérdida del espacio tímico epitelial está causada por una gran reducción del tamaño del timo, mientras que en el timo humano existe un incremento en el espacio perivascular, que se reemplaza de manera progresiva con grasa en pacientes de edad avanzada. A pesar de la reducción en el área funcional del timo con la edad, el timo demuestra todavía productividad de células T, aunque a un menor ritmo. La continua persistencia del receptor de células T con círculos positivos de escisión (TREC+), que representan a los recientes emigrantes tímicos (RTE), se encontró en sangre periférica de personas de edad. Los inconvenientes de usar el análisis TREC, incluyendo la inclusión de células vírgenes de larga vida, fue superado mediante un modelo de ratón transgénico con un transgen de proteína fluorescente verde (GFP), bajo la expresión del promotor RAG-2, donde RTE retenía altos niveles de GFP que se desvanecían en unas tres semanas. Los RTE fueron claramente detectables en ratones de dos

años y controlaron la pérdida del tamaño del timo, siendo el rendimiento relativamente independiente de la edad, ya que se calcula por el número de RTE esplénico por 100 timocitos DP.

Hoy se tiene evidencia contrastada que la involución del timo no se corresponde con la pubertad, como se asumió previamente. En el timo de ratón se observó una disminución significativa en el número de células a las seis semanas de edad. En humanos la disminución en la densidad celular tímica comienza a los 9 meses de edad y parece que se realiza mediante varias fases de regresión rápida (de los 9 meses a los 10 años y de los 25 a los 40 años) y de atrofia más lenta (entre los 10 y 25 años y por encima de los cuarenta). A pesar de estos datos sobre los acontecimientos de la atrofia del timo, los mecanismos que controlan el proceso permanecen aún sin aclarar. Se ha propuesto un número de candidatos, que se discutirá a continuación:

¿Proceden estos defectos de las HSC de la médula ósea?

El impacto de las HSC sobre la involución del timo es un debate contencioso que hasta el momento solo ha dado datos conflictivos. Originalmente, Tyan describió una disminución en la capacidad de la médula ósea envejecida de reconstituir las poblaciones de células T en animales letalmente irradiados. Aportando credibilidad a estos estudios, las HSC purificadas procedentes de ratones viejos mostraron un potencial de diferenciación disminuida hacia linajes linfoides in vivo e in vitro. Entre las células DN están los progenitores tímicos tempranos (ETP), que disminuyen en frecuencia y número total en ratón viejo. Además, las ETP del ratón viejo no fueron eficientes en la generación de timocitos DP y SP. Sin embargo, una serie de estudios que transfieren la médula ósea de animales jóvenes a animales viejos irradiados letalmente, han mostrado que la repoblación tímica y esplénica y las respuestas mitogénicas fueron mucho más bajas en los receptores viejos. Además, la médula ósea de animales jóvenes, inyectada en animal viejo, no fue capaz de restaurar las anormalidades histológicas del timo. Por tanto, se sugiere que existen también deficiencias asociadas a la edad en las células del estroma.

¿Es responsable la IL-7?

La IL-7, producida por las células epiteliales tímicas (TEC), es una citoquina vital para el desarrollo de los timocitos, ya que controla las fases tempranas de la timopoyesis y se ha demostrado que declina con la edad. Es interesante destacar que el tratamiento de ratones con anticuerpos anti IL-7 dio como resultado un fenotipo similar al de la involución del timo. Por el

contrario, inyectando a los ratones viejos IL-7 exógena, se consiguió elevar el peso y la densidad celular del timo. Se ha descrito un incremento en células TREC+ CD8+ T en la periferia después de 14 días del tratamiento con IL-7. Existe también la dificultad de distinguir los efectos de la IL-7 sobre la timopoyesis partiendo de las respuestas periféricas, por tanto, las células del estroma del timo preparadas para expresar constitutivamente IL-7 se trasplantaron en ratones y se controló la atrofia tímica. A pesar de la elevación en el número de timocitos CD25+ DN en ratones viejos implantados, no se encontró ningún cambio en el ritmo o grado de involución del timo y el número total de timocitos y el rendimiento tímico fueron similares en los ratones transplantados y en controles. Por consiguiente, la IL-7 puede rescatar la deficiencia temprana en la timopoyesis del ratón viejo, pero fracasa en el caso de regenerar el timo.

¿Un problema hormonal?

En asociación con las células T regenerantes, el timo se reconoce como una glándula endocrina, sensible al control hormonal y capaz de la producción endógena de algunas hormonas con varios receptores expresados en el estroma tímico y en los timocitos. Dada la evidencia circunstancial de que el declinar en los niveles circulantes de hormona del crecimiento (GH) coincide con la presumida iniciación de la atrofia tímica, se ha propuesto que la GH puede estar implicada. Además, se ha demostrado que la GH y su mediador el factor de crecimiento insulínico (IGF-1), estimulan la timopoyesis en animales jóvenes. Células GH3 de adenoma pituitario (que secretan GH), procedentes de un modelo de ratón, cuando se implantaron en ratas de 22 meses, el tamaño del timo aumentó, así como el número de células. En ratones viejos el tamaño y el número de células del timo incrementaron después de la administración de GH; sin embargo, la recuperación estuvo lejos de conseguir los valores del ratón joven, lo que implica que el papel de la GH en la involución del timo es limitada. Por último, estudios con ratones pequeños (con una deficiencia del 90% en GH e IGF-1 en suero), no mostraron cambios en el ritmo de involución.

Por el contrario, los esteroides sexuales son renombrados por tener efectos perjudiciales sobre los timocitos. En ausencia de hormonas sexuales por castración u ovariectomía, se observó regeneración del timo. Ratones quiméricos con estroma defectivo en el receptor de andrógenos, pero con timocitos del tipo silvestre no sufrieron atrofia del timo, sugiriéndose que el estroma es el objetivo de la regresión inducida por andrógenos. Se ha intentado caracterizar la influencia de los esteroides sexuales en el timo, así que se ha

observado que el número de ETP, pero no la proporción fue amplificado en ratones castrados de mediana edad, lo que implica que la elevación es a nivel de entrada de las células progenitoras, más que el resultado de su replicación. Además, la arquitectura aberrante tímica se restaura después de la castración. No obstante, existe evidencia suficiente como para sugerir que la testosterona no es el único agente que contribuye a la involución, incluyendo un examen de la atrofia tímica en ratones hipogonadales con producción disminuida de esteroides sexuales, los cuales no presentaron cambios en la cantidad de células o en su distribución al compararlos con animales de tipo silvestre. Se demostró que los efectos de la eliminación de las hormonas sexuales son transitorios en el ratón tipo silvestre con pérdida de efectos positivos después de 20 semanas.

¿Están implicados los cambios en las células epiteliales tímicas (TEC)? Un candidato potencial a tener en cuenta son las células tímicas epiteliales (TEC). Dado que las TEC constituyen un compartimento integral del estroma tímico y son la fuerza conductora principal de la timopoyesis, es muy importante investigar los cambios asociados a la edad relacionados con las TEC. Si es que existe un declinar en el número de TEC con la edad es algo que tiene que tener una respuesta, y los datos hasta ahora obtenidos in vitro sugieren que el ritmo proliferativo de estas células se reduce en ratones viejos. Un reciente estudio ha demostrado que las células CD45– disminuyen en número con la edad y que la proporción de TEC proliferativas, evaluadas por expresión de Ki67 disminuyen en ratones viejos. Alteraciones en la arquitectura del timo se han observado en ratones y en humanos. Parece que con la edad aparecen en el timo humano acúmulos de fibroblastos y una disminución de las áreas queratina positivas. Esto va acompañado por una distorsión en la unión cortical medular. Además existe en ratones viejos una disminución en los genes de las células TEC, el Foxn1 y en la expresión de la subunidad 8 de la queratina. Estos datos, analizados colectivamente, sugieren que con la edad existe una pérdida cualitativa o cuantitativa de TEC. Además, también se ha encontrado que el grueso de los cambios morfológicos observados, se asocian con alteraciones en la expresión de moléculas críticas tales como el complejo principal de histocompatibilidad clase II y moléculas definidas de las TEC corticales y medulares, que parecen declinar con la edad. Considerando el ritmo exacerbado de atrofia del timo, asociada al envejecimiento, se propone que son muchos y muy diferentes los parámetros que controlan el proceso del envejecimiento, tanto en timo, como en otros órganos y tejidos. Esto está apoyado por análisis de microchips que demuestran que la mayoría de los genes específicos que cambian con el envejecimiento del timo son distintos a los encontrados en otros sistemas. Se sugiere que la

deficiencia comienza en el mismo timo, ya que, de acuerdo con la teoría del soma desechable, esta deficiencia llega a ser redundante una vez que se ha generado un repertorio significativo de TCR, lo cual ocurre en momentos tempranos de la vida. Estos cambios dan como resultado un desarrollo defectuoso de las células T, el cual, a su vez, tiene un efecto negativo sobre las TEC, debido a que el mantenimiento de la arquitectura tímica, depende de la presencia de timocitos maduros funcionales. Indudablemente, el proceso de la involución del timo es multifactorial y todos los mecanismos discutidos aquí pueden estar implicados con graves repercusiones para las células T periféricas.