EFECTOS DE LOS AGONISTAS SINERGICOS AUTOINMUNES SOBRE LA EFICACIA DE LAS VACUNAS

Artículo completo
Las vacunas diseñadas con patógenos inertes poseen contaminantes con “adyuvancia” intrínseca, mientras que las subunidades de las vacunas con contenido antigénico extremadamente purificado requieren el agregado de agonistas inmunes para promover una respuesta inmunológica. Los adyuvantes utilizados más frecuentemente, alumbre y emulsiones de aceite y agua, provocan una respuesta de anticuerpos (inmunidad Th2) inefectiva contra la mayoría de los patógenos intracelulares y células tumorales.^1,2 Por el contrario, algunos agonistas como el ADN con motivos dinucleótido (CpG) no metilados y el lípido A monofosforilo (MPL), ambos reconocidos por los TLR,^2,3 y el aldehído con saponinas triterpenoides que interactúa con los receptores coestimulantes,^4,5inducen la inmunidad celular T (inmunidad Th1). Estos agonistas actúan al estimular tanto la inmunidad natural como la adquirida.
Inmunidad natural, TLR y sus ligandos
Los organismos multicelulares pueden reconocer los patógenos a través de los receptores codificados en su genoma y articular una respuesta inmediata que constituye la inmunidad natural.^3,6 En los vertebrados, los receptores de la inmunidad innata pueden desencadenar respuestas adquiridas o adaptativas.⁷ Estos receptores –en líneas generales– específicos reconocen varias moléculas relacionadas estructuralmente, denominadas pathogen associated molecular patterns (PAMP), que se asocian con patógenos u organismos no patogénicos y no son compartidas por el huésped. Estos compuestos, vitales para los patógenos, están muy conservados, presentan poca variabilidad entre las diferentes especies y están constituidos principalmente por polisacáridos y polinucelótidos.⁸ Sin embargo, la flagelina, el componente principal de los flagelos y una proteína muy distribuida en las bacterias, también pertenece al grupo de las PAMP.^3,9 Debido a que estos receptores reconocen patrones estructurales comunes son denominados de reconocimiento de patrones (PRR) y pueden clasificarse en: 1) RPP secretados, como los receptores de manosa circulantes en la activación del complemento; 2) receptores de superficie de las células fagocíticas, como los receptores de manosa que median la fagocitosis de los macrófagos y 3) los receptores de superficie de las células epiteliales, dendríticas y macrófagos, las cuales, además de unirse a las PAMP (ligandos o agonistas) envían señales a través de las membranas que estimulan la expresión de ciertos genes como los de las citoquinas (por ejemplo: TLR).
En lo que respecta a las vacunas, los TLR son las estructuras más relevantes asociadas con la inmunidad natural. Existen proteínas de transmembrana tipo 1 con un ectodominio N-terminal de unión al ligando y un dominio citoplasmático conservado muy similar al del receptor de la IL-1 (dominio TIR), ambos unidos por una región de transmembrana.^3,10 Además de unir el ligando al ectodominio, la agregación del TLR tiene lugar a través de la formación de una plataforma que sostiene la incorporación y activación de moléculas adaptadoras específicas de los TLR. Estas moléculas se ensamblan con quinasas y sustratos proteicos, con lo que inician una cascada de activación que produce la translocación nuclear del factor de transcripción NK-κB que induce la expresión de genes de citoquinas inflamatorias y proteínas coestimulantes (figura 1) y la estimulación de la inmunidad adquirida (para revisiones, véanse referencias 3 y 11).

Figura 1. Señales inducidas por el TLR y estimulación de la inmunidad natural y adquirida. La unión de un ligando al TLR sobre una CPA inicia una cascada bioquímica que incluye los adaptadores MyD88 y símil MyD88, lo que induce la fosforilación de la IRAK, la activación del complejo de la quinasa IκB (complejo IKK) y la fosforilación de la IκB. La fosoforilación de la IκB produce la translocación nuclear del NF-κB, lo cual induce las citoquinas inflamatorias y moléculas coestimulantes (B7-1 y B7-2, también denominadas CD80 y CD86). La estimulación de las células T naive provocada por las interacciones entre los ligandos B7, el receptor CD28, los complejos del péptido CMH-II y el TCR resulta en la activación de las células T (inmunidad adquirida). Las células T se transformarán en células Th1 o Th2 en relación con la estimulación de las citoquinas IFN-γ o IL-4, respectivamente.

Existen por lo menos 11 TLR identificados en los mamíferos, aunque en humanos el gen TLR11 es silente.³ Los TLR forman homodímeros que reconocen ligandos específicos o heterodímeros que distinguen varios ligandos y estimulan las vías de señalización que llevan a la expresión diferencial de genes o citoquinas inflamatorias o moléculas coestimulantes.¹² Esta expresión genética dependería de la combinación particular de un TLR con una de las moléculas adaptadoras.¹³ En algunos casos, los TLR también pueden interactuar con receptores no relacionados para reconocer una amplia variedad de ligandos (tabla 1). Por lo tanto, la heterodimerización o la cooperación con receptores no relacionados permite que unos pocos TLR reconozcan un número importante de ligandos e induzcan diferencialmente la producción de citoquinas.¹⁴

Bajo ciertas condiciones, la estimulación de los ligandos también puede inducir la regulación negativa de la señalización del TLR, un efecto significativo para algunas enfermedades.^3,13 Los TLR también se expresan en la superficie celular, como TLR1, TLR2 y TLR4 o en las membranas que rodean los compartimientos intracelulares como los endosomas, tal el caso de TLR3, TLR7, TLR8 y TLR9.³ Por lo tanto, las bacterias fagocitadas y degradadas en los fagosomas o endosomas fusionados a los lisosomas exponen sus componentes a los TLR endosómicos. De la misma manera, los virus que penetran las células a través de la endocitosis mediada por receptores son degradados en el compartimiento endolisosómico y presentan sus productos de degradación como el ADN CpG y ARN de doble cadena a los TLR endosómicos.³
Debido a que la inmunidad natural conduce a la inmunidad adquirida (específica de antígenos), se evaluaron algunos ligandos microbianos y sus análogos como inmunopotenciadores clínicos como el MPL,¹⁵ ADN CpG no metilado,¹⁶ muramildipéptidos (MDP)¹⁷ y ARN de doble cadena¹⁸ (ARNdc). La utilización de ligandos o agonistas que se unen a TLR diferentes, como el ARNdc (TLR3) y ADN CpG (TLR9), mostró efectos sinérgicos al romper la tolerancia y promover un aumento de las respuestas inmunes antitumorales.¹⁹ Sin embargo, los ligandos que estimulan la inmunidad natural también pueden exacerbar condiciones autoinmunes. Por ejemplo, los motivos CpG pueden inducir procesos inflamatorios que culminan con lesiones hepáticas autoinmunes^20,21 y contribuir con la progresión de algunas enfermedades renales a través de la activación del TLR9,²² mientras que el ARNdc agrava la nefritis lúpica (una enfermedad autoinmune) con la activación del TLR3.²³ Sin embargo, como ligandos microbianos –o sus análogos sintéticos– pueden estimular respuestas inmunes diferentes (tabla 1), quizá sinérgicas, por lo cual continúa la identificación de agonistas más seguros para utilizar independientemente o en vacunas indicadas en el tratamiento del cáncer y enfermedades infecciosas crónicas.²⁴ Por lo tanto, los compuestos similares a los polisacáridos derivados de los patógenos,²⁵ u otros estructuralmente similares, pueden servir como plataformas para la síntesis de nuevos agonistas.
Inmunidad adquirida y agentes coestimulantes
A diferencia de la inmunidad natural, la adquirida es específica para los antígenos y presenta dos tipos: la inmunidad mediada por células y la mediada por anticuerpos o humoral. Debido a que algunas células B o T que reconocen un antígeno son abandonadas, esto provee una memoria inmunológica capaz de establecer una respuesta rápida ante la reexposición antigénica.^2,3 Un paso fundamental de la inmunidad adquirida es la activación de las células CD4+ y CD8+, que requiere dos señales: la derivada de la interacción entre el receptor de la célula T (TCR) y los complejos antígeno-MHC (complejo mayor de histocompatibilidad) y la señal coestimulante exhibida por los ligandos B7 en las células presentadoras de antígenos (CPA) al receptor CD28 de la célula T²⁶ (figura 1). Los compuestos capaces de mostrar señales coestimulantes alternativas, como la imina o los grupos carbonilo formadores de bases de Schiff de aldehídos y cetonas, pueden ser utilizados como agonistas.^27,28 Los agonistas coestimulantes no endógenos más efectivos, las saponinas triterpenoides transportadoras de aldehídos,^2,4,5 pueden actuar sinérgicamente con los agonistas de la inmunidad natural como MPL o ADN CpG y provocar respuestas inmunológicas más importantes que las inducidas por los agentes por separado.²⁹ Por ejemplo, el agregado de MPL al antígeno de la malaria y la saponina de la quillaja QS21, resultó en la producción de interferón-γ cuarenta veces superior a la obtenida con cada compuesto.³⁰ Aunque el MPL no estimula la síntesis de CTL, la inmunización con MPL + QS21 produjo más CTL que la alcanzada con la QS21 sola.^30,31 Se observaron resultados similares con el análogo de las saponinas aldehído GPI-0100 asociado con el MPL o su análogo sintético EC-529.³²
Aunque el número de agonistas de la inmunidad adquirida es limitado, los esfuerzos están orientados para descubrir nuevos agentes. Un ejemplo lo constituye el polisacárido manano, reconocido por el receptor de manosa de los macrófagos, algunas leptinas tipo C y el complejo manano-LBP (proteína fijadora de lipopolisacáridos) relacionado con los CD14-TLR4^33,34 que estimula la inmunidad natural e induce una respuesta inmune Th2 parcial. Sin embargo, el manano oxidado periodato con grupos aldehído estimula una respuesta Th1 parcial con síntesis de CTL.^35,36 Estos cambios en las propiedades inmunomoduladoras de los mananos sugieren que otros polisacáridos modificados químicamente pueden aportar derivados capaces de inducir respuestas Th1 adaptativas con o sin producción de CTL. Con esta hipótesis, los polisacáridos pectina o metil-poli-alfa-(1→4)-D-ácido galacturónico (figura 2A) y una levadura de manano fueron modificados químicamente con el agregado de benzaldehído para formar complejos potencialmente inmunopotenciadores. La pectina, un homopolímero del ácido galacturónico parcialmente metilado, es estructuralmente similar al polisacárido de la Salmonella typhi Vi,³⁷ la cual se une a la prohibitina y regula los procesos inmunes negativamente al suprimir las respuestas inflamatorias.³⁹ El tratamiento de la pectina con anhídrido acético forma la O-acetil-pectina (figura 2B), la cual es indistinguible, en el sentido antigénico, del Vi.³⁷ A diferencia de otros polisacáridos inmunopotenciadores, la pectina no estimula las respuestas humorales contra las proteínas,³⁹ observación que coincide con los resultados obtenidos por aquellos que utilizaron un antígeno polipéptido ácido (Triozzi y col., datos no publicados).

Figura 2. Estructuras de segmentos repetitivos para: (A) pectina nativa o ácido poligalacturónico; (B) el análogo del antígeno de S. typhi Vi u O-acetilpectina en donde C-2 y C-3 están O-acetilados con Ac = CH3-C (0)-; y (C) el producto pectina-benzaldehído con el residuo benzaldehído unido a un grupo carboxilo a través de una etilén diamina.

Por el contrario, la inmunización con pectina-benzaldehído (figura 2C) asociada al péptido antígeno resultó en la producción de un título elevado de anticuerpos (figura 3). Sin embargo, la formación de un polisacárido aldehído quizá no sea suficiente para conferir propiedades inmunopotenciadoras. El manano-benzaldehído indujo la inmunidad Th1, mientras que el periodato oxidado dextrano con contenido de grupos aldehídos no potenció la actividad inmune, lo que indica la existencia de estructuras aún no determinadas (Marciani y col., observaciones no publicadas).

Figura 3. Efectos inhibitorio y sinérgico de la pectina y pectina-benzaldehído sobre la respuesta inmune contra un péptido quimérico de 42 aminoácidos del MVF-HER-2. Se inmunizaron por vía subcutánea ratones BALB/c de siete semanas de edad (5 por grupo) en los días 1 y 15 con 50 mcg de péptido solo o 100 mcg de GPI-0100, 120 mg de pectina, 100 mcg de GPI-0100 + 10 mg de pectina, 10 mg de pectina-benzaldehído y 100 mcg de GPI-0100 + 10 mg de pectina-benzaldehído. Los controles negativos fueron inmunizados con PBS estéril. Los animales fueron sacrificados 14 días después de la segunda inmunización y se determinó el IgG antígeno específico plasmático con ELISA en placas o platos de microtitulación recubiertas con el péptido MVF-HER-2.

En relación con la creación de una vacuna, la pectina-benzaldehído asociada a GPI-0100 mostró un efecto sinérgico sobre la respuesta humoral. Así, el aumento del título de anticuerpos inducido por esta asociación fue significativamente mayor al producido por cada agonista o su suma (figura 3). El hecho de que este sinergismo no fuera causado por la combinación del GPI-0100 con la pectina se demostró a través de la inhibición de la respuesta humoral inducida por el análogo de las saponinas (figura 3). Si bien se desconocen los motivos de este efecto inhibidor, es improbable que la pectina aniónica hidrofílica “secuestre” el GPI-0100. A pesar de que se dispone de pocos datos relacionados con las propiedades inmunorreguladoras de la pectina, es posible que la inmunosupresión sea causada por el ácido poligalacturónico a través de mecanismos similares a los inducidos por el antígeno de S. typhi Vi.³⁸ No obstante, el agregado de grupos formadores de imina a un polisacárido que no es ligando del TLR ni agente inmunopotenciador produjo un agonista Th1 efectivo. Este hallazgo muestra que los polisacáridos son plataformas adecuadas para construir agonistas inmunopotenciadores efectivos. A través de la modificación de polisacáridos ligandos del TLR se puede inducir tanto la inmunidad natural como la adquirida, requisito básico para desarticular la autotolerancia e inducir la autoinmunidad como en el caso de las vacunas oncológicas.
Por otra parte, cuando los blancos inmunes son antígenos extraños como los patógenos, un ligando no TLR o polisacáridos que sí lo sean y que no induzcan la autoinmunidad, quizá constituyan una alternativa más segura. Aun así, los factores agregados pueden afectar la eficacia de los agonistas: 1) el tamaño y la estructura espacial del polisacárido; 2) la naturaleza del grupo formador de iminas responsable de la coestimulación, y 3) el grado de sustitución del agonista como el número de moléculas formadoras de iminas por residuos glucídicos del polisacárido. Por ejemplo, el tamaño y disposición espacial del polisacárido pueden afectar la solubilidad y utilidad del agonista y los grupos formadores de iminas pueden presentar una variedad de actividades coestimulantes diferentes. Por lo tanto, todos estos factores deben ser tenidos en cuenta a la hora de diseñar agonistas Th1 basados en polisacáridos.
A diferencia de la mayoría de las vacunas preventivas, las vacunas terapéuticas contra el cáncer y patógenos intracelulares requieren la inducción de respuestas Th1 significativas más que las Th2. Recientemente, se comunicó que respuestas inmunes Th1 superiores pueden ser producidas con agonistas sinérgicos combinados.^29,30 Sin embargo, una deficiencia potencial de este enfoque lo constituye el hecho de que la inmunoestimulación sinérgica puede desencadenar o exacerbar procesos autoinmunes, especialmente si los agonistas son ligandos de los TLR asociados con la autoinmunidad.⁴⁰ Por lo tanto, los derivados de polisacáridos capaces de inducir las respuestas Th1 recién descritas sientan las bases para la síntesis de agonistas que desarticulen la autotolerancia a través de distintos mecanismos.
Un hecho inesperado fue que los dos presuntos inmunopotenciadores de las respuestas Th1 adquiridas mostraron un efecto sinérgico. Todos los efectos sinérgicos que se habían comunicado con anterioridad habían resultado de la utilización de agonistas que actuaban tanto sobre TLR diferentes³⁰ como en receptores coestimulantes de la inmunidad adquirida.²⁹ Hasta el presente no existen causas que muestren cómo los agonistas coestimulantes GPI-0100 y pectina-benzaldehído, los que presumiblemente actúan sobre los mismos receptores, promueven la inmunidad sinérgicamente. Aun así, es posible especular que la pectina-benzaldehído, al actuar sobre una variedad de receptores para formar iminas, cree uniones cruzadas con las proteínas de membrana. Como consecuencia, las estructuras lipídicas se estabilizarían para permitir la existencia de interacciones más eficientes entre las diferentes proteínas que participan en la activación de las células T.^41,42
Además, estas uniones cruzadas podrían limitar el deterioro de la matriz lipídica inducido por las saponinas triterpenoides, como el GPI-0100 que se asocia con el colesterol en las membranas plasmáticas.⁴³ Una consecuencia de esto sería el efecto sinérgico de la respuesta inmune causado por los agonistas combinados. Los estudios que utilicen polisacáridos de varios tamaños y contenido diferente de grupos formadores de iminas ayudarán a la comprensión del proceso que produce el efecto sinérgico.
La utilización de los agonistas sinérgicos permitirá la creación de vacunas efectivas para el tratamiento inmune del cáncer activo y algunas enfermedades infecciosas como las inducidas por el virus del papiloma humano, los virus herpes y la tuberculosis, entre otras. Los estudios más recientes también refuerzan la hipótesis de que estos agonistas pueden ser utilizados en monoterapia. Debido a su naturaleza, los fármacos arriba mencionados proporcionarán un efecto terapéutico efectivo en tanto minimicen los efectos colaterales como los de la autoinmunidad.
El autor no manifiesta “conflictos de interés”.

Bibliografía del artículo

Cox JC and Coulter AR. Adjuvants – a classification and review of their modes of action. Vaccine 1997; 15:248-256.
Marciani DJ. Vaccine adjuvants: role and mechanisms of action in vaccine immunogenicity. Drug Discov Today 2002; 8:934-943.
Takeda K and Akira S. Toll-like receptors in innate immunity. Int Immunol 2005; 17:1-14.
Kensil CR, Wu J-Y, Soltysik S. Structural and immunological characterization of the vaccine adjuvant QS-21. In: Powell MF, Newman MJ, editors. Vaccine design: the subunit and adjuvant approach. New York; Plenum Press; 1995; p. 525-541.
Press JB, Reynolds RC, May RD, Marciani DJ. Structure/function relationships of immunostimulating saponins. Stud Nat Prod Chem 2000; 24:131-174.
Aderem A and Ulevitch J. Toll-like receptors in the induction of innate immune response. Nature 2000; 406:782-787.
Akira S et al. Toll-like receptors: critical proteins linking innate and acquired immunity. Nat Immunol 2000; 2:675-680.
Hallman M et al. Toll-like receptors as sensors of pathogens. Pediatr Res 2001; 50:315-321.
Hayashi F et al. The innate immune response to bacterial flagellin is mediated by Toll-like receptor-5. Nature 2001; 410:1099-1103.
Janssens S and Beyaert R. Role of toll-like receptors in pathogen recognition. Clin Microbial Rev 2003; 16:637-646.
Vogel SN, Fitzgerald KA, Fenton MJ. TLRs: differential adapter utilization by toll-like receptors mediates TLR-specific patterns of gene expression. Mol Interv 2003; 3:466-477.
Netea MG et al. Toll-like receptors and the host defense against microbial pathogens: bringing specificity to the innate-immune system. J Leukoc Biol 2004; 75:749-755.
Takeda K and Akira S. TLR signaling pathways. Semin Immunol 2004; 16:3-9.
Gantner BN et al. Collaborative induction of inflammatory response by dectin-1 and toll-like receptor 2. J Exp Med 2003; 197:1107-1117.
Baldridge JR et al. Taking a toll on human disease: Toll-like receptor 4 agonists as vaccine adjuvants and monotherapeutic agents. Expert Opin Biol Ther 2004; 4:1129-1138.
Klinman DM. Therapeutic uses of CpG oligodeoxynucleotides. Nat Rev Immunol 2004; 4:249-258.
Bahr GM et al. Immunopharmacological activities and clinical development of muramyl peptides with particular emphasis on murabutide. Int J Immunopharmacol 1995; 17:117-131.
Wong JP et al. Liposome-mediated immunotherapy against respiratory influenza virus infection using double-stranded RNA poly ICLC. Vaccine 1999; 17:1788-1795.
Whitmore MM et al. Synergistic activation of innate immunity by double-stranded RNA and CpG DNA promotes enhanced antitumor activity. Cancer Res 2004; 64:5850-5860.
Jones DE et al. Bacterial motif DNA as an adjuvant for the breakdown of immune self-tolerance to pyruvate dehydrogenase complex. Hepatology 2002; 36:679-686.
Sacher T et al. CpG-ODN-induced inflammation is sufficient to cause T-cell-mediated autoaggression against hepatocytes. Eur J Immunol 2002; 32:3268-3637.
Anders J-H, Banas B, Schlöndorff D. Signaling danger: Tll-like receptors and their potential roles in kidney disease. J Am Soc Nephrol 2004; 15:854-867.
Patole PS et al. Viral double-stranded RNA aggravates lupus nephritis through Toll-like receptor 3 on glomerular mesangial cells and antigen-presenting cells. J Am Soc Nephrol 2005; 16:1326-1338.
Kaisho T, Akira S. Toll-like as adjuvant receptors. Biochim Biophys Acta 2002; 1589:1-13.
Tzianabos AO. Polysaccharide immunomodulators as therapeutic agents: Structural aspects and biologic function. Clin Microbiol Rev 2000; 13:523-533.
Harris NL and Ronchese F. The role of B7 costimulation in T-cell immunity. Immunol Cell Biol 1999; 77:304-311.
Rhodes J et al. Therapeutic potentiation of the immune system by costimulatory Schiff-base forming drugs. Nature 1995; 377:71-75.
Rhodes J. Discovery of immunopotentiary drugs: current and future strategies. Clin Exp Immunol 2002; 130:363-369.
Qiao M et al. Hepatitis C virus-like particles combined with novel adjuvant systems enhance virus-specific immune responses. Hepatology 2003; 37:52-59.
Garçon N, Heppner DJ, Cohen J. Development of RTS,S/AS02: a purified subunit-based malaria vaccine candidate formulated with s novel adjuvant. Expert Rev Vaccines 2003; 2:231-238.
Mikloska Z et al. Monophosphoryl lipid A and Qs-21 increase CD8 T lymphocyte cytotoxicity to herpes simplex virus-2 infected cell proteins 4 and 27 through IFN-g and IL-12 production. J Immunol 2000; 164:5167-5176.
Mossman S et al. Immunostimulant compositions comprising aminoalkyl glucosaminide phosphates and saponins. US Patent Application 20030190333.
Apostolopoulus V and McKenzie IF. Role of the mannose receptor in the immune response. Curr Mol Med 2001; 1:469-474.
Tada H et al. Saccharomyces cerevisiae- and Candida albicans-derived mannan induced production of tumor necrosis factor alpha by human monocytes in a CD14- and Toll-like receptor 4-dependent manner. Microbial Immunol 2002; 46:503-512.
McKenzie IF et al. Oxidised mannan antigen conjugates preferentially stimulate T1 type immune response. Vet Immunol Immunopathol 1998; 63:185-190.
Apostolopoulus V et al. Aldehyde-mannan antigen complexes target the MHC class I antigen-presentation. Eur J Immunol 2000; 30:1714-1723.
Szu SC et al. Synthesis and some immunologic properties of an O-acetyl pectin [poly (1-4)-&alphja;-D-GalpA]-protein conjugate as a vaccine for typhoid fever. Infect Immun 1994; 62:5545-5549.
Sharma A and Qadri A. Vi polysaccharide from Salmonella typhi targets the prohibitin family of molecules in intestinal epithelia; cells and suppresses early inflammatory responses. Proc Natl Acad Sci USA. 2004; 101:17492-17497.
Nicklin S, Atkinson HA, Miller K. Adjuvant properties of polysaccharides: effect of iota-carrageenan, pectic acid, pectin, dextran and dextran sulphate on thye humoral response in the rat. Food Addit Contam 1988; 5:573-580.
Toubi E, Shoenfeld Y. Toll-like receptors and their role in the development of autoimmune diseases. Autoimmunity 2004; 37:1983-1988.
Katagiri YU, Kiyokawa N, Fujimoto J. A role for lipid rafts in immune cell signaling. Microbiol Immunol 2001; 45:1-8.
Janes PW, Ley SC, Magee AI. Aggregation of lipid rafts accompanies signaling via the T cell antigen receptor. J Cell Biol 1999; 147:447-461.
Hostettmann K and Marston A. Saponins. Cambridge University Press, Cambridge, UK, 1995.