Trampas extracelulares de neutrófilos

Las trampas extracelulares de neutrófilos ( NET ) son redes de fibras extracelulares , compuestas principalmente de ADN de neutrófilos , que se unen a los patógenos . ^[2] Los neutrófilos son la primera línea de defensa del sistema inmunológico contra las infecciones y, convencionalmente, se ha pensado que matan a los patógenos invasores a través de dos estrategias: la ingestión de microbios y la secreción de antimicrobianos. En 2004, se identificó una tercera función novedosa: la formación de NET. Las NET permiten a los neutrófilos matar patógenos extracelulares mientras minimizan el daño a las células huésped. ^[3] Tras la activación in vitro con el agente farmacológico acetato de miristato de forbol (PMA), interleucina 8 (IL-8) o lipopolisacárido (LPS), los neutrófilos liberan proteínas granulares y cromatina para formar una matriz de fibrillas extracelulares conocida como NET a través de un proceso activo. ^[2]

La microscopía electrónica de barrido de alta resolución ha demostrado que las NET están formadas por tramos de ADN y dominios globulares de proteínas con diámetros de 15-17 nm y 25 nm, respectivamente. Estos se agregan en hilos más grandes con un diámetro de 50 nm. ^[2] Sin embargo, en condiciones de flujo, las NET pueden formar estructuras mucho más grandes, alcanzando cientos de nanómetros de longitud y ancho. ^[4]

El análisis por inmunofluorescencia corroboró que los NET contienen proteínas de los gránulos azurófilos (elastasa de neutrófilos, catepsina G y mieloperoxidasa ), gránulos específicos ( lactoferrina ), gránulos terciarios ( gelatinasa ) y del citoplasma; sin embargo, CD63 , actina , tubulina y varias otras proteínas citoplasmáticas no están presentes en los NET. ^{[2] [5]}

Las NET desarman a los patógenos con proteínas antimicrobianas como la elastasa de neutrófilos , la catepsina G y las histonas que tienen una alta afinidad por el ADN. ^[6] Las NET proporcionan una alta concentración local de componentes antimicrobianos y se unen, desarman y matan a los microbios extracelularmente independientemente de la captación fagocítica. Además de sus propiedades antimicrobianas, las NET pueden servir como una barrera física que evita una mayor propagación de los patógenos. Además, la entrega de las proteínas granulares en las NET puede evitar que las proteínas potencialmente dañinas como las proteasas se difundan e induzcan daño en el tejido adyacente al sitio de la inflamación . También se ha demostrado que la formación de NET aumenta la actividad bactericida de los macrófagos en respuesta a múltiples patógenos bacterianos. ^{[7] [8]}

Más recientemente, también se ha demostrado que no solo las bacterias sino también los hongos patógenos como Candida albicans inducen a los neutrófilos a formar NET que capturan y matan las hifas de C. albicans, así como las células en forma de levadura. ^[9] Las NET también se han documentado en asociación con infecciones por Plasmodium falciparum ^{en niños. [10]}

Aunque originalmente se propuso que las NET se formarían en los tejidos en un sitio de infección bacteriana/por levaduras, también se ha demostrado que las NET se forman dentro de los vasos sanguíneos durante la sepsis (específicamente en los capilares pulmonares y los sinusoides hepáticos ). La formación intravascular de NET está estrechamente controlada y regulada por las plaquetas , que detectan una infección grave a través del TLR4 plaquetario y luego se unen a los neutrófilos y los activan para formar NET. La formación de NET inducida por plaquetas ocurre muy rápidamente (en minutos) y puede o no resultar en la muerte de los neutrófilos. ^[11] Las NET formadas en los vasos sanguíneos pueden atrapar bacterias circulantes a medida que pasan a través de los vasos. El atrapamiento de bacterias bajo flujo se ha fotografiado directamente en cámaras de flujo in vitro y la microscopía intravital demostró que el atrapamiento bacteriano ocurre en los sinusoides hepáticos y los capilares pulmonares (sitios donde las plaquetas se unen a los neutrófilos). ^[4]

La activación y liberación de NET, o NETosis, es un proceso dinámico que puede presentarse en dos formas: NETosis suicida y vital. En general, muchos de los componentes clave del proceso son similares para ambos tipos de NETosis; sin embargo, existen diferencias clave en los estímulos, el momento y el resultado final. ^[12]

La vía completa de activación de la NETosis aún está bajo investigación, pero se han identificado algunas proteínas clave y poco a poco está surgiendo una imagen completa de la vía. Se cree que el proceso comienza con la activación de la proteína-arginina deiminasa 4 ( PAD4 ) por parte de la NADPH oxidasa a través de intermediarios de especies reactivas de oxígeno (ROS). La PAD4 es responsable de la citrulinación de histonas en el neutrófilo, lo que resulta en la descondensación de la cromatina. ^[12] También se ha descrito una forma de NETosis independiente de la NADPH oxidasa, que depende únicamente de ROS derivadas de las mitocondrias . ^[13] Las proteínas granulares azurófilas como la mieloperoxidasa (MPO) y la elastasa de neutrófilos (NE) luego ingresan al núcleo y promueven el proceso de descondensación, lo que resulta en la ruptura de la envoltura nuclear. La cromatina no condensada ingresa al citoplasma, donde se agregan proteínas granulares y citoplasmáticas adicionales a la NET en etapa temprana. El resultado del proceso depende entonces de qué vía de NETosis se activa. ^[12]

La NETosis suicida se describió por primera vez en un estudio de 2007 que señaló que la liberación de NET resultó en la muerte de neutrófilos a través de una vía diferente a la apoptosis o necrosis . ^[14] En la NETosis suicida, la formación intracelular de NET es seguida por la ruptura de la membrana plasmática , liberándola al espacio extracelular. Esta vía de NETosis puede iniciarse a través de la activación de receptores tipo Toll (TLR), receptores Fc y receptores del complemento con varios ligandos como anticuerpos , PMA, etc. ^{[12] [15]} El entendimiento actual es que tras la activación de estos receptores, la señalización descendente resulta en la liberación de calcio del retículo endoplásmico . Esta afluencia intracelular de calcio a su vez activa la NADPH oxidasa, lo que resulta en la activación de la vía de NETosis como se describió anteriormente. ^[15] Cabe destacar que la NETosis suicida puede llevar horas, incluso con altos niveles de estimulación con PMA, mientras que la NETosis vital puede completarse en cuestión de minutos. ^[12]

La NETosis vital puede ser estimulada por lipopolisacáridos bacterianos (LPS), otros "productos bacterianos, plaquetas activadas por TLR4 o proteínas del complemento en tándem con ligandos TLR2 ". ^[12] La NETosis vital es posible gracias a la formación de vesículas en el núcleo, lo que da lugar a una vesícula llena de ADN que se exocita y deja la membrana plasmática intacta. ^[12] Su rápida formación y liberación no provoca la muerte de los neutrófilos. Se ha observado que los neutrófilos pueden seguir fagocitando y matando microbios después de la NETosis vital, lo que destaca la versatilidad antimicrobiana de los neutrófilos. ^[15]

La formación de NET está regulada por la vía de la lipoxigenasa : durante ciertas formas de activación (incluido el contacto con bacterias), la 5-lipoxigenasa de los neutrófilos forma fosfolípidos 5-HETE que inhiben la formación de NET. ^{[16] La evidencia de experimentos de laboratorio sugiere que} los macrófagos eliminan las NET , las fagocitan y las degradan. ^[17]

Las NET también pueden tener un efecto perjudicial en el huésped, porque la exposición extracelular de los complejos de histonas podría desempeñar un papel durante el desarrollo de enfermedades autoinmunes como el lupus eritematoso sistémico (LES). ^[18] Las NET también podrían desempeñar un papel en las enfermedades inflamatorias, ya que las NET podrían identificarse en la preeclampsia , un trastorno inflamatorio relacionado con el embarazo en el que se sabe que los neutrófilos se activan. ^[19] También se han informado NET en la mucosa del colon de pacientes con la enfermedad inflamatoria intestinal colitis ulcerosa . ^[20] Las NET también se han asociado con la producción de anticuerpos antinucleares de ADN bicatenario IgG en niños infectados con malaria por P. falciparum . ^[10]

También se han encontrado NET en pacientes con cáncer. ^[21] Se han detectado niveles significativamente más altos de NET en pacientes con cáncer en comparación con controles sanos, y se han asociado con un mal pronóstico y resultado clínico. ^[22] La investigación preclínica sugiere que los NET son corresponsables de patologías relacionadas con el cáncer como trombosis, insuficiencia orgánica y formación de metástasis . ^[23] Los NET pueden causar insuficiencia orgánica periférica o disfunción orgánica en pacientes con cáncer al obstruir la vasculatura, causar una respuesta inflamatoria y liberar componentes citotóxicos con un efecto dañino directo sobre el tejido. ^[24]

Las NET se han descrito como promotores potenciales de metástasis en el cáncer. Pueden mejorar la propagación metastásica a través de varios mecanismos. ^[25] La investigación ha demostrado que las NET pueden formarse en respuesta a infecciones y estrés quirúrgico , lo que puede contribuir a la metástasis . Por ejemplo, un estudio que utilizó el modelo de ligadura y punción cecal (CLP) demostró que las NET inducidas por CLP mejoraron la captura de células tumorales circulantes y aumentaron la metástasis al hígado. ^[26] Específicamente, cuando se inyectaron células de carcinoma de pulmón de Lewis (LLC-H59) por vía intraesplénica 24 horas después de la CLP, los ratones exhibieron un mayor número de metástasis en comparación con los controles operados simuladamente. Las imágenes intravitales revelaron que las NET se colocalizaban con células tumorales en la microvasculatura del hígado y los pulmones, lo que promovía el arresto de células tumorales en estas áreas. ^[26] Las NET también pueden ser inducidas por células cancerosas en ausencia de infección o intervención quirúrgica. ^[25] En un modelo de ratón de cáncer de mama, se encontró que las células cancerosas metastásicas eran más efectivas para inducir la formación de NET en comparación con las células menos agresivas. ^[27] Además, se detectaron niveles más altos de NET en lesiones metastásicas de pacientes con cáncer de mama, particularmente en aquellas con cáncer de mama triple negativo , que es conocido por su progresión agresiva. ^[27]

Se ha demostrado que los NET contribuyen a la patogénesis del VIH / VIS . Los NET son capaces de capturar viriones del VIH y destruirlos. ^[28] Hay un aumento en la producción de NET a lo largo del curso del VIH/VIS, que se reduce con TAR . Además, los NET pueden capturar y matar varios grupos de células inmunes como las células T CD4+ y CD8+ , las células B y los monocitos . Este efecto se observa no solo con los neutrófilos en la sangre, sino también en varios tejidos como el intestino, los pulmones, el hígado y los vasos sanguíneos. Los NET posiblemente contribuyen al estado de hipercoagulabilidad en el VIH al atrapar plaquetas y expresar factor tisular . ^[29]

Las NET también tienen un papel en la trombosis y se han asociado con el accidente cerebrovascular. ^{[30] [31] [32]}

Estas observaciones sugieren que las NET podrían desempeñar un papel importante en la patogénesis de trastornos infecciosos, inflamatorios y trombóticos. ^{[33] [34] [35]}

Debido a la naturaleza cargada y "pegajosa" de los NET, pueden convertirse en un problema para los pacientes con fibrosis quística , al aumentar la viscosidad del esputo. Los tratamientos se han centrado en descomponer el ADN del esputo, que está compuesto en gran parte por ADN de NET del huésped.

Un pequeño estudio publicado en la revista JAMA Cardiology sugirió que los NET desempeñaron un papel importante en los pacientes con COVID-19 que desarrollaron infartos de miocardio con elevación del segmento ST . ^[36]

• Tema de investigación de Fronteras en inmunidad innata molecular sobre NET
• "Mecanismos moleculares implicados en la formación de trampas extracelulares de neutrófilos (NET)", tesis doctoral, Jyaysi Desai, Universidad Ludwig Maximilian de Múnich, Alemania. Ganadora del premio de química Dance Your PhD, 2015.