Hapteno

Los haptenos (derivados del griego haptein , que significa “sujetar”) ^[1] son ​​moléculas pequeñas que provocan una respuesta inmunitaria solo cuando se unen a un transportador grande, como una proteína ; el transportador puede ser uno que tampoco provoque una respuesta inmunitaria por sí mismo. Los mecanismos de ausencia de respuesta inmunitaria pueden variar e involucrar interacciones inmunológicas complejas, pero pueden incluir señales coestimuladoras ausentes o insuficientes de las células presentadoras de antígenos .

Los haptenos se han utilizado para estudiar la dermatitis alérgica de contacto (DCA) y los mecanismos de la enfermedad inflamatoria intestinal (EII) para inducir respuestas de tipo autoinmune. ^[2]

El concepto de haptenos surgió del trabajo del inmunólogo austríaco Karl Landsteiner , ^{[3] [4]} quien también fue pionero en el uso de haptenos sintéticos para estudiar los fenómenos inmunoquímicos. ^[5]

Los haptenos aplicados sobre la piel, cuando se conjugan con un portador, podrían inducir hipersensibilidad de contacto, que es una reacción de hipersensibilidad retardada de tipo IV mediada por células T y células dendríticas . Consta de dos fases: sensibilización y elicitación. La fase de sensibilización, en la que el hapteno se aplica a la piel por primera vez, se caracteriza por la activación de respuestas inmunitarias innatas, incluida la migración de células dendríticas a los ganglios linfáticos, la preparación de células T vírgenes específicas del antígeno y la generación de células T y B efectoras o de memoria específicas del antígeno y células plasmáticas secretoras de anticuerpos . La segunda fase de elicitación, en la que el hapteno se aplica a un área diferente de la piel, comienza con la activación de las células T efectoras seguida de daño tisular mediado por células T y respuestas inmunitarias mediadas por anticuerpos. Los haptenos activan inicialmente las respuestas inmunitarias innatas mediante mecanismos complejos que involucran citocinas inflamatorias , patrones moleculares asociados al daño (DAMP) o el inflamasoma . ^[6]

Una vez que el cuerpo ha generado anticuerpos contra un aducto de hapteno-transportador , el hapteno de molécula pequeña también puede unirse al anticuerpo, pero por lo general no iniciará una respuesta inmunitaria; por lo general, solo el aducto de hapteno-transportador puede hacerlo. A veces, el hapteno de molécula pequeña puede incluso bloquear la respuesta inmunitaria al aducto de hapteno-transportador al evitar que el aducto se una al anticuerpo, un proceso llamado inhibición del hapteno .

Un ejemplo bien conocido de un hapteno es el urushiol , que es la toxina que se encuentra en la hiedra venenosa . Cuando se absorbe a través de la piel de una planta de hiedra venenosa, el urushiol sufre una oxidación en las células de la piel para generar el hapteno real, una molécula reactiva de tipo quinona , que luego reacciona con las proteínas de la piel para formar aductos de hapteno. Después de una segunda exposición, las células T proliferadas se activan, generando una reacción inmune que produce ampollas típicas de una dermatitis de contacto inducida por urushiol . ^[7]

Otro ejemplo de dermatitis de contacto mediada por hapteno es la alergia al níquel , que es causada por iones de metal de níquel que penetran en la piel y se unen a las proteínas de la piel.

Hay muchos haptenos presentes en distintos tipos de fármacos, pesticidas, hormonas, toxinas alimentarias, etc. El factor más importante es la masa molecular, que es <1000 Da . ^[8]

Los primeros haptenos investigados fueron la anilina y sus derivados carboxílicos ( ácido o- , m- y p-aminobenzoico ). ^[9]

Algunos haptenos pueden inducir enfermedades autoinmunes . Un ejemplo es la hidralazina , un fármaco que reduce la presión arterial y que en ocasiones puede producir lupus eritematoso inducido por fármacos en ciertas personas. Éste también parece ser el mecanismo por el cual el gas anestésico halotano puede causar una hepatitis potencialmente mortal , así como el mecanismo por el cual los fármacos de la clase de la penicilina causan anemia hemolítica autoinmune . ^[10]

Otros haptenos que se utilizan comúnmente en aplicaciones de biología molecular incluyen fluoresceína , biotina , digoxigenina y dinitrofenol .

Se han generado con éxito anticuerpos contra pequeñas moléculas endógenas y no reactivas, como algunos neurotransmisores (por ejemplo, serotonina (5HT), glutamato , dopamina , GABA , triptamina , glicina , noradrenalina ), aminoácidos (por ejemplo , triptófano , 5-hidroxitriptófano , 5-metoxitriptófano), mediante el uso de glutaraldehído para reticular estas moléculas a proteínas transportadoras adecuadas para el reconocimiento inmunológico. En particular, la detección de estas pequeñas moléculas en los tejidos requiere que el tejido esté fijado con glutaraldehído, ya que el enlace covalente del glutaraldehído en la molécula de interés a menudo forma una parte del epítopo reconocido por el anticuerpo . ^{[11] [12]}

Debido a su naturaleza y propiedades, los aductos de hapteno-transportador han sido esenciales en inmunología . Se han utilizado para evaluar las propiedades de epítopos y anticuerpos específicos. Son importantes en la purificación y producción de anticuerpos monoclonales . También son vitales en el desarrollo de inmunoensayos cuantitativos y cualitativos sensibles . ^[13] Sin embargo, para lograr los mejores y más deseables resultados, se deben tener en cuenta muchos factores en el diseño de conjugados de hapteno. Estos incluyen el método de conjugación de hapteno, el tipo de transportador utilizado y la densidad de hapteno. Las variaciones en estos factores podrían conducir a diferentes intensidades de la respuesta inmune hacia el determinante antigénico recién formado. ^[14]

En general, las proteínas transportadoras deben ser inmunogénicas y contener suficientes residuos de aminoácidos en las cadenas laterales reactivas para conjugarse con los haptenos. Para que se produzca la haptenización de proteínas, el hapteno debe ser deficiente en electrones ( electrófilo ), ya sea por sí mismo o puede convertirse en una especie reactiva a las proteínas, por ejemplo, mediante oxidación del aire o metabolismo cutáneo. ^[15] Los haptenos se unen a una molécula transportadora mediante un enlace covalente. Dependiendo de los haptenos que se utilicen, otros factores a considerar para las proteínas transportadoras podrían incluir su toxicidad in vivo, disponibilidad comercial y costo. ^[13]

Los transportadores más comunes incluyen globulina sérica , albúminas , ovoalbúmina y muchos otros. La albúmina sérica humana (HSA) es a menudo la proteína modelo de elección para los ensayos de unión a proteínas. Esta es una proteína bien caracterizada, y el papel de la albúmina en la sangre y los tejidos in vivo es a menudo unirse a xenobióticos a través de sus bolsillos de unión al sustrato y eliminar la sustancia química invasora de la circulación o el tejido, actuando así como un mecanismo de desintoxicación.

Aunque las proteínas se emplean principalmente para la conjugación de haptenos, también se podrían utilizar polipéptidos sintéticos como el ácido poli-L-glutámico , polisacáridos y liposomas . ^[13]

Los mecanismos de reacción más comunes que forman enlaces covalentes y que se prevé que estén implicados en la sensibilización son la sustitución nucleofílica en un centro saturado, la sustitución nucleofílica en un centro insaturado y la adición nucleofílica. También son posibles otras reacciones, como la sustitución electrofílica (sales de diazonio), las reacciones radicalarias y las reacciones iónicas. ^[15]

Para seleccionar un método adecuado de conjugación de haptenos, es necesario identificar los grupos funcionales del hapteno y de su transportador. Según los grupos presentes, se puede emplear una de las dos estrategias principales:

1. Reacción química espontánea: se utiliza cuando el hapteno es una molécula químicamente reactiva, como los anhídridos y los isocianatos . Este método de conjugación es espontáneo y no se necesitan agentes de reticulación. ^[13]
2. Reticulación de moléculas intermediarias: este método se aplica principalmente a haptenos no reactivos. Los agentes con al menos dos grupos químicamente reactivos, como la carbodiimida o el glutaraldehído, ayudan a la conjugación de los haptenos con sus portadores. El grado de reticulación depende de la relación hapteno/portador con el agente de acoplamiento, la concentración hapteno/portador y la temperatura y el pH del entorno. ^[13]
   • Carbodiimida : Un grupo de compuestos con una fórmula general de RN=C=NR′, donde R y R′ son alifáticos (es decir, dietilcarbodiimida) o aromáticos (es decir, difenilcarbodiimida). La conjugación usando una carbodiimida requiere la presencia de α o ɛ-amino y un grupo carboxilo . El grupo amino generalmente proviene del residuo lisilo de la proteína portadora mientras que el grupo carboxilo proviene del hapteno. El mecanismo exacto para esta reacción aún se desconoce. Sin embargo, se proponen dos vías. La primera postula que se forma un intermedio que puede reaccionar con una amina . La segunda afirma que se ha producido una reorganización de una acilurea , el principal producto secundario de la reacción a alta temperatura. ^[16]
   • Glutaraldehído : este método funciona mediante la reacción entre el glutaraldehído y los grupos amina para formar bases de Schiff o productos de adición de doble enlace de tipo Michael. El rendimiento de los conjugados se puede controlar variando el pH de la reacción. Un pH más alto daría lugar a más intermediarios de base de Schiff y, posteriormente, conduciría al aumento del número y el tamaño de los conjugados de hapteno. En general, la reticulación que involucra glutaraldehído es muy estable. Sin embargo, los animales inmunizados tienden a reconocer los puentes de reticulación del glutaraldehído como epítopos. ^[17]
3. Electroforesis capilar de alto rendimiento: La electroforesis capilar de alto rendimiento (HPCE) es un método alternativo para optimizar la conjugación de hapteno-proteína. La HPCE se utiliza predominantemente para separar carbohidratos con una capacidad de separación muy alta. Existen numerosas ventajas en el uso de la HPCE como técnica para investigar ciertos conjugados, como que solo se requieren tamaños de muestra diminutos (nl). Además, la muestra utilizada no necesita ser pura y no se necesita ningún tipo de radiomarcado. Un gran beneficio de este método de conjugación de hapteno es que existe un análisis automatizado de la muestra y la prueba de las interacciones de la muestra se puede determinar en solución libre. Este método de conjugación de hapteno-proteína es excepcionalmente eficaz con conjugados de baja densidad de epítopos, donde de otro modo es muy difícil con el uso de otros métodos determinar su movilidad eléctrica o iónica. ^{[18] [19]}

La inhibición de hapteno o "semi-hapteno" es la inhibición de una respuesta de hipersensibilidad de tipo III . En la inhibición, las moléculas de hapteno libres se unen a los anticuerpos dirigidos contra esa molécula sin provocar la respuesta inmunitaria, lo que deja menos anticuerpos para unirse al aducto inmunogénico de hapteno-proteína. Un ejemplo de un inhibidor de hapteno es el dextrano 1 , que es una pequeña fracción (1 kilodalton ) de todo el complejo de dextrano, que es suficiente para unirse a los anticuerpos anti-dextrano, pero insuficiente para dar lugar a la formación de complejos inmunes y las respuestas inmunes resultantes. ^[20]

Los haptenos se utilizan ampliamente en inmunología y campos relacionados. Los productos químicos sensibilizantes pueden causar diferentes formas de alergia, dermatitis alérgica de contacto o sensibilización del tracto respiratorio. Curiosamente, tipos discretos de productos químicos inducen respuestas inmunitarias divergentes: los alérgenos de contacto provocan respuestas de hipersensibilidad de tipo I preferenciales , mientras que los alérgenos respiratorios estimulan respuestas de tipo II selectivas , lo que podría ser muy adecuado para modelar cómo se polariza la respuesta inmunitaria hacia diferentes tipos de antígenos. ^[21]

En alergología, las pruebas in vitro / in silico para sensibilización cutánea, identificación de peligros y evaluación de potencia de diferentes componentes de medicamentos y cosméticos son altamente preferidas en las primeras etapas del desarrollo de productos. La capacidad de un medicamento para actuar como un hapteno es una indicación clara de inmunogenicidad potencial. ^[22]

Los anticuerpos específicos de hapteno se utilizan en una amplia gama de inmunoensayos, tecnologías de inmunobiosensores y columnas de purificación por cromatografía de inmunoafinidad; estos anticuerpos podrían utilizarse para detectar pequeños contaminantes ambientales, drogas de abuso, vitaminas, hormonas, metabolitos, toxinas alimentarias y contaminantes ambientales. ^[23]

• Toxina
• Antígeno

• Haptenos en los encabezamientos de materias médicas (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU.