El factor de necrosis tumoral ( TNF ), anteriormente conocido como TNF-α , es una proteína inflamatoria y un mediador principal de la respuesta inmune innata . [5] El TNF es producido principalmente por macrófagos en respuesta a antígenos , y activa vías inflamatorias a través de sus dos receptores, el receptor 1 del factor de necrosis tumoral (TNFR1) y el receptor 2 del factor de necrosis tumoral (TNFR2). [6] Es un miembro de la superfamilia del factor de necrosis tumoral , una familia de proteínas transmembrana tipo II que funcionan como citocinas . [7] La producción excesiva de TNF juega un papel crítico en la patología de varias enfermedades inflamatorias, y las terapias anti-TNF a menudo se emplean para tratar estas enfermedades. [8]
El TNF se expresa principalmente en macrófagos, pero también se expresa en varios otros tipos de células, como las células T , las células B , las células dendríticas y los mastocitos . Se expresa en respuesta a patógenos, otras citocinas y factores estresantes ambientales. [9] El TNF se produce inicialmente como una proteína transmembrana de tipo II (tmTNF) y se ensambla como un homotrímero , que luego es escindido por la enzima convertidora de TNF alfa (TACE) en una forma soluble (sTNF), lo que permite que se secrete en el espacio extracelular . [10] Tanto el tmTNF como el sTNF pueden activar TNFR1, mientras que solo el tmTNF puede activar TNFR2. [6]
El TNFR1 puede desencadenar vías inflamatorias, produciendo efectos como la supervivencia y proliferación celular, así como la muerte celular si se interrumpen las vías inflamatorias. El TNFR2 solo puede desencadenar la supervivencia y proliferación celular, pero puede inducir indirectamente la muerte celular al interrumpir el TNFR1. [6] El tmTNF también envía señales inversas a su propia célula, lo que lleva a la muerte o supervivencia celular según las circunstancias. [11] Los efectos del TNF en el sistema inmunológico incluyen la activación de glóbulos blancos, la coagulación sanguínea , la secreción de citocinas y la fiebre , entre otros. [5] La actividad del TNF se extiende más allá del sistema inmunológico, como contribuir a la homeostasis en el sistema nervioso central . [12]
Se sabe que la producción excesiva de TNF es un factor clave en trastornos inflamatorios como la artritis reumatoide y la enfermedad inflamatoria intestinal , y la inhibición de TNF es a menudo un tratamiento eficaz. [8] El TNF también está implicado en la patología de otras enfermedades, incluido el cáncer , la fibrosis hepática y el Alzheimer , aunque la inhibición de TNF aún debe mostrar beneficios definitivos. [13] Debido al importante papel del TNF en la inmunidad innata y la homeostasis, la inhibición de TNF puede conducir a un mayor riesgo de infecciones y nuevas autoinmunidades "paradójicas". [14]
En la década de 1890, William B. Coley teorizó que las infecciones bacterianas tenían un efecto beneficioso contra los tumores, en particular los sarcomas , basándose en anécdotas de pacientes con cáncer que se curaban gracias a ataques repentinos de erisipela . Coley pudo tratar con éxito a pacientes con cáncer inyectándoles una mezcla de toxinas bacterianas de Streptococcus y Bacillus prodigiosus esterilizados por calor en los tumores y alrededor de ellos, lo que provocaba hemorragias en los tumores. Sin embargo, la eficacia de este tratamiento era inconsistente y las inyecciones repetidas causaban efectos secundarios graves, como escalofríos y fiebre, lo que hacía que se suspendiera el tratamiento. [15]
En los años 1930 y 1940, Shear et al. aislaron el agente hemorrágico tumoral activo de las toxinas bacterianas de Escherichia coli y Serratia marcescens . Demostraron que este agente, la endotoxina , cuando se inyectaba en ratones con sarcomas, podía inhibir el crecimiento tumoral o causar regresión tumoral. [16] Sin embargo, la regresión tumoral era muy variable, y dosis más pequeñas de endotoxina a menudo tenían más potencia que dosis más grandes, o lotes enteros de ratones eran resistentes a la endotoxina. [17]
En 1975, Elizabeth Carswell y Lloyd Old et al. investigaron las propiedades destructoras de tumores de la endotoxina inyectando el suero de ratones tratados con endotoxina en otros ratones. Descubrieron que cuando los ratones infectados con Bacillus Calmette Guerin (BCG) eran tratados con endotoxina, producían suero que mataba sarcomas en otros ratones. Mientras tanto, cuando los ratones no infectados eran tratados con endotoxina, producían suero que no mataba sarcomas. Esto llevó a los autores a concluir que el suero que mataba tumores contenía un factor citotóxico separado que no era endotoxina sino producido por el huésped, denominado factor de necrosis tumoral (TNF). Dado que los ratones infectados con BCG tenían bazos agrandados debido al aumento de la producción de macrófagos , los autores dedujeron que el TNF era liberado por los macrófagos tras la exposición a endotoxinas. [18]
Además de matar sarcomas en ratones vivos ( in vivo ), el TNF también mataba células L-929, una línea celular neoplásica, en cultivos celulares ( in vitro ). Debido a la incomodidad de criar ratones, la citotoxicidad para las células L-929 in vitro se convirtió en la técnica estándar para detectar TNF. [19] El descubrimiento de que el TNF era citotóxico para las líneas celulares cancerosas y anormales, pero no para las líneas celulares normales, generó esperanzas de que pudiera usarse como terapia contra el cáncer. [18]
En agosto de 1984, Bharat Aggarwal et al. en Genentech purificaron y caracterizaron el TNF humano. El TNF se produjo cultivando HL-60 , una línea celular humana, con acetato de miristato de forbol (PMA), un estimulante de fagocitos similar a la endotoxina. El TNF se purificó utilizando perlas de vidrio de poro controlado , cromatografía DEAE , cromatografía Mono Q y HPLC de fase inversa . Se determinó que el TNF purificado mediante HPLC de fase inversa tenía un peso molecular de 17 000 kDa mediante SDS-PAGE , mientras que el TNF purificado mediante TSK-HPLC en condiciones no desnaturalizantes tenía un peso molecular aproximado de 45 000 kDa, lo que sugiere que el TNF existe de forma natural como un oligómero . La secuencia de aminoácidos del TNF se determinó mediante degradación de Edman , revelando una secuencia de 157 aminoácidos con una homología significativa con la secuencia de aminoácidos de la linfotoxina-α . [20]
En ese mismo mes, Pennica et al., también en Genentech, secuenciaron el ADNc del TNF humano. Se construyó una biblioteca de ADNc a partir del ARNm de células HL-60 inducidas por PMA. Se utilizó una sonda de ADN de 42 bases de longitud , construida adivinando los codones de una parte de la secuencia de aminoácidos del TNF, para examinar la biblioteca de ADNc. Se secuenció el ADNc coincidente, revelando una presecuencia de 76 aminoácidos seguida de los 157 aminoácidos del TNF maduro. Los autores dedujeron que el TNF se sintetiza primero en una forma precursora más grande que contiene un péptido señal , antes de ser procesado y liberado como una forma madura más pequeña. Los autores también sintetizaron TNF en E. coli y verificaron su citotoxicidad contra células L-929 in vitro y contra sarcomas de ratón in vivo . [21]
En junio de 1981, Ian A. Clark et al. descubrieron que los ratones sanos infectados con un parásito causante de malaria desarrollaban síntomas similares a los de la malaria y liberaban TNF cuando se los trataba con endotoxina. Mientras tanto, los ratones no infectados no liberaban TNF cuando se les inyectaba endotoxina. Estos resultados, combinados con la evidencia de endotoxinas en el suero de pacientes con malaria, llevaron a los autores a proponer que el TNF se libera durante las infecciones de malaria y posiblemente desempeña un papel en la causa de los síntomas de la malaria. [22]
En 1985, Kevin J. Tracy , Ian Milsark y Anthony Cerami descubrieron que los ratones inmunizados con TNF a través del antisuero TNF eran resistentes a los efectos letales de la endotoxina, lo que indica que el TNF es uno de los mediadores de la letalidad de la endotoxina. [23] En 1986, esto fue confirmado por Kevin J. Tracy y Bruce Beutler , cuando demostraron que los ratones inyectados con TNF exhibían síntomas comunes de intoxicación por endotoxina, como hipotensión , acidosis metabólica , hemoconcentración y muerte. [24]
En 1991, Michael Goodman demostró que los ratones a los que se les había inyectado TNF liberaban mayores niveles de tirosina y 3-metil-L-histidina en sus músculos esqueléticos, lo que indica que el TNF induce la degradación muscular. [25] En 1996, Stefferl et al. demostraron que los ratones a los que se les había inyectado TNF de ratón desarrollaban fiebre, lo que demostraba definitivamente que el TNF es un pirógeno. Estudios anteriores habían arrojado resultados no concluyentes debido al uso de TNF humano, en lugar de TNF de ratón, en ratones. [26]
Los efectos secundarios adversos del TNF, como el desgaste muscular y el shock endotóxico, redujeron las esperanzas de que pudiera utilizarse para tratar el cáncer. [19]
En septiembre de 1981, Masanobu Kawakami y Anthony Cerami investigaron la tendencia de las endotoxinas a causar altos niveles de grasa en la sangre, conocida como hipertrigliceridemia , cuando se inyectaban en animales. Se sabía que esta condición era causada por una deficiencia de lipoproteína lipasa (LPL), una enzima responsable de descomponer la grasa en el torrente sanguíneo. Inyectaron el suero de ratones tratados con endotoxina en otros ratones y descubrieron que el suero reducía la actividad de LPL en los ratones receptores, incluso si los ratones receptores eran resistentes a la propia endotoxina. Esto llevó a los autores a deducir que la hipertrigliceridemia no era causada por la endotoxina, sino por un factor mediador producido por el huésped en respuesta a la endotoxina, denominado caquectina. Los autores también descubrieron que las células de exudado incubadas con endotoxina , que consisten principalmente en macrófagos, producían un medio que también reducía la actividad de LPL en ratones. Esto indicó que la caquectina era secretada por los macrófagos en respuesta a la endotoxina. [27]
En 1985, Beutler et al. demostraron que la caquectina de ratón tiene una citotoxicidad similar contra las células L-929 a la del TNF, así como una secuencia de aminoácidos N-terminal casi idéntica a la del TNF humano, lo que indica que la caquectina y el TNF son la misma proteína. Como se sabe que la caquectina (ahora TNF) suprime la biosíntesis de una proteína específica, la lipoproteína lipasa, los autores dedujeron que el mecanismo citotóxico del TNF funcionaba de manera similar. [28]
En 1968 se descubrió la linfotoxina , una citotoxina secretada por los linfocitos . El TNF y la linfotoxina compartían varias similitudes: ambos se detectaban en función de su capacidad para matar células L-929; ambos podían unirse a los dos receptores de TNF conocidos, TNFR1 y TNFR2 ; y ambas proteínas compartían una homología genética y de aminoácidos significativa. Las similitudes entre el TNF y la linfotoxina llevaron al cambio de nombre no oficial del TNF a TNF-α y de la linfotoxina a TNF-β, con la justificación publicada de que ambos se detectaban con el mismo método. [19]
En 1993, se descubrió que la linfotoxina, que no es una proteína transmembrana , estaba presente en la membrana celular al formar un complejo con una glucoproteína transmembrana separada , denominada linfotoxina-β . [29] También se descubrió que la linfotoxina desempeña un papel fundamental en el desarrollo de los órganos linfoides , lo que distingue su función biológica de la del TNF. Como resultado de estos avances, el TNF-β pasó a denominarse linfotoxina-α y el TNF-α volvió a denominarse TNF. [19] Sin embargo, algunos artículos siguen utilizando el término TNF-α. [30]
El gen TNF humano está mapeado en el cromosoma 6p 21.3, que reside en la región de clase III del complejo mayor de histocompatibilidad . Tiene 250 kilobases centroméricas del locus HLA-B, 850 kilobases teloméricas del HLA-DR y 1100 pares de bases aguas abajo del gen de la linfotoxina-α . [31] El gen TNF tiene 2762 pares de bases de longitud y da como resultado un ARNm maduro que consta de 1669 nucleótidos. [32] La región promotora proximal tiene aproximadamente 200 pares de bases de longitud. [9] El TNF se denota como TNFSF2 en la superfamilia del factor de necrosis tumoral . [33]
La región transcrita contiene 4 exones separados por 3 intrones , para un total de 2.762 pares de bases en la transcripción primaria y 1.669 pares de bases en el ARNm. [32] El ARNm consta de cuatro regiones: la región no traducida 5' , que no está incluida en la proteína TNF; la porción transmembrana, que está presente en el TNF transmembrana pero no en el TNF soluble; la porción soluble; y la región no traducida 3' . Más del 80% de la porción soluble está contenida en el último exón, mientras que la porción transmembrana está contenida en los dos primeros exones. La región no traducida 3' contiene un elemento rico en AU (ARE) que regula la traducción del TNF. [34] En macrófagos no estimulados, varias proteínas se unen al ARE para desestabilizar el ARNm del TNF, suprimiendo la traducción del TNF. Tras la activación, la traducción del TNF no se suprime. [35]
El gen TNF se expresa principalmente en macrófagos , pero también puede expresarse en células T , células B , células asesinas naturales , mastocitos , células dendríticas y fibroblastos . El gen TNF también es un gen de respuesta temprana inmediata ; su activación es rápida y no depende de la síntesis de otras proteínas. [9]
El TNF se activa en respuesta a señales de infección, inflamación o estrés. Dichos estímulos suelen ser patógenos, como endotoxinas bacterianas , virus, protozoos , superantígenos , polihidroxialcanoatos y ARN viral. Los estímulos también pueden ser no patógenos, incluidos los ionóforos , mitógenos , anti-CD3 y partículas de sílice. El TNF también es activado por otras citocinas, como la interleucina-1 , la interleucina-2 , el GM-CSF y el propio TNF, así como por estreses ambientales como la radiación , el estrés osmótico y la glucosa alta. [9]
Estos estímulos desencadenan la activación de una variedad de factores de transcripción, como NF-κB , NFAT , c-jun , ATF-2 , Ets , Elk-1 y Sp1 , que se translocan al núcleo para comenzar la transcripción del TNF. Los factores de transcripción que regulan la expresión del TNF varían según el tipo de célula y el estímulo involucrado. [9]
La expresión del gen TNF está regulada a través de los potenciadores , donde múltiples factores de transcripción y coactivadores se ensamblan en estructuras de orden superior para activar la transcripción. La región promotora proximal, que abarca aproximadamente 200 pares de bases antes de la región transcrita, contiene múltiples sitios de unión de factores de transcripción, muchos de los cuales pueden reconocer más de un tipo de factor de transcripción. [9]
La composición del enhanceosoma depende de la concentración ambiental de NFAT en el núcleo . Si los niveles de NFAT son altos, como en las células T tras la estimulación con ionomicina, el enhanceosoma estará compuesto principalmente de NFAT unidos a sitios de unión de NFAT. Si los niveles de NFAT son bajos, el enhanceosoma estará compuesto principalmente de proteínas Sp1 y Ets/Elk unidas a sitios de unión compatibles. [9]
Además, la región promotora proximal contiene un elemento de respuesta al AMP cíclico (CRE), un sitio de unión para el heterodímero de las proteínas ATF-2 y c-jun , que es fundamental para la activación del TNF en todos los tipos de células y condiciones. El CRE y los factores de transcripción cercanos forman los complejos compuestos centrales, mientras que los factores de transcripción distantes forman complejos de anclaje. Juntos, el complejo central y los complejos de anclaje estabilizan las interacciones con los coactivadores y la maquinaria de transcripción. La región promotora proximal también contiene una caja TATA para ayudar con la transcripción. [9]
La flexibilidad del potenciador permite que el gen TNF sea activado por una amplia gama de tipos de células y estímulos. [9]
Se ha demostrado que el factor de transcripción NF-κB desempeña un papel importante en la regulación de la expresión génica del TNF. Sin embargo, no está claro si el NF-κB activa la transcripción del TNF uniéndose directamente a los sitios de la región promotora o a través de efectos secundarios. De las seis secuencias identificadas como posibles sitios de unión del NF-κB en la región promotora del TNF humano, solo una se encuentra en la región promotora proximal. Además, la eliminación o mutación de estos sitios de unión no afecta la activación del gen del TNF por inducción de endotoxinas, lo que indica que el NF-κB puede no influir en la expresión del TNF uniéndose directamente al promotor. [9]
Se ha descubierto que otros factores de transcripción influyen potencialmente en la expresión del gen TNF, como las proteínas de las familias bZIP , STAT e IRF , así como el factor TNF-α inducido por endotoxina (LIPAF). Sin embargo, su efecto sobre la expresión del gen TNF aún no se ha estudiado en profundidad. [9]
La expresión del gen TNF está regulada por modificaciones de las histonas, alrededor de las cuales se envuelve el ADN. La activación del TNF está asociada con múltiples histonas acetiltransferasas , proteínas que relajan la estructura del ADN para aumentar la expresión génica, como ATF-2, CBP/p300 , p/CAF y GCN5 . También se ha demostrado que la metilación de histonas regula la expresión del gen TNF, como la metilación de la lisina 4 de la histona H3 en el promotor del TNF después de la estimulación de las células que expresan TNF. [9]
La expresión del gen TNF también está controlada por la presencia de sitios hipersensibles a la DNasa (HSS), regiones de la cromatina que no están condensadas y, por lo tanto, son accesibles a las proteínas que se unen al ADN. Varios estudios han demostrado que los HSS están presentes en el promotor y la región génica del TNF en las células que expresan TNF, y están ausentes en las células que no expresan TNF. Otros estudios también han demostrado que los HSS están presentes en el promotor y las regiones génicas del TNF dependiendo del estimulante utilizado para inducir la célula. [9]
También se ha descubierto que las interacciones intracromosómicas e intercromosómicas de largo alcance regulan la expresión del gen TNF. Por ejemplo, en las células T activadas, el promotor de TNF interactúa con HSS+3 y HSS-9, acercando los potenciadores distales al promotor de TNF y aumentando la concentración local de complejos potenciadores. Estas interacciones también circularizarían el gen TNF y permitirían el reciclaje de la maquinaria de transcripción, lo que permitiría la expresión rápida y temprana de TNF en las células T. [9]
Se cree que los genes TNF y linfotoxina-α descienden de un gen ancestral común que se desarrolló en las primeras etapas de la evolución de los vertebrados, antes de la división Agnatha / Gnathostomata . Este gen ancestral se eliminó del ancestro Agnatha, pero persistió en el ancestro Gnathostomata. Durante la evolución de los gnatóstomos, este gen ancestral se duplicó en los genes TNF y linfotoxina-α. [33]
Por lo tanto, si bien el gen ancestral TNF/linfotoxina-α se encuentra en una variedad de especies de gnatóstomos, solo un subconjunto de especies de gnatóstomos contiene un gen TNF. El gen TNF se ha encontrado en peces, mamíferos, aves y anfibios. Se ha descubierto que algunas especies de peces, como el Danio , contienen duplicados del gen TNF. [33]
El gen TNF es muy similar entre los mamíferos, con un rango de 233 a 235 aminoácidos. [36] La región promotora proximal de TNF también está altamente conservada entre los mamíferos, y es casi idéntica entre los primates superiores . [9] La similitud del gen TNF entre los peces es menor, con un rango de 226 a 256 aminoácidos. Al igual que el TNF de los mamíferos, se ha demostrado que el gen TNF de los peces es estimulado en los macrófagos por antígenos . [36] Todos los genes TNF tienen un módulo C-terminal altamente conservado conocido como el dominio de homología TNF, debido a su importante papel en la unión del TNF a sus receptores. [33]
El TNF humano se produce inicialmente como una proteína transmembrana de tipo II , denominada tmTNF, que es escindida por la enzima convertidora de TNF alfa (TACE) en la forma soluble, denominada sTNF. Tanto el tmTNF como el sTNF son bioactivos y se ensamblan como homotrímeros , mientras que el TNF monomérico es inactivo. [10]
El tmTNF consta de 233 aminoácidos, pesa 26 kDa y está dispuesto como un homotrímero. El tmTNF envía señales bidireccionales, tanto hacia la célula diana como hacia su propia célula, uniéndose a los receptores de TNF tras el contacto célula a célula. El tmTNF se une tanto al TNFR1 como al TNFR2, pero sus actividades están mediadas principalmente por el TNFR2. Al igual que todas las proteínas transmembrana de tipo II, el tmTNF está dispuesto de tal manera que el extremo N-terminal apunta hacia el interior de la célula, mientras que el extremo C-terminal apunta hacia el exterior de la célula. [10]
El tmTNF consta de una porción intracelular de 30 aminoácidos, una porción transmembrana de 26 aminoácidos y una porción extracelular de 177 aminoácidos. El residuo de cisteína en el límite de las porciones intracelular y transmembrana está palmitoilado , lo que lo hace más hidrófobo y atractivo para la membrana celular. La porción intracelular contiene residuos de serina que están altamente conservados entre especies y son esenciales para la señalización en la célula. Estos residuos de serina también están fosforilados , aunque no está claro qué papel desempeña esto. [10]
Tras la escisión por TACE, se secretan los 157 aminoácidos restantes de la porción extracelular, que forman sTNF. El tmTNF restante se escinde nuevamente por SPPL2B , lo que hace que el dominio intracelular se transloque al núcleo, donde se cree que regula la producción de citocinas, como por ejemplo, desencadenando la expresión de interleucina-12 . [10]
El sTNF consta de 157 aminoácidos, pesa 17 kDa y tiene forma de cuña triangular. La estructura secundaria del sTNF consta de 10 cadenas β y una única hélice α . La estructura terciaria consta de dos láminas β antiparalelas dispuestas como un sándwich β antiparalelo , similar al motivo estructural de "rollo de gelatina" de las proteínas de la cubierta viral . La lámina β superior consta de tres largas cadenas β complementadas con un bucle de dos cadenas β adicionales, mientras que la lámina β inferior consta de cinco cadenas β de longitud decreciente constante. La cadena β central de la lámina β inferior contiene los últimos 9 residuos del C-terminal, bloqueándolo en su posición. Se ha demostrado que el C-terminal completo es vital para la bioactividad, mientras que se pueden eliminar hasta ocho residuos del N-terminal sin perder bioactividad. Un puente disulfuro conecta los dos bucles entre láminas más largos. [37]
De manera similar al tmTNF, el sTNF también se organiza como un homotrímero, formando una forma cónica. Los tres monómeros de sTNF se unen mediante un empaquetamiento de borde a cara. Las láminas superiores de los monómeros de sTNF forman la superficie externa del cono del trímero, mientras que las láminas inferiores forman la superficie interna. La superficie externa contiene cadenas laterales cargadas y polares y la superficie interna es principalmente de carácter polar. [37]
Los monómeros de TNF forman trímeros de TNF al formar primero un trímero parcialmente desplegado, también conocido como glóbulo fundido trimérico , que luego pliega sus estructuras terciarias en el trímero de TNF compacto y bioactivo. [38] El ensamblaje y desensamblaje de los trímeros de TNF son reversibles e incluyen la acumulación de dímeros de TNF. [39]
El desmontaje de los trímeros de TNF se produce a una velocidad constante independientemente de la concentración de TNF, mientras que el ensamblaje de los trímeros de TNF aumenta con la concentración de TNF. Por lo tanto, a altas concentraciones de TNF, la concentración de trímeros de TNF es mayor, mientras que a bajas concentraciones de TNF, la concentración de monómeros y dímeros de TNF es mayor. [40]
Se ha descubierto que pequeñas moléculas forman dímeros de TNF estables con una forma que inhibe la transición a trímeros de TNF. La inhibición de la formación de trímeros de TNF mediante la alteración de la forma de los monómeros y dímeros de TNF inactivos presenta un mecanismo alternativo para inhibir el TNF, en contraste con los bloqueadores de TNF actuales que se unen a los trímeros de TNF activos. [41]
La capacidad del TNF de formar dímeros y trímeros funcionalmente distintos que coexisten en equilibrio sugiere que el TNF es una morfeína . Sin embargo, no se ha establecido si el TNF satisface plenamente los criterios de una morfeína, como el requisito de que las transiciones entre formas oligoméricas impliquen disociarse en subunidades antes de reasociarse en la nueva forma oligomérica. [42]
El TNF es un mediador central de la respuesta inmune innata del cuerpo . [5] Al unirse a los receptores TNFR1 y TNFR2 , el TNF puede inducir la supervivencia celular o la muerte celular en una célula diana. La respuesta de supervivencia celular incluye la proliferación celular y la activación de señales inflamatorias, mientras que la respuesta de muerte celular puede ser apoptosis , la muerte controlada de la célula, o necroptosis , una muerte menos controlada que causa inflamación e interferencia en el tejido circundante. El TNF induce la supervivencia celular por defecto, pero la muerte celular puede ser inducida por factores como la interrupción de las vías inflamatorias por patógenos, la coestimulación con otras citocinas y la comunicación cruzada entre TNFR1 y TNFR2. [6] Además, el TNF transmembrana (tmTNF) actúa como un señalizador inverso, desencadenando una variedad de respuestas en su propia célula dependiendo del tipo de célula y del estimulante. [43]
El TNFR1 existe en la mayoría de los tipos de células y se une tanto al tmTNF como al sTNF. El TNFR1 contiene un dominio de muerte en su cola citoplasmática, lo que le permite desencadenar la muerte celular. [43] El hecho de que la activación del TNFR1 desencadene la supervivencia celular o la muerte celular está mediado por la formación de complejos proteicos: el complejo I, que conduce a la supervivencia celular, y el complejo II, que conduce a la muerte celular. De forma predeterminada, la activación del TNFR1 desencadena la proliferación celular y la inflamación en lugar de la muerte celular. Estas vías inflamatorias contienen tres puntos de control de muerte celular, cada uno de los cuales es fundamental para prevenir la muerte celular. [6]
Tras la activación por TNF, TNFR1 trimeriza y forma el complejo I reclutando RIPK1 y TRADD , que recluta a TRAF2 , cIAP1 y cIAP2 , y LUBAC . cIAP1 y cIAP2 son ligasas de ubiquitina que forman cadenas de ubiquitina unidas a K63, que reclutan a TAK1 a través de TAB2 y TAB3 . LUBAC también es una ligasa de ubiquitina que forma cadenas de ubiquitina unidas a M1, que atraen a IKK a través de NEMO . TAK1 activa las vías MAPK , así como IKK, que a su vez activa la vía canónica NF-κB . Las vías MAPK y la vía NF-κB activan múltiples factores de transcripción en el núcleo, lo que da como resultado la supervivencia celular, la proliferación y la respuesta inflamatoria. El complejo I está regulado negativamente por desubiquitinasas como A20 , CYLD y OTULIN , que desestabilizan el complejo I. [6]
El complejo II se forma cuando RIPK1 y/o TRADD se disocian del complejo I y se unen con FADD para activar la caspasa 8 , lo que provoca la muerte celular. El complejo IIa incluye TRADD y puede activar la caspasa 8 sin RIPK1, mientras que el complejo IIb no incluye TRADD, por lo que depende de RIPK1 para la activación de la caspasa 8. Las vías del complejo I inducen tres puntos de control que impiden que el complejo II induzca la muerte celular. [6]
En el primer punto de control, IKK desactiva RIPK1 a través de la fosforilación mientras está unido al complejo I. Esto desactiva el complejo IIb, que depende de RIPK1. Dado que IKK depende de la ubiquitinación del complejo I, las condiciones que afectan la ubiquitinación, como la inhibición de cIAP1/2 y LUBAC, la mutación del sitio aceptor de ubiquitina RIPK1 o las deficiencias de A20 y OUTLIN, pueden desactivar este punto de control. La desactivación del punto de control IKK activa el complejo IIb, lo que conduce a la apoptosis o piroptosis al escindir GSDMD . La desactivación del punto de control IKK también puede activar indirectamente el complejo IIa al desactivar la vía NF-κB, que controla el segundo punto de control. [6]
En el segundo punto de control, la vía NF-κB promueve la expresión de genes pro-supervivencia como FLIP , que contrarresta la activación de la caspasa 8 en el complejo IIa. Este punto de control puede ser deshabilitado por inhibidores de la traducción como cicloheximida , así como por la desactivación del complejo IKK, que controla la vía NF-κB. La desactivación de este punto de control activa el complejo IIa, lo que conduce a la apoptosis. [6]
En el tercer punto de control, la caspasa 8 no letal se activa mediante la señalización de TNFR1, que se une al complejo IIb y escinde RIPK1, deshabilitándolo. Se desconoce por qué esta forma de caspasa 8 no causa muerte celular. La deshabilitación de este punto de control, a través de la inactivación de la caspasa 8, hace que RIPK1 del complejo IIb se una a RIPK3 y MLKL , formando el complejo IIc, también conocido como necrosoma. El necrosoma luego causa necroptosis. [6]
A diferencia de TNFR1, TNFR2 se expresa en tipos celulares limitados, incluyendo células endoteliales , fibroblastos y subconjuntos de neuronas y células inmunes . TNFR2 solo es activado completamente por tmTNF, mientras que la activación por sTNF es inhibida parcialmente. A diferencia de TNFR1, TNFR2 no posee un dominio de muerte, por lo que es incapaz de inducir directamente la muerte celular. Por lo tanto, la activación de TNFR2 conduce con mayor frecuencia a la supervivencia celular. La supervivencia celular puede conducir a una respuesta inflamatoria, a través de la activación canónica de NF-κB, o a la proliferación celular, a través de la activación no canónica de NF-κB, dependiendo de las condiciones intracelulares y del proceso de señalización de TNFR1. TNFR2 también puede causar indirectamente la muerte celular al interrumpir los puntos de control de muerte celular de TNFR1. [43]
Al unirse a tmTNF, TNFR2 trimeriza y recluta directamente a TRAF2, así como a TRAF1 o TRAF3. TRAF2 es fundamental para el complejo de señalización de TNFR2 y recluta a cIAP1/2. Si hay una acumulación de NIK dentro de la célula, TRAF2/3 y cIAP1/2 pueden formarse como un complejo con NIK inactivo. Cuando TRAF2/3 se une a TNFR2, se activa la NIK unida, que a su vez activa a IKKα . Esto permite que p100 y RelB se procesen en un heterodímero que activa la vía no canónica NF-κB, lo que conduce a la proliferación celular. La expresión de p100 y RelB se potencia mediante la activación de la vía canónica NF-κB por TNFR1. Por lo tanto, la activación no canónica de NF-κB por TNFR2 depende de la activación canónica de NF-κB por TNFR1, así como de la acumulación de NIK dentro de la célula. [43]
El TNFR2 también puede activar la vía canónica NF-κB, aunque esto es menos común que la activación no canónica de NF-κB. Se desconocen los detalles de la activación de la vía canónica NF-κB por parte del TNFR2. Se presume que TAK1 e IKK son reclutados por el complejo de señalización TRAF2/TRAF1/3/cIAP1/2, que a su vez activa la vía canónica NF-κB. [43]
El TNFR2 puede inducir indirectamente la muerte celular al degradar cIAP1/2 como parte de la vía no canónica NF-κB. La degradación de cIAP1/2 afecta la ubiquitinación del complejo de señalización TNFR1, que inhibe la función de IKK. Esto desactiva el punto de control de muerte celular IKK en TNFR1, lo que induce la muerte celular. [6]
El tmTNF puede actuar como un receptor, activando vías dentro de su propia célula al unirse a TNFR1 o TNFR2. La señalización inversa del tmTNF puede inducir apoptosis, resistencia a la apoptosis, inflamación o resistencia a la inflamación dependiendo del ligando y el tipo de célula. [11]
En células tumorales, como las células de linfoma B , se ha demostrado que la señalización inversa de tmTNF aumenta la actividad de NF-κB, mejorando la supervivencia celular y la resistencia a la apoptosis. En las células asesinas naturales , la señalización inversa de tmTNF aumenta la actividad citotóxica al aumentar la expresión de perforina , granzima B , ligando Fas y TNF. En las células T , la activación de la vía JNK por la señalización inversa de tmTNF puede conducir a la inhibición del ciclo celular y la apoptosis. [11]
En los monocitos , se ha demostrado que el tmTNF desempeña un papel doble en la mediación de la respuesta inflamatoria del monocitos al sTNF. Si la señalización inversa del tmTNF se produce antes de que un monocito sea activado por el sTNF, entonces se mejora la respuesta inflamatoria del monocito al sTNF. Si la señalización inversa del tmTNF se produce después de que un monocito sea activado por el sTNF, entonces se reduce la respuesta inflamatoria. [11] Mientras tanto, la señalización inversa del tmTNF reduce la respuesta inflamatoria de un monocitos a la endotoxina . Este efecto es causado por el tmTNF que activa las vías JNK y p38 , lo que induce la producción de TGF-β , que luego interfiere con la vía de señalización de la endotoxina. [11]
El sistema inmunitario innato se activa cuando los patrones moleculares asociados a patógenos (PAMP), como las endotoxinas y el ARN viral bicatenario , se unen a los receptores de reconocimiento de patrones (PRR) de las células inmunitarias, lo que hace que secreten citocinas inmunorreguladoras. Estas citocinas, como IL-1 , IL-6 , IL-8 y TNF, son secretadas principalmente por fagocitos mononucleares, como macrófagos y células dendríticas . Actúan principalmente sobre los glóbulos blancos , también conocidos como leucocitos, así como sobre las células endoteliales de los vasos sanguíneos para promover una respuesta inflamatoria temprana. [5]
El TNF es la principal citocina para regular la inflamación aguda, aunque muchas de sus funciones son compartidas con otras citocinas, especialmente IL-1. Al unirse a los receptores de TNF, el TNF puede realizar funciones que incluyen estimular las células endoteliales para inducir la coagulación , que obstruye el flujo sanguíneo para prevenir la propagación de microbios; estimular las células endoteliales y los macrófagos para secretar quimiocinas que atraen glóbulos blancos; estimular la secreción de otras citocinas como IL-1; activar neutrófilos y macrófagos; estimular el hígado para producir proteínas de fase aguda , como la proteína C reactiva ; inducir el catabolismo de los músculos y la grasa para producir energía; y estimular la formación de tejido cicatricial, también conocida como fibrosis . Además de inducir la secreción de citocinas, el propio TNF puede ser inducido por citocinas, lo que permite una cascada de señales inflamatorias. Cantidades excesivas de TNF pueden causar choque séptico . [5]
Gran parte de las funciones del TNF están mediadas por vías de señalización inflamatorias, como MAPK y NF-κB. Muchos patógenos intentan prevenir una respuesta inmunitaria secuestrando células y alterando sus vías inflamatorias. En respuesta a esto, la vía de señalización TNFR1 tiene vías de muerte celular que son inhibidas por las actividades de las vías inflamatorias. Si las vías inflamatorias de una célula se alteran, las vías de muerte celular se desinhiben, lo que desencadena la muerte celular. Esto evita que el patógeno se replique dentro de la célula, además de alertar al sistema inmunológico. [6]
Además, el TNF induce fiebre para ayudar al cuerpo a combatir infecciones. El TNF puede inducir fiebre al desencadenar la liberación de citocinas interleucina-1 e interleucina-6 , o a través de otros mediadores como PLA2 . El TNF o sus mediadores pueden llegar al hipotálamo ya sea a través de la circulación en el torrente sanguíneo o a través de la secreción de macrófagos y células endoteliales cerca del hipotálamo. El TNF también puede inducir fiebre al estimular las terminales vagales primarias en el hígado, lo que envía señales a las neuronas para que secreten noradrenalina . Todas estas vías culminan en la síntesis de prostaglandinas , que interactúan con el OVLT en el hipotálamo para elevar la temperatura objetivo del cuerpo. [44]
El TNF se expresa en varias células del sistema nervioso central , incluidas las células gliales , la microglia , los astrocitos y las neuronas , y desempeña un papel fundamental en el mantenimiento de la homeostasis. [12]
A través de la señalización de TNFR1, el TNF puede aumentar la expresión superficial de los receptores AMPA y NDMA en las neuronas, fortaleciendo la transmisión sináptica. El TNF también disminuye la expresión superficial de los receptores GABAA , reduciendo la actividad de las sinapsis inhibidoras. El TNF también puede modular la liberación de glutamato , un neurotransmisor excitador, y S100B , una proteína de unión al zinc, por los astrocitos. La modulación de la excitación e inhibición de las neuronas por el TNF indica que el TNF desempeña un papel en el escalamiento y la plasticidad sinápticos. [12]
A través de la señalización de TNFR2, el TNF promueve la proliferación y maduración de los oligodendrocitos , que producen vainas de mielina protectoras alrededor de las células nerviosas. Por otro lado, el TNF se vuelve citotóxico para las células progenitoras de los oligodendrocitos cuando estas entran en contacto con los astrocitos. [12]
Los niveles excesivos de citocinas inflamatorias, como los que se producen durante una infección o una enfermedad autoinmunitaria, se han asociado con la anorexia y la reducción de la ingesta de alimentos. Se ha planteado la hipótesis de que el TNF reduce la ingesta de alimentos al aumentar la sensibilidad al sabor amargo, aunque se desconocen los mecanismos exactos de este fenómeno. [45]
La producción excesiva de TNF desempeña un papel clave en la patología de las enfermedades autoinmunes , como la artritis reumatoide , la enfermedad inflamatoria intestinal , la artritis psoriásica , la psoriasis y la uveítis no infecciosa . [8] En estas enfermedades, el TNF es secretado erróneamente por las células inmunes en respuesta a factores ambientales o mutaciones genéticas. El TNF luego desencadena una respuesta inflamatoria, dañando el tejido normal. Los bloqueadores del TNF se utilizan para tratar estas enfermedades, a menudo con alta eficacia. [6]
El TNF contribuye a la enfermedad inflamatoria tanto activando vías inflamatorias en las células diana como desencadenando la muerte celular. La muerte celular desencadena la inflamación al exponer los componentes intracelulares de las células moribundas a las células vecinas. Además, la muerte de las células epiteliales de la piel o el intestino puede afectar la integridad de la barrera, lo que permite que los microbios se infiltren en el tejido e induzcan la inflamación. Se cree que el TNF desencadena la muerte celular en las enfermedades inflamatorias debido a los niveles elevados de citocinas interferentes, los niveles elevados de señalización de TNFR2 o las mutaciones genéticas que desactivan los puntos de control de la muerte celular. En modelos animales, la activación de la muerte celular por sí sola es suficiente para desencadenar enfermedades autoinflamatorias. Se están evaluando fármacos que se dirigen específicamente a la vía de muerte celular del TNF para determinar su eficacia contra las enfermedades autoinflamatorias. [6]
El TNF se descubrió inicialmente como un agente que mata tumores, en particular sarcomas . Sin embargo, ahora se sabe que el TNF desempeña un papel doble en el cáncer, como promotor e inhibidor, debido a su capacidad de inducir la proliferación o la muerte de las células tumorales. Los mecanismos exactos que determinan qué papel desempeña el TNF en el cáncer no están claros. En general, se considera que el TNF es un promotor del cáncer. [46]
En algunos tipos de cáncer, se ha demostrado que el TNF desempeña un papel inhibidor, principalmente cuando se inyecta localmente, de forma repetida y en altas concentraciones. Debido a los efectos secundarios adversos del TNF, los posibles tratamientos contra el cáncer con TNF buscan maximizar la citotoxicidad para los tumores y minimizar la exposición en todo el cuerpo. Algunos tratamientos aumentan la citotoxicidad al inhibir las vías de supervivencia celular de los tumores antes del tratamiento con TNF. Otros tratamientos localizan la actividad del TNF mediante fusiones de anticuerpos y TNF, también conocidas como inmunocitocinas. Se ha demostrado que el tratamiento local con TNF induce la regresión del tumor, aunque rara vez induce la remisión completa . La administración de TNF en todo el cuerpo ha demostrado una baja eficacia y altos efectos secundarios. [46]
Se cree que el TNF desempeña un papel de apoyo en muchos cánceres. Los altos niveles de expresión de TNF se asocian con cánceres más avanzados, y la expresión de TNF se encuentra en células tumorales desde las primeras etapas de la enfermedad. La expresión de TNF puede conducir al reclutamiento de leucocitos que promueven la metástasis , así como a la activación directa de vías que promueven la supervivencia, la invasión y la metástasis del tumor. Los bloqueadores del TNF como infliximab y etanercept no indujeron una respuesta en la mayoría de los cánceres avanzados o metastásicos, pero algunos estudios han demostrado una estabilización de la enfermedad. [46]
El TNF desempeña un papel fundamental en la respuesta inmunitaria innata a las infecciones. Por consiguiente, el uso de bloqueadores del TNF se asocia a un mayor riesgo de infección, como en el caso del virus varicela-zóster , el virus de Epstein-Barr y el citomegalovirus . [47]
Por el contrario, el TNF desempeña un papel en la progresión del VIH al inducir la apoptosis de las células T en las personas infectadas por el VIH. Se ha informado que el bloqueo del TNF ha llevado a una mejoría clínica en el VIH sin empeorar la infección, aunque los datos son limitados. [47]
Se cree que el TNF contribuye de manera importante a la sepsis debido a su capacidad de regular positivamente el sistema inmunológico innato y la coagulación sanguínea. En animales, la inyección de TNF puede producir disfunción cardíaca, pulmonar, renal y hepática similar a la sepsis. Sin embargo, en humanos que padecen sepsis, el TNF no se encuentra elevado de manera constante. [48]
Aunque los bloqueadores del TNF demostraron eficacia en el tratamiento de la sepsis en ratones, mostraron resultados mixtos en el tratamiento de la sepsis en humanos. Se cree que esto se debe al doble papel que desempeña el TNF en el sistema inmunológico: el bloqueo del TNF reduce la inflamación grave que causa la sepsis, pero también dificulta la capacidad del sistema inmunológico para resistir la infección. Se plantea la hipótesis de que los bloqueadores del TNF son más beneficiosos en casos de sepsis grave, donde la probabilidad de muerte es mayor. [48]
El TNF es un factor clave en la lesión y la inflamación hepática, pero su papel en la fibrosis hepática es controvertido. El TNF contribuye a la activación y supervivencia de las células estrelladas hepáticas (HSC), que se cree que son las principales contribuyentes a la fibrosis hepática. Por otro lado, el TNF suprime la expresión de colágeno tipo 1 alfa-1 y la proliferación de HSC in vitro , lo que debería inhibir la fibrosis hepática. En general, se considera que el TNF promueve la fibrosis hepática al promover la supervivencia de las HSC. [49]
Además, la muerte de los hepatocitos , el evento inicial que impulsa la lesión hepática y la fibrosis, puede ser inducida por el TNF, aunque esta conexión es incierta. La inyección de TNF por sí sola no induce la muerte de los hepatocitos in vivo . Sin embargo, cuando la inyección de TNF se combina con la inhibición de la vía de supervivencia, como durante la infección por el virus de la hepatitis C , el TNF induce la muerte de los hepatocitos y la insuficiencia hepática aguda. Los restos de hepatocitos muertos son consumidos por las HSC y las células de Kupffer, que luego secretan factores promotores de la fibrosis, como el TGF-β , además de promover una mayor muerte de los hepatocitos. [49]
Los bloqueadores del TNF no se utilizan para tratar la fibrosis hepática. En ensayos clínicos sobre hepatitis alcohólica, los bloqueadores del TNF no tuvieron un efecto significativo. [49]
El TNF promueve la resistencia a la insulina al inhibir el sustrato 1 del receptor de insulina (IRS1). En circunstancias normales, el IRS1, al ser activado por la insulina, sufre una fosforilación de tirosina y aumenta la captación de glucosa en la célula. Este proceso se interrumpe cuando el TNF induce la fosforilación de serina del IRS1, convirtiendo al IRS1 en un inhibidor de la insulina. La resistencia a la insulina inducida por el TNF es común en casos de obesidad y puede conducir a la diabetes tipo II . Se ha descubierto que el TNF está regulado positivamente en el tejido adiposo de humanos y animales con obesidad, aunque no está claro por qué la obesidad induce niveles elevados de TNF. [50]
El TNF desempeña un papel clave en la patogénesis de la enfermedad del hígado graso no alcohólico (NAFLD). Cuando la grasa se acumula en el hígado, denominada esteatosis , los hepatocitos, las células de Kupffer y las células inmunes infiltradas secretan TNF. Se plantea la hipótesis de que el TNF contribuye a la NAFLD al promover la acumulación de grasa en el hígado, la inflamación prolongada y la resistencia a la insulina. Los estudios clínicos han demostrado que los niveles de TNF están correlacionados con la gravedad de la NAFLD, aunque algunos estudios han demostrado lo contrario. Las estrategias farmacológicas que regulan negativamente el TNF han mostrado efectos favorables en la NAFLD, mientras que la eficacia de los bloqueadores del TNF aún está por evaluar. [51]
Las condiciones que causan inflamación, como el cáncer, pueden elevar los niveles de TNF, lo que contribuye al desgaste muscular . El TNF contribuye al desgaste muscular al activar la vía NF-κB, que activa la vía ubiquitina-proteasoma para degradar las proteínas, y al inhibir la activación de las células satélite , que son responsables de la regeneración de proteínas. Sin embargo, los bloqueadores del TNF han tenido un efecto limitado sobre el desgaste muscular en estudios clínicos, probablemente debido a la naturaleza multifactorial del desgaste muscular. [52]
Durante el ejercicio, el nivel de IL-6 , un inhibidor del TNF, aumenta rápidamente, lo que produce un efecto antiinflamatorio. A esto le sigue un aumento posterior de los niveles de IL-10 y de los receptores solubles del TNF, que también inhiben el TNF. Si bien el ejercicio moderado no aumenta los niveles de TNF, se ha demostrado que el ejercicio extenuante aumenta los niveles de TNF al doble, lo que provoca un efecto proinflamatorio. Sin embargo, este efecto proinflamatorio se ve compensado por el efecto antiinflamatorio de IL-6, que puede aumentar 50 veces. Se ha demostrado que el ejercicio regular reduce los niveles básicos de TNF a largo plazo. Por lo tanto, generalmente se considera que el ejercicio inhibe el TNF, lo que contribuye al efecto antiinflamatorio general del ejercicio. [53]
En el sistema nervioso central , el TNF es producido principalmente por la microglia , un tipo de macrófago, pero también por neuronas , células endoteliales y células inmunes. El exceso de TNF contribuye a la neuroinflamación al causar muerte celular neuronal excitotóxica , aumentar los niveles de glutamato , activar las células microgliales y alterar la barrera hematoencefálica . Como resultado, se observa que el TNF desempeña un papel importante en los trastornos del sistema nervioso central asociados con la neuroinflamación, incluida la neurosarcoidosis , la esclerosis múltiple y la enfermedad de Neuro-Behçet . [54]
Paradójicamente, los bloqueadores del TNF pueden causar desmielinización de las neuronas y empeorar los síntomas de la esclerosis múltiple. Se cree que esto se debe a la función homeostática del TNF en el sistema nervioso central, especialmente en la mielinización neuronal a través del TNFR2. El bloqueo selectivo del TNFR1 ha mostrado resultados positivos en modelos animales. [54]
La neuroinflamación inducida por TNF también se ha asociado con la enfermedad de Alzheimer y se sospecha que contribuye a las placas de amiloide-β y a la hiperfosforilación de la proteína tau que se encuentran en los cerebros de los pacientes con Alzheimer. Los bloqueadores del TNF se han asociado con un riesgo reducido de desarrollar Alzheimer. Algunos estudios han demostrado que los bloqueadores del TNF mejoran ligeramente la cognición en pacientes con Alzheimer, aunque se necesitan estudios más amplios. Dado que los bloqueadores del TNF no pueden atravesar la barrera hematoencefálica, se cree que la reducción de los niveles de TNF en todo el cuerpo también reduce los niveles de TNF dentro del cerebro. [55]
En el síndrome periódico asociado al receptor del TNF (TRAPS), las mutaciones genéticas en el TNFR1 provocan una unión defectuosa del TNFR1 al TNF, así como una eliminación defectuosa del TNFR1, un mecanismo que atenúa la señalización del TNFR1. Esto provoca una inflamación periódica, aunque se desconoce el mecanismo exacto. Los bloqueadores del TNF, como el etanercept, han demostrado una eficacia parcial para reducir los síntomas, mientras que otros bloqueadores del TNF, como el adalimumab y el infliximab, han demostrado empeorarlos. [56]
Los bloqueadores del TNF actúan uniéndose a una o ambas formas de TNF para evitar que se una a sus receptores. Además, pueden desencadenar la señalización inversa de tmTNF para inducir la apoptosis, eliminando las células que expresan TNF. [54] Algunos son anticuerpos monoclonales , como infliximab, adalimumab, certolizumab pegol y golimumab , mientras que otros, como etanercept, son proteínas de fusión señuelo que contienen regiones de unión de TNFR2. [8]
Se están desarrollando nuevos bloqueadores del TNF, incluidos compuestos pequeños que pueden dirigirse específicamente al TNF y anticuerpos monoclonales con menor potencial de inmunogenicidad , como el ozoralizumab . [8]
En raras ocasiones, la supresión del TNF puede conducir al desarrollo de una nueva forma de autoinmunidad "paradójica". Se ha planteado la hipótesis de que la ausencia de TNF promueve la autoinmunidad paradójica al provocar la sobreexpresión de otras citocinas y amplificar la prevalencia de células T. [14]
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