Phagocytosis (from Ancient Greek φαγεῖν (phagein) 'to eat' and κύτος (kytos) 'cell') is the process by which a cell uses its plasma membrane to engulf a large particle (≥ 0.5 μm), giving rise to an internal compartment called the phagosome. It is one type of endocytosis. A cell that performs phagocytosis is called a phagocyte.
In a multicellular organism's immune system, phagocytosis is a major mechanism used to remove pathogens and cell debris. The ingested material is then digested in the phagosome. Bacteria, dead tissue cells, and small mineral particles are all examples of objects that may be phagocytized. Some protozoa use phagocytosis as means to obtain nutrients.
The history of phagocytosis represents the scientific establishment of immunology as the process is the first immune response mechanism discovered and understood as such.[1][2] The earliest definitive account of cell eating was given by Swiss scientist Albert von Kölliker in 1849.[3] In his report in Zeitschrift für Wissenschaftliche Zoologie, Kölliker described the feeding process of an amoeba-like alga, Actinophyrys sol (a heliozoan) mentioning details of how the protist engulfed and swallowed (the process now called endocytosis) a small organism, that he named infusoria (a generic name for microbes at the time).[4]
The first demonstration of phagocytosis as a property of leucocytes, the immune cells, was from the German zoologist Ernst Haeckel.[5][6] Haeckel discovered that blood cells of sea slug, Tethys, could ingest Indian ink (or indigo[7]) particles. It was the first direct evidence of phagocytosis by immune cells.[5][7] Haeckel reported his experiment in a 1862 monograph Die Radiolarien (Rhizopoda Radiaria): Eine Monographie.[8]
Phagocytosis was noted by Canadian physician William Osler (1876),[9] and later studied and named by Élie Metchnikoff (1880, 1883).[10]
La fagocitosis es uno de los principales mecanismos de defensa inmunitaria innata . Es uno de los primeros procesos de respuesta a una infección y también una de las ramas iniciales de una respuesta inmunitaria adaptativa . Aunque la mayoría de las células son capaces de fagocitar, algunos tipos de células la realizan como parte de su función principal. Se denominan "fagocitos profesionales". La fagocitosis es antigua en términos evolutivos y está presente incluso en los invertebrados . [11]
Los neutrófilos , macrófagos , monocitos , células dendríticas , osteoclastos y eosinófilos pueden clasificarse como fagocitos profesionales. [10] Los tres primeros tienen el mayor papel en la respuesta inmune a la mayoría de las infecciones. [11]
El papel de los neutrófilos es patrullar el torrente sanguíneo y migrar rápidamente a los tejidos en grandes cantidades solo en caso de infección. [11] Allí tienen un efecto microbicida directo por fagocitosis. Después de la ingestión, los neutrófilos son eficientes en la eliminación intracelular de patógenos. Los neutrófilos fagocitan principalmente a través de los receptores Fcγ y los receptores del complemento 1 y 3. El efecto microbicida de los neutrófilos se debe a un gran repertorio de moléculas presentes en gránulos preformados. Las enzimas y otras moléculas preparadas en estos gránulos son proteasas, como colagenasa , gelatinasa o serina proteasas , mieloperoxidasa , lactoferrina y proteínas antibióticas. La desgranulación de estas en el fagosoma, acompañada de una alta producción de especies reactivas de oxígeno (explosión oxidativa) es altamente microbicida. [12]
Los monocitos y los macrófagos que maduran a partir de ellos abandonan la circulación sanguínea para migrar a través de los tejidos. Allí son células residentes y forman una barrera de reposo. [11] Los macrófagos inician la fagocitosis mediante los receptores de manosa , receptores depuradores , receptores Fcγ y receptores del complemento 1, 3 y 4. Los macrófagos tienen una vida larga y pueden continuar la fagocitosis formando nuevos lisosomas. [11] [13]
Las células dendríticas también residen en los tejidos e ingieren patógenos por fagocitosis. Su función no es matar o eliminar microbios, sino descomponerlos para presentarlos a las células del sistema inmunitario adaptativo. [11]
Los receptores para la fagocitosis se pueden dividir en dos categorías según las moléculas reconocidas. La primera, los receptores opsónicos, dependen de las opsoninas . [14] Entre estos se encuentran los receptores que reconocen la parte Fc de los anticuerpos IgG unidos , el complemento depositado o los receptores, que reconocen otras opsoninas de origen celular o plasmático. Los receptores no opsónicos incluyen los receptores de tipo lectina, el receptor Dectin o los receptores scavenger. Algunas vías fagocíticas requieren una segunda señal de los receptores de reconocimiento de patrones (PRR) activados por la unión a patrones moleculares asociados a patógenos (PAMPS), lo que conduce a la activación de NF-κB . [10]
Los receptores Fcγ reconocen dianas recubiertas de IgG. La parte principal reconocida es el fragmento Fc . La molécula del receptor contiene un dominio ITAM intracelular o se asocia con una molécula adaptadora que contiene ITAM. Los dominios ITAM transducen la señal desde la superficie del fagocito al núcleo. Por ejemplo, los receptores activadores de los macrófagos humanos son FcγRI , FcγRIIA y FcγRIII . [13] La fagocitosis mediada por el receptor Fcγ incluye la formación de protuberancias de la célula llamadas "copa fagocítica" y activa un estallido oxidativo en los neutrófilos. [12]
Estos receptores reconocen dianas recubiertas de C3b , C4b y C3bi del complemento plasmático. El dominio extracelular de los receptores contiene un dominio de unión al complemento similar a la lectina. El reconocimiento por parte de los receptores del complemento no es suficiente para provocar la internalización sin señales adicionales. En los macrófagos, el CR1 , el CR3 y el CR4 son responsables del reconocimiento de dianas. Las dianas recubiertas de complemento se internalizan "hundiéndose" en la membrana del fagocito, sin ninguna protuberancia. [13]
El receptor de manosa reconoce la manosa y otros azúcares asociados a patógenos, como la fucosa . Ocho dominios similares a lectinas forman la parte extracelular del receptor. La ingestión mediada por el receptor de manosa es distinta en sus mecanismos moleculares a la fagocitosis mediada por el receptor Fcγ o el receptor del complemento. [13]
La absorción de material se facilita mediante el sistema contráctil actina-miosina. El fagosoma es el orgánulo formado por la fagocitosis de material. Luego se desplaza hacia el centrosoma del fagocito y se fusiona con los lisosomas , formando un fagolisosoma y dando lugar a la degradación. Progresivamente, el fagolisosoma se acidifica, activando las enzimas degradativas. [10] [15]
La degradación puede ser dependiente o independiente del oxígeno.
Los leucocitos generan cianuro de hidrógeno durante la fagocitosis y pueden matar bacterias , hongos y otros patógenos al generar varias otras sustancias químicas tóxicas. [17] [18] [19]
Algunas bacterias, por ejemplo Treponema pallidum , Escheria coli y Staphylococcus aureus , son capaces de evitar la fagocitosis mediante varios mecanismos.
Después de la apoptosis , las células moribundas deben ser absorbidas por los tejidos circundantes por los macrófagos en un proceso llamado eferocitosis . Una de las características de una célula apoptótica es la presentación de una variedad de moléculas intracelulares en la superficie celular, como calreticulina , fosfatidilserina (de la capa interna de la membrana plasmática), anexina A1 , LDL oxidada y glicanos alterados . [20] Estas moléculas son reconocidas por receptores en la superficie celular del macrófago, como el receptor de fosfatidilserina o por receptores solubles (flotantes) como trombospondina 1 , GAS6 y MFGE8 , que luego se unen a otros receptores en el macrófago, como CD36 y la integrina alfa-v beta-3 . Los defectos en la depuración de células apoptóticas generalmente se asocian con una fagocitosis deteriorada de los macrófagos. La acumulación de restos de células apoptóticas a menudo causa trastornos autoinmunes; por lo tanto, la potenciación farmacológica de la fagocitosis tiene un potencial médico en el tratamiento de ciertas formas de trastornos autoinmunes. [21] [22] [23] [24]
En muchos protistas , la fagocitosis se utiliza como medio de alimentación, ya que les proporciona parte o la totalidad de sus nutrientes. Esto se denomina nutrición fagotrófica, que se distingue de la nutrición osmotrófica , que se produce por absorción. [ cita requerida ]
Al igual que en las células inmunitarias fagocíticas, el fagosoma resultante puede fusionarse con lisosomas ( vacuolas alimentarias ) que contienen enzimas digestivas , formando un fagolisosoma . Las partículas de alimentos se digieren y los nutrientes liberados se difunden o transportan al citosol para su uso en otros procesos metabólicos. [26]
La mixotrofia puede implicar la nutrición fagotrófica y la nutrición fototrófica . [27]
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Medios relacionados con la fagocitosis en Wikimedia Commons