Mecanismos de la respuesta inmune de los sistemas respiratorio y digestivo de las aves

La industria de aves intenta el control de enfermedades infecciosas a través de varias estrategias que incluyen: el manejo apropiado en las granjas mediante medidas de bioseguridad y en el de líneas reproductoras buscando animales resistentes a las enfermedades. Sin embargo, la administración eficaz de vacunas sigue siendo la estrategia primaria por excelencia para el control de muchos de los patógenos aviares. Desafortunadamente, el sistema intensivo de producción empleado por la industria ha incrementado dramáticamente la densidad de aves en los galpones y consecuentemente incrementando el riesgo de la diseminación de patógenos endémicos y estimulando la emergencia de nuevos.

La vacunación cumple un papel fundamental en la industria aviar en el mundo como parte de una de las mas importantes tácticas para controlar las enfermedades de gran impacto comercial. La naturaleza del antígeno y su localización en el cuerpo va a determinar diferencias significativas en la identificación y el procesamiento del antígeno y su presentación a los linfocitos T y B. Diversos tipos de señales recibidas por las células T y B proveen la información necesaria para producir una respuesta inmune óptima para un tipo de patógeno en particular. Las vacunas pueden o no proveer las señales apropiadas para una respuesta inmune protectora. Sin embargo, con un mejor entendimiento de la naturaleza de la respuesta inmune y la identificación del antígeno apropiado, debería ser posible el desarrollo de vacunas más seguras, más efectivas contra esas enfermedades donde las actuales vacunas no son las óptimas.

1. Estructura del sistema inmune aviar:

El sistema linfoide de las aves posee un número de características que lo distinguen significativamente de los mamíferos. Las diferencias más evidentes: La presencia de la Bolsa de Fabricio, la ausencia de desarrollados ganglios linfáticos, la presencia de diferentes órganos linfoides secundarios como la glándula Harderiana, el divertículo de Meckel, tonsilas cecales, glándula pineal y la carencia de células Paneth en el tracto intestinal.

1.1 Bolsa de Fabricio: Anatómicamente la bolsa de Fabricio se localiza en la parte distal del intestino (recto) cerca de la cloaca en la pared dorsal. Macroscópicamente, este es un órgano sacular con pliegues interiores (Folias) en la mayoría de las especies aviares; sin embargo, las formas de éstas son variables. En animales sanos hay aproximadamente entre 8000- 12000 folículos por bolsa. Interesantemente, la bolsa se comunica con el intestino mediante un ducto/canal bursal, el cual facilita la entrada de antígenos intestinales hacia la bolsa a través de una acción única, llamada retro-peristaltismo anal. Este ducto es reconocido por ser capaz de producir anticuerpos (inmunoglobulinas) del tipo IgA e IgG. La bolsa alcanza un tamaño máximo entre las 4 a 12 semanas de edad, sin embargo, el tiempo para alcanzar el tamaño, así como su involución y atrofia, varía entre las especies. Después de involucionado y atrófico la bolsa es bastante difícil de diferenciar y encontrar. Microscópicamente la bolsa es soportada por tejido conectivo, posee folículos linfoides en la corteza y médula y los pliegues están cubiertos por epitelio columnar.

1.2 Timo: Anatómicamente está ubicado a través del cuello y a lo largo de la vena yugular. Este es multilobular y su número difiere entre las especies (en pollos de engorde hay 7). Se caracteriza por un color rosáceo. Microscópicamente cada lóbulo consta de corteza y médula que no están muy bien definidas, similar a lo observado en la bolsa de Fabricio. El timo es esencial para la diferenciación y formación de células T lista para su migración a los diferentes órganos/tejidos en los cuales se requiera un tipo de respuesta T dependiente.

1.3 Bazo: Anatómicamente está ubicado en la unión entre proventrículo-molleja. Su forma varía entre especies; en los pollos es de forma oval. Su color es rojo ladrillo. Ocasionalmente se pueden encontrar bazos adicionales conocidos como accesorios. Microscópicamente la pulpa roja y blanca tienen separaciones menos evidentes que en los mamíferos. Este órgano reemplaza en parte la ausencia de los ganglios linfáticos en los cuales ocurre la respuesta inmune; su importancia está asociada a que ahí ocurre el procesamiento y presentación del antígeno, y la formación de células T efectoras.

1.4 Nódulos linfáticos, nódulos murales y focos ectópicos: Ganglios linfáticos organizados similares a los que se encuentran en mamíferos están ausentes en especies aviares; lo que conlleva a entender que la lámina propia del intestino y el bazo actúen como áreas efectoras de la respuesta inmune.

1.5 Vasos linfáticos: Normalmente siguen las mismas vías de los vasos sanguíneos excepto donde las correspondientes arterias van en una dirección diferente, donde ellos siguen la misma dirección.

1.6 Tejido linfoide periférico: La Glándula Harderiana está situada en la órbita detrás de los ojos; consiste en gran medida de células plasmáticas (células productoras de anticuerpos). Esta se agrupa alrededor de los conductos lagrimal y los conductos laterales de la glándula nasal, la cual es también ricamente constituida principalmente de células plasmáticas. Las Tonsilas cecales están situadas en los extremos proximales de los ciegos de las aves con una estructura similar a las de Placas de Peyer, las cuales se organizan en unidades esféricas con cada unidad en una cripta de la central, tejido linfoide difuso y centros germinales.

El Divertículo de Meckel es un vestigio del saco vitelino y se comunica con el lumen intestinal en pollos jóvenes, pero no en los adultos. No parece tener ningún papel en la producción de anticuerpos circulantes y se postula en tener un papel en las funciones de la memoria inmunológica.

Las Placas de Peyer son variables en número, es posible encontrar hasta 5 o 6; se encuentran principalmente entre el íleon anterior y la unión ileocecal en los adultos; la porción apical de las vellosidades contienen células M que capturan antígeno de la luz intestinal, pero no se observan en las células del cáliz.

La Glándula Pineal funciona como un órgano linfoide secundario rico en linfocitos y en las aves está relacionado con linfopoyesis. En la Médula ósea de las aves el número de los linfocitos son mucho menores que los observados en la médula ósea de los mamíferos. Hasta la fecha, la no proliferación de precursores de células linfocíticas se ha identificado en la médula ósea.

1.7 Sistema hematopoyético: La Hematopoyesis comienza alrededor del 3° día de la embriogénesis en el mesénquima embrionario. Hay una limitada actividad hematopoyética en el corazón y la serosa del intestino delgado poco después de la eclosión. Es más frecuente observar hematopoyesis extra medular en especies que no sean las aves. Células de la sangre: Los trombocitos y eritrocitos aviares son nucleados. Los trombocitos aviares son capaces de la fagocitar; ellos contienen gránulos citoplasmáticos de azurofílico, tinción positiva de PAS, se aglutinan fácilmente y producen poca tromboplastina. Los heterófilos (neutrófilos en mamíferos) son los más comunes granulocitos aviares; sus gránulos son eosinofílicos y varían de forma en las aves domésticas; sin embargo, los gránulos tienden a redondearse en muestras de tejido debido a la degeneración.

Los heterófilos carecen de lisozima específica, pero son capaces de fagocitar. Los eosinófilos pueden fácilmente confundirse con heterófilos en muestras de tejido y deben ser identificados por tinción histoquímica. Las aves parecen tener más mastocitos y basófilos que los mamíferos.

 

Estos receptores codificados por la línea germinal, conocidos como los Patrones de receptores de reconocimiento (PRRs), reconocen los constituyentes moleculares conservados durante la evolución, conocidos como los Patrones Moleculares Asociados a Patógenos (PAMPs) de los microbios infecciosos o no infecciosos, llamados comúnmente microorganismos (MAMPs).

El reconocimiento de los PAMPS ha sido atribuido principalmente a la familia de los Tolllike receptores (TLR). Ellos son requeridos bien sea para la sobrevivencia o la patogenicidad bacteriana y son distintos de los antígenos del huésped. Es precisamente el reconocimiento de esos PAMPs lo que permiten que el sistema inmune innato no solamente diferencie lo propio de lo no propio, sino también el reconocimiento de lo propio de los patógenos de los no propio. 

 Básicamente, la ligación de los PRR induce la expresión de una variedad de genes envueltos en las defensas del huésped que primeramente controlan la iniciación de la respuesta inmune adquirida mediante:

1. Mediación de la respuesta inflamatoria mediante la secreción de citosinas y quimioquinas que atraen y activan la respuesta inflamatoria mediante la secreción de citosinas que atraen y activan leucocitos y linfocitos T de ayuda;
2. La regulación de la expresión de moléculas co-estimulatorias (adyuvantes naturales), los cuales dirigen la respuesta inmune adquirida hacia una de una variedad de respuestas dirigida hacia patógenos específicos, y
3. Controlando la inducción de funciones efectoras. Para que exitosamente se induzca una respuesta inmune adquirida deben estar presentes las moléculas co-estimulatorias. Esas moléculas son requeridas para el reconocimiento del antígeno por el receptor de los linfocitos T. Es por eso que posteriormente al reconocimiento de los patrones moleculares de un patógeno mediante los PRR, son activadas vías de señales por células del sistema inmune innato que instruyen a los linfocitos acerca del origen microbiano de los antígenos. 

Los linfocitos T antígeno-específicos sufren una estimulación de tipo proliferativo y una diferenciación en linfocitos T efectores CD4+ que neutralizan los patógenos y forman altos niveles de células de memoria antígeno-especificas. La habilidad de los linfocitos para diferenciarse en células efectoras depende del control de señales producidas por células del sistema inmune innato.

 

2.1 Componentes celulares

 2.1.1 Macrófago: Los macrófagos funcionan no sólo como mediadores de la respuesta inmune, sino que también son reconocidos como limpiadores universales de substancias no deseadas o necesitadas.

- Los macrófagos se diferencian por su morfología y función, dependiendo del lugar donde residan y de su nivel de activación. Igualmente, los macrófagos pueden ser identificados a través de la propiedad que poseen de adherirse a un sustrato, su capacidad física de fagocitar, sus propiedades químicas, marcadores de superficie celular y la presencia de receptores para la Con-A.

Su tamaño en aves domésticas es dependiente de su activación; los monocitos sanguíneos no pueden ser diferenciados de los linfocitos basados en su tamaño. Los macrófagos aviares también pueden ser identificados por la actividad de la lisozima y de la fosfatasa ácida. Los macrófagos aviares secretan avidina, IL-1, factor de necrosis tumoral (TNF) y tromboxano; y poseen receptores FC, para la glicoproteína B-L (clase II), receptor de transferrina, receptor del complemento C3b y un receptor de manosa.

2.1.2 Células naturalmente asesinas (NK): Las células NK son la primera línea de defensa contra tumores y, en un menor grado, contra células no-neoplásicas anormales (Por ejemplo, en células infectadas con virus o bacterias intra-citoplasmáticas y otros tipos similares). Inicialmente, las células NK fueron caracterizadas en base a la diferencia de ser o no linfocitos T o B y por su incapacidad de adherirse (los macrófagos lo hacen), en lugar de hacerlo basados en morfología
celular; esto ha llevado a la confusión de cuales células eran las que poseían esta actividad. En el sistema aviar, la óptima célula-blanco para los estudios de NK es una línea linfoblástica celular originada de la enfermedad de Marek llamada RP9; existe una excepción de una sub-línea de RP9 la cual es refractaria a la lisis inducida por NK. 

Cepas virales del virus de la enfermedad del Newcastle potencian la actividad de las células NK; sin embargo, con el virus de la enfermedad infecciosa de la Bolsa (Gumboro) no se ha demostrado un aumento de los niveles NK en el bazo, aunque IBDV es un potente inductor de interferón. Las células NK actúan/evalúan la presencia del MHC I y cuando este no está presente en la superficie celular de las células somáticas y en ese caso ellas actúan lisándolas.

2.1.3 Heterófilos y Trombocitos: Se ha reportado que heterófilos aviares no contienen lisozima especificas; sin embargo, se reportado su participación en la ADCC (Citotoxicidad mediada por células dependiente de anticuerpos). La IL-2 no tiene ningún efecto sobre la desgranulación de heterófilos después de la estimulación. Los heterófilos parecen ser la primera línea de defensa contra la neumonía bacteriana, aunque la capacidad para generar metabolitos oxidativos es menor en los heterófilos derivados de las vías respiratorias que en los provenientes de la sangre periférica. Las defensinas son proteínas antimicrobianas almacenadas en gránulos de tipo lisosomales de los heterófilos, macrófagos y células epiteliales; son denominadas 'proteínas lisosomales catiónicas' en los neutrófilos de conejos. Los Trombocitos aviares también son fagocitos.

 

2.3 Componentes no celulares

2.3.1 Complemento: En aves la activación del complemento se produce a través de la vía clásica y alterna respectivamente. La vía clásica se activa a través de inmuno-complejos y la vía alterna mediante interacción con las superficies bacterianas; C3b, generado espontáneamente, se puede unir a las membranas microbianas que a su vez activan la vía alterna. Ambas vías derivan en la formación del complejo de ataque de membrana a través de la activación de C3; C3 ha sido identificado en tanto en el pollo como en la codorniz. Los niveles séricos de C3 en aves son menores que en mamíferos.

C3 de los pollos difiere de la codorniz, pero es similar a la de los mamíferos en que es activado por el factor del veneno de cobra. No hay polimorfismos genéticos de C3 entre muchas especies de aves. El factor B es el principal factor en la activación de C3 a través de la vía alterna y se ha identificado tanto en pollos como en codornices. C2 no ha sido identificado o encontrado en pollos, por lo tanto, el factor B puede activar ambas vías. C3a y C5a son llamados anafilotoxinas; ellos son potentes degranuladores de mastocitos, además son quimiotácticos y reguladores de heterófilos, causan contracción de la musculatura lisa e incrementan la permeabilidad vascular.

2.4 Desarrollo de la respuesta inmune de tipo humoral

2.4.1 Mecanismos, funciones en general: No existen diferencias fundamentales entre los mamíferos y aves. Las células T cooperadoras (de ayuda) y restricciones de (complejo mayor de histocompatibilidad) MHC ocurren tanto en aves como en mamíferos. La fijación del complemento en las aves es tan eficaz como en mamíferos. Las aves tienen células plasmáticas (productoras de anticuerpos) con inmunoglobulinas de superficie con una vida media de 5-6 días (a diferencia de los mamíferos). La corticosterona es la principal hormona cortical suprarrenal en aves de corral; se ha especulado su carencia de propiedades inmunosupresivas asociada con otros esteroides, incluso en dosis altas. Sin embargo, esto no se ha probado que es cierto para el pollo y puede no aplicarse a otras especies. Los genes que codifican la región constante de la IgM y de la IgG están ligadas entre sí; estos genes se recombinan a una tasa de alrededor del 2%; esto seria hasta dos veces más grande de lo observado en mamíferos. La IgA sanguínea aparece a los 10 días de edad y la IgM a los 4 días de edad.

2.4.2 Inmunidad materna: Las inmunoglobulinas IgM e IgA están presentes en el líquido amniótico y la ingestión de éste por parte del embrión en el momento del nacimiento se asemeja a la ingestión del calostro en los mamíferos. La IgY se encuentra en la yema (saco vitelino) , la que comienza a ser reabsorbida durante las primeras 24 horas después de eclosión; incluso durante la embriogénesis hay una concentración importante de anticuerpos en sangre que han migrado a través de la circulación propia del embrión que ocurre durante la incubación y antes de la eclosión.

Una incubación deficiente o un fracaso de la absorción del saco vitelino puede afectar la transferencia de inmunidad materna y en algunos casos la disponibilidad de nutrientes. La vida media de IgY de un pollo durante la primera semana de vida es de más de dos veces que la de un adulto, este fenómeno ocurre para compensar el tiempo que tarda la absorción del saco vitelino (3-5 días). En condiciones comerciales los anticuerpos generados por vacunaciones periódicas permiten estimar una taza de transferencia de la gallina al polluelo de un 70-80%, según la enfermedad.

2.4.3 Inmunidad local: El mediador primario de este tipo de inmunidad es la IgA; la IgA aviar está estructuralmente relacionada en algún grado con la IgM de los mamíferos, pero funciona como IgA mamífera. La IgA aviar tiene el componente secretorio en todas las secreciones exceptuando en la bilis; las cadenas pesadas aviares de las IgA e IgY tienen 4 dominios de regiones constantes en lugar de 3. La IgY sérica es también muy importante. La inmunidad local juega un papel importante en la protección contra agentes patógenos en el aparato respiratorio. En la bilis de los patos la IgY no es IgA, pero como una molécula de IgM; tiene determinantes antigénicos adicionales en comparación con la IgM del suero, por lo tanto, es probable que sea una molécula independiente.

2.6.4 Cambio de isotipo (Mamíferos): Se produce principalmente durante respuestas inmunes dependientes de células T; cuando la respuesta es T independiente el isotipo predominante es IgM. Los linfocitos B que producen IgA o IgY han sido encontrados en el bazo neonatal indicando que el cambio de isotipo puede ocurrir sin la ayuda de células T de ayuda o sin la estimulación antigénica (esto sería un evento atípico). El control de las células T esta mediado por citoquinas; con algunas citoquinas responsables de los diferentes eventos (i.e. IL-4 es importante para cambiar a IgG1 e IgE, IL-5 es importante para la IgA y IgG2a en ratones). Las células B maduras pueden expresar más de un anticuerpo de superficie celular debido a que el mARN y la Ig de superficie se mantienen después del cambio de isotipo.

Desarrollar una vacuna que sea capaz de producir anticuerpos tipo IgY e IgM es relativamente fácil. Sin embargo, es mucho más difícil desarrollar una vacuna que induzca inmunidad celular o inmunidad en las mucosas. La naturaleza de la vacuna y la ruta de administración son importantes. Inyecciones sub-cutáneas o intramusculares de una bacterina o vacuna tipo muerto estimularán al sistema inmune a la producción de anticuerpos tipo IgY e IgM. Sin embargo, hay una muy baja producción de IgA que proteja las superficies mucosas y los productos muertos no son muy efectivos al momento de inducir inmunidad mediada por células. La ruta de administración es importante cuando se intenta inducir inmunidad local, específicamente en las áreas de las mucosas. Para obtener la producción de IgA secretoria sobre las superficies mucosas, lo mejor para el animal es que se le exponga a la vacuna directamente a través de la mucosa. Esto puede ser alcanzado mediante la administración de una vacuna oral a través de la comida o agua, mediante aerosol (spray), entonces el animal la inhalará o por la administración directa de una vacuna oral o fosas nasales o incluso en los ojos. 

Si una reproductora es expuesta a una vacuna o agente infeccioso en el intestino, ella podría responder produciendo IgA secretoria, no únicamente en su propio tracto intestinal sino también en su oviducto; Enfermedades entéricas desarrolladas con algunos microorganismos no son controladas por la presencia de anticuerpos IgY e IgM en el torrente sanguíneo o por la inmunidad celular.