Capítulo 1
HEMATOPOYESIS
Dr. Xavier López Karpovitch
Objetivos de aprendizaje • Comprend Comprender er el término hematopoyesis. • Distinguir los compartimientos pluripotencial, bipotencial, unipotencial y terminal del sistema hematopoyético hematopoyético.. • Comprend Comprender er las diversas acciones producidas por los factores de crecimiento y las interleucinas.
INTRODUCCIÓN
La producción diaria de eritrocitos, plaquetas y granulocitos en el adulto normal es de aproximadamente 3x109, 2.5x109, y 1x109 por kilogramo de peso corporal, respectivamente. Este nivel de producción se ajusta a las necesidades del individuo y puede variar desde casi cero hasta muchas veces lo normal. La médula ósea (MO) se encarga también de la producción de monocitos y macrófagos, así como de linfocitos y células plasmáticas. El peso aproximado de la MO en el adulto, calculado calculado en estudios de necropsia, es de 3.4% a 5.9% del peso corporal total. Con el empleo de coloides radiactivos se ha estimado que el peso aproximado de la MO hematopoyéticamente hematopoyéticamen te activa es de 1 000 g y que ésta se distribuye en la pelvis (34%), vértebras (28%), cráneo y mandíbula (13%), esternón y costillas (10%), húmeros, escápulas y clavículas (8%), y en los fémures (4%). La hemopoyesis o hematopoyesis hematopoyesis se puede definir como la l a serie de fenómenos concatenados que se inician a nivel de la célula tronco hematopoyética (CTH) con la auto-renovación, seguidos de diferenciación y maduración, culminando con la producción de elementos formes sanguíneos funcionales. Se considera la diferenciación como la secuencia de hechos genéticos que permiten a una célula sintetizar productos específicos, los que le confieren potencialidad para determinada función. La maduración es la secuencia de fenómenos bioquímicos y morfológicos iniciados por la diferenciación y que confieren capacidad capacidad funcional a la célula. Utilizando la serie eritroide eritroide como ejemplo, la diferenciación diferenciación podría podría concebirse como la activación de los genes específicos de las globinas en el ácido desoxirribonucleico (ADN) nuclear,, mientras que la maduración comenzaría con la transcripción del código al ácido ribonuclear cleico mensajero (ARNm), culminando con la síntesis de cadenas globínicas e incorporación del grupo hem a nivel citoplásmico. Ya que la mayoría de los elementos formes sanguíneos tienen supervivencias relativamente relativamente cortas, las CTH son requeridas a lo largo de la l a vida para sustituir a aquellas que se diferenciar diferenciaron on y maduraron a linajes celulares específicos. En este capítulo se presenta información en relación a la CTH, al microambiente inductivo hemopoyético (MIH) y el nicho hematopoyético, así como de los mecanismos involucrados en la regulación de la hematopoyesis. Es pertinente mencionar que el avance cognoscitivo en esta área de la biología se deriva en gran parte de estudios en animales, en particular en roedores, y algunos de estos hallazgos se s e han confirmado en el humano a través del uso terapéutico del trasplante de células hemopoyéticas y mediante ensayos in Vitro conocidos como unidades formadoras de colonias (UFC).
La hemopoyesis o hematopoyesis se puede definir como la serie de fenómenos concatenados que se inician a nivel unicelular con la autoduplicación y maduración, culminando con la producción de elementos formales sanguíneos funcionales.
Fundamentos de Hematología CÉLULA TRONCO HEMATOPOYÉTICA
La embriología nos ha enseñado que la sangre se origina en el tejido mesodérmico y los estudios morfológicos han sugerido, de tiempo atrás, que el hemangioblasto es precursor común de los linajes endotelial y hemopoyético. En embriones de mamíferos se pensó, originalmente, que las CTH adquirían su potencialidad biológica en las islas sanguíneas del saco vitelino para después migrar y colonizar el hígado fetal y asentarse al final de la gestación en su sitio definitivo, la MO. Sin embargo, cuando se estudian embriones humanos se observa que entre la cuarta y sexta semana después de la concepción se identifican CTH primero en la región aorta-gónada-mesonefros (AGM) y poco después en el saco vitelino (figura 1-1).
Figura 1-1. Sitios generadores de CTH en el embrión. Las primeras CTH se generan en la aorta dentro de la región conocida como AGM (aorta-gónada-mesonefros) para después migrar al saco vitelino, cordón umbilical, hígado y placenta.
Las propiedades que definen a la CTH son su capacidad de auto-renovación, la que resulta en progenies con las mismas características de la CTH, y la de dar origen a todos los elementos formes sanguíneos, que incluyen los de la serie mieloide como los eritrocitos, granulocitos (neutrófilos, eosinófilos y basófilos), mastocitos, monocitos/macrófagos y plaquetas, así como los linfocitos T y B y células plasmáticas. En cultivo, empleando células humanas de cordón umbilical, se ha establecido que el tiempo de auto-renovación de la CTH es de aproximadamente 65 h, posee un solo núcleo, su apariencia es refractiva con citoplasma translúcido y tiene capacidad migratoria. En la actualidad se reconocen dos tipos de CTH: la más primitiva que carece de los antígenos CD34, CD38, así como de los antígenos de diferenciación asociados a linaje granulocítico, monocítico, megacariocítico y linfoide T y B (Lin )- y expresa el receptor c-kit o antígeno CD117 (CD34-, CD38-, Lin-, CD117+ ) y otra con el inmunofenotipo (CD34+, CD38+/-, Lin-, CD117+ ). La auto-renovación es una división celular especializada en la que una o ambas células hijas retienen el mismo potencial biológico de la célula original. La mayoría de las CTH en MO permanecen en estado quiescente (Fase G0 del ciclo celular), conservando así su capacidad de auto-renovación. Las CTH entran a ciclo celular una vez al mes en promedio. El tamaño de la poza de CTH es regulada por el balance entre auto-renovación y diferenciación, divisiones celulares simétricas (expansión de la CTH) y asimétricas (mantenimiento de la CTH), así como por la apoptosis (muerte celular programada). Además, se ha propuesto que el estrés fisiológico es relevante en la vida y muerte de las CTH. Por ejemplo, las CTH CD34+, CD38+/-, Lin-, CD117+ al ser incubadas con concentraciones bajas de
C1 • Hematopoyesis citocinas (señalización atenuada) sufren apoptosis inmediata, mientras que las CTH más primitivas (CD34-, CD38-, Lin-, CD117+ ) sobreviven en estado quiescente. MICROAMBIENTE/NICHO HEMATOPOYÉTICOS
El MIH, término acuñado por Curry y Trentin en 1967, se define básicamente por su función como un complejo heterogéneo de células y de sus respectivos productos, necesarios para mantener y regular el crecimiento de la CTHz. Este complejo funcional está constituido por una matriz celular y una extracelular (tabla 1-1). Las pruebas experimentales sugieren que el MIH instruye a la CTH para que ésta se diferencie hacia una línea celular determinada. Se han propuesto dos Tabla 1-1. Microambiente inductivo hematopoyético Matriz celular
Matriz extracelular
Adipocitos
Adiponectina
Células endoteliales
Colágena
Células estromales
Fibronectina
Células reticulares adventicias
Hemonectina
Fibroblastos
Laminina
Linfocitos
Proteoglicanos
Monocitos/Macrófagos
Tenascina
Osteoblastos
Trombospondina
Osteoclastos
Vitronectina
hipótesis acerca de la función del MIH en la regulación hematopoyética. La primera asume que el MIH libera sustancias capaces de inducir expresión de genes de diferenciación en la CTH. La segunda hipótesis sostiene que la CTH puede diferenciarse de manera estocástica o al azar y que el MIH únicamente es responsable de la selección del linaje celular. Las células endoteliales se ubican en la superficie interna del sinusoide de la MO. Controlan la entrada de sustancias químicas y partículas. Expresan receptores para factor de von Willebrand, colágena tipo IV y laminina. Por poseer moléculas de adhesión, en particular ICAM-3, reorganizan su citoesqueleto regulando así el tráfico celular. El citoplasma de las células reticulares adventicias, envuelve la pared externa del sinusoide formando una vaina. Éstas sintetizan fibras reticulares (argentofílicas) en donde descansan las células hemopoyéticas. Los adipocitos tienen su origen, mediante lipogénesis, a partir de los fibroblastos. Son fuente de adiponectina, sustancia que inhibe la apoptosis de la célula endotelial, así como de leptina y osteocalcina que promueven la granulopoyesis y osteogénesis e inhiben la linfopoyesis. Las células estromales son las nodrizas de las células hemopoyéticas. Expresan el receptor para el factor de crecimiento neural, poseen VCAM-1, tenascina, endoglina y colágena tipos IV y VI. Ejecutan interacciones celulares inhibiendo la diferenciación mieloide y estimulando la secreción de osteopontina que activa a las células T. Los osteoblastos secretan factores estimulantes de colonias de granulocitos, macrófagos, granulocitos y monocitos e interleucocinas (IL) 1 y 6, así como factores inhibidores de la hemopoyesis. En 1978, Schofield propuso el concepto de nicho hemopoyético para describir el microambiente en el que reside la CTH. Se podría decir que el concepto de MIH es principalmente fisiológico en tanto que el de nicho hematopoyético incluye, además, conceptos anatómicos. La presencia de MO dentro de las cavidades óseas sugiere una interdependencia entre ambos tejidos. La MO consiste de una porción hemopoyética rodeada de células mesenquimatosas. Las células troncales mesenquimatosas dan origen a los miocitos (músculo), adipocitos (grasa), fibroblastos (tejido conectivo), células endoteliales (vasos sanguíneos) y osteoblastos (hueso). El endosteo yace entre el hueso y el sistema hematopoyético, sitio idóneo en donde las CTH realizan sus capa-
Fundamentos de Hematología cidades fisiológicas: anidamiento, mantenimiento a largo plazo (quiescencia y auto-renovación), compromiso de linaje y movilización (figura1-2).
Figura 1-2. Nicho hematopoyético en el adulto. Las CTH se encuentran adyacentes a los osteoblastos que están regulados por la proteína ósea morfogenética (POM) (nicho osteoblástico). Las CTH también se localizan adyacentes a los vasos sanguíneos (nicho vascular). La quimiocina CXCL12 regula la migración de las CTH de la circulación a la médula ósea. El espacio medular contiene células estromales (fibroblastos) que soportan la hemopoyesis y además producen citocinas (ligando c-kit, entre otras) que estimulan a las CTH y a los progenitores hemopoyéticos.
Para mayor claridad en la presentación, la hemopoyesis se dividió en compartimientos pluripotencial, bipotencial, unipotencial y terminal (tabla 1-2). COMPARTIMIENTO PLURIPOTENCIAL En el ser humano, dentro del compartimiento pluripotencial, se encuentran aquellas células que aún no eligen un linaje (estirpe) determinado (irrestrictas), la CTH, identificada en cultivo por la UFC de blastos (BL) y la células que se comprometen, adquiriendo así capacidad para diferenciarse hacia una línea celular hematopoyético definida.
En la figura 1-2 se muestra un modelo de hematopoyesis. Con el ensayo in vitro de inmovilización clonal, también conocido como unidad formadora de colonias (UFC), por la propiedad física de los medios de cultivo (agar o metilcelulosa) para mantener unida la progenie celular, se postula que en el ser humano, dentro de este compartimiento se encuentran aquellas células que aún no eligen un linaje (estirpe) determinado (irrestrictas): la CTH, identificada en cultivo por la UFC de blastos (BL), y las células que se comprometen, adquiriendo así capacidad para diferenciarse hacia una línea celular hematopoyética definida (restringidas) ya sea mieloide o linfoide. Aproximadamente 21 días después de sembradas células de MO humana, cultivadas en agar o metilcelulosa en presencia de factores de crecimiento y en condiciones óptimas, aparecen en el cultivo agregados celulares llamados colonias. La disección y caracterización de éstas revela que algunas, las menos, contienen todo tipo de precursores hematopoyéticos incluyendo linfocitos. Otras colonias, en mayor cuantía, están formadas por precursores granulocíticos, eritroides, monocíticos y megacariocíticos. El primer tipo de colonia representa a la UFC linfoide y mieloide (LM) y el segundo, a la descendencia de ésta, es decir, a la célula pluripotencial mieloide cuyo término operativo es UFC-GEMM. La frecuencia de aparición de la UFC linfoide (L) en cultivo es baja y con el empleo de isoenzimas A y B de la glucosa-6-fosfato deshidroge-
C1 • Hematopoyesis
Tabla 1-2. Compartimientos hematopoyéticos.
Compartimiento pluripotencial
Compartimiento bipotencial
Irrestricto
UFC-BL, UFC-LM
Restringido
UFC-GEMM, UFC-L
UFC-EG, UFC-GM, UFC-EMeg
Células progenitoras UFB-E, UFC-E, UFC-M, UFC-G, UFB-Meg, UFC-Meg, UFC-Bas, UFC-Eo, UFC-LB, UFC-LT, UFC-LGG
Compartimiento unipotencial Células precursoras Proeritroblasto, monoblasto, mieloblasto, megacarioblasto, linfoblasto
Compartimiento terminal
Eritrocito, monocito/macrófago, neutrófilo, plaqueta, basófilo/mastocito, eosinófilo, linfocitos T, B y GG
UFC = unidad formadora de colonias; UFB = unidad formadora de brotes; BL = blastos; LM = linfoide-mieloide; GEMM = granulocitos, eritrocitos, monocitos, megacariocitos; L = linfoide; GM = granulocitos, monocitos; E = eritroide; M = monocitos; G = granulocitos; Meg = megacariocitos; Bas = basófilos; Eo = eosinófilos; LB = linfocitos B; LT = linfocitos T; GG = grande granular.
nasa, se ha concluido que la UFC-L desciende de la UFC-LM, y ésta a su vez da origen a la UFC-LB y UFC-LT. Se ignora si la UFC de linfocitos grandes granulares (LGG) tiene como ancestro común la UFC-L. La UFC-LM y la UFC-GEMM, al igual que su antecesor, se dividen y tienen capacidad migratoria, continúan expresando el antígeno CD34 y también expresan el antígeno HLA-DR. La UFC-GEMM expresa además los antígenos CD33 y CD13. La caracterización inmunofenotópica de la célula que da origen a la UFC-L es precaria y hasta ahora se acepta que ésta contiene a la enzima desoxinucleotidil transferasa terminal (dTT) y expresa el antígeno HLA-DR pero no expresa ninguno de los antígenos de diferenciación T (CD1, CD2, CD3, CD5, CD7) o B (CD10, CD19, CD20, CD21, CD22, CD79). En algún momento en la vida de las células pluripotenciales irrestrictas y restringidas, el número de “programas de diferenciación” disponibles en ellas, se vuelve limitado hasta un punto en que la diferenciación sigue una sola línea y la progenie celular desempeña funciones inherentes a su cohorte. Esta serie de estadios secuenciales de la hematopoyesis, de pluripotencial a bipotencial o unipotencial, es irreversible. COMPARTIMIENTO BIPOTENCIAL
Pluznik y Sachs, en 1965, fueron los primeros en cultivar con éxito células de médula ósea. Empleando el sistema de cultivo en agar de Pike y Robinson, las colonias que emergen alrededor del día siete están constituidas principalmente por una mezcla de granulocitos y monocitos. Lo anterior indica que este ensayo identifica a un progenitor hematopoyético bipotencial, la UFC-GM. La célula que da origen a la UFC-GM expresa los antígenos mieloides CD33, CD15 y CD13, probablemente expresa los antígenos CD14 (monocítico) y HLA-DR, y la expresión del antígeno CD34 es débil. La UFC-GM conserva la capacidad de circular en el torrente sanguíneo y pierde la propiedad de dividirse. La observación in vitro de una alta frecuencia de colonias mixtas, constituidas por células eritroides-megacariocíticas y eritroides-granulocíticas, sugiere la existencia de otros precursores bipotenciales como la UFC-EMeg y la UFC-EG, mismos
En algún momento en la vida de las células pluripotenciales irrestrictas y restringidas el número de “programas de diferenciación” disponible en ellas se vuelve limitado, hasta un punto que la diferenciación sigue una sola línea y la progenie celular desempeña funciones inherentes a su cohorte.
Fundamentos de Hematología que, en la ontogenia hematopoyética estarían ubicados entre la UFC-GEMM y los precursores unipotenciales. La existencia de progenitores bipotenciales podría explicar en parte el efecto pleotrópico que tienen algunos factores de crecimiento. COMPARTIMIENTO UNIPOTENCIAL
Este compartimiento está formado por células irreconocibles morfológicamente y sólo identificadas por su capacidad para formar colonias en cultivo (células progenitoras) y por aquéllas con características morfológicas definidas (células precursoras).
La UFB megacariocíticos (Meg) antecede ala UFC-Meg y ambas tienen como precursor común a la UFC-GEMM. Quizás algunas UFB-Meg y UFC-Meg sean descendientes de la UFC-EMeg.
Células progenitoras En la ontogenia eritropoyética, la unidad formadora de brotes eritroides (UFB-E) antecede a la UFC eritroide (E) y probablemente ambas tienen como progenitores comunes inmediatos a la UFC-EMeg y la UFC-EG. En cultivo, la UFB-E emerge entre el día ocho y el 14, y en el día cuatro se visualiza la UFC-E. Estos estadios de diferenciación son identificados por el tamaño de las colonias, por su velocidad de sedimentación en gradientes de Percoll y respuesta a diversos factores de crecimiento. Al igual que la CTH y la UFC-GEMM, la UFB-E y la UFC-E circulan en la sangre. La UFB-E conserva la capacidad de dividirse, mientras que la UFC-E pierde esta característica. En la vida adulta, los progenitores eritroides adquieren o pierden antígenos o funciones a lo largo de su diferenciación. Así, la expresión de los antígenos pluripotencial (CD34) y mieloide temprano (CD33) decrece a medida que avanza la diferenciación. Lo mismo acontece con el antígeno HLA-DR; sin embargo, la expresión de éste depende más del ciclo celular que del estadio de maduración, expresándose mayormente durante las fases G2 y M. Entre 13 a 15 es el número de divisiones celulares que realizan los progenitores eritroides antes de alcanzar el primer estadio de maduración morfológicamente reconocible, el proeritroblasto. Las células progenitoras que dan origen a la UFC de granulocitos (G) y a la de monocitos (M), descienden de un precursor bipotencial común inmediato, la UFC-GM. Es posible que algunas UFC-G se originen de otro precursor bipotencial, la UFC-EG. La UFC-G y UFC-M están presentes en la circulación y al igual que la UFC-GM, dejan de dividirse. Los antígenos CD15 y CD14 están presentes en la UFC-G y UFC-M, respectivamente. El crecimiento de la UFC-G y UFC-M es absolutamente dependiente de la presencia continua de factores de crecimiento. Una evidencia clínica, la eosinofilia y el incremento del número de basófilos sanguíneos en ausencia de un aumento de neutrófilos y monocitos, y otro dato experimental, la presencia en cultivo de colonias puramente eosinofílicas y de otras constituidas únicamente por basófilos, apoyan el origen unipotencial de los eosinófilos. En cultivo, la UFB megacariocíticos (Meg) antecede a la UFC-Meg y ambas tienen como precursor común a la UFC-GEMM. Quizás algunas UFB-Meg y UFC-Meg sean descendientes de la UFC-EMeg. La UFB-Meg a diferencia de la UFC-Meg, conserva la capacidad de autoduplicación, ambas están presentes en la circulación sanguínea y expresan los antígenos gp IIb/IIIa y gp IX identificados por los anticuerpos monoclonales anti-CD41 y anti-CD42a, respectivamente. La trombopoyetina (TPO), estimula la proliferación y diferenciación de los megacariocitos y la liberación de plaquetas a partir de ellos. La célula que da origen a la UFC de linfocitos T (LT) contiene la enzima dTT, no expresa el antígeno HLA-DR, ni los antígenos de linaje B. Ambas circulan en la sangre y probablemente continúan dividiéndose. La UFC-LB y la UFC-LT tienen como precursor pluripotencial común a la UFC-L. Son múltiples las citocinas involucradas en el control de la linfopoyesis y casi todas también ejercen acciones mielopoyéticas (tabla 1-3). Células precursoras Este compartimiento está constituido por proeritroblastos, mieloblastos, monoblastos, megacarioblastos y linfoblastos, todos con características morfológicas distintivas y con capacidad de duplicación. La actividad mitótica del proeritroblasto continúa hasta la etapa de eritroblasto policromatófilo, la del mieloblasto hasta el estadio de mielocito y la del monoblasto hasta la etapa de promonocito. El megacarioblasto no se divide, pero mantiene la capacidad de duplicar su núcleo (endoduplicación). En estado de equilibrio los megacariocitos son poliploides, principalmente cuatro, ocho y 16 veces la cantidad normal de ADN diploide. El linfoblasto continúa dividiéndose hasta el estado de prolinfocito.
C1 • Hematopoyesis
Tabla 1-3. Acción de los factores de crecimiento en progenitores hemopoyéticos y células sanguíneas. Célula blanco
Factor de crecimiento
UFC-BL, UFC-LM
LK, TPO, IL-1, IL-3, IL-6, IL-11, IL-17
UFC-GEMM
LK, FEC-GM, IL-3, IL-4, IL-9
UFC-L
LK
UFC-GM
LK, FEC-G, FEC-GM, IL-4, IL-9
UFB-E
LK, EPO, IL-3, IL-9
UFC-E
LK, EPO, IL-3, IL-4
UFC-M
LK, FEC-GM, FEC-M, IL-6
UFC-G
LK, FEC-G, FEC-GM, FEC-M, IL-6, IL-9, IL-17
UFB-Meg
LK, TPO, IL-3, IL-6, IL-11
UFC-Meg
LK, TPO, IL-3, IL-4, IL-6, IL-11
UFC-Bas
LK, IL-10, IL-11
UFC-Eo
FEC-GM, IL-5
UFC-LB
LK, IL-2, IL-4
UFC-LT
LK, IL-2, IL-7
Proeritroblasto
EPO
Linfoblasto B
IL-2, IL-4, IL-14
Linfoblasto T
IL-2, IL-7
Monocito/macrófago
FEC-G, FEC-M, IL-1, IL-7, IL-17
Neutrófilo
FEC-G, FEC-GM, IL-1, IL-8
Basófilo/mastocito
LK, FEC-GM, IL-4, IL-11, IL-15
Plaqueta
TPO
Eosinófilo
FEC-GM, IL-5
Linfocito B/ célula plasmática
IL-2, IL-4, IL-5, IL-6, IL-10, IL-13, IL-14, IL-18
Linfocito T
IL-2, IL-4, IL-6, IL-7, IL-10, IL-12, IL-13, IL-15, IL-16, IL-17, IL-18
Linfocito GG
IL-2, IL-6, IL-10, IL-12, IL-13, IL-15, IL-18
UFC = unidad formadora de colonias; UFB = unidad formadora de brotes; BL = blastos; LM = linfoide-mieloide; GEMM = granulocitos, eritrocitos, monocitos, megacariocitos; L = linfoide; GM = granulocitos, monocitos; E = eritroide; M = monocitos; G = granulocitos; Meg = megacariocitos; Bas = basófilos; Eo = eosinófilos; LB = linfocitos B; LT = linfocitos T; GG grande granular; LK = ligando c-kit; IL = interleucocina; FEC = factor estimulante de colonias; TPO = trombopoyetina; EPO = eritropoyetina.
COMPARTIMIENTO TERMINAL
Este compartimiento representa el estadio final de los fenómenos de diferenciación y maduración iniciados a nivel de la CTH. Las cél ulas maduras son retenidas en la médula ósea hasta que alcanzan cierto grado de maduración, con características morfológicas y funcionales distintivas y sin potencial proliferativo, a excepción de los linfocitos, para después ser liberadas al to rrente sanguíneo. Este paso podría estar asociado con la expresión de determinantes antigénicos en su superficie, los cuales regulan el egreso o ingreso a la MO. Cuando las células maduras retor nan a la MO, pueden liberar sus productos, y éstos nuevamente ejercer regulación en la hematopoyesis. Lo anterior se ejemplifica con la lactoferrina, proteína transportadora de hierro liberada por los neutrófilos, y la hemina contenida en los elementos de la serie eritroide. La primera inhibe el crecimiento de
Las células maduras son retenidas en la médula ósea hasta que alcanzan cierto grado de maduración con características morfológicas y funcionales distintivas y sin potencial proliferativo, a excepción de los linfocitos, para después ser liberadas al torrente sanguíneo.
Fundamentos de Hematología la UFC-GM y la segunda potencia el efecto de la IL-3 en la formación de UFC-GEMM y de UFB-E. REGULACIÓN
La eritropoyetina (EPO) es quizás el factor de crecimiento hematopoyético más estudiado, por lo que se conoce que el ácido siálico terminal de esta alfaglobulina es indispensable para que exprese su acción biológica.
TPO ejerce su actividad biológica al unirse a un receptor codificado por el oncogén c-mpl que está presente sólo en la CTH megacariocitos y plaquetas. Es entonces cuando la TPO o ligando c-mpl estimula la megacariopoyesis y por ende la producción de plaquetas.
Los factores de crecimiento hemolinfopoyéticos son indispensables en el proceso de formación de células sanguíneas, y se dividen en factores estimulantes de colonias (FEC) e IL. Son varias las citocinas de crecimiento celular caracterizadas bioquímicamente y clonadas a través de copias complementarias de ADN. Las características generales de estas citocinas incluyen: estructura glucoproteica, actividad in vitro e in vivo a bajas concentraciones, que son producidas por diferentes tipos de células, generalmente regulan más de una línea celular y muestran efecto aditivo o sinérgico con otros factores de crecimiento (tabla 1-3), modulan la expresión de genes reguladores productores de citocinas y con frecuencia actúan en la contraparte neoplásica de las células normales. Se conoce que el ácido siálico terminal de la eritropoyetina (EPO), es indispensable para que exprese su acción biológica. La EPO tiene un peso molecular de 30.4 kDa, el gen que codifica su síntesis se localiza en el cromosoma 7 y el ARNm se expresa únicamente en riñones y en hígado. La producción de EPO es mediada por la tensión de oxígeno tisular pero se ignora el mecanismo exacto por el cual las células peritubulares renales responden a la hipoxia. La EPO actúa directamente a nivel de la UFB-E y UFC-E, así como del proeritroblasto y eritroblasto basófilo. Se sabe que la UFC-E tiene receptores para la EPO y que éstos están formados por dos cadenas proteícas con pesos moleculares de 100 y 90 kDa. La célula que da origen a la UFC-E contiene aproximadamente 1 050 receptores para la hormona y éstos son de alta y baja densidad. En el cromosoma 17 se localizan los genes que codifican la síntesis de FEC de granulocitos (G) y de mieloperoxidasa, componente importante de los gránulos primarios de los neutrófilos. Este FEC, con un peso molecular de 18.8 kDa, estimula la granulopoyesis in vivo y la UFC-GM in vitro. Además, el FEC-G ejerce actividad quimiotáctica sobre los neutrófilos y monocitos e incrementa la actividad fagocítica y citotóxica dependiente de anticuerpos de los neutrófilos. In vivo, el FEC de granulocitos y monocitos (GM) estimula la granulomonopoyesis, incrementa la actividad citotóxica y fagocítica de los neutrófilos e inhibe la motilidad de los neutrófilos. In vitro, estimula directamente a la UFC-GM, UFC-G y UFC-M e indirectamente incrementa la supervivencia de los neutrófilos y de los eosinófilos, así como la adhesión célula-célula de los neutrófilos y la liberación de histamina por los basófilos. El gen responsable de la síntesis de este FEC que actúa en la fase G1 del ciclo celular se localiza en el cromosoma 5. El FEC de monocitos (M) o FEC-1 estimula la UFC-M y UFC-G. En el cromosoma 5, se localiza el gen que codifica la síntesis del FEC-M y la de su respectivo receptor, que es producto del protooncogén c-fms. Este FEC induce la síntesis de FEC-G y la liberación de IL-1 por monocitos/macrófagos y favorece la migración de los mismos. En 1994, en forma simultánea, varios grupos de investigación aislaron en plasma y orina de animales con aplasia medular inducida por radiación, un factor capaz de estimular el crecimiento in vitro de megacariocitos humanos. Este factor denominado TPO, ejerce su actividad biológica al unirse a un receptor codificado por el oncogén c-mpl que está presente sólo en la CTH, megacariocitos y plaquetas. Es entonces que la TPO o ligando c-mpl estimula la megacariopoyesis y por ende la producción de plaquetas, y se conoce que la TPO también estimula la UFC-BL y UFC-LM. En el cromosoma 2, se ubica el gen que codifica la síntesis de IL-1( α y β ) o pirógeno endógeno, con pesos moleculares de 15 y 17 kDa respectivamente. La IL-1 estimula la UFC-BL, los fibroblastos, osteoblastos y las células sinoviales, mesangiales y de la glía. Esta IL produce neutrofilia, es quimiotáctica para los monocitos y neutrófilos, y estimula la producción de prostaglandinas por diferentes células. Además, induce la producción de interferón (IFN), FEC-GM, FEC-G, FEC-M, IL-6 e IL-2, así como la expresión del receptor para IL-2. Recientemente se ha demostrado que las plaquetas activadas expresan en su superficie IL-1. Originalmente se describió que IL-2 estimulaba el crecimiento de linfocitos T. En la actualidad se conoce que esta citocina con peso molecular de 15 kDa, estimula no sólo a la UFC-LT sino además a los linfocitos B activados y probablemente también a la UFC-LB. El receptor de esta citocina corresponde al antígeno CD25, mismo que se ha descrito en los blastos de algunos pacientes con leucemias agudas mieloides, lo que hace suponer que la IL-2 puede tener efecto en la mielopoyesis anormal. La IL-2 inhibe el crecimiento de la UFC-G, UFC-M y UFC-GM,
C1 • Hematopoyesis induce la producción de IFNgamma, aumenta la actividad citotóxica de los linfocitos “asesinos” activados, y modula la expresión de las moléculas clase II del complejo principal de histocompatibilidad (HLA). La IL-3 estimula múltiples líneas celulares (tabla 1-3), así como la síntesis de inmunoglobulinas (Ig). La IL-3 tiene un peso molecular de 28 kDa y su síntesis es regulada por un gen localizado en el cromosoma 5. La administración diaria de IL-3 en primates produce incremento en el número de UFC-Meg, reticulocitos y plaquetas circulantes. En pacientes con anemia aplástica, la administración crónica de IL-3 aumentó el número de granulocitos, monocitos, linfocitos y reticulocitos pero no produjo incremento en la cifra de plaquetas. La IL-4 es producida por los linfocitos T, tiene un peso molecular de 20 kDa y el gen que regula su síntesis se localiza en el cromosoma 5. Estimula la formación de UFC-LB y activa a los linfocitos T cooperadores y B. En concierto con IL-3, aumenta el crecimiento de mastocitos; con FEC-G, la formación de UFC-GM; con EPO, la formación de UFC-E y UFC-GEMM, y con EPO e IL-1, la formación de UFC-Meg. El descubrimiento de la IL-5, con peso molecular de 45 kDa, representa un avance significativo en el conocimiento de la hemopoyesis, ya que aquélla es la primera citocina reconocida que ejerce acción directa en la producción de eosinófilos. La IL-3 y el FEC-GM tienen efecto sinérgico con la IL-5. Además, la IL-5 actúa en linfocitos B promoviendo su crecimiento y diferenciación a células productoras de Ig. Inicialmente la IL-6 ganó importancia biológica como factor esencial en la producción de hibridomas; ahora se conoce que el crecimiento celular del mieloma múltiple (padecimiento neoplásico maligno que involucra a la célula plasmática) humano es dependiente de esta IL. En condiciones normales la IL-6, con peso molecular de 21 a 25 kDa y cuyo gen se ubica en el cromosoma 7, estimula de manera directa la formación de UFB-Meg, UFC-Meg, UFC-G, y UFC-M; y de manera sinérgica con la IL-3, el crecimiento de la UFC-BL y UFC-LM. Además, la IL-6 sirve de estímulo proliferativo y diferenciador de los hepatocitos, lo que hace que esta IL esté involucrada en la producción de reactivos de fase aguda como la proteína C reactiva. También, la IL-6 induce la diferenciación terminal de linfocitos B a células plasmáticas productoras de Ig y la de los linfocitos T citotóxicos, así como la producción de IL-2 por células T. La IL-6 inhibe el crecimiento de fibroblastos humanos y su administración en ratones induce trombocitosis y suprime la inhibición hematopoyética mediada por el factor transformador de crecimiento básico. En el cromosoma 8 se localiza el gen que codifica la síntesis de IL-7 que es una glucoproteína de 25 kDa, que estimula la proliferación de células pre-B pero no la de linfocitos B maduros. Esta IL desempeña una función relevante en la proliferación y diferenciación de los timocitos y actúa como mitógeno y comitógeno en los linfocitos T maduros. Con el empleo de IL-7 marcada radioisotópicamente, se demuestra que las células pre-B, los timocitos, linfocitos T y macrófagos de MO expresan receptores para la IL-7. La IL-2 potencia la acción biológica de la IL-7, y la IL-7 a su vez regula la producción de IL-2 y la expresión del receptor para IL-2 en células T maduras. En ratones radiados, la IL-7 favorece la recuperación de plaquetas. La IL-8 o péptido activador de neutrófilos (PAN-1) es secretado por diferentes tipos de células en respuesta a un estímulo inflamatorio, es decir, isquemia, traumatismo, infección o cáncer. Esta IL no guarda homología con otras citocinas producidas por células mononucleares fagocíticas, pero sí con los péptidos de los gránulos α de las plaquetas. El perfil biológico del PAN-1 se asemeja al de otros péptidos quimiotácticos como el C5a, lo que sugiere que la IL-8 es un mediador de la respuesta inflamatoria con actividad quimiotáctica. La IL-1 y el factor de necrosis tumoral incrementan la expresión de la IL-8 en los neutrófilos. La IL-9 mantiene el crecimiento de UFB-E en presencia de EPO y estimula la proliferación de líneas celulares megacariocíticas. En células fetales, ésta citocina estimula la maduración de la UFC-GEMM, UFC-GM y UFC-G. El gen responsable de la síntesis de IL-9 se localiza en el cromosoma 5. En el cromosoma 1 se encuentra el gen que regula la producción de IL-10. Esta IL e stimula la formación de UFC-LGG e incrementa la actividad citotóxica de las células T, mantiene viables a los linfocitos B, estimula la producción de mastocitos, e inhibe la producción de IFNgamma por linfocitos T activados. La IL-11 comparte algunos de los efectos biológicos de la IL-6: estimula líneas celulares de linfocitos B, la formación de UFC-BL, UFB-Meg y UFC-Meg, además estimula
La IL-6 ganó importancia biológica como factor esencial en la producción de hibridomas; ahora se conoce que el crecimiento celular del mieloma múltiple es dependiente de esta IL.
Fundamentos de Hematología La IL-11 estimula l íneas celulares de linfocitos B, la información de UFC-BL UFB-Meg y UFC-Meg y además estimula líneas celulares de mastocitos.
Los linfocitos T normales y las células B de pacientes con leucemia aguda linfoblástica de estirpe B, linfomas de células B y leucemia linfocítica crónica producen IL-14. Esta citocina induce la proliferación de linfocitos B e inhibe la síntesis y excreción de Ig.
La administración de LK a primates y ratones incrementa el número de células progenitoras pluripotenciales circulantes y el de sus respectivas cohortes celulares con excepción de plaquetas. Es posible que el LK sea el factor que “acondiciona” a las células progenitoras para que actúen en ellas otras citocinas hemolinfopoyéticas.
líneas celulares de mastocitos. El gen responsable de la síntesis de IL-11 se ubica en el cromosoma 1. La aplicación de ésta IL en humanos incrementa la cuenta plaquetaria y está disponible comercialmente. La IL-12 es un dímero con pesos moleculares de 35 y 40 kDa. Esta IL también conocida como factor estimulante de células asesinas naturales (NK) actúa sinérgicamente con la IL-2 estimulando el crecimiento y la actividad citotóxica de éstas células. Además, la IL-12 induce la producción de IFNgamma por células T y NK. La IL-13, una citocina producida por células T, comparte algunas de las actividades biológicas de la IL-4. La IL-13 a diferencia de la IL-4, induce la producción de IFNgamma por LGG e induce el crecimiento de linfocitos T activados. Los linfocitos T normales y las células B de pacientes con leucemia aguda linfoblástica de estirpe B, linfomas de células B y leucemia linfocítica crónica producen IL-14. Esta citocina induce la proliferación de linfocitos B e inhibe la síntesis y excreción de Ig. La IL-15 comparte actividades biológicas con la IL-2. Esta citocina estimula la proliferación de células CD4 y CD8 activadas, linfocitos naturales citotóxicos, mastocitos y es un potente quimiotáctico de linfocitos T. La IL-15 actúa como coestimulador con la IL-12 para facilitar la producción de IFNgamma y factor de necrosis tumoral (FNT) alfa. Esta citocina tiene efecto anabólico ya que incrementa la masa muscular y además ayuda a la diferenciación y maduración del sistema inmune. Al parecer la IL-15 participa en la fisiopatología de la mastocitosis sistémica. El gen que codifica la síntesis de IL-16 se localiza en el cromosoma 15. Es sintetizada como un péptido con peso molecular de 80 kDa, que al ser procesada a su forma biológicamente activa alcanza un peso molecular entre 14 a 17 kDa. Esta citocina es producida por células CD4 y CD8 activadas, eosinófilos, mastocitos y por células epiteliales pulmonares de pacientes con asma. Sus principales funciones son inmunomoduladoras, actúa como quimiotáctico de linfocitos CD4, y proinflamatorias. La IL-17 es una glucoproteína producida por linfocitos T que estimula macrófagos, células endoteliales y epiteliales, queratinocitos y fibroblastos para que produzcan IL-1, IL-6, IL-8, IL-10, IL-12, FEC-G, FNT alfa y factor inhibidor de la leucemia. Induce la expresión de moléculas de citoadhesión, induce la proliferación de linfocitos T, promueve la diferenciación y proliferación de la CTH e in vivo estimula la granulopoiesis. Las propiedades funcionales de la IL-18 son semejantes a la de la IL-12. Es producida por una gran variedad de células, incrementa la inmunidad celular y modula la función de los linfocitos T, B y células con actividad citotóxica natural. El ligando de c-kit (LK) también conocido como factor de mastocitos, factor de células estaminales, factor hemolinfopoyético-1 o factor de células troncales, es codificado por el cromosoma 10 y su receptor es una cinasa de tirosina producto del oncogén c-kit (CD117). Este factor estimula diferentes líneas celulares hematopoyéticas, incluyendo a la UFC-BL y corrige el defecto del MIH en la cepa murina S1/S11. El LK per se es incapaz de inducir la proliferación y diferenciación celular; sin embargo, a dosis muy bajas, potencia el efecto de todos los factores de crecimiento hematopoyético hasta ahora estudiados. Es posible que el LK sea el factor que “acondiciona” a las CTH y células progenitoras para que actúen en ellas otras citocinas hemolinfopoyéticas. COROLARIO
El esquema jerárquico clásico de la hematopoyesis en el que se presenta en forma ordenada los progenitores hemopoyéticos a partir de la CTH es atractivo pero simplista. Las CTH pueden ser descritas de manera más exacta como grupos de células con potenciales de desarrollo basados en redes de comunicación mediados por factores de transcripción y citocinas dentro del nicho hematopoyético. Además, la potencialidad de las CTH cambia dependiendo de su localización (MO, hígado, sangre, cordón umbilical, placenta) y de la edad del individuo. RECONOCIMIENTO
Agradezco a la química Josefa Piedras su participación en la elaboración de las figuras.
C1 • Hematopoyesis BIBLIOGRAFÍA Dzierzak E. The emergence of definitive hematopoietic stem cells in the mammal. Curr Opin Hematol 2005;12:197-202. Ho AD. Kinetics and symmetry of divisions of hematopoietic stem cells. Exp Hematol 2005;33:1-8. Knoblich JA. Mechanisms of asymmetric stem cell division. Cell 2008;132:583-597. Li Z, Li L. Understanding hematopoietic stem-cell microenvironments. Trends Biochem Sci 2006;31:589-595. López-Karpovitch X, Carrillo J: Eritropoyesis: regulación. Aspectos morfológicos y bioquímicos. En: Enciclopedia Hematológica Iberoamericna 1993; Vol. I. pp 193-201. López-Karpovitch X: Hematopoyesis. En: Ruíz-Argüelles GJ, ed. Temas de medicina interna: leucemias agudas. México: Interamericana-Mc-Graw-Hill, 1993,1-16. Oguro H, Iwama A. Li fe and death i n hematopoietic stem cells. Curr Opin Immunol 2007;19:503-509. Orkin SH, Zon LI. Hematopoyesis: an evolving paradigm for stem cell biology. Cell 2008;132:631-644. Quesenberry PJ, Colvin G, Abedi M. Perspective: Fundamental and clinical concepts on stem cell homing and engraf-ment: A journey to niches and beyond.
