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Fundamentos biológicos y genéticos de la atopia y el asma
A. Blanco Quirós, J. Castro y J. J. Tellería
Área de Pediatría e Instituto de Biología y Genética Molecular (IBGM). Universidad de Valladolid. España.
Este trabajo ha sido realizado en parte con una ayuda de la Fundación de la Sociedad Española de Alergología e Inmunología Clínica.
RESUMEN
La atopia está desencadenada por los alergenos y favorecida por factores ambientales, pero es claro que además tiene una base genética, como lo prueba la alta incidencia familiar observada en hermanos y en gemelos. En los últimos años muchos autores publicaron estudios genéticos sobre enfermos asmáticos y atópicos, generalmente con resultados muy controvertidos. La regulación de la IgE y otros mecanismos inmunológicos, que supuestamente están implicados en la atopia, son revisados en el presente artículo. En una segunda parte se comentan los genes codificantes de factores, citocinas y receptores que toman parte en la atopia y se revisan los artículos publicados recientemente acerca de los marcadores genéticos y polimorfismos asociados a estos genes. El descubrimiento de las bases genéticas de la atopia y el asma es una tarea muy difícil que necesitará la definición exacta del fenotipo atópico y un claro conocimiento de las bases inmunológicas de la atopia. Finalmente, debido a las diferencias raciales y geográficas existentes se necesitarán estudios colaborativos de muchos grupos de trabajo distribuidos por todo el mundo.
Palabras clave: Genética. Cromosomas. Atopia. Asma. IgE. Citocinas.
Allergol et Immunopathol 1998;26:59-73.
La atopia es una reacción alérgica causada por la unión de anticuerpos de clase IgE y de alergenos sobre la superficie de mastocitos o basófilos. Su producción pudiera estar causada por alteraciones de la regulación de la IgE, de su unión a los mastocitos o de la activación de los mastocitos. La atopia es desencadenada por factores ambientales, pero el componente genético tiene también una importancia decisiva y ha sido motivo de recientes revisiones (1-9).
BASES INMUNITARIAS DE LA ATOPIA
Síntesis de IgE
La inmunoglobulina E (IgE) se produce en células plasmáticas específicas, localizadas preferentemente en las cercanías de las mucosas (10). Su síntesis está regulada al menos por dos señales diferentes (11). La mejor conocida es la mediada por la interleukina-4 (IL-4) que induce la transcripción genética de IgE en células B no productivas. El mecanismo parece consistir en un "switch" o cambio en la programación de la síntesis de IgM a IgE, y no en la expansión clonal de linfocitos B formadores de IgE (12). Es probable que también participe la IL-13 en esta acción (11). Se conocen varios factores que frenan la síntesis de IgE mediada por IL-4, como IFN*, IFN*, IL-8, IL-10 e IL-12, y entre ellos cada vez se presta más importancia a la función del IFN*, liberado a su vez por la IL-12, sospechándose que la deficiente regulación de esta pareja de citoquinas favorece la síntesis de IgE y de la atopia. Por el contrario, la IL-5, IL-6 y el TNF ejercen una acción positiva (10-12), seguramente potenciada también por la IL-2, aunque no haga de forma específica (13). La IL-4 interviene además en la síntesis de IgG4, que es una subclase implicada en ciertos mecanismos de interés alérgico, especialmente durante la inmunoterapia (14, 15), sin embargo esta acción parece limitada a circunstancias concretas, como la existencia de niveles séricos previamente descendidos de IgG4 (13, 14).
La segunda señal radica en el contacto íntimo entre linfocitos B y T que se conectan a través del receptor CD40 y de su ligando el CD40-L. Sobre esta segunda señal parecen intervenir otros diferentes factores como el virus de Epstein Barr, la hidrocortisona o el CD58 (12). Todos los esteroides naturales aumentan la producción de IgE, al menos in vitro, mientras que carecen de acción sobre la IgE otras hormonas como la ACTH, TSH, tiroxina, epinefrina, insulina o glucagón (16). Se trata de reacciones policlonales que también precisan el contacto entre linfocitos B y T, pero la información se transmite por un receptor desconocido y no por el TCR como en las respuestas específicas (10, 17).
Probablemente la síntesis de IgE esté regulada por otros muchos factores y células. Es conocido que los mastocitos liberan IL-4 que a su vez induce la expresión del receptor CD40 y con ello la síntesis de IgE (18). Incluso se habla de la posibilidad de una síntesis de IgE independiente del sistema de la IL-4 (10, 19, 20).
Marcadores atópicos en el recién nacido
Teniendo en cuenta la indudable base genética que tiene la atopia se investigó en sangre de cordón umbilical la presencia de algún marcador que identificara precozmente a los niños con alto riesgo atópico. La mayoría de los intentos se centraron en la búsqueda de cifras elevadas de IgE. La correlación de las tasas de IgE es alta entre parejas de gemelos monocigotos, probando el peso genético (21, 22). Los hallazgos neonatales, aunque contradictorios, fueron resultando cada vez menos satisfactorios.
En un estudio colaborativo alemán, el 25% de los recién nacidos tenía cifras detectables de IgE y el test de Apgar, los problemas neonatales, el peso al nacimiento y la paridad no influyeron sobre sus niveles de IgE (22). Unos autores encontraron relación entre la IgE y la edad de gestación (23) mientras que otros no lo hicieron, recogiéndose por lo general cifras superiores en los varones (22, 24). Unos artículos comunican niveles altos en hijos de madres fumadoras (25) y otros no, encontrándolos por el contrario en hijos de madres consumidoras de cafeina o alcohol (26). En algunos estudios los niveles de IgE neonatales sólo están aumentados cuando hay antecedentes familiares atópicos (3) y en bastantes de ellos sólo cuando éstos radican en la madre (22, 26-28). Se duda si la influencia materna es realmente genética o si es intrauterina, aunque se descartó que infecciones prenatales por ciertos virus o por toxoplasma, aumenten la IgE fetal (29) hay otros factores, como el peso de la madre, que también se ha dicho que influyen (26).
En el trabajo alemán se siguió a los niños hasta los dos años de edad y ni la cifra de IgE en sangre de cordón, ni los antecedentes familiares identificaron a los que iban a sufrir atopia, por el contrario muchos la mostraron sin tener antecedentes familiares ni IgE elevada (30). Son bastantes los autores que le niegan valor predictivo a la IgE neonatal (23, 31). En otro estudio a los 11 años de edad el riesgo de atopia en los niños con IgE elevada al nacimiento fue superior a los demás, sin que hubiera correlación entre la IgE al nacimiento a los 11 años (31). En definitiva, hay muchos factores, no relacionados con la atopia del niño, que pueden repercutir en la IgE neonatal, por lo que se precisa precaución para valorar sus tasas (26). No parece que la IgE al nacimiento sea un buen factor predictivo de atopia y quizá únicamente la valoración conjunta de varios marcadores (sequedad de piel + antecedentes familiares + IgE) sea útil (32).
Ante la limitada eficacia de la determinación de IgE, algunos autores propusieron la determinación de anticuerpos IgE específicos frente a proteínas de huevo y leche, que no se relacionan con la ingesta materna y quizá sólo con la constitución atópica del recién nacido (33). No obstante este estudio parece ser más informativo cuando se realiza más tarde, al año de edad (34). También se estudiaron en sangre de cordón los eosinófilos, proteína catiónica del eosinófilo, síntesis de interferón gamma y otros factores (35-37), incluso la fosfodiesterasa de AMPc (38) y fosfolípidos (32), todos ellos con resultado negativo. El CD23 soluble se midió desde el nacimiento hasta los seis años de edad pero sus valores no se correlacionaron ni con los síntomas atópicos, ni con la positividad del PRICK, tampoco varió con el sexo o con la edad (39). Vassella et al (40) afirmaron que niveles elevados de IgG anti-IgE en sangre de cordón ejerce en el lactante una acción protectora sobre las enfermedades atópicas.
Receptor de alta afinidad para IgE
En la superficie de las células hay diferentes moléculas que actúan como receptores y facilitan ciertas funciones. Algunos de los más implicados en la alergia son los receptores de IgE, de IL-4 y de las células T (TCR) (Fig. 1). Hay dos tipos de receptores específicos para la IgE. En ambos la unión se produce por la zona Fc de las cadenas pesadas épsilon (e) características de la IgE. Estos receptores se diferencian por su diferente afinidad y por localizarse en distintas poblaciones celulares (41).
Fig. 1.--Estructura del receptor de alta densidad para la IgE o Fc*RI formado por cadenas alfa, beta y gamma (A); receptor de baja densidad para IgE, Fc*RII o CD23 (B); receptor de IL-4 (C) y receptor de las células T o TCR (D). (CL: dominio tipo lectina; CK: dominio receptor de citoquina; F3: fibronectina tipo 3; C1 y C2: dominio 1 y 2 de cadena constante de inmunoglobulina; V: dominio de cadena variable de inmunoglobulina).
Al receptor de alta afinidad se le denomina de clase I (FceR-I) y únicamente lo presentan los mastocitos y basófilos; es muy específico de los anticuerpos IgE. Está formado por las cadenas, alfa, beta y gamma que es dimérica (10). La cadena alfa reacciona con la porción Fc de la IgE (Fc*) y la beta está involucrada en los procesos de fosforilación de la tirosina que llevan a la transmisión de la señal y activación celular (9). La activación de los mastocitos y basófilos ocasiona la liberación de sustancias mediadoras, pero también de IL-4 que potenciará los mecanismos atópicos y la implicación de más células (42).
La unión IgE-alergeno no es el único sistema de activación de los FceRI, el fenómeno también se desencadena con anticuerpos anti-IgE o anti-Fc*RI y mediante anticuerpos IgG (18). Es posible que anomalías moleculares del Fc*RI faciliten reacciones atópicas y esta posibilidad ha sido investigada genéticamente (43).
Los Fc*RI están sujetos a un continuo turnover, que se enlentece cuando se unen a moléculas de IgE. Son sensibles la neuraminidasa y probablemente por esta razón los FceRI que no se unen inmediatamente a IgE pierden su estado funcional. En principio la expresión de los Fc*RI parece ser similar en los individuos atópicos y en los no atópicos, siendo la diferente tasa de IgE la que modifica su comporta miento (44). En ratones carentes de IgE no hay receptores, que sin embargo aparecen cuando se les inyecta esta inmunoglobulina, probándose la importancia de la IgE en la regulación de su receptor (45), algo que quizá ocurra también en el hombre. En los monocitos de individuos normales la expresión de Fc*RI es pobre y por el contrario está muy elevada en los atópicos, correlacionándose con las cifras de IgE séricas y sugiriendo que esas células tienen un papel importante en la inflamación mediada por IgE (46).
Parece que la mera expresión del Fc*RI no es el factor que condiciona la alergia, pero un defecto en su transducción o en su turnover podría facilitar la reacción atópica y por ello ha sido motivo de estudio.
Receptor de baja afinidad para IgE (CD23)
El receptor de baja afinidad o de clase II (Fc*RII) tiene una distribución celular mucho más extensa que el FceR-I y sus acciones son más amplias y no se limitan a la reacción con la IgE, aunque permanecen bastante oscuras (47, 48). El Fc*RII ya se había identificado hace más de 20 años en los linfocitos B y luego se le denominó CD23 (10, 49). Esta población linfocitaria, CD23+, aumenta con la edad (50), siendo probable que la molécula CD23 intervenga en la ontogenia de los linfocitos. La IL-4 y la IL-13, citocinas típicamente relacionadas con los linfocitos Th2, son los principales estímulos inductores de la expresión celular de CD23 (51) y más recientemente se comprobó similar acción para la IL-7 que además aumenta la adhesividad (52). La molécula CD23 no tiene las mismas funciones en los linfocitos B y en los eosinófilos y su expresión en ambas células obedece a estímulos diferentes (49), además presenta al menos dos variantes, a y b (53).
Las acciones de la sCD23 están siendo motivo de muchos estudios y revisiones (47). Una particularidad del Fc*RII o CD23 es que fragmentos de la molécula se desprenden de las células activadas apareciendo en el plasma en formas solubles (sCD23) de diferentes tamaños (54). Aunque algunas desaparecen pronto, precisamente estas formas inestables son las que se cree que estimulan la síntesis de IgE (54, 55). Algunos experimentos muestran que la sCD23 favorece la síntesis de anticuerpos IgE, aunque también podría bloquear a estos anticuerpos séricos formando complejos con ellos (56). En ciertos estudios la relación entre sCD23 y los niveles de IgE únicamente se pudo comprobar en los niños menores de dos años, perdiéndose esta correlación a partir de esa edad e indicando que los niños mayores sufren la acción de más diversos factores (57). Por otra parte tampoco se encontró relación las pruebas cutáneas (58). Varios autores encontraron elevaciones séricas de la molécula sCD23 en enfermos atópicos, especialmente en asmáticos, con la particularidad de que esta elevación también ocurrió en asmáticos intrínsecos, con IgE normal (59). Al no estar clara la función del CD23, hasta ahora no fue objetivo de estudios genéticos en los atópicos.
Subpoblaciones linfocitarias Th1/Th2
Se va confirmando que la atopia se debe a una desproporcionada función de una subclase de linfocitos CD4+ (T helper) denominados Th-2 caracterizados por la aumentada síntesis de ciertas citocinas, especialmente IL-4, IL-5 o IL-10 (60, 61). La IL-4 es necesaria para sintetizar IgE, mientras que la IL-5 participa en la activación y mutiplicación de los eosinófilos. La hiper-IgE y la eosinofilia coinciden con frecuencia, pero son dos mecanismos independientes, aunque paralelos. Quizá el exceso de actividad de las células Th-2 se deba a un defecto de las células complementarias, Th-1, formadoras de IL-1 e IL-12 y posteriormente también de IFN* (62). Todo parece indicar que la IL-4 y la IL-12 son las citocinas más importantes y específicas de cada una de las dos subpoblaciones, con la particularidad de presentar acciones recíprocas; en tanto que la IL-4 frena la maduración de las células Th-1, la IL-12 inhibe las Th-2 (63) (Fig. 2).
Fig. 2.--En un microambiente rico en IL-12 e IFN*, las células Th0 evolucionan hacia el subtipo Th1 que segregarán Il-2 e IFN* y facilitarán una reacción de inmunidad celular retardada. En presencia de IL-4 la evolución se hará hacia el subtipo Th2 que liberará especialmente IL-4, IL-5 e IL-10. A través de una íntima relación mediante la interacción CD40-CD40L provocarán la transformación de los linfocitos B en células plasmáticas formadoras de inmunoglobulinas, entre ellas IgE. Esta evolución está favorecida por los mastocidos, que liberan IL-4.
La dicotomía Th1/Th-2 también se aplicó a la inmunidad antiinfecciosa. La IL-12 activa las células K y NK que sintetizan IFN* y es fundamental para la defensa contra gérmenes intracelulares (64), como el Micobacterium tuberculosis (65). Por el contrario, las células Th-2 con la IL-4 e IL-5 participan principalmente en la defensa frente a parásitos y gérmenes extracelulares que precisa la activación de los eosinófilos y la síntesis de anticuerpos (63).
Tanto para las enfermedades alérgicas como para las infecciosas se propuso un paradigma Th-1/Th-2 que llevado a su extremo resulta insostenible (66, 67), porque las acciones de algunas interleuquinas no son exactamente específicas de ninguna de las dos subclases y además algunos receptores celulares son comunes para varias interleuquinas. En algunas enfermedades como la dermatitis atópica, en la fase precoz hay una reacción local de carácter Th-2 que progresivamente se hace Th-1, como también ocurre en períodos de mejoría (68). Según parece la maduración de células Th-0 hacia Th-1 o Th-2 es reversible y la dicotomía Th-1/Th-2 no es absoluta, existiendo células con patrón mixto de secreción de interleuquinas (69).
A pesar de esta relatividad, numerosas publicaciones corroboran el predominio de la función Th-2 sobre la Th-1 en la atopia y además este desequilibrio parece que ya está presente en los primeros meses de vida (70, 71). Quizá el desequilibrio esté condicionado genéticamente, aunque falta la prueba definitiva y estímulos antigénicos intrauterinos y perinatales también pueden influir precozmente. Algunos autores propusieron que el incremento de la atopia observado en los países desarrollados se debe al cambio de las enfermedades infecciosas infantiles ocasionado por las vacunaciones masivas y la disminución de la tuberculosis (72). Esto justificaría también la menor presencia de atopia en familias numerosas con múltiples contagios domésticos (73).
Con posterioridad se comprobó que las células CD8+ (T citotóxicas) también poseen dos subpoblaciones similares a las halladas en las células CD4+ por lo que parece propio hablar también de linfocitos Tc1 y Tc2 (74). Estas células segregan niveles de citoquinas muy inferiores a las células Th-1/Th-2, no obstante se tiene poca información de lo que pudiera ocurrir en el período neonatal y en situaciones patológicas, por lo que la influencia de las células Tc1/Tc2 en la atopia todavía está pendiente de estudio.
Es muy probable que la genética de la atopia deba ser buscada especialmente entre las moléculas que facilitan el predominio de la respuesta Th-2.
Moléculas HLA
Los alergenos son presentados a los linfocitos por unas células, llamadas genéricamente células presentadoras de antígeno (CPA), denominación que incluye monocitos, macrófagos, células dendríticas, células de Langerhans, etc. además, algunos indicios sugieren que también las células epiteliales intestinales puedan ejercer esta función. Los alergenos se presentan unidos a moléculas del sistema HLA colocados en la superficie de las CPA y son recibidos por los receptores específicos de los linfocitos T (TCR), con la particularidad de que las moléculas HLA de clase I (A, B y C) exclusivamente presentan los alergenos a los linfocitos CD8+ (Tc) y las moléculas HLA de clase II (DR, DP o DQ) sólo los harán a los linfocitos CD4+ (Th).
Se pensó que los individuos portadores de ciertos haplotipos HLA-II tendría mayor facilidad para presentar determinados alergenos a células CD4+ de clase Th-2, lo que entrañaría un alto riesgo de sensibilizarse a dichos alergenos. Por este motivo hay muchos estudios genéticos encaminados a buscar frecuencias altas o bajas de haplotipos HLA (75). No obstante parece que los hallazgos son muy locales y restringidos quedando restringidos a ciertas poblaciones y regiones, pero sin ser nunca generalizables.
METODOLOGIA GENERAL DEL ESTUDIO GENÉTICO
Básicamente hay tres métodos para investigar los aspectos genéticos de una enfermedad, como la atopia. Cada uno de ellos presenta ventajas e inconvenientes propios que comentamos a continuación.
Análisis de ligamiento genético
Consiste en determinar si las parejas de hermanos afectos comparten con mayor frecuencia de la esperada por azar una determinada región genética. Asumiendo que por este azar deberían compartir la región paterna, la materna, ambas regiones o ninguna de ellas, un 25% respectivamente. El análisis de ligamiento puede realizarse utilizando marcadores repartidos por todo el genoma o en regiones previamente seleccionadas. Cuando la frecuencia de casos que comparten una región definida por marcadores genéticos está significativamente elevada podemos afirmar que contiene algún gen relacionado con la enfermedad. Cuando utilizamos el análisis de ligamiento sabemos donde está el gen, o genes, aunque no sepamos con exactitud qué genes son (76).
La mayor ventaja que tiene esta técnica genética es que no se necesita previamente más información clínica que la definición del fenotipo a estudiar. El principal inconveniente resulta de la dificultad para lograr un tamaño muestral suficiente, porque se precisan familias que contengan al menos dos hermanos afectos (77).
Análisis del desequilibrio de ligamiento
En este método se determina la frecuencia de los alelos de los distintos marcadores en individuos afectos y en no afectos. Podemos deducir que la región en la que se encuentra el marcado contiene elementos genéticos implicados en la atopia cuando la distribución de los alelos se diferencia significativamente en ambos grupos. Este fenómeno se deriva de que la aparición de una mutación es un acontecimiento único, que se produce en un determinado cromosoma. Durante generaciones dicho alelo será más frecuente en los afectos que en el resto de la población y a esta situación se la llama "desequilibrio de ligamiento" (78).
La frecuencia relativa dependerá del número de generaciones transcurridas desde que se produjo la mutación y de la frecuencia de recombinación (distancia genética) entre ésta y el marcador (79). Una variante de este estudio, el "Test de Desequilibrio de Transmisión", permite trabajar sin poblaciones control, precisando por el contrario disponer de los padres del niño afecto (80). Este test exige menor número de muestras que el análisis del desequilibrio de ligamiento, en contrapartida la información que ofrece es menos directa, hasta el punto que el no obtener información para una determinada región no excluye su implicación en el fenotipo estudiado.
Estudio de variantes alélicas en genes candidatos
En este método se estudia la secuencia de determinados genes comparando los hallazgos entre afectos y controles. Estarán potencialmente implicados aquellos alelos que sean más frecuentes en los enfermos. Al interpretar los resultados con frecuencia es difícil de decidir si un alelo está directamente implicado en el condicionamiento de la enfermedad o si por el contrario se encuentra simplemente en desequilibrio de ligamiento con la causa real. El modo de definir cuáles son los genes candidatos puede ser diferente según los casos.
Tanto el análisis como el desequilibrio de ligamiento permiten definir regiones implicadas. En principio los genes contenidos en ellas serían genes candidatos. Asimismo, podemos suponer como genes candidatos aquellos que codifican moléculas implicadas en la patogenia de la atopia.
Definición del fenotipo
Una de las mayores dificultades que entrañan los estudios genéticos, familiares o individuales, es la exacta definición del fenotipo, o sea fijar los criterios para incluir a los individuos en el grupo de los afectos o de los controles. Esta dificultad es precisamente muy grande en los estudios de la atopia y el asma, sin embargo de la exacta definición de los fenotipos y subfenotipos depende que los resultados sean valorables (81).
El asma es un diagnóstico clínico y por ello subjetivo, no existiendo ningún marcador objetivo que permita la inclusión definitiva. Por otra parte es una enfermedad desencadenada por factores ambientales, que pueden concurrir con mayor o menor intensidad, en un momento determinado o años más tarde. Algunos autores requieren un número mínimo de tres crisis para considerar asmático al paciente, pero también es otro criterio aleatorio. El mecanismo atópico del asma quizá sea el mejor conocido, pero hay formas de asma no atópico, algunas con una patogenia especialmente oscura como es el asma intrínseco. Estas dificultades de clasificación se acrecientan en niños pequeños y lactantes, donde las infecciones bronquiales juegan un papel también complejo.
Ante la dificultad para definir el fenotipo "asmático" algunos autores prefirieron estudiar la genética de marcadores indirectos, como es la hiperreactividad bronquial (HRB), pero aunque existe relación entre asma e HRB, su coincidencia no es completa, abundando los individuos hiperreactivos que nunca llegan a tener crisis de asma (82). Problemas parecidos surgen al intentar definir la atopia. Algunos de los primitivos trabajos se referían a personas con hiper-IgE, pero la herencia de este componente parece tener poca relevancia sobre el asma (2). Otros autores incluyen a los individuos con pruebas cutáneas positivas (PRICK) o con anticuerpos séricos de clase IgE (RAST). También en el caso de la atopia puede suceder que un individuo sensibilizado nunca llegue a tener síntomas. Además, ignoramos si desde el punto de vista genético son exactamente equiparables los individuos atópicos, pero con sintomatología o con sensibilizaciones diferentes, p. ej. un polínico y un alérgico a la leche.
Finalmente, la HRB, como la IgE sérica, son variables cuantitativas continuas, no cualitativas, por lo que separar a los individuos en afectos y no afectos siempre constituye una excesiva simplificación (83).
Manejo estadístico
Hay una creciente evidencia sobre la regulación oligogénica, pero no monogénica, del asma y de la atopia (2). Las primeras hipótesis defendiendo una herencia monogénica, autosómica o recesiva, cada vez son menos consistentes (84, 85). A esta situación se debe añadir la influencia de los factores ambientales sobre la expresión genética, que se van modificando con la edad (86). A la variabilidad propia de los resultados tenemos que añadir la proporcionada por factores raciales, geográficos o culturales. Por todas estas circunstancias el tratamiento estadístico de los resultados es muy delicado y precisa una técnica compleja (87) y los autores llegan a aplicar hasta tres modelos estadísticos diferentes para sacar conclusiones de sus resultados (88). La complejidad de los datos genéticos ha sido remarcada por algunos autores señalando que el estudio del genoma humano facilita la aparición de nuevas ideas biológicas, así la teoría de la complejidad, la de la selección natural y la del reduccionismo se están integrando en una sola (87).
GENES Y REGIONES CROMOSOMICAS CANDIDATAS
Los investigadores han enfocado sus estudios genéticos con preferencia sobre ciertas regiones cromosómicas que consideran más probable que estén involucradas en la producción del asma. A estas regiones se denomina habitualmente "regiones candidatas" y esencialmente son las enunciadas a continuación.
Cromosoma 5
El estudio del brazo largo del cromosoma 5 levantó gran interés, porque contiene muchos genes relacionados con la respuesta inmunitaria en general, y con la atopia en particular. Allí hay genes relacionados con la IL-3, IL-4, IL-5, IL-9, IL-12 e IL-13; además están los genes de los receptores beta-1 y beta-2 adrenérgicos; factores estimuladores de colonias (GM-CSF y CSF-1R) y otros como el receptor de endotoxinas (CD14) el factor liberador de interferón (IRF1) (9, 89). De todos ellos parece que el estudio del gen de la IL-4 y de los receptores beta adrenérgicos despertaron mayor curiosidad (Fig. 3).
Fig. 3.--Esquema del cromosoma 5 (A); genes de interés alergológico incluidos en el llamado "cluster de la IL-4" (C); principales marcadores genéticos usados para estudiar esa zona (C). (IRF1: factor liberador de interferón 1; GM-CSF: factor estimulador de colonias de granulocitos y macrófagos; FGF-A: factor ácido de crecimiento de fibroblastos; ADRB: receptor beta adrenérgico 1 y 2; CSF-1R: factor estimulador de colonias. Marcados en negro los genes presuntamente asociados a la atopia) (de Wilkinson y Holgate 9).
Citocinas
Estudios realizados en población amish de Pensilvania que es muy endogámica (87) y en familias holandesas (85) concluyeron que la IgE total elevada, la hiperreactividad bronquial y el asma, se asociaban con marcadores localizados alrededor del cluster de genes de la IL-4 y del gen del receptor beta 2 adrenérgico (lod score: 3-5). Sin embargo, otros investigadores no corroboraron estos hallazgos, al menos en un estudio limitado a sólo 4 familias con atopia, aunque muy numerosas, incluyendo entre 15 y 41 individuos (90). Utilizando una metodología mucho más dirigida, Rosenwasser et al. (91) investigaron polimorfismos en la región promotora de los genes de la IL-4 y de la IL-10, insistiendo repetidamente en el interés que tiene el estudio de esta región genética (92, 93).
Los iniciales hallazgos en los genes relacionados con la IL-4 fueron esperanzadores pero son bastantes los autores que consideran improbable que variaciones alélicas de la región 5q31 contribuyan a la herencia de niveles altos de IgE o de asma, al menos en la población que ellos atienden (94).
Receptor beta adrenérgico
Hay algún estudio prometedor sobre las modificaciones de la secuencia del receptor beta 2 adrenérgico en enfermos asmáticos y atópicos. Se comunicó la asociación de su alelo Arg16 con el asma nocturna (95); del alelo Glu27 con la hiperreactividad bronquial; y estudios funcionales indican que una sustitución en la Gly16 altera la actividad del receptor ante los estímulos (96). Administrando agonistas beta 2 adrenérgicos a pacientes asmáticos, se encontraron rápidas pérdidas de las respuestas broncodilatadoras en homocigotos Gly16 y un menor o insignificante efecto en homocigotos Arg16 (97). La variante Arg16 y la respuesta a fármacos broncodilatadores también se asoció fuertemente (63%) a niños asmáticos (98). El ligamiento hallado entre la variante Glu27 del receptor beta 2 adrenérgico y tasas séricas altas de IgE podría explicarse por un desequilibrio de ligamiento, pero también por un fallo funcional de los receptores beta adrenérgicos sobre la regulación de la IgE o por un error técnico (96), por consiguiente son resultados pendientes de una definitiva valoración.
Cromosoma 6
En el cromosoma 6 está situado el cluster del HLA que es una de las regiones más estudiadas en relación a la genética de la atopia y este tema ha sido motivo de numerosas revisiones (3, 6, 91, 99). La mayoría de las investigaciones se orientó hacia la búsqueda de asociación entre atopia o asma y algún determinado alelo. En un sentido contrario, los alelos que aparecen con más frecuencia en controles que en atópicos reciben la consideración de "genes protectores".
Estudios de alelos
En enfermos alérgicos se halló una frecuencia incrementada (39%) de los alelos DR3 y DR7, frente a la presentada por los controles (5%) sospechándose que el hallazgo está más relacionado con la atopia en general, que con la respuesta contra un determinado alergeno o con el asma (100). Se comunicaron diferentes asociaciones como el asma ocupacional y HLA-DQB1*0503 (101). Además se afirmó que el DQA1*0103 y DQB1*0502 serían protectores de la atopia (100), pero curiosamente otros autores encontraron alelos protectores diferentes (102). En nuestros enfermos hallamos asociación con la atopia en el alelo DQA1*0201 y papel protector en el DQA1*0301 (103). Puede que las divergencias publicadas sean debidas a diferencias técnicas o a variaciones regionales o poblacionales. La participación del sistema HLA y del HLA-DQA1 en la susceptibilidad de la atopia es muy debatida y ha sido revisada (98).
El alelo DQA1*0301 se halló aumentado en individuos sensibilizados al alergeno Der f (104), pero los estudios en pares de hermanos no fueron significativos y quedaron en duda las anteriores comunicaciones que afirmaban una relación de los haplotipos DRB1*04 y 07 con la sensibilización a ácaros, al menos en la población británica (104).
Autores japoneses identificaron varios epítopos en un antígeno de Dermatofagoides pteronyssinus (Der p II) que están restringidos a ser presentados por moléculas HLA DRB1*1502 y B1*0405, ambos alelos típicos de la población japonesa, sin embargo sólo en los que además de tener estos alotipos eran atópicos mostraban respuesta tipo Th2 (105). Se cree que aunque los alergenos sean reconocidos y presentados de forma específica por ciertas moléculas HLA, para que haya alergia deben concurrir factores adicionales desconocidos que causan la específica presentación a células Th2 (105). En la tabla I se recogen algunas asociaciones publicadas.
| Tabla I | |
| Algunas asociaciones entre sensibilizaciones a alergenos bien caracterizados y alelos HLA obtenidos en diferentes poblaciones (De Rihs et al. (6)) | |
| Alergeno | Alelo |
| Polen de Ambrosía | |
| Amb a V | DRB1*1500 |
| Amb a VI | DRB1*1100/1200 |
| Amb t V | DRB1*1500 |
| Polen de gramíneas | |
| Lol p I | DRB1*0300 |
| Lol p II | DRB1*0300 |
| Lol p III | DRB1*0300 |
| Polen de árboles | |
| Bet v I | DRB3*0100/0300 |
| Cry j I | DRB1*1101/1104 |
| Hongos | |
| Alt a I | DRB1*1400 |
| DRB1*0400 | |
| Artópodos | |
| Chi t I | DRB1*0101 |
| DQB1*0501 | |
| DQA1*0501 | |
| Der p I | DRB1*0400 |
En Barcelona ocurrieron varios brotes epidémicos de asma por la inhalación de polvo de soja coincidiendo con la descarga en su puerto marítimo. El riesgo de asma se relacionó con el gen DRB1*13 y determinados alelos sólo fueron hallados en los casos epidémicos y no en el resto de los asmáticos. Por el contrario no se relacionó con el gen DQB1 (106). Muy probablemente una predisposición genética contribuyó a la respuesta de los pacientes asmáticos expuestos al polvo de soja.
La alergia al polen de olivo se asoció a individuos que poseen el antígeno HLA-DR7 DQ2 y según parece las moléculas DR7-DQ2 están implicadas en el reconocimiento del polen de olivo y en la presentación a los linfocitos (107). HLA-DQ2, la sensibilización a ácaros o al alergeno Amb aV del polen de ambrosía y HLA-DQB1*0101, sin embargo también hay estudios bien documentados en los que se concluye la ausencia de asociación entre genes HLA y alergia a polvo doméstico (101).
Estudios de polimorfismos
Los estudios de polimorfismos genéticos en el cromosoma 6 son menos frecuentes que los encaminados a valorar frecuencias de alelos. No obstante en un estudio con población italiana no se encontró asociación de la atopia con ningún polimorfismo situado en los genes DR-beta, DQ-alfa y DQ-beta (108).
Otros genes
Además de los genes HLA también se estudió algún otro gen del cromosoma 6, aunque son estudios mucho más aislados. Una mutación del gen del receptor 1 del IFN* situado en el cromosoma 6q reveló una susceptibilidad incrementada a las infecciones causadas por microbacterias, indicando la importancia de la respuesta tipo Th1 en la defensa frente a estos gérmenes (109, 110), pero este fallo no parece implicarse directamente con el desarrollo de atopia. Algunos grupos publicaron asociaciones con variaciones funcionales del TNFa, cuyo gen está incluido dentro del cluster del sistema HLA. El polimorfismo denominado LTalfaN-coI mostró asociación entre variantes de la cadena alfa del receptor de las células T (TCRa) y la respuesta del alergeno Der P2 del ácaro del polvo doméstico (111).
Cromosoma 11
Cookson et al (112) hallaron relación entre el asma, los anticuerpos IgE y la rinitis y un gen situado en el cromosoma 11, insistiendo en su anterior hipótesis de un patrón de herencia autosómica dominante para la atopia (113). Más adelante los mismos autores identificaron un marcador genético (D11S97) en la región 11q13 que presentaba un fuerte ligamiento con la atopia, y que era llamativamente más intenso cuando se heredaba por rama materna (114). El hallazgo en D11S97 fue parcialmente confirmado en una población japonesa, no obstante los autores no están de acuerdo en considerar la atopia como un proceso autosómico dominante (115).
Los iniciales estudios de ligamiento del grupo de Oxford prosiguieron sobre el gen codificante de la cadena beta del receptor de alta afinidad para la IgE (Fce-RI) que estaba muy cerca y también en la región 11q13, específicamente en el exon 6 (116). Sin embargo, muchos autores no comprobaron los cambios de nucleótidos (Leu 181/183) descritos en el exon 6 del Fc*-RI (117, 118).
Las investigaciones en el exon 6 quedaron suspendidas y se recomendó dirigirlas hacia el exon 7 (117). Se describió una sustitución genética (E237G) en el 3,5-5% de las poblaciones australianas, japonesas e inglesas que se ligaba al asma y a la hiperreactividad bronquial, aunque no se aclaró si la sustitución constituía una mutación causal del asma o si estaba en desequilibrio de ligamiento con otra mutación determinante, pero todavía sin descubrir. Aunque algunos autores habían comunicado la asociación del asma y la atopia con un polimorfismo situado en el intron 2 del gen Fc*RIb en un estudio hecho en nuestro laboratorio no pudimos confirmar este hallazgo en nuestra población (119). Realmente no pudimos confirmar asociación con ninguno de los marcadores que habían sido propuestos en este gen (RsaI, en el intron 2; Leu 181/183 en el exon 6 y E237G, en el exon 7), por lo que nos unimos a los autores que recomiendan dirigir las investigaciones hacia otras regiones cromosómicas (Figs. 4 y 5).
Fig. 4.--Detalle de la región del cromosoma 11 donde se sitúa el gen del receptor I para la IgE, que está formado por 7 exones. En la parte inferior se señalan los principales marcadores genéticos de la zona.
Fig. 5.--Secuencia de las cadenas que forman el receptor I de la IgE (Fc*RI) mostrando la situación del aminoácido 181 cuya sustitución por una leucina podría facilitar la atopia según algunos autores (de Wilkinson y Holgate 9).
Cromosoma 12
El cromosoma 12 también es motivo de interés porque su brazo largo contiene los genes codificadores del IFN*, junto con los del factor de crecimiento similar a la insulina (IGF1) y de la forma constitutiva de la sintetasa del óxido nítrico (NOS1). El estudio de este cromosoma se ha recomendado por algunos autores, al menos en la población británica (117).
Una muestra de la isla Barbados mostró un fuerte ligamiento para dos grupos de marcadores cercanos al gen del IFN*; la investigación se repitió en 12 familias amish, y confirmada en tres de los cuatro centros que participaron en el Estudio Colaborativo Americano sobre la Genética del Asma (CSGA) (87). También fue prometedor el hallazgo en 60 familias de ligamiento del asma y de la atopia con marcadores situados en una zona distal de la región 12q, que comprende unos 12cM entre los marcadores D12S366 y D12S377 (9). El ligamento más fuerte se vio con el marcador D12S97, que es más telomérico que el gen IFN*. El ligamiento de la atopia a este marcador también fue comprobado en otra muestra de 131 familias (4).
Contrariamente a estos resultados positivos, Hayden et al (120), estudiando 265 pacientes venezolanos y australianos, no hallaron polimorfismos en los cuatro exones del propio gen del IFN* y en las regiones que los flanquean. Por el contrario, afirma que se trata de una región extraordinariamente conservada y que muestra muy poca variabilidad (120).
Cromosoma 7 y 14
En el cromosoma 14 se localiza el gen codificante de la cadena alfa del receptor de las células T (TCR) y de la cadena delta, mientras que los genes de las cadenas gamma y beta están en 7p y 7q, respectivamente (121).
Las personas atópicas reaccionan frente alergenos peculiares e inhabituales. La regulación genética de la respuesta IgE frente a un alergeno específico quizá sea diferente de la regulación de la síntesis global de IgE. La producción de anticuerpos IgE específicos pudiera depender de variantes de la molécula HLA, presentadora del alergeno, o del receptor de las células T (TCR) que recibirá la información, pues estas moléculas son centrales en el manejo y reconocimiento antigénico. Sus cadenas alfa y beta están codificadas por genes situados en diferentes cromosomas, 14 y 7 (120).
Se comunicaron asociaciones entre sensibilización a determinantes alergénicos muy purificados y microsatélites del gen de la cadena alfa del TCR, en el cromosoma 14. Al menos se realizaron dos estudios familiares independientes, uno británico y otro australiano (9). Un ligamiento significativo a microsatélites de TCR-alfa se observó en parejas de hermanos británicos sensibilizados a ácaros (p = 0,0001) (111). En los sujetos australianos existió un proceso compartido de alelos en hermanos sensibilizados al polen (p = 0,004). Parece que un gen en la región TCR-alfa pudiera modificar la respuesta IgE específica (9). Por el contrario no aparecen indicios de ligamento entre los procesos alérgicos y la cadena beta del TCR. Hasta ahora el papel que pueda tener el TCR en la atopia no está suficientemente claro y mucho menos en su influencia genética.
Cromosoma 16
En el cromosoma 16 se codifica la molécula alfa del receptor de la interleukina-4 (IL-4R). Investigadores de St. Louis publicaron recientemente la existencia de una mutación en esta cadena que le hace hipersensible a su ligando natural, la IL-4 (122). Esta alteración (R576) consiste en la sustitución de una glutamina por una arginina en la posición 576 que los autores encontraron con mayor frecuencia entre los enfermos alérgicos que en los controles (Fig. 6).
Fig. 6.--Localización de regiones cromosómicas donde se codifican moléculas de posible interés en la atopia. Cromosoma 1: molécula CD30 (1) y cadenas alfa y gamma del receptor de alta afinidad para IgE (Fc*RI). Cromosoma 5: cluster de IL-4 (1) y receptores de beta-adrenérgicos (2). Cromosoma 6: complejo HLA (1) y receptor de IFN* (2). Cromosoma 7: cadenas gamma (1) y beta del TCR. Cromosoma 11: cadena beta del Fc*RI (1). Cromosoma 12: IFN* (1). Cromosoma 14: cadenas alfa y delta del TCR (1). Cromosoma 16: receptor de IL-4 (1). Cromosoma 19: CD23 o Fc*RII (1).
Hallazgos genéticos en Tristan da Cunha
La isla del Tristan da Cunha está situada en el Océano Atlántico, entre África y Brasil. Su escasa población es extraordinariamente consanguínea y se calcula que el 97% procede 15 primitivos colonos. Por otra parte más del 52% de los habitantes son asmáticos. Un grupo de investigadores canadienses hicieron un estudio genético en esta isla y comunicaron a la prensa general el hallazgo del gen regulador del asma. Sin embargo los datos concretos no se publicaron en revistas científicas, donde sólo aparecieron algunas cuestiones generales (123, 124). Hay gran curiosidad en la comunidad científica por conocer estos datos, aunque algunos ya avanzaron que suponiendo que el hallazgo sea sólido, lo que los descubridores aportarán es el gen del asma en Tristan da Cunha, que probablemente no coincida con los genes determinantes del asma en otras poblaciones.
CONSIDERACIONES FINALES
La atopia es una alteración que ocurre a consecuencia de factores hereditarios que permanecieron siempre muy oscuros. Ahora parece lógico intentar aclararlos aprovechando el gran desarrollo de la tecnología genética. Sin embargo no se debe olvidar el peso importante que tienen los factores ambientales y que se ponen de manifiesto por el imparable aumento de las enfermedades atópicas observado en los países industrializados y que pudiera estar ligado a nuevos hábitos de vida.
Llegar a entender la genética de la atopia será un logro científico muy satisfactorio, pero que sólo tendría utilidad si paralelamente se aclaran los factores desencadenantes, puesto que la identificación genética de los atópicos carecería de utilidad mientras no se pueda ejercer una acción profiláctica sobre ellos.
Las dificultades de la investigación genética de la atopia son grandes, superando los meros límites de la técnica. Varias cuestiones previas deberían ser solucionadas. La primera y elemental es que a pesar de convivir continuamente con las enfermedades atópicas siguen siendo muy desconocidas y ello se pone de manifiesto cuando los genetistas reclaman algún fenotipo concreto y objetivo. La conclusión es que no existe y sin embargo es un asunto fundamental y si cabe aún más importante en Pediatría, donde el niño no atópico o no asmático, todavía puede llegar a serlo años más adelante.
En segundo lugar está el problema de la patogenia inmunológica. Si hace unos años se orientaba exclusivamente a las tasas séricas de IgE, en la actualidad alcanza una complejidad muy grande. De forma más o menos directa son numerosas las células, las citocinas, los receptores y los mensajeros intracelulares que pudiera facilitar una reacción atópica. Se habla de "genes candidatos" pero antes deberíamos aclarar los "factores inmunitarios candidatos", y a continuación buscarles sus anomalías genéticas.
Los problemas genéticos de carácter técnico tampoco resultan fáciles de superar. Un mapeo superficial podría orientar hacia regiones cromosómicas con marcadores asociados a atopia o asma, pero luego habría que completar el estudio con una identificación fina detallada y lenta que exigiría la colaboración de multitud de grupos de investigación. Buscar directamente genes, guiados por el azar o la corazonada, como se hizo frecuentemente en el pasado, son pautas condenadas al fracaso.
Finalmente, todo hace pensar que las variaciones raciales, incluso quizá familiares, son importantes y los hallazgos genéticos que se vayan consiguiendo deberán ser corroborados en poblaciones distintas aumentando así las necesidades de grupos de trabajo colaborativos repartidos por todos los continentes.
SUMMARY
Atopy is triggered by allergens and enhanced by environmental factors, but it has a clear genetic basis, as it is confirmed by the high incidence in siblings and twins. In the last few years, many authors have published genetic studies on asthmatic and atopic patients, generally with very controversial results. In the present article, IgE regulation and other immunological mechanisms which are assumed to be involved in the atopic reaction are reviewed. In the second part, the coding genes of factors, cytokines and receptors that take part in the atopy are commented, as well as review of the recent articles published about genetic markers or polymorphisms associated to these genes. The unveilling of the genetic background of atopy and asthma is a very difficult task, and it will need the definition of a specific atopic phenotype and a clear knowledge of the immunologic basis of atopy. Finally, due to racial and geographical variations a wide collaborative study of many research groups distributed all over the world will be needed.
Key words: Genetics. Chromosome. Atopy. Asthma. IgE. Cytokine.
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| Correspondencia: Prof. Alfredo Blanco Quirós Facultad de Medina. Área de Pediatría C/. Ramón y Cajal, 5 47005 Valladolid. España |
