Se han descrito cuatro eventos o fases principales durante una respuesta inmunológica, los cuales están íntegramente relacionados a la eventual generación de células T de memoria: fase de iniciación, fase de expansión clonal, fase de contracción y finalmente, la generación de células T de memoria. Siguiendo un encuentro con un antígeno extraño presentado por células especializadas, tales como las células dendríticas (CD), las células T proliferan y se diferencian en células efectoras y memoria (28). Con respecto a las células T CD8, las células T efectoras se convierten en citolíticas y producen ciertas citocinas, en particular IFN-γ, mientras que las células T CD4 producen citocinas (Th1 y Th2) que pueden mediar efectos directos sobre las células dianas o asistir en la activación de otros mecanismos efectores del sistema inmunológico (29, 30). Seguidamente a la activación, se presenta una fase de eliminación de una gran mayoría de células T específicas, activadas mediante el proceso de la apoptosis, debido a la privación de factores de supervivencia y a la presencia o ausencia de citocinas como producto de la desaparición del estímulo antigénico (31), pero una fracción sobrevive como células de memoria (32-34). Se han propuesto dos mecanismos responsables de la fase de eliminación de una respuesta inmune. La primera consiste en una muerte celular inducida por la activación (AICD, en inglés), la cual depende de la expresión de Fas y Fas ligando, así como de la producción de IL-2 (35, 36) y ocurre en las primeras fases después de la expansión, cuando la concentración de antígenos todavía es alta. Este mecanismo no es inhibido por una sobreexpresión de los factores anti-apoptóticos Bcl-2 y Bcl-x (37). El segundo mecanismo es pasivo, debido a la disminución de IL-2 cuando el estímulo antigénico se está eliminando. Al contrario de la AICD, la muerte pasiva puede ser prevenida por la sobreexpresión de Bcl-2 y Bcl-x (37, 38). Las células sobrevivientes son células de memoria, las cuales son capaces de producir una respuesta más rápida al reencuentro del mismo antígeno, activando a células T CD8 u otra célula del sistema inmunológico, dependiendo del contexto en que se activa este sistema. Si embargo, es importante destacar que repetidos contactos con una persistente fuente de antígenos conduce a una rápida expansión seguida por una fase apoptótica por AICD, lo cual no favorece el desarrollo de memoria (39-42).

Fase de iniciación | Fase de expansión clonal | Fase de contracción celular | Mantenimiento de las células T de memoria

a) Fase de iniciación
Se han obtenido evidencias que tres citocinas, (IL-2, IL-7 e IL-15), poseen un papel crucial para la generación y mantenimiento de las células T de memoria, especialmente en las células T CD8 (Figura 1). Aunque sus funciones pueden estar solapadas en algunos casos, sus actividades sobre las células T pueden ocurrir simultáneamente o en diferentes puntos temporales durante una respuesta inmunológica. La mediación de funciones comunes de estas citocinas es debido, en parte, a que comparten subunidades del receptor de citocinas y las vías de señalización (Figura 2). Una cadena β común está presente tanto en el receptor de IL-2 (IL-2R) como en el receptor de la IL-15 (IL-15R), el cual señaliza a través de la JAK 1 (Janus kinasa 1, en inglés). Los tres receptores usan la γc, la cual señaliza a través de JAK 3 (43). Se piensa que la cadena IL-15Rα tiene habilidades de señalización, posiblemente a través de una región que enlaza al TRAF2 (tumour-necrosis factor receptor-associated factor 2) (44), aunque esta posibilidad no ha sido explorada en detalle. Un hecho importante consiste en que parte de la regulación de los efectos temporales de estas citocinas, se debe a la regulación diferencial de la expresión de los receptores de las mismas, tal como se observa en la Figura 3. Por ejemplo, las células T vírgenes expresan IL-7Rα, IL-15Rα, IL-2β (CD122) y γc, pero no expresan IL-2R (CD25) (Figura 3). Este patrón de la expresión de receptores tiene consecuencias funcionales. El IL-7Rα es requerido para la supervivencia de las células T vírgenes, pero no es conocido si la IL-15 participa en este proceso. Sin embargo, ratones deficientes de IL-15Rα e IL-15 contienen la mitad del número normal de células T CD8 vírgenes (45, 46), lo cual indica que esta citocina es esencial para la producción o supervivencia de las células T CD8 vírgenes. La expresión de la IL-7R e IL-15R sobre las células T vírgenes provee una oportunidad para que sus citocinas correspondientes puedan participar en las fases iniciales de la activación de la respuesta inmune. Esta activación celular requiere de antígeno, sin embargo, dependiendo del contexto en que es identificado el antígeno, determinará el resultado final la respuesta. Este contexto puede estar alterado por componentes de la respuesta innata y/o por adyuvantes. Un ejemplo de esto es la unión de receptores Toll-like (TLRs) y la inducción de la expresión de IFN-α/β y de otras citocinas, quienes pueden activar las principales células presentadoras de antígeno, las CD (46, 47).

Se ha descrito que la producción de la γc de la IL-15 por las CD es activada por las citocinas IFN-α/β (48) y estas CD activadas expresan ARNm para IL-2 (49). Además, se conoce por pruebas in vitro que la IL-15 es esencial para la activación óptima de las CD (50). De este modo, una vía autocrina de la producción de IL-15 e IL-15R, actuando sobre las CD, puede optimizar la activación de la célula T (Figura 1). Acoplados estos hechos con la demostración de que, la señalización del TLRs es requerida para iniciar una respuesta de las células T (46), indican que la producción de citocinas inducida por TLRs podría ser uno de los eventos tempranos que son esenciales para la iniciación e integración de la respuesta inmune. De esta manera, las citocinas controlan la generación de células T de memoria desde el inicio.

Queda por establecer si las IL-15 e IL-2 producidas por las CD actúan directamente sobre las células T.

b) Fase de expansión clonal
Existe un punto controversial referente a la generación de células de memoria durante la expansión clonal, del cual se han planteado dos hipótesis: a) las células T CD8, son inducidas a dividirse, y progresivamente diferenciarse, en células citotóxicas efectoras (CTLs, lymphocyte T cytotoxic, en inglés) y en células de memoria después de cada encuentro con el antígeno. En base a este modelo, la división y diferenciación de las células T CD8 activadas, son dependientes de una continua estimulación antigénica y las células pudieran parar al momento de haber sido removido el antígeno. Si el número de células presentadoras de antígenos está limitado, y las células son de corta vida, entonces las células T CD8 no pueden dividirse el número de veces necesario para estimular los cambios fenotípicos y pueden residir en estados parcialmente diferenciados (51); b). Alternativamente, puede ser que las células T CD8 están programadas desde su origen para proliferar y diferenciarse en células efectoras CTLs y de memoria cuando se encuentren con el antígeno. Este programa se inicia por la activación de las células T CD8 parental, las cuales instruyen a las células hijas para dividirse y diferenciarse en las dos subpoblaciones celulares sin necesidad de la presencia de una fuerte estimulación antigénica. Este modelo predice que si el antígeno no es abundante (por ejemplo, durante ciertas infecciones), entonces las células T CD8, que devienen activadas, son aún capaces de diferenciarse en células de memoria. Con la aplicación de la técnica de tetrámeros del complejo mayor de histocompatibilidad (CMH), se han podido obtener nuevas oportunidades para estudiar la expansión de las células T específicas al antígeno durante una respuesta inmune ante una infección (52). Una sorpresiva característica de esta respuesta es la sincronía de las poblaciones de células T específicas para el antígeno que difieren en cantidad y estabilidad, sugiriendo que otros factores, más que la persistencia del antígeno, determinan la duración de la expansión de las células T (53). Esta noción fue soportada por tres subsecuentes trabajos que demuestran, que las células T CD8, requieren solamente de una breve estimulación para activar un programa de una proliferación prolongada en la ausencia de una fuerte exposición al antígeno (54-56). Estos estudios sugieren que el encuentro inicial de las células T vírgenes con el antígeno, tiene profundas implicaciones para la duración y la extensión de la proliferación y diferenciación.

En el caso de las células T CD4, su respuesta es más heterogénea (57, 58), donde los mecanismos que ocasionan estas diferencias son desconocidos pero pueden estar relacionados con requerimientos diferenciales para citocinas particulares. Por ejemplo, se ha demostrado que la diferenciación a células T CD4 de memoria, no requiere que las células vírgenes pasen por un estado efector intermedio (59, 60), mientras que las células T CD8 vírgenes, transitan a través de un estado efector antes de la diferenciación a una célula T de memoria (8, 55, 56, 61).

La expansión de las células T durante una infección, resulta de un predominio de la proliferación con respeto a la muerte celular. En el pico de la fase de expansión, ambos procesos están balanceados y a partir de este momento, comienza a predominar la muerte celular donde se inicia la fase de contracción. Las proteínas pro y anti-apoptóticas están jugando un papel importante en estos cambios de la tasa de apoptosis. Se conoce que en las células vírgenes, los niveles de Bcl-2 son relativamente altos, pero comienzan a disminuir en las células efectoras cuando ellas sufren la expansión/contracción entre 8 a 20 días después de una infección (62).

Por otra parte, las evidencias indican que la extensión de la expansión clonal primaria de las células T está correlacionada con el nivel de memoria generada, por lo que factores que participen en esta expansión estarían involucrados en la generación de las células de memoria.

Durante la expansión clonal, la expresión de IL-2R es rápidamente aumentada, pero de forma transitoria (63, 64), mientras que la expresión incrementada de IL-15R se mantiene (65) (Figura 3). Numerosas citocinas, tales como IL-2, IL-4, IL-7 e IL-15, pueden afectar la proliferación y supervivencia de las células T. Existen evidencias de que la IL-2 autocrina controla la magnitud de la respuesta de las células T CD8 en tejidos no linfoides mediante efectos combinados sobre el crecimiento celular y sobre la apoptosis, pero no es esencial para el crecimiento de las células T CD8 (66). En el caso de las células T CD4, se conoce mediante experimentos in vivo, que la IL-2 puede controlar su expansión, a través de la inducción de apoptosis (67); asimismo se ha observado que la IL-2 es requerida para la expansión in vitro de las células T CD4, pero aún no se ha demostrado este efecto in vivo (67-69). Por otra parte, se ha demostrado que la IL-7 es indispensable para la expansión homeostática de células T CD4 y CD8 vírgenes, pero no se requiere para la expansión de células T CD8 antiviral (65, 70). Finalmente, la IL-15 es capaz de inducir in vitro la proliferación de células T, mediada por el receptor de la célula T (TCR) (71), contribuyendo así, a la amplitud del pico de la expansión clonal. Se ha descrito una disminución del 50% de células T CD8 especifica al VSV (Vesicular Stomatitis Virus) en ratones deficientes de IL-15 (72), indicando la importancia de esta citocina sobre la generación de células T CD8 de memoria.

c) Fase de contracción celular
En el momento que comienza a activarse una respuesta inmune por la presencia de un antígeno, las células efectoras producidas comienzan a sufrir de apoptosis, ocasionando un retorno del equilibrio de las poblaciones celulares que habían proliferado inicialmente. Sin embargo, hay un pequeño número de estas células que escapan de la muerte y devienen en células de memoria. Se conoce que la programación de la apoptosis se inicia desde el mismo momento de la activación de la respuesta, la cual es independiente de la magnitud de la misma y de la presencia del antígeno (73). Esto indica que la contracción es un fenómeno pasivo, aunque el IFN-γ y la IL-2, pueden estar jugando un papel importante sobre la misma (36, 74, 75).

En el caso de las citocinas IL-7 e IL-15, se ha observado que son necesarias durante o antes de la fase de contracción para la estimulación de la producción de las células memoria (65, 72). Por ejemplo, se ha observado que en ratones deficientes de IL-15 e IL-15R, comienza a evidenciarse, al principio de la fase de contracción, un déficit importante de células T CD8 específicas al antígeno, sin tener en cuenta, si hay un defecto en el pico de la respuesta (72, 76). En caso contrario, en ratones transgénicos a la expresión de IL-15, al ser infectados con Listeria monocytogenes, se produce una fase de contracción mucho más prolongada en el tiempo y una mayor cantidad de células de memoria (77). Según estos últimos resultados, los autores proponen que puede ser por un efecto positivo en la proliferación celular por parte de la IL-15 y/o por un aumento de Bcl-2 y Bcl-X. Por otra parte, existen diversos trabajos que demuestran el papel que está jugando la IL-7, especialmente para la homeostasis de las células T CD8. A pesar que el uso de ratones deficientes en IL-7 y/o IL-7R les ocasiona una inmunodeficiencia severa, lo cual hace difícil estudiar si los niveles de IL-7 están aumentados en una respuesta inmunológica, se han podido obtener algunos resultados interesantes. Por ejemplo, en reciente estudio usando ratones knock-out para IL-7 e IL-7R, se demostró que esta citocina es importante para la proliferación homeostática, tanto de células vírgenes como de memoria (65). Interesantemente, en ese trabajo se pudo observar que ocurría una baja regulación de la IL-7R en las células T CD8 activadas, acompañada de una disminución del nivel de Bcl-2. lo cual afectaba la expansión de estas células, sugiriendo la relación que existe entre la IL-7, la Bcl-2 y la tasa de apoptosis. Previamente se había observado que el efecto de supervivencia que ejerce la IL-7, se debe en parte a la capacidad que posee esta citocina para aumentar o sostener la expresión de la proteína anti-apoptótica Bcl-2 (78-80).

Finalmente, en base a todos estos resultados se ha propuesto la hipótesis que una población pequeña que retenga expresada la IL-7R, es la que se va a transformar en células de memoria, gracias al rescate de estas células de la apoptosis por la presencia de IL-7 (81).

d) Mantenimiento de las células T de memoria
Similar a las células T vírgenes, las células T de memoria están en un estado de reposo, sin embargo, ellas retienen muchas de los atributos funcionales de las células efectoras. Estos atributos incluyen la expresión de muchas de las moléculas de adhesión o de interacción celular, rápida producción de citocinas polarizadas como resultado de la demetilación del promotor de citocinas y rápida expansión después de la re-estimulación (7, 82,83).

La homeostasis de las células T de memoria es mediada por un balance entre un bajo nivel de proliferación de estas células con la supervivencia y muerte. Esto es muy diferente a lo que sucede en las células T vírgenes, las cuales no se dividen y tienen una limitada vida media (84-86). La renovación y supervivencia de las células T CD4 y CD8 memoria no requiere ni de antígenos ni del complejo mayor de histocompatibilidad (CMH) (86-90), aunque las interacciones del complejo TCR/CMH se requieren para mantener la función de las células T de memoria (90).

A partir de los estudios de Tough y col., (91, 92) se obtuvieron evidencias de que las citocinas juegan un papel esencial en el mantenimiento de las células T de memoria en ratones. Los autores, inyectando en ratones tanto IFN tipo I (IFN-α/β) como inductores de IFN-γ, lograron estimular la proliferación (independiente del TCR) de células T CD8 de memoria (CD44hi). Subsecuentemente, se encontraron otras citocinas, incluyendo IL-12, IL-15, IL-18 e IFN-γ, que ejercían efectos similares (93, 94) pero notablemente, el aumento de la proliferación estaba restringido a las células T CD8 CD44hi (células de memoria) y no se observaba en las células T CD8 vírgenes. De todas estas citocinas, solamente la IL-15 tenía un similar efecto in vitro en células T CD8 de memoria purificadas, asociado a una sobreexpresión de la cadena β de la IL-15R (93). Debido que las citocinas IL-12, IL-18, IFN-α/β e IFN-γ, son capaces de sobrerregular la expresión de IL-15 por las células presentadoras de antígenos (las dos primeras por la inducción de IFN-γ), se ha propuesto que la IL-15 actúa como una molécula común efectora final, mediando los efectos sobre las células T CD8 de memoria (93, 94).

Basado en la observación de que la inyección de IL-15 o la inducción de la sobreexpresión de IL-15 in vivo, resulta en una proliferación de células T CD8 de memoria, se hipotetizó que la alta proliferación de estas células en ratones normales se debía a una producción basal de esta citocina. Apoyando esta idea, al inyectar anticuerpos anti-CD122 (IL-15R) en ratones, se pudo evidenciar que ocurría una reducción drástica de la proliferación de las células T CD8 de memoria (95). A pesar que este anticuerpo puede bloquear la señalización a través de IL-15R y de IL-2R, parece ser que los efectos inhibitorios son ejercidos por el bloqueo de IL-15, debido a que la inyección de anti-IL-2 + anti-IL-2Rα aumenta la proliferación de las células T CD8 de memoria. Los autores concluyen que estas dos citocinas, IL-15 e IL-2, tienen efectos antagonistas in vivo sobre la proliferación de las células T CD8 CD44hi. En el caso de los humanos, se pudo evidenciar que esta citocina, la IL-15, ejerce un efecto proliferativo en células T CD4 y CD8 de memoria (96, 97).

Adicionalmente, para estudiar los mecanismos involucrados en el mantenimiento de las células T de memoria por la IL-15, se utilizaron ratones deficientes en IL-15 o IL-15R para medir la renovación de células T CD8 de memoria específicas al VSV y al LCMV (Virus de la Coriomeningitis Linfocítica) (76, 98). Los autores encontraron que la incorporación de Bromodeoxyuridine (BrdU) (marcador de proliferación celular) fue muy deficiente en los ratones mutantes. Además, se pudo observar que estas células no proliferaban al ser transferidas a ratones deficientes de IL-15. Finalmente, las células T CD8 de memoria específicas al LCMV generadas en ratones deficientes de IL-15, se dividían al ser transferidas a ratones normales, indicando que cualquier efecto causado por la ausencia de IL-15 es reversible (76). Los resultados de ambos estudios hace concluir que la IL-15 es esencial para el mantenimiento de las células T CD8 de memoria por su capacidad de generar su división.

En el caso de las células T CD4 de memoria, la IL-15 parece ser que no ejerce ningún papel importante en su proliferación ni in vitro ni in vivo (93). Se ha observado una cantidad normal de estas células T CD4 de memoria en ratones deficientes de IL-15 o IL-15R (45, 99). Además, ratones deficientes de la cadena γ común presentan células T CD4 de memoria con larga vida, indicando claramente que ninguna de las citocinas que utilicen este componente del receptor (IL-2, IL-4, IL-7, IL-9 e IL-15) son esenciales para la supervivencia de esta población celular (100). De este modo, si las citocinas juegan un papel sobre el mantenimiento de las células T CD4 de memoria, los factores involucrados son claramente distintos de aquellos que ejercen efectos sobre las células T CD8 de memoria y/o vírgenes. Sin embargo, es importante señalar que en el caso de los humanos, se han obtenido evidencias de que la IL-15 ejerce un efecto proliferativo en células T CD4 de memoria (96, 97), lo cual hace pensar que los procesos responsables del mantenimiento de las células T CD4 de memoria son diferentes entre distintas especies.

Como se ha observado, el mantenimiento de las células T de memoria es dependiente de la IL-15, sin embargo, una de las preguntas que queda en el aire es si esta citocina interviene en la función de estas células. Para responder a esta cuestión, el trabajo de Becker y col., (76) pudo constatar que la funcionalidad de las células T CD8 de memoria específicas a LCMV, expresada como la producción de citocinas efectoras, era normal en la ausencia de la IL-15. Los autores obtuvieron resultados donde se observa una producción similar de IFN-α y TNF-α por células T CD8 de memoria específicas a LCMV en ratones deficientes de IL-15 o IL-15R con respecto a ratones normales, indicando claramente que la IL-15 parece ser que no ejerce ningún efecto sobre la funcionalidad de las células T CD8 de memoria.