La infección comienza con la unión de los rotavirus a receptores específicos en las células epiteliales. Luego los virus se replican y hacen contacto con las células M que los transportan a las Placas de Peyer donde son presentados por los macrófagos, las células B y otras células presentadoras de antígenos (células dendríticas) a las células vírgenes (Th0). Después de haber sido activadas estas células (Th2), ellas inician la expansión clonal de las células B virus específicas y de las células precursoras de los linfocitos T citotóxicos (LTCp) ⁸⁰. Las células B virus específicas y las LCTp penetran los nódulos linfáticos, llegan al sistema circulatorio vía el ducto toráxico para luego regresar al lugar de origen donde fueron estimulados o a sitios asociados a respuesta efectora en la lámina propia del intestino. Se sabe que este regreso a lámina propia es selectivo y mediado por receptores en los linfocitos T (integrinas) y en células endoteliales (glicoproteína) ⁸⁵. En esta zona, tanto la secreción de IgA por las células B diferenciadas (células plasmáticas) como la diferenciación de las LCTp en linfocitos T citotóxicos CD8* efectores son inducidas por citocinas ⁸⁰. Las citocinas que inducen la secreción de IgA específica por las células plasmáticas son las interleucinas (IL-4,IL-5 y IL-6). La diferenciación de las células B virus específicas en células IgA secretoras (IgA-s) es un proceso que toma de 3-5 días después del período de incubación ⁸¹. La IgA dimérica se ubica en la superficie basolateral de la vellosidad, adquiere la fracción secretora en el citoplasma y es excretada al lumen intestinal. El mecanismo por el cual la IgA elimina al virus es mediante su unión con el antígeno (interferencia conformacional) bloqueando la unión del virus a los receptores celulares y, por ende, su entrada a la célula. También se ha postulado que la IgA puede actuar intracelularmente ⁸⁶. El interferon y la interleucina IL-2 son las citocinas que promueven la maduración de los CTLp a CTL efectores. La CTL específicas y efectoras residen en la vellosidad intestinal mientras que las células B específicas y las CTLp permanecen en la lámina propia. Así que, mientras las Placas de Peyer son el principal lugar para la inducción de la respuesta inmune, la lámina propia es el principal lugar para la maduración de las células específicas transformándose en efectoras.

La desventaja de la inmunidad de mucosa es su corta duración, pero se compensa con una rápida respuesta anamnésica en contactos posteriores -re-exposición- con el antígeno. Cuando este sistema no es estimulado, los anticuerpos disminuyen con el tiempo y su acción protectora mengua de 6 a 12 meses posteriores al contacto viral. Otra desventaja es la posibilidad de presentar dificultades en la respuesta a los antígenos administrados por la vía parenteral. Pero, en el caso de los rotavirus, los estudios hasta el momento indican la producción de una adecuada respuesta sérica a la inmunización parenteral en animales ^87,88.

Infección natural y protección clínica
El papel protector de la inmunidad inducida durante la infección natural por rotavirus ha sido demostrado ampliamente en varios estudios, que constituyen las bases para el desarrollo de vacunas contra este agente viral. El primer estudio fue llevado a cabo por la Dra. Bishop en Australia ⁸⁹, en el cual se demuestra que neonatos infectados con rotavirus durante el primer mes de la vida -seguidos por 3 años- son protegidos contra la enfermedad severa, aunque no así contra re-infecciones; mientras que los neonatos no infectados sufrieron diarreas severas por rotavirus en una significativa mayor proporción que los neonatos infectados. Estudios posteriores, realizados en neonatos en la India ⁹⁰ y, en niños lactantes, también confirmaron que la infección primaria protege contra la diarrea severa en contactos posteriores con el virus ^91,92. Posteriormente, un estudio de la historia natural de la infección por rotavirus -el primero de su tipo-, realizado con 200 niños mexicanos, seguidos por 2 años, confirmó estas observaciones ⁴⁰. Este estudio mostró que después de la primera infección natural, independientemente de la severidad, el 88% de los niños quedaron protegidos contra las diarreas severas, 75% fueron protegidos contra las diarreas de cualquier severidad y 40% de los niños quedaron protegidos contra subsecuentes infecciones. Con el aumento del número de infecciones -dos, tres o cuatro- se incrementa el grado de protección, pero se necesitan al menos dos infecciones, sintomáticas o asintomáticas, para prevenir la enfermedad por rotavirus de cualquier severidad ⁴⁰. Es decir que la infección natural no protege contra re-infecciones pero disminuye significativamente la severidad de la enfermedad. Estos resultados fueron también corroborados en un estudio realizado en Africa, donde se mostró que la infección primaria confiere 70% de protección clínica ³⁹. La epidemiología de la enfermedad por rotavirus, que muestra que ellos son causa importante de enfermedad en los primeros años de la vida, confirma estos hallazgos. Varios estudios muestran que la primera infección ocurre en los primeros dos años de vida y está generalmente asociada a diarrea severa, mientras que las re-infecciones se presentan en edades posteriores, durante toda la vida, y son leves o asintomáticas ^20,33,37. Estudios en Venezuela muestran que la severidad de la diarrea por rotavirus disminuye con la edad ^4,14. Igualmente, se han descrito diarreas recurrentes causadas por el mismo o diferente serotipo de rotavirus ^93-95, sin embargo, el segundo o tercer episodio de diarrea presenta una clínica muy leve, en la mayoría de las ocasiones ⁹⁵. Estos resultados tienen importantes implicaciones en el desarrollo de una vacuna para rotavirus, ya que la vacuna tendría impacto, fundamentalmente, en la mortalidad y en la enfermedad severa emulando la infección natural ^80,81.

Inmunidad mediada por anticuerpos y protección
La infección por rotavirus induce inmunidad mediada por anticuerpos específicos IgM, IgG e IgA que pueden ser detectados de los 7 a 28 días post-infección en suero, saliva, contenido duodenal y heces ^20,96-99. De esta manera, los virus que infectan las mucosas, como los rotavirus y virus respiratorios, inducen una respuesta local tipo IgA secretora (IgA-s), factor primordial en la defensa de la mucosa intestinal o vías respiratorias, según el caso. Por otro lado, las proteínas de la capa externa, VP4 y VP7, inducen anticuerpos neutralizantes (IgG) 66,100, y la proteína VP6, ubicada en la capa intermedia, así como la proteína no estructural NSP4, son también inmunogénicas ^101,102.

En general, anticuerpos neutralizantes (IgG) homotípicos a la VP7, y en menor proporción a la VP4, aparecen después de la primera infección ^38,103-106. En cambio, la re-infección estimula la aparición de anticuerpos heterotípicos contra la VP7 y VP4 ^38,41,80,103. Lo que quiere decir que la inmunidad producida durante el primer contacto con el virus es principalmente homotípica y la respuesta inmune heterotípica aparece con la edad como resultado de posteriores exposiciones al virus, tanto en niños infectados en forma natural como en niños vacunados ^{38,104,105,107,108}. Estos resultados apuntalan o sostienen la necesidad de sufrir, al menos, 2 infecciones para producir una respuesta inmune de amplio espectro, lo que implicaría la necesidad de administrar 2 dosis de la vacuna.

En la actualidad, la relación entre inmunidad mediada por anticuerpos y protección es motivo de controversia y su definición es crítica para el desarrollo de una vacuna. La correlación entre protección e IgA-s específica en el intestino (S-IgA) ha sido demostrada ^81-83,97. Sin embargo, su presencia en el intestino es de corta duración - menor de 1 año – ^82,83,96, lo que explicaría la aparición de episodios recurrentes ^82,84,109. Se ha postulado que la IgA en suero y en heces podrían ser buenos predictores de la S-IgA secretora ^96-98 y, en consecuencia, buenos marcadores para los estudios de vacuna. En la infección natural por rotavirus, se ha demostrado que la protección clínica es mediada por IgA específica en suero ^105,110-112 y en heces ^82,83, aunque se ha reportado que la IgA en heces podría ser mejor predictor de respuesta inmune de tipo protector que la sérica ¹¹³. Sin embargo, no se ha demostrado el papel protector de la IgA sérica en niños vacunados ^112,114-116 y en heces no ha sido evaluada. En este sentido, es de alta prioridad dirigir las investigaciones para encontrar mejores marcadores inmunológicos en la inmunización activa ¹¹⁷. Sin embargo, hasta ahora, la respuesta IgA sérica es el ensayo estándar, requerido por los organismos internacionales, para predecir protección, en los ensayos de campo con la vacuna de rotavirus.

El papel protector de los anticuerpos neutralizantes serotipo específicos en suero tampoco está completamente definido. Hay trabajos que reportan una asociación entre protección y títulos pre-existentes homotípicos en suero anti-VP7 ^38,105-106, pero otros estudios no muestran esta correlación ¹¹⁸, así como tampoco estudios con niños vacunados ^119,120; más bien, se ha demostrado protección heterotípica contra infecciones por rotavirus humanos, en niños vacunados con cepas animales - bovinas- que no comparten el serotipo con las cepas humanas ^{64,119,121,122.}

La baja frecuencia de rotavirus asociado a diarrea severa en niños de 0 a 2 meses de edad ^9,37,39 confirma que los anticuerpos de origen materno, tipo IgG neutralizantes homotípicos o anticuerpos presentes en la leche materna, confieren protección clínica ^38,123,124. Estudios en animales también confirman la protección clínica conferida por la inmunidad pasiva de origen materno ¹²⁵. También, se ha observado que la administración oral de anticuerpos específicos antirotavirus a niños inmunosuprimidos e inmunocompetentes produce una recuperación más pronta al compararlos con niños no tratados ^11,41.

En síntesis, hasta el momento, no existen acuerdos definitivos sobre la correlación entre inmunidad mediada por anticuerpos y protección, aunque las diferencias metodológicas y la variabilidad en el tipo de muestra, utilizada en la mayoría de los trabajos, podrían explicar la diversidad de resultados ¹²⁶. Adicionalmente, la información obtenida hasta el momento, muestra cierta utilidad - además es la única disponible de fácil uso- de la inmunidad por anticuerpos para predecir eficacia en la infección natural, pero se necesitan estudios adicionales que definan mejor el papel protector de los anticuerpos en la inmunización. Además, pareciera, que la presencia de anticuerpos específicos, en el intestino y en cantidad suficiente - sean estos IgA, IgG o neutralizantes-, es crítica para que se produzca el efecto protector ¹²⁶.

Los resultados contradictorios, en los niños vacunados, complican el logro de marcadores inmunológicos adecuados para predecir el grado de protección, aunque pudieran ser explicados en parte, por el limitado conocimiento de la inmunidad inducida por cepas animales o virus rearreglados, en la inmunización en humanos ¹²⁶. También, se ha sugerido la posibilidad de utilizar la cuantificación de las células secretoras de anticuerpos circulantes (CSAs), que son un reflejo de la inmunidad intestinal, o de células de memoria, rotavirus específicas T y B en suero, como marcadores que puedan predecir la potencia y eficacia de una vacuna ¹¹⁷.

Inmunidad mediada por células y protección
Ambos componentes de la inmunidad, la mediada por anticuerpos y la mediada por células, cumplen una función en la protección clínica del rotavirus ^80,124,127. Los componentes de la inmunidad mediada por células que participan en la protección y la actividad viral, en humanos y animales, son: células natural killer (NK), linfocitos T citotóxicos (LTCs), las citocinas y otros productos químicos ¹²⁸. Los LTC específicos ejercen su actividad antiviral a través de la lisis directa, la inducción de apoptosis y la producción de citocinas. Las células NK destruyen la célula infectada y las citocinas tienen funciones críticas en la regulación de la respuesta inmune, y actúan por actividad citotóxica y por mecanismos no citopáticos que eliminan al virus sin destruir la célula infectada.

La inmunidad mediada por células LTC ha sido primordialmente estudiada en modelos animales infectados con rotavirus ^80,129 y se conoce poco de ella en humanos. Hasta el momento, se sabe que la inmunidad mediada por células tiene más que ver con la recuperación de la enfermedad que con la prevención. En la infección por rotavirus, la participación de las CTCs, particularmente las CD8 ha sido demostrada ^80,127,129, pero también se ha planteado la participación de las CD4 ¹²⁷. Las citocinas, células NK y otros productos inmunológicos también juegan un papel en la resolución de la enfermedad. Se ha demostrado el papel protector de las células LTC en ausencia de IgA en la clínica de ratones con infección natural ¹³⁰, y en ratones vacunados ^41,131. También por otro lado, se ha mostrado la presencia de citocinas, en mayor cantidad en la inmunización cuando se compara con la infección natural, lo que podría explicar el efecto protector de la citocinas o células NK en niños vacunados, en las cuales no se ha demostrado efecto protector mediado por anticuerpos ⁴¹.

Igualmente, la modificación del curso de la enfermedad depende de la diferenciación de las células B de memoria en células B secretoras de anticuerpos ⁸¹, lo que se explica, entre otras razones, por el corto período de incubación que tiene el rotavirus ⁸⁰.En ratones, las células de memoria B, o la primera línea de defensa en la re-infección, y las LTC, que median, acortando el proceso de la infección, aparecen 3-4 días después de la infección y posiblemente sean las células primarias efectoras las que participan en los mecanismos de defensa ⁸¹. En resumen, las células B y T participan eliminando la viremia en la infección primaria y protegen contra re-infecciones, y las células T, particularmente las CD8, parecen acelerar la eliminación del virus; mientras que los anticuerpos median la protección contra la re-infección y también ayudan a la resolución de la enfermedad ^127,129.

Recientemente, el Dr. Franco y colaboradores caracterizaron las células T en humanos ^85,132,133. Ellos demostraron la presencia de células T rotavirus específicas productoras de interferón gamma, en adultos y niños infectados con rotavirus. Estas células son en su mayoría del tipo CD8+ y expresan el receptor integrina, lo que indica su origen intestinal ^132,133. Pero esta respuesta es menor que la inducida por los virus sistémicos, como el citomegalovirus ⁸⁵. También pareciera que el interferón no juega un papel en la infección por rotavirus ⁸¹. Sin embargo, se necesitan futuros estudios para clarificar mejor el papel inmune de las células B y T en la infección por rotavirus inducida por virus salvaje o por vacuna.