Hematopoyesis

En sentido amplio, la palabra "sangre" engloba al tejido hematopoyético y a la sangre periférica. En un sentido más estricto, solo hace referencia a la sangre periférica. La sangre periférica es una suspensión de células en plasma que se encuentra en los vasos sanguíneos y en el corazón. El tejido hematopoyético genera todas las células sanguíneas –glóbulos rojos (eritrocitos), glóbulos blancos (leucocitos) y plaquetas– en un proceso conocido como hematopoyesis.

En condiciones normales, el único tejido hematopoyético de las personas adultas es la médula ósea. En los huesos de una persona adulta, el espacio para la médula hematopoyética –médula ósea roja– es excesivo, por eso la mayor parte de la cavidad medular está rellena de tejido adiposo, conocido como médula ósea amarilla. Las células hematopoyéticas aparecen inicialmente en la región AGM del embrión, junto con las células precursoras de la aorta, las gónadas y los riñones (mesonefros). Durante la vida fetal se trasladan al hígado y al bazo, donde cumplen funciones hematopoyéticas. Al final de este proceso, llegan a la médula. En el período de desarrollo fetal, en la infancia y en la adolescencia, la médula ósea roja se encuentra en todos los huesos, mientras que en los adultos permanece principalmente en los huesos ilíacos, las vértebras, las costillas y el esternón. Además, su composición es la misma en todas esas ubicaciones. La médula ósea amarilla puede transformarse en roja si la demanda de glóbulos nuevos se prolonga. En los adultos, el bazo y el hígado pueden asumir parcialmente las funciones hematopoyéticas de la médula solo en el contexto de procesos patológicos que condicionen una alteración en la hematopoyesis a nivel óseo, o cuando el espacio para la médula desaparece.  No se observa ninguna función hematopoyética en el resto de órganos. Los mecanismos que pueden favorecer la intensificación de la hematopoyesis son un aumento del volumen de la médula ósea roja y una reducción del tiempo de maduración de las células progenitoras.

Además de los órganos hematopoyéticos, nuestro organismo también posee órganos linfopoyéticos, en los que se producen células especializadas del sistema inmune –que forman parte del sistema hematopoyético– a partir de las células procedentes de la médula. El principal órgano linfopoyético es la propia médula. El segundo, que prevalece sobre el resto de órganos linfopoyéticos, es el timo. Los demás órganos linfopoyéticos –como el bazo, los ganglios linfáticos, las placas de Peyer o las amígdalas, etc.– son colonizados de manera secundaria por células que llegan con la sangre desde la médula y el timo.

La migración durante el desarrollo ontogenético de un lugar del organismo a otros totalmente distintos es una característica especial del sistema hematopoyético. El espacio de los órganos hematopoyéticos está relleno por una red de fibras y por los fibroblastos que las sintetizan, que dan lugar al estroma de estos órganos. Una parte de los fibroblastos se transforma en adipocitos. El timo tiene, además, un estroma epitelial. Las células hematopoyéticas, al adherirse a los fibroblastos, los adipocitos y la fibra (y parcialmente entre sí mismas), rellenan estos espacios. En comparación con otros órganos, esta adhesión es relativamente débil, lo que permite extraer células de la médula por aspiración.

Los eritrocitos y las plaquetas producidas en los órganos hematopoyéticos se liberan a la sangre, en la que permanecen y realizan sus funciones a lo largo de toda su vida. El proceso de liberación de las células de la médula a la sangre está regulado por las células endoteliales vasculares de la médula, que —al formar la barrera médula-sangre— liberan solo las células maduras. Esta barrera no funciona en el hígado y el bazo, órganos a los que se transfiere la hematopoyesis en estados patológicos, por lo que en estos casos también aparecerán células inmaduras en la sangre.

La mayor parte de los leucocitos cumplen sus funciones fuera de la sangre; simplemente llegan a los tejidos periféricos con ella. De hecho, algunas de estas células (como los mastocitos y los linfocitos T con su receptor γδ) casi no son observables en la sangre, sino que solo están presentes en los tejidos. Esto es posible debido a que los precursores de estas células, que maduran localmente, llegan a los tejidos junto con la sangre. Después de pasar de la sangre a los tejidos, y de los tejidos de los vasos linfáticos a los ganglios linfáticos, parte de los linfocitos vuelve a la sangre.

Todos los tipos de células sanguíneas proceden de las células madre hematopoyéticas. El rasgo fundamental que distingue a las células madre de las demás es su capacidad de autorrenovación, es decir, son capaces de generar células idénticas a la célula original mediante división. Las divisiones del resto de células implican la formación de células cada vez más maduras hasta alcanzar el estadio de células finales (como los neutrófilos) que ya no son capaces de dividirse. La autorrenovación de las células madre es imprescindible para mantener la existencia del sistema hematopoyético durante al menos toda la vida del ser humano, en un sistema continuo de envejecimiento con apoptosis de las células. Además de la autorrenovación, otro rasgo fundamental de las células madre es su capacidad de diferenciación. Las células madre hematopoyéticas deben producir 11 líneas celulares principales (fig. VI.A.1-1). Esta diferenciación es un proceso progresivo. En la primera etapa se forman las células madre mieloides y linfoides. A continuación, a partir de las células madre resultantes de la mielopoyesis, se forman las siguientes líneas celulares:

1) eritropoyética

2) megacariopoyética

3) neutrofilopoyética

4) macrofagopoyética

5) eosinofilopoyética

6) basofilopoyética

7) mastocítica.

A partir de las células madre resultantes de la linfopoyesis, se forman las líneas de linfocitos B, linfocitos T y linfocitos NK (natural killers: células citotóxicas por naturaleza). Hay un tipo de células, las dendríticas, que no encaja en la división en mielo- y linfopoyesis. Estas células se producen tanto por mielopoyesis (células dendríticas tipo I, producidas en la macrofagopoyesis) como por linfopoyesis (células dendríticas tipo II, producidas en la linfopoyesis T).

Además de esta diferenciación, algunas líneas celulares se diferencian internamente de forma adicional. Esto atañe sobre todo a la línea de los macrófagos que, además de producir células dendríticas tipo I, genera macrófagos de órganos como macrófagos de mucosas, macrófagos de cavidades corporales o células de Browicz-Kupffer en el hígado, así como células que no son macrófagos, como los osteoclastos. La línea linfopoyética más diferenciada internamente es la de los linfocitos T, que engloba 2 subpoblaciones principales: la línea de linfocitos T con el receptor γδ y la línea de linfocitos T con el receptor αβ, de los que se distinguen los linfocitos T auxiliares CD4 y los linfocitos T citotóxicos CD8. Otra diferenciación de las líneas linfopoyéticas B y T es la diferenciación clonal relacionada con su especificidad antigénica. En los propios linfocitos B se encuentran ~100 000 clones con diversos reordenamientos de los genes de inmunoglobulinas, lo que permite que cada uno de estos clones reaccione a un antígeno diferente. El objetivo de la producción de glóbulos es garantizarle al organismo nuevas células que sustituyan a las que ya se han deteriorado. Cada día se desgastan ~200 000 mill. de eritrocitos y ~100 000 mill. de neutrófilos que deben sustituirse con células nuevas. Este proceso de producción es jerárquico. Durante la diferenciación de las células madre, tiene lugar su diferenciación final y la formación de células comprometidas (committed cells), también llamadas progenitoras (progenitor cells). Las células progenitoras siguen siendo inmaduras. Después de unas divisiones, maduran y alcanzan el estadio de células precursoras, que ya poseen ciertas características de las células finales. Ni los distintos tipos de células madre ni los distintos tipos de células progenitoras tienen un aspecto característico. Si se miran a través del microscopio óptico, se parecen a los linfocitos. Al principio, el proceso de maduración progresa manteniendo la multiplicación celular. La maduración final afecta a las células que han perdido su capacidad de división.

Las células madre de las personas adultas circulan continuamente con la sangre entre los distintos sitios hematopoyéticos activos. Por lo tanto, algunas células madre abandonan de forma continua su lugar de residencia y pasan a la sangre, mientras que otras abandonan la sangre y se asientan en un sitio hematopoyético distinto al anterior.

El estroma hematopoyético también tiene sus propias células madre de función hematopoyética, conocidas como células madre mesenquimales.

Por un lado, la producción de células sanguíneas está determinada por el programa genético interno de las células madre hematopoyéticas, y por el otro, por la interacción entre las propias células. Los dos tipos de moléculas principales que permiten que las células interactúen son las moléculas de adhesión y las citoquinas. Las moléculas de adhesión transmiten información sobre dónde debe estar la célula, mientras que las citoquinas informan sobre cómo se debe comportar la célula. Las moléculas extracelulares conocidas como ligandos y los receptores que las unen en la superficie celular participan en la transferencia de información entre células. Las citoquinas son ligandos que se unen a sus receptores. Las moléculas de adhesión de las células hematopoyéticas cumplen la función de receptores de las proteínas del estroma hematopoyético o de las moléculas de adhesión de otras células. Por lo general, los receptores tienen carácter transmembrana. Su lado intracelular se encarga de retransmitir la información. El siguiente eslabón está formado por las proteínas citoplasmáticas de transducción de señal, normalmente la tirosina quinasa y la serina-treonina quinasa, que activan los factores de transcripción en el núcleo celular. Los factores de transcripción tienen 2 partes principales: una les permite unirse a un lugar determinado del ADN en el núcleo celular, y la otra les facilita iniciar la transcripción del gen o genes en cuestión. Finalmente, este proceso desemboca en la formación de nuevas proteínas en la célula y en una modificación de su comportamiento. Por ejemplo, induce la división, la realización de una función determinada, etc.

La mayoría de las citoquinas hematopoyéticas, conocidas como hematopoyetinas, suelen recibir el nombre de factores del crecimiento, ya que incrementan las colonias hematopoyéticas de células mieloides en cultivos fuera del organismo. Si bien esta función es imprescindible para la formación del sistema y para mantener la producción continua de las células del tipo adecuado, en los adultos está complementada por la función de control de la supervivencia de las células ya existentes. Para seguir viviendo, las células normales necesitan una dosis continua de la citoquina específica a su tipo celular. Sin esta señal, se dirigen a la vía de la muerte programada, es decir, a la apoptosis.

Para las células, las citoquinas son principalmente factores de supervivencia. Cuando alcanzan concentraciones mayores se convierten en factores de crecimiento. La dependencia que tienen las células normales de una dosis adecuada de citoquinas para sobrevivir es el mecanismo básico que mantiene la homeostasis celular en el interior del organismo y lo conserva en una forma externa casi inalterada durante años.  Su funcionamiento consiste en que, en un lugar determinado, se libera una cantidad de citoquinas que permite la supervivencia de 100 células, p. ej. Si aparece la célula 101, o debe morir ella, o una de las células formadas previamente se ve abocada a la muerte.

El organismo también produce una pequeña cantidad de "citoquinas de la muerte", cuya función principal es forzar la apoptosis celular. Una de esas citoquinas es, p. ej., el factor de necrosis tumoral tipo α (TNF-α, también conocido como caquectina).

Las citoquinas hematopoyéticas se pueden dividir en las que actúan principalmente sobre las células multipotenciales y las que actúan sobre líneas celulares determinadas. Algunas de las citoquinas que actúan sobre las células multipotenciales también influyen en las células más adultas de determinadas líneas. Los factores conocidos más importantes que influyen en las células multipotenciales son: el ligando kit (KL) –o factor Steel, también llamado erróneamente factor de las células madre (SCF)–, el ligando FLT-3 (STK-1) y la interleuquina 3 (IL-3). Las citoquinas más importantes que actúan sobre las células progenitoras, precursoras y maduras son la eritropoyetina, la trombopoyetina, el factor estimulante de colonias de granulocitos (G-CSF), el factor estimulante de colonias de granulocitos y macrófagos (GM-CSF), el factor estimulante de colonias de macrófagos (M-CSF), la IL-5, la IL-2 y la IL-4, así como el factor de crecimiento derivado de plaquetas (PDGF).

Las moléculas de adhesión más importantes para el sistema hematopoyético son: CD34 y la VLA-4. La CD34 es una molécula de adhesión cuyo significado fisiológico sigue sin estar claro. Está presente en las células hematopoyéticas y es muy útil como marcador, ya que sirve para determinar su número y aislarlas. VLA-4 (very late antigen) es el ligando de la molécula de adhesión VCAM-1 (vascular cell adhesion molecule), que se encuentra en las células del estroma hematopoyético. Es clave a la hora de adherir las células hematopoyéticas al estroma. Los anticuerpos contra el VLA-4 provocan la liberación de células hematopoyéticas a la periferia.

Si bien las citoquinas hematopoyéticas son las responsables de la supervivencia y la proliferación de las células sanguíneas, mientras que las moléculas de adhesión se encargan de adherirlas a la base, este movimiento tiene lugar bajo la influencia de las quimiocinas, un tipo especial de citoquinas. Su función es crear gradientes de concentración para que las células se desplacen a lo largo de ellos. Hasta hoy se han identificado >50 quimiocinas distintas y ≥18 receptores específicos, lo cual significa que cada receptor puede estar estimulado por 2 o más quimiocinas distintas. También se ha identificado la quimiocina que representa un papel esencial en el control del desplazamiento de las células madre hematopoyéticas: el SDF-1 (factor derivado del estroma). El receptor de esta quimiocina, que se encuentra sobre la superficie de las células madre, es el CXCR4. En la actualidad tiene una gran relevancia práctica, ya que el bloqueo de este receptor induce la movilización de las células madre a la sangre periférica. El VIH utiliza este mismo receptor para penetrar las células.

Algunos receptores de citoquinas (FLT-3, KIT, receptor M-CSF, receptor PDGF) poseen su propia tirosina-cinasa. El resto, para transferir la información sobre la estimulación generada por la citoquina, deben utilizar tirosinas-cinasas citoplasmáticas como JAK2, ABL, SRC y otras. Cuando sufren mutaciones que provocan su estimulación continua, los genes de estas quinasas se vuelven oncogenes y contribuyen al desarrollo de la leucemia y otras neoplasias del sistema hematopoyético. Además, los receptores de las citoquinas pueden estimular la vía de señalización de las proteínas G, que es la principal vía de señalización para las moléculas de adhesión y las quimiocinas. Un gen de una de las proteínas RAS de esa vía, en caso de sufrir una mutación de activación, también puede inducir el comportamiento neoplásico de las células de igual manera que los genes de los factores de transcripción.

Las células madre hematopoyéticas se caracterizan por una proliferación relativamente intensiva. Cada división celular conlleva un riesgo de desarrollar mutaciones. Es un proceso dependiente de la edad. De media, las células de un recién nacido poseen 0-1 mutaciones de este tipo, mientras que las células de las personas de 40-50 años tienen 4-7, y las de las personas de 70-80 años presentan 8-12 mutaciones. Mientras no afecten a los genes relevantes para la actividad proliferativa o la supervivencia de esas células, no tienen ninguna relevancia práctica. De lo contrario, otorgan ventaja proliferativa a las células hijas y causan el desarrollo de un clon de células mutadas. En el período inicial –y en ocasiones durante bastante tiempo–, este clon todavía no posee características de clon tumoral y no genera ningún efecto patológico. Este fenómeno afecta tanto a la linfopoyesis como a la mielopoyesis (fig. VI.A.1-2). La formación del clon sigue progresando. Dentro de él, se forman células en las que, como resultado de mutaciones primarias (iniciadoras), se acumulan los efectos de las mutaciones secundarias. Esta es la situación en la que se observan los estados preneoplásicos y su progresión a la neoplasia. Las mutaciones que malignizan un subclón determinado se conocen como conductoras, mientras que las que agudizan la malignización son las modificadoras. Normalmente, las mutaciones iniciadoras le otorgan al clon una ventaja proliferativa. Las mutaciones conductoras (normalmente, la formación del oncogén) le dan independencia de las limitaciones de la hiperplasia, mientras que las modificadoras le insensibilizan a los factores tóxicos, fármacos incluidos. Las mutaciones modificadoras también pueden preceder a las conductoras. Además, pueden desarrollarse distintas mutaciones conductoras en diferentes células del mismo clon. El primer estado clonal preneoplásico identificado fue la gammapatía monoclonal de significado incierto (GMSI, cap. VI.G.5.1); el segundo fue la hemoglobinuria paroxística nocturna (HPN: cap. VI.D.6.2.4); el tercero, la linfocitosis monoclonal de células B (MBL: cap. VI.G.2.1); y por último, la hematopoyesis clonal de potencial indeterminado (CHIP).

Con la edad aumenta el número de personas que presentan un pequeño clon de células mutadas y anormales, sin que la hematopoyesis muestre rasgos patológicos relevantes. Las células de estos clones poseen mutaciones de genes previamente identificados en la leucemia mieloide aguda (LMA) y en síndromes mielodisplásicos (SMD). Las situaciones en las que se observa este fenómeno se denominaron CHIP. Más de un 10 % de las personas >80 años posee este tipo de clon, mientras que se observa en <1 % de las personas <40 años. El gen mutado con más frecuencia es el de la ADN-metiltransferasa (DNMT3A), mientras que el TET2, el ASXL1 y otros sufren mutaciones con menos asiduidad. Especialmente las mutaciones del primero son las responsables de la transformación neoplásica de la HPN. No obstante, en las personas sin HPN pero con un clon que tenga mutado uno de los genes anteriores, el riesgo anual de desarrollar un SMD o una LMA es del 0,5-1 %. Por lo tanto, la CHIP se define como un estado en el cual se detecta un clon de células mutadas en el sistema hematopoyético (con una frecuencia superior al 2 %), pero que al analizar la médula, no se observan ni los rasgos de displasia típicos del SMD, ni un aumento en el recuento de blastos típicos de la LMA, ni las células con mutación PIGA típicas de la HPN.

En muchos casos, los estados clonales preneoplásicos no provocan ningún síntoma patológico y lo único que requieren es observación (p. ej. un hemograma normalmente cada 3 meses) para detectar de manera temprana su progresión a un tumor que requiera tratamiento. Sin embargo, en algunos casos, los productos de estos clones pueden inducir una enfermedad de consecuencias diferentes a las típicas de las neoplasias, y por lo tanto, resultantes del exceso de células de un tipo determinado. Por ejemplo, la proteína monoclonal producida por el clon MGUS puede dañar los riñones (gammapatía monoclonal de significado renal), mientras que el clon HPN puede provocar una anemia muy severa y complicaciones trombóticas. Estos estados requieren tratamiento. La MBL no suele generar ningún síntoma patológico, mientras que la CHIP en ocasiones causa citopenias moderadas de células sanas y aumenta el riesgo cardiovascular, principalmente el riesgo de infarto. Este último fenómeno se debe a la inducción de alteraciones ateroescleróticas por parte de los macrófagos estimulados como resultado de las mutaciones mencionadas.

Conocer la biología de las células madre hematopoyéticas también es fundamental para aplicar tratamientos como trasplantes de médula, que de hecho son trasplantes de estas células precisamente (el resto de células de la médula cumplen únicamente una función auxiliar). Las células madre hematopoyéticas se pueden obtener directamente de la médula o, tras movilizarlas con citoquinas, citostáticos e inhibidores de CXCR4, de la sangre periférica.