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Panorama
Inmunología
Vol. 23 / Núm 1/ Enero-Marzo 2004: 56-62
Inmunidad y terapia génica: beneficios y riesgos
J.R. Regueiro1, J.M. Martín-Fernández1, I. Melero2
Inmunología, Facultad de Medicina, Universidad Complutense, Madrid.
Terapia Génica, Facultad de Medicina, Universidad. de Navarra, y Centro de Investigación Médica Aplicada (CIMA), Pamplona. Spain.
1
2
IMMUNITY AND GENE THERAPY: BENEFITS AND RISKS
RESUMEN
Las inmunodeficiencias (ID) congénitas son desafortunados
experimentos de la Naturaleza que afectan a la inmunidad. Resulta especialmente apropiado que puedan curarse mediante afortunados experimentos diseñados por el ser humano. Ya fue así
en 1968, cuando una ID ligada al cromosoma X se convirtió en
la primera enfermedad humana curada con éxito por trasplante
de médula ósea, un procedimiento terapéutico que ahora es estándar para muchas otras patologías incluida el cáncer. Naturalmente,
se observaron efectos adversos graves como la enfermedad del
injerto contra el huésped. Más de 30 años después, la misma ID
ha sido la primera en ser curada por terapia génica. Hay obstáculos que superar, como ha demostrado la leucemia de células
T desarrollada por oncogénesis insercional en dos pacientes. La
propia inmunidad puede ser un obstáculo para la terapia génica cuando se dirige contra el vector o incluso la proteína terapéutica. Pero la terapia génica seguirá adelante. El cáncer, las
enfermedades infecciosas incluido el Sindrome de la Inmunodeficiencia Adquirida (SIDA), y otras enfermedades congénitas
son las siguientes de la lista. Los beneficios globales serán probablemente más que los riesgos, como se demostró para el trasplante.
PALABRAS CLAVE: Terapia génica / Inmunodeficiencia / Inmunidad.
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ABSTRACT
Congenital immunodeficiencies (ID) are unfortunate experiments of Nature that impair immunity. It is only fair that, by
fortunate experiments of man, they may be cured. This was first
true by 1968, when an X-linked ID became the first human disease successfully cured by bone marrow transplantation, now a
standard therapeutic procedure for many other disorders including cancer. Of course, serious adverse events were reported, such
as graft versus host disease. More than 30 years later, the same ID
has become the first to be cured by gene therapy. Hurdles lie
ahead, as the development of T cell leukaemia by insertional oncogenesis in two patients has painfully demonstrated. Immunity
itself may become a hurdle for gene therapy when directed against
the vector or even the therapeutic protein. But gene therapy is
here to stay. Cancer, infectious diseases including Acquired Immunodeficiency Syndrome (AIDS), and other congenital disorders
are next down the pipeline. As already shown for transplantation, the overall benefits may well be worth the risks.
KEY WORDS: Gene therapy / Immunodeficiency / Immunity.
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INMUNOLOGÍA
LA TERAPIA GÉNICA CURA ALGUNOS DEFECTOS
DE LA INMUNIDAD
Inmunodeficiencias congénitas
La terapia convencional de las inmunodeficiencias (ID)
congénitas (Tabla I) consiste en: 1) prevenir o tratar las
infecciones (vacunas, antibióticos, antimicóticos, antivirales);
2) suplir la célula afectada o ausente (trasplante de médula
o precursores); y 3) proporcionar la molécula ausente (Ig,
ADA, IFN-γ, C1 inhibidor). Por tanto, era inevitable que se
llegara a la terapia génica, es decir, a intentar suplir el gen
afectado. Desgraciadamente, las limitaciones técnicas son
aún muchas. Para empezar, hay que conocer el gen
responsable, y eso ya deja fuera a las ID más comunes: la
inmunodeficiencia común variable (o CVID) y la deficiencia
selectiva de IgA. Además, la sustitución del gen afectado
no es posible en la actualidad debido a la escasa eficiencia
de la recombinación homóloga(1). De modo que hoy en
día la terapia génica de las ID congénitas es sólo
suplementación génica, o sea, proporcionar copias de genes
sanos a células enfermas o, más a menudo, a sus precursores.
Y ni siquiera eso se consigue con gran eficiencia, ni mucho
menos con selectividad de diana y ni por asomo con regulación.
Además la estabilidad del transgén es escasa, cuando no lo
es la longevidad de la célula diana. La estrategia general se
resume en la figura 1. Lo que debería ser, o hacia dónde
se camina, es, por este orden: 1) lograr que se transduzcan
de manera estable al menos el 80% de las células diana; 2)
que se pueda decidir la diana sin tener que purificarla ex
vivo; 3) que se pueda regular farmacológicamente la expresión
del transgén; 4) que se pueda localizar y sustituir por
recombinación homóloga el gen afectado. Lograr estos
objetivos tomará aún años, pero al menos el primero no
parece ahora tan inalcanzable. Lo que parece claro es que
se requiere el empleo de vectores integrativos. Los más
utilizados son los retrovirales, bien sean los más convencionales
basados en el virus de la leucemia de Moloney murina, o
los más novedosos basados en lentivirus como el virus de
la inmunodeficiencia humana (HIV)(2). Estos últimos tienen
la gran ventaja de poder introducir sus genes en células
quiescentes (sin necesidad de que éstas entren en ciclos
mitóticos para integrar el material genético), lo que los hace
idóneos para los precursores hematopoyéticos.
¿Para cuándo?
La terapia génica por suplementación es una realidad
ya(3). Los primeros intentos, relativamente fallidos, con la
deficiencia de ADA demostraron que era posible reinfundir
millones de células transducidas sin efectos adversos
(expansión viral, tumores) a pesar de la inserción al azar
J.R. REGUEIRO, J.M. MARTÍN-FERNÁNDEZ, I. MELERO
del transgén en el genoma (4), y que algunas células T
transducidas aún estaban en el organismo 10 años después(5,
6). Luego siguió un éxito en toda regla (beneficio clínico a 3
años): la deficiencia de la cadena γ C(7). Eso sí, precedido de
extensos estudios preclínicos in vitro y en ratón (3), y
especialmente de unos interesantes casos clínicos en los que
la propia naturaleza decidió hacer con el azar sus experimentos:
reversiones espontáneas de la mutación original causaron
reconstituciones casi milagrosas del linaje linfoide(8, 9). Así
que cuando se introdujo γC con un vector retroviral en
precursores hematopoyéticos de médula ósea, varios pacientes
(9 de 10) recuperaron sus linfocitos T y, lo que es más
importante, sus funciones e incluso las de otras células que
de ellos dependen (como los linfocitos B). Todos los linfocitos
T recién aparecidos portaban el vector, señal de que lo
necesitaban para madurar (Fig. 2). En cambio, otras células
presentes antes del tratamiento (linfocitos B, granulocitos)
apenas lo expresaban. O sea, el ensayo funcionó porque
existía una ventaja selectiva para la expansión de las células
corregidas, pero sólo en ciertos linajes que además eran
muy longevos. Pero, ¡cuidado!: tres años después del
tratamiento dos pacientes (los más jóvenes del grupo de
10, de unos 15 tratados hasta la fecha en el mundo) han
desarrollado una enfermedad linfoproliferativa de linfocitos
T (el primero γδ monoclonal, el segundo αβ triclonal) que
llevan el transgén γC(10-12), por oncogénesis insercional asociada
a la activación transcripcional de un oncogén denominado
LMO2 en los dos casos. Aunque han sido tratados con éxito,
el riesgo es evidente. Por tanto, será necesario averiguar
hasta qué punto los vectores disponibles son seguros antes
de aplicarlos a la clínica humana(13) y diseñar con cuidado
la evaluación de los riesgos en experimentación clínica
temprana. Casi todos los órganos legislativos y competentes
en la regulación de la investigación con seres humanos y
nuevos tratamientos han puesto los programas que utilizan
terapia génica en cuarentena, aunque la franca mejoría
clínica de los pacientes tratados (incluidos los precitados,
antes del accidente) hace que la terapia siga siendo
recomendable para los que no responden al trasplante de
progenitores, o bien carecen de donante apropiado(14). Este
efecto adverso de la terapia génica puede seguirse en
www.esgt.org (Tabla II).
¿Para quién?
No para todos, por ahora. Más bien para los menos,
en concreto enfermos con ID combinada grave (SCID) por
deficiencia de γ C o ADA sin donante compatible ni
haploidéntico, resistentes al tratamiento por PEG-ADA en
el segundo caso(15). No obstante, se están ensayando otras
indicaciones más amplias como:
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INMUNIDAD Y TERAPIA GÉNICA: BENEFICIOS Y RIESGOS
VOL. 23 NUM. 1/ 2004
TABLA I. Inmunodeficiencias congénitas*
Proteína
• Complemento
C1inhibidor, C4bp
C1-C4, MBL, factor D
C5-C9, Factor I, B, Properdina
Factor H
MASP2
• Fagocitosis, adhesión y movilidad celular
NADPH oxidasa (gp91, p22, 47, 67phox)
Glucosa 6PDH (XL)
WASP
CD18/GDP-Transportador de fucosa
Rac 2
C/EBP (CCAAT/enhancer binding protein)
Elastasa / GFI1
• Modificación y reparación del ADN
RAG, Artemis
ADA, PNP
DNA metilltransferasa DNMT3B
CD40L/ AID/ CD40/ NEMO (IKKγ) /UNG
ATM, hMRE 11, Nibrina, DNA ligasa IV
• Reconocimiento de citocinas
γc / IL-7Rα / Jak 3
IL-2R α
IL-12 / IL-12R / IFN-γR / STAT-1
STAT5B
CXCR4
βc (IL-3,-5,GM-CSF)
• Presentación de antígeno
MHC-clase I (TAP1,TAP2)
MHC-clase II (RFX5,AP,B/ANK, CIITA)
• Reconocimiento de antígeno y señalización
λ5 o VpreB / µ / Igα o β / BLNK / Syk
Btk
CD3γ, δ, ε, ζ, CD8α, CD45
ZAP-70, Lck
ICOS
IRAK4/IκBα/IKKγ
• Citolisis
Perforina / Munc13-4
Lyst
Rab27A/Miosina-5a
SAP or SH2D1A (XL)
• Apoptosis
TNFR1, criopirina, mevalonato cinasa, mn
CD95L/CD95/Caspase 8, 10
Foxp3, Aire
• Otros defectos
Del22q11
Ever 1 y 2
Winged helix nude
Desconocido
Síndrome
Angioedema
Lupus, infecciones
Meningitis
Hemolítico-urémico
Susceptibilidad a S. pneumoniae
Granulomatoso crónico
Anemia +/- ID
Wiskott Aldrich / XLT / neutropenia
Deficiencia de adhesión leucocitaria 1/2
Defecto de quimiotaxis
Deficiencia de gránulos específicos
Neutropenia
T–B– SCID, Omenn
SCID
ICF
Hiper IgM-1/2/3 (displasia ectodérmica)/4
Ataxia Telangiectasia y AT-Like
SCID
SCID
Susceptibilidad a Mycobacterias
CID sin respuesta a IFN-γ
WHIM, susceptibilidad a papilomavirus
Proteinosis alveolar pulmonar
Granulomatosis, CID
SCID
Agammaglobulinemia (no XL)
Agammaglobulinemia (XL)
CID, SCID
SCID, CVID
CVID
Infecciones piógenas (TLR4/IL-1R/IL-18R)
Linfohistiocitosis hemofagocítica
Chediak-Higashi (albinismo)
Griscelli (albinismo)
Linfoproliferativo de Duncan
Autoinflamatorio/Fiebres recurrentes
Linfoproliferativo autoinmune
IPEX, APECED
DiGeorge, CATCH 22
Susceptibilidad a papilomavirus
Desarrollo T, pelo y uñas alterado
CVID, deficiencia de IgA
*Abreviaturas: AID, activation-induced cytidine deaminase; Aire, autoimmune regulator; APECED, autoimmune polyendocrinopathy, candidiasis and
ectodermal dystrophy; C4bp, C4 binding protein; CATCH 22, cardiac defects, abnormal facial features, thymic hypoplasia, cleft palate, and hypocalcemia; CID, combined ID; CVID, common variable ID; Ever, epidermodysplasia verruciformis endoplasmic reticulum; ICF, ID, centromeric instability and
facial anomalies; ICOS, inducible costimulator; IKK-γ, inhibitor of κB kinase-γ; IPEX, immunodysregulation, polyendocrinopathy, enteropathy, X linked;
IRAK, IL-1R-associated kinase; MASP, MBL-associated serine protease; mn, marenostrina o pirina; NEMO, NF-κB essential modulator; SAP, SLAMassociated protein; SCID, severe combined ID; SLAM, signalling lymphocytic activation molecule, CD150; STAT, signal transducer and activator of transcription; TLR, Toll-like receptor; UNG, uracil-DNA glycosylase; WHIM, warts, hypogammaglobulinemia, infections and myelokathexis; XL, X-linked;
ID, inmunodeficiencia; XLT, X-linked thrombocytopenia; ZAP, zeta associated protein.
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INMUNOLOGÍA
J.R. REGUEIRO, J.M. MARTÍN-FERNÁNDEZ, I. MELERO
Terapia génica
PBL
TIMO
A
Precursores
afectados
(ex vivo)
Normal
Vector
Fenotipo
función
longevidad
5’LTR
γc
SCID
3’LTR
γc
IL7Ra
RAG 1, 2
ADA
JAK3
(30%)
Expansión
(ventaja
selectiva)
Figura 1. Estrategia general de la terapia génica en humanos.
TIMO
PBL
B
TABLA II. Sitios de interés
Terapia génica
Sociedad Española de Terapia Génica
www.uv.es/SETG/
Sociedad Europea de Terapia Génica
www.esgt.org
Sociedad Americana de Terapia Génica
www.asgt.org
Inmunodeficiencias congénitas
Guía de actuación clínica en ID primarias
www.saludaliamedica.com
Registro Español de ID (REDIP)
http://virtualbits.com/redip
Sociedad Europea para las ID (ESID)
www.esid.org
ID Resource
www.bioinf.uta.fi/idr
Asociación Inglesa para las ID (PiA)
www.pia.org.uk
Fundación Americana para las ID (IDF)
www.primaryimmune.org
Fundación Jeffrey Modell (JMF)
www.jmfworld.com
• Gen conocido de herencia recesiva, sin regulación
importante ni selectividad de linaje, mejor si existen
reversiones naturales (como ocurre también con WASP).
• Deficiencia mortal, caso intrasplantable, y más ahora
que se ha acreditado el riesgo de oncogénesis por inserción.
• Con ventaja selectiva para las células transducidas o su
progenie, que deberán ser longevas (es decir, ID que
afecten al desarrollo).
Aquí caben muchos otros síndromes (aunque está por
Normal
LTR
LTR
SCID
Reconstituido
Ventaja
selectiva
Figura 2. A. Las mutaciones de ciertos enfermos con ID (gris oscuro) bloquean
el desarrollo del linaje T en el timo, causando linfopenia periférica de dicho
linaje (PBL) B. La reconstitución retroviral de los precursores intratímicos
proporciona ventaja selectiva a los timocitos que portan el transgén (gris
claro) sobre los no transducidos (gris oscuro), de modo que los linfocitos T
periféricos que repueblan ese compartimiento son casi todos portadores del
mismo.
demostrar que la terapia génica pueda ayudarles o que
cumplan todas las condiciones), como las deficiencias de
IL-7Rα, Jak3, WASP, Rag1, Rag2, Artemis, CD45, ZAP-70
y Lck. Algunas agammaglobulinemias (por deficiencia de
Btk, λ5, m, Igα o Blnk) podrían llegar a beneficiarse también.
¿Por qué no la enfermedad granulomatosa crónica (CGD)
o la deficiencia de adhesión leucocitaria (LAD)? Porque no
existe ventaja selectiva y además la célula diana (el granulocito)
es poco proliferativa y de vida corta(16, 17). ¿Y la deficiencia
de IgA o la CVID? Porque no se conoce el gen responsable
(aunque quizá falta poco)(18) y además no son necesariamente
mortales. ¿Y los síndromes linfoproliferativos por deficiencia
de CD95 o CD95L? Porque a menudo son dominantes
negativos, no recesivos. ¿Y la ataxia telangiectasia? Porque
el daño cerebelar es normalmente irreversible.
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INMUNIDAD Y TERAPIA GÉNICA: BENEFICIOS Y RIESGOS
¿Dónde?
En la actualidad se estaban desarrollando diversos
protocolos de terapia génica en París (Cavazzana-Calvo,
del grupo de A. Fischer), en Brescia (Aiuti hijo, en el grupo
de C. Bordignon), o en Londres (A. Thrasher), pero el
accidente insercional ha dejado abierto sólo el programa
inglés.
¿Y en el futuro?
La terapia génica será una opción terapéutica más, no
la panacea. Tan sorprendente como lo fue en su día (y lo
sigue siendo) el trasplante de médula ósea, que por cierto
la primera enfermedad que curó fue una deficiencia de γC(19),
pero probablemente mucho más sencilla y desde luego más
barata. Una CGD podrá seguramente optar entre la profilaxis
antibiótica o la terapia génica mensual, por ejemplo. Y quizá
una portadora de ataxia telangiectasia pueda recibir para
un hijo enfermo el tratamiento intra-útero, quién sabe.
Nuestro laboratorio trabaja desde hace años en la generación
de modelos y en la terapia génica in vitro de algunas ID,
como la deficiencia de CD3γ(20), de MHC clase II(21) y de gp91
(CGD)(22). Una de nuestras conclusiones es que la corrección
post-tímica de los linfocitos T sin CD3γ puede provocar
efectos adversos al desafinar la autotolerancia aprendida
en el timo(22b).
Inmunodeficiencias adquiridas
La aplicación de la terapia génica a la infección por HIV
es un concepto muy atractivo que persigue modificar las
células del enfermo para prevenir o tratar la infección. Pero
hasta la fecha no ha habido ningún avance clínico destacable(23).
Las estrategias más utilizadas son las siguientes: inmunológica
(potenciar la inmunidad contra células infectadas) y antiviral
(interferir directamente con el virus).
Estrategia inmunológica. Dos métodos se han ensayado,
uno activo y otro pasivo, que coinciden en perseguir la
inducción de la inmunidad anti-HIV, sobre todo por los
linfocitos Tc. El método activo es la simple inmunización
intramuscular con vectores retrovirales que expresan proteínas
de la envuelta (24). En una versión más moderna se han
transducido células dendríticas con genes virales para
inducir respuestas citolíticas (25). El método pasivo bien
proporciona a los linfocitos Tc un receptor que los dirige
y activa selectivamente sobre células infectadas(26), o bien
proporciona a las células infectadas un gen citolítico que
sólo se activa en ellas(27, 28).
Estrategia antiviral. Aquí se persigue proteger por
terapia génica a las células de la infección viral interfiriendo
en diferentes momentos de su ciclo biológico. La sustancia
que interfiere puede ser una proteína o bien un ácido nucleico.
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En el caso de las proteínas, se puede impedir la entrada del
virus interfiriendo con sus receptores(29), expresando proteínas
virales en la membrana celular, como gp41(30), o –una vez
dentro- expresando versiones dominantes negativas de
proteínas virales que impidan su replicación, como Rev(31),
o anticuerpos intracelulares (intrabodies) que reconocen
y bloquean proteínas virales como Env, Rev, Tat o gp120(32),
o proteínas propias modificadas para retener al virus(33). En
cuanto a los ácidos nucleicos, las ribozimas (RNA que cortan
a otros RNA)(34) o los siRNA (small interfering RNA), HIV–(35)
o CCR5-específicos(36), bloquean la replicación viral o impiden
la expresión del correceptor que necesita para infectar. Por
último, las secuencias antisentido, por ejemplo anti-Tar
(trans-activation response element)(37) anulan la expresión
del genoma viral.
Algunos autores consideran que el cáncer es un tipo de
inmunodeficiencia adquirida y existen multitud de estrategias
para tratar de despertar al sistema inmunitario, entre
ellas la terapia génica, pero el tema escapa del objetivo de
este trabajo. Así, la terapia génica se ha utilizado en modelos
preclínicos y en experimentación clínica temprana para
inducir y potenciar la respuesta inmunitaria frente a antígenos
tumorales. Este tema ha sido recientemente revisado en
esta revista(38).
LA INMUNIDAD OBSTACULIZA LA TERAPIA GÉNICA
Como hemos visto, la terapia génica consiste en la
expresión forzada del gen de interés con fines terapéuticos
en células que no pueden (ID congénitas) o no quieren
hacerlo (sencillamente porque ese gen en particular no se
expresa en esa célula o no existe en el genoma). Aunque
hay muchos métodos, el que mayor éxito e implantación
ha tenido hasta la fecha es el biológico, que aprovecha la
enorme experiencia evolutiva de los virus (retro, herpes y
adenovirus, fundamentalmente) en la introducción y expresión
forzada de su genoma en células eucariotas. Quizá por eso,
y por razones igualmente evolutivas, contra este tipo de
estrategia el sistema inmunitario constituye un obstáculo,
a veces insalvable, que dirige su atención innata y adaptativa
contra el vector (extinguiendo su expresión) o contra la
partícula viral que lo alberga (a menudo con efectos
secundarios, o bien reduciendo la eficacia de su
readministración)(39, 40). Además, la propia proteína codificada
por el gen terapéutico puede convertirse en diana de la
inmunidad adaptativa si el huésped adulto no ha tenido
ocasión de desarrollar tolerancia frente a ella. Este es el caso
de algunas hemofilias por falta de factor VIII(41) o factor
IX (42). Para estos casos se han ideado estrategias
inmunomoduladoras(43, 44).
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CONCLUSIÓN
El sistema inmunitario y la administración terapéutica
de material genético establecen una relación compleja y
paradójica. Desde el lado beneficioso se observa que la
terapia génica puede corregir inmunodeficiencias y que
la transferencia génica de moléculas inmunomoduladoras
a las dianas celulares adecuadas puede potenciar respuestas
inmunitarias terapéuticas o frenar la respuesta frente a
autoantígenos. Sin embargo, la expresión de antígenos
inéditos para el sistema inmunitario del huésped y el uso
de vectores virales complica la terapia génica ya que la
respuesta anti-transgén o anti-vector pueden extinguir sus
efectos beneficiosos.
AGRADECIMIENTOS
Nuestro trabajo en este campo está financiado en la
actualidad por el Ministerio de Ciencia y Tecnología (proyecto
BMC2002-3247 a JRR) y la Comunidad Autónoma de Madrid
(proyecto 21/01 a JRR y beca a JMMF).
CORRESPONDENCE TO:
José R. Regueiro
Inmunología
Facultad de Medicina
Universidad Complutense
28040 Madrid
Phone: +34 91 394 16 42. Fax +34 91 394 16 41
E-mail: regueiro@med.ucm.es
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