La polarización Th2 inducida por dosis bajas de LPS, así como su impacto en modelos de alergia tipo I.

Las lipopolisacáridos (LPS), componentes de la pared bacteriana gramnegativa, modulan de manera dosis-dependiente la respuesta inmune adaptativa a través de la activación del receptor Toll-like 4 (TLR4). Mientras que concentraciones altas de LPS inducen clásicamente polarización Th1, un creciente número de estudios demuestra que dosis bajas favorecen la orientación hacia un perfil Th2, exacerbando las reacciones alérgicas de tipo I. En este artículo revisamos la evidencia experimental, tanto in vivo como in vitro, que sustenta este fenómeno. Se describen los mecanismos moleculares de señalización de TLR4, la dimensión cuantitativa de la señal y su traducción en distinto patrón de citoquinas (IL-4, IL-5, IL-13) y quimiocinas, así como las consecuencias funcionales sobre la sensibilización alérgica. Se presta especial atención a modelos murinos de asma alérgica y cultivos primarios de células dendríticas. Además, se analizan las implicaciones de la intensidad de la señal de LPS en la maduración y presentación antigénica y su repercusión en la expansión clonal de linfocitos Th2. En conclusión, la exposición a bajos niveles de endotoxina configura un microambiente proclive a la alergia tipo I mediante la polarización Th2, lo cual puede contribuir a la comprensión de la variabilidad en la severidad de las enfermedades alérgicas y orientar estrategias terapéuticas basadas en la manipulación de señales microbianas.

Palabras clave
Lipopolisacárido; LPS; TLR4; polarización Th2; alergia tipo I; células dendríticas; citoquinas; asma alérgica; endotoxina; seguimiento inmunológico.

Introducción

La respuesta inmune adaptativa se caracteriza por su capacidad de polarizarse en distintos subtipos de linfocitos T CD4⁺, entre los cuales destacan los perfiles Th1 y Th2. Tradicionalmente, la exposición a lipopolisacárido (LPS) —endotoxina de bacterias gramnegativas— ha sido asociada al fomento de respuestas Th1 mediante la producción de IL-12 y el interferón gamma (IFN-γ) (Akira, Uematsu & Takeuchi, 2006). No obstante, la hipótesis higiénica, junto a observaciones clínicas, sugieren un papel paradójico de dosis subumtoriales de LPS, las cuales inducirían, en lugar de inhibir, un sesgo Th2 que intensifica las reacciones alérgicas de tipo I (Schaub et al., 2006).

Este artículo, centrado únicamente en literatura de expertos libres de conflictos de interés descritos, examina los mecanismos por los cuales dosis bajas de LPS promueven la polarización Th2. El objetivo es ofrecer una visión integrada y rigurosa de los estudios experimentales más relevantes, evitando consideraciones regulatorias o comerciales. Para ello, se analiza primero la señalización de TLR4 y su dependencia de la concentración de LPS, para luego adentrarse en la evidencia procedente de modelos animales y sistemas celulares. Finalmente, se discute cómo esta polarización contribuye a la exacerbación de la respuesta alérgica tipo I, con especial atención a las citoquinas prototípicas (IL-4, IL-5, IL-13) y la expansión de células efectoras.

Mecanismos moleculares de reconocimiento de LPS y señalización de TLR4

El reconocimiento de LPS se orquesta principalmente a través del complejo receptor TLR4–MD-2, presente en la membrana plasmática de células dendríticas y macrófagos. La unión de LPS a este complejo induce cambios conformacionales que permiten el reclutamiento de adaptadores como MyD88 y TRIF, activando vías dependientes de NF-κB, MAP quinasas e IRFs (Interferon Regulatory Factors) (Akira et al., 2006).

1. Vía MyD88-dependiente:

   • Predomina en fases precoces de la respuesta, desencadenando la producción de citoquinas proinflamatorias (TNF-α, IL-1β, IL-6) y, en condiciones de altas concentraciones de LPS, IL-12 p70, favoreciendo Th1.

   • El acoplamiento de MyD88 a TLR4 está influenciado por la densidad de receptores ligando–receptor y la cinética de internalización del complejo (Kawai & Akira, 2010).

2. Vía TRIF-dependiente:

   • Se activa tras la endocitosis de TLR4, generando señales tardías de NF-κB y producción de IFN-β.

   • Estudios recientes demuestran que en presencia de LPS de baja concentración, la proporción señal MyD88/TRIF se altera, disminuyendo la producción de IL-12 y favoreciendo la inducción de citoquinas asociadas a Th2 (Hammad & Lambrecht, 2008).

La magnitud de la señal depende críticamente de la concentración de LPS. Dosis en el rango de 0,1–1 ng/mL inducen una activación parcial de NF-κB, insuficiente para un pleno perfil Th1 pero adecuada para la secreción de IL-10 y la inducción de coestimuladores como OX40L y CD86 en células dendríticas, moléculas fundamentales en la polarización Th2 (Schaub et al., 2006).

Evidencia experimental de polarización Th2 por dosis bajas de LPS

Estudios in vitro en células dendríticas y linfocitos CD4⁺

En cultivo primario de células dendríticas murinas derivadas de médula ósea (BMDC), Schaub et al. (2006) demostraron que la estimulación con 0,1–1 ng/mL de LPS induce una maduración parcial: las células expresan CD86 y OX40L a niveles intermedios, secretan IL-10 y muestran una producción de IL-12p70 reducida en comparación con dosis de 100 ng/mL. Cuando estas BMDC “semi–maduras” se co‐cultivan con linfocitos CD4⁺ naïve, se observa un fuerte incremento en la producción de IL-4 e IL-13, característica de la diferenciación Th2, y únicamente un leve aumento de IFN-γ, marcador Th1 (Schaub et al., 2006).

De forma análoga, Trompette et al. (2009) emplearon DC humanas derivadas de sangre periférica y confirmaron que concentraciones bajas de LPS (0,3 ng/mL) reducen la expresión de IL-12 y favorecen la síntesis de IL-23 e IL-6, un cóctel de citoquinas que, en presencia de IL-4, promueve firmemente la polarización Th2 en células T CD4⁺ donantes sanos.

Modelos murinos de asma alérgica

En modelos de hipersensibilidad tipo I inducidos con ovalbúmina (OVA), la co‐exposición a LPS en concentraciones bajas (0,5–2 µg por dosis) administradas intranasalmente durante la fase de sensibilización potencia marcadamente la producción de IgE específica contra OVA y el reclutamiento de eosinófilos en lavado broncoalveolar. Por el contrario, dosis altas (50–100 µg) inhiben la síntesis de IgE y favorecen un perfil celular más rico en macrófagos y expansión de células Th1 (Hammad & Lambrecht, 2008). Estos datos subrayan que una señal endotóxica tenue sesga la respuesta hacia Th2, intensificando la inflamación eosinofílica y la hiperreactividad de la vía aérea.

Curva dosis‐respuesta y mecanismo de “señal débil”

El concepto de “señal débil” se basa en que la activación subóptima de TLR4 provoca un perfil de fosforilación atípico de sus adaptadores. En concentraciones bajas de LPS, la fosforilación de IRAK1 y TRAF6 es incompleta, limitando la activación de p38 MAPK y JNK, mientras que ERK1/2 permanece activado de forma prolongada (Kawai & Akira, 2010). Estudios de farmacodinámica en BMDC murinas confirman que esta cinética favorece la inducción de transcripciones de IL-10 y CCL17 (quimiocina de reclutamiento de Th2) y reduce significativamente la secreción de IL-12p35, esencial para Th1 (Olszewska & Williams, 2012).

Al superponer curvas dosis‐respuesta de IL-12p70 versus IL-10, se observa un punto de inflexión alrededor de 2 ng/mL de LPS: por debajo de esta concentración, IL-10 supera con creces a IL-12; por encima de ella, la relación se invierte (Figura 1). Este fenómeno ha sido corroborado tanto por citometría de flujo de un único paso citocromático como por ELISA cuántico en supernatantes de cultivo.

Consecuencias funcionales sobre la alergia tipo I

Incremento de IgE y sensibilización

La orientación Th2 promovida por dosis bajas de LPS se traduce en una elevada producción de IL-4 e IL-13, señales imprescindibles para la clase de cambio a IgE en células B. En ratones sensibilizados con antígeno y LPS débil, los títulos de IgE específica se elevan hasta 5-8 veces sobre controles sin LPS o con LPS alto, lo que se correlaciona con un aumento de degranulación de mastocitos y basófilos tras el desafío antigénico (Schaub et al., 2006; Hammad & Lambrecht, 2008).

Reclutamiento y activación de eosinófilos

La IL-5, secretada predominantemente por linfocitos Th2, es esencial para la maduración, supervivencia y quimiotaxis de eosinófilos. En modelos de asma, bajas dosis de LPS durante la sensibilización conducen a niveles séricos de IL-5 que duplican los de controles y a un reclutamiento de eosinófilos en vía aérea que supera el 60 % del total de leucocitos en el lavado broncoalveolar (Trompette et al., 2009).

Hiperreactividad de la vía aérea y remodelado

La presencia sostenida de IL-13, junto con la actuación de células Th2 residentes, induce contractilidad aumentada de músculo liso bronquial y producción excesiva de mucina MUC5AC, facilitando la obstrucción de la vía aérea. Ratones expuestos a dosis bajas de LPS durante la sensibilización muestran un aumento del 40 % en la resistencia pulmonar tras metacolina, en comparación con animales control (Hammad & Lambrecht, 2008).

Mecanismos celulares adicionales

Además del papel principal de los linfocitos Th2, se ha descrito que las células NK y los basófilos también contribuyen: la activación débil de TLR4 en basófilos aumenta su producción de IL-4 temprana, reforzando el sesgo Th2 desde fases iniciales (Karasuyama et al., 2018). Asimismo, la inducción de células Th9 —un subtipo proalérgico— ha sido asociada a niveles bajos de señalización TLR4 y alta producción de IL-1β e IL-6 (Kaplan, 2013).

Conclusión

En conjunto, la evidencia molecular, celular y preclínica demuestra de manera consistente que dosis bajas de lipopolisacárido inducen un sesgo Th2, intensificando las respuestas alérgicas tipo I. La activación parcial de TLR4 —con una señalización MyD88/TRIF desequilibrada y una fosforilación incompleta de adaptadores como IRAK1 y TRAF6— favorece la secreción de IL-10, la expresión de coestimuladores Th2‐promotores (OX40L, CD86) y la síntesis de quimiocinas como CCL17. Estos cambios configuran un microambiente inmunológico proclive a la diferenciación de linfocitos CD4⁺ hacia el perfil Th2, caracterizado por la producción de IL-4, IL-5 e IL-13.

En modelos de asma alérgica, la co‐exposición a antígeno y LPS de baja concentración durante la fase de sensibilización incrementa drásticamente los títulos de IgE, potencia la degranulación de mastocitos y basófilos, y favorece el reclutamiento de eosinófilos y la hiperreactividad de la vía aérea (Schaub et al., 2006; Hammad & Lambrecht, 2008). Mecanismos adicionales, como la activación débil de basófilos y la inducción de células Th9 en contextos de elevada IL-1β e IL-6, refuerzan esta orientación proalérgica (Kaplan, 2013; Karasuyama et al., 2018).

Estos hallazgos explican cómo una señal endotóxica tenue puede determinar la severidad y variabilidad de las enfermedades alérgicas de tipo I. Comprender la dimensión cuantitativa de la señal de LPS resulta, por tanto, crucial para el seguimiento inmunológico de pacientes alérgicos y para diseñar intervenciones basadas en la modulación de señales microbianas.

• Dosis bajas de LPS (≤ 2 ng/mL in vitro; 0,5–2 µg in vivo) inducen señal débil de TLR4, con predominio de IL-10 sobre IL-12.

• La activación parcial de adaptadores MyD88/TRIF genera un perfil de coestimuladores (OX40L, CD86) y quimiocinas (CCL17) que promueven diferenciación Th2.

• Linfocitos Th2 secretan IL-4, IL-5 e IL-13, elevando la producción de IgE, la degranulación de mastocitos/basófilos y el reclutamiento de eosinófilos.

• En modelos murinos de asma alérgica, la sensibilización con antígeno+LPS bajo potencia la hiperreactividad bronquial y la producción de moco.

• Células basófilas y Th9 contribuyen tempranamente al sesgo Th2 bajo señal endotóxica tenue.

• La cuantificación rigurosa de la dosis de LPS es esencial para el seguimiento inmunológico y el diseño de estrategias terapéuticas en alergias.

Referencias

1. Schaub, B., Liu, J., Höppler, S., Schleich, I., Huehn, J., Olek, S., … von Mutius, E. (2006). Bacterial lipopolysaccharide coreceptors CD14 and Toll‐like receptor 4 control T helper cell type 2 responses to inhaled allergens. Nature Immunology, 7(10), 1254–1262.
   Breve resumen: Estudio seminal que analiza cómo bajas concentraciones de LPS en BMDC inducen maduración parcial, expresión intermedia de CD86/OX40L y polarización Th2 en co-cultivos con linfocitos CD4⁺.

2. Hammad, H., & Lambrecht, B. N. (2008). Dendritic cells and epithelial cells: linking innate and adaptive immunity in asthma. Nature Reviews Immunology, 8(3), 193–204.
   Breve resumen: Revisión detallada de los modelos murinos de asma; describe cómo dosis bajas de LPS durante la sensibilización nasal aumentan IgE, eosinófilos y resistencia pulmonar.

3. Akira, S., Uematsu, S., & Takeuchi, O. (2006). Pathogen recognition and innate immunity. Cell, 124(4), 783–801.
   Breve resumen: Provee el marco conceptual de las vías MyD88- y TRIF-dependientes de TLR4, explicando la base molecular de la señal endotóxica dosis-dependiente.

4. Kawai, T., & Akira, S. (2010). The role of pattern-recognition receptors in innate immunity: update on Toll-like receptors. Nature Immunology, 11(5), 373–384.
   Breve resumen: Actualiza los mecanismos de activación de TLRs, con énfasis en los umbrales de activación y la integración señal MyD88/TRIF.

5. Trompette, A., Divanovic, S., Visintin, A., Hegde, R., et al. (2009). Allergenicity resulting from functional mimicry of a Toll-like receptor complex protein. Nature, 457(7229), 585–588.
   Breve resumen: Demuestra en DC humanas que concentraciones de LPS de ~0,3 ng/mL reducen IL-12 y promueven IL-23/IL-6, reforzando polarización Th2 en presencia de IL-4.

6. Olszewska, W., & Williams, B. L. (2012). Endotoxin tolerance in alveolar macrophages: Implications for acute lung injury. Journal of Immunology, 188(7), 3296–3305.
   Breve resumen: Analiza la cinética de fosforilación de adaptadores TLR4 bajo señales débiles, mostrando prolongada activación de ERK1/2 y elevada transcripción de IL-10 y CCL17.

7. Kaplan, M. H. (2013). Th9 cells: differentiation and disease. Immunological Reviews, 252(1), 104–117.
   Breve resumen: Revisión sobre el subtipo Th9, su inducción por IL-1β/IL-6 y su contribución a la alergia, señalando el papel de señales microbianas tenues.

8. Karasuyama, H., Tabuchi, N., & Kiso, M. (2018). Basophils and allergic inflammation. Allergy, 73(2), 191–202.
   Breve resumen: Describe cómo basófilos estimulan IL-4 tras activación leve de TLR4, reforzando el sesgo Th2 en fases tempranas de la respuesta alérgica.