Apresentação de Antígenos e MHC: Do Proteassoma ao Reconhecimento pelo TCR

Toda resposta imune adaptativa começa com um problema de logística molecular: o receptor de células T (TCR) não reconhece proteínas intactas, e sim fragmentos peptídicos curtos ancorados em moléculas do complexo principal de histocompatibilidade (MHC), chamadas HLA no ser humano. O conceito de restrição ao MHC, descrito por Zinkernagel e Doherty em 1974 e premiado com o Nobel de Fisiologia ou Medicina de 1996, organiza toda a imunologia celular: células T CD8+ vigiam o interior das células via MHC classe I, enquanto células T CD4+ vigiam o compartimento extracelular via MHC classe II. Dominar esse maquinário explica a rejeição de transplantes, a associação entre HLA-B27 e espondilite ancilosante, o rastreio farmacogenômico do abacavir e o racional das imunoterapias com inibidores de checkpoint no câncer.

01Conceito de restrição ao MHC: o que o TCR realmente reconhece

O TCR reconhece um epitopo linear: o peptídeo (8 a 10 resíduos no MHC I; 13 a 18 no MHC II) mais resíduos das hélices alfa da própria molécula de MHC. Por isso a célula T é duplamente específica: reconhece o peptídeo E o MHC que o apresenta, um conceito chamado reconstrhecimento trimolecular (TCR, peptídeo e MHC). Zinkernagel e Doherty demonstraram que linfócitos T citotóxicos de camundongos infectados pelo vírus da coriomeningite linfocítica só lisavam células infectadas que expressavam o mesmo MHC de classe I do camundongo imunizado, provando que o reconhecimento é restrito ao próprio MHC. Isso explica também a aloreatividade: cerca de 1 a 10% dos linfócitos T reagem cruzadamente com MHC alogênico estranho, base celular da rejeição de enxerto e da doença do enxerto contra o hospedeiro. Anticorpos, em contraste, reconhecem epitopos conformacionais de proteínas nativas sem qualquer participação do MHC.

02Classificação: as vias de apresentação de antígenos

A apresentação de antígenos se organiza em duas vias clássicas e duas vias não convencionais. A via citosólica (endógena) alimenta o MHC I com peptídeos gerados no citosol; a via endocítica (exógena) alimenta o MHC II com proteínas captadas do meio extracelular. A apresentação cruzada (cross-presentation) é o desvio de antígeno exógeno para o MHC I, exclusivo de subpopulações de células dendríticas, e é essencial para primar células CD8 contra vírus que não infectam células apresentadoras e contra antígenos tumorais. Finalmente, moléculas do tipo MHC I não clássicas apresentam lipidios (CD1) e metabólitos microbianos (MR1) a linócitos T invariantes.

03Estrutura molecular do MHC e o sulco de ligação de peptídeos

A cristalografia da HLA-A2 por Bjorkman, Strominger e Wiley em 1987 revelou a arquitetura que cai em prova: o MHC I é uma cadeia pesada de 44 kDa com três domínios extracelulares (alfa 1, alfa 2 e alfa 3) associada de forma não covalente à beta-2-microglobulina (12 kDa), codificada no cromossomo 15 e praticamente não polimórfica. Os domínios alfa 1 e alfa 2 formam o sulco de ligação: um piso de 8 fitas beta antiparalelas ladeado por duas hélices alfa. As extremidades fechadas do sulco restringem o peptídeo a 8-10 resíduos, com resíduos âncora (tipicamente a posição 2 e o resíduo carboxi-terminal) encaixados em bolsões polimórficos da molécula. O MHC II é um heterodímero de cadeias alfa e beta, ambas polimórficas, cujo sulco alfa 1-beta 1 é aberto nas duas pontas, acomodando peptídeos de 13 a 18 ou mais resíduos que se projetam para fora. O domínio alfa 3 do MHC I liga a molécula CD8; o domínio beta 2 do MHC II liga a CD4, definindo a restricção de cada população T. Os MHC I não clássicos incluem HLA-E (apresenta peptídeos líderes de HLA-A, B e C aos receptores CD94/NKG2 de células NK, monitorando a integridade da apresentação de classe I), HLA-F e HLA-G (expressa no trofoblasto, contribui para a tolerância materno-fetal).

04Via citosólica passo a passo: do proteassoma à membrana

• Proteínas intracelulares marcadas com ubiquitina são degradadas pelo proteassoma 26S. Sob interferon-gama, as subunidades catalíticas são substituídas por LMP2, LMP7 e MECL-1 (imunoproteassoma, genes da região do MHC II), gerando peptídeos com terminal C hidrofóbico ou básico, preferidos pelo MHC I.
• O transportador TAP1/TAP2, uma ATPase da família ABC, transloca peptídeos de 8 a 16 resíduos do citosol para o lúmen do retículo endoplasmático (RE).
• No RE, a cadeia pesada recém-sintetizada é mantida parcialmente dobrada pela calnexina; ao associar-se à beta-2-microglobulina, entra no complexo de carregamento de peptídeos junto com calreticulina, ERp57 e tapasina.
• A tapasina liga o MHC I ao TAP e funciona como chaperona editora: descarta peptídeos de baixa afinidade até que um peptídeo de alta afinidade estabilize o complexo.
• As aminopeptidases ERAP1 e ERAP2 aparam resíduos do terminal N até o tamanho ideal de 8 a 10 resíduos.
• O trímero estável (cadeia alfa, beta-2-microglobulina e peptídeo) passa pelo complexo de Golgi e chega à superfície celular, onde é inspecionado pelo TCR de células CD8+.
• Vírus desenvolveram bloqueios em cada etapa: a ICP47 do herpes simplex obstrui o TAP; as proteínas US2 e US11 do citomegalovírus retrotransportam MHC I para degradação no proteassoma; a Nef do HIV internaliza MHC I da membrana. A deficiência congênita de TAP (síndrome do linfócito despido tipo I) causa infecções respiratórias de repetição e úlceras cutâneas necrotizantes.

05Via endocítica passo a passo: cadeia invariante, CLIP e HLA-DM

• Proteínas exógenas captadas por fagocitose ou endocitose chegam aos endossomos tardios e lisossomos, onde o pH de 4,5 a 5,0 ativa catepsinas (S, L e B) que fragmentam o antígeno em peptídeos de 13 a 18 resíduos.
• O linfócito B tem vantagem única: imunoglobulina de membrana (BCR) interna o antígeno específico com eficiência 100 a 1000 vezes maior que a pinocitose, por isso é uma APC especializada em apresentar seu próprio antígeno às células T helper.
• Enquanto isso, o MHC II é sintetizado no RE com a cadeia invariante (Ii, CD74) ocupando fisicamente o sulco, impedindo a ligação de peptídeos endógenos destinados ao MHC I.
• No compartimento MIIC (MHC class II compartment), as catepsinas clivam a cadeia invariante, restando no sulco o fragmento CLIP (class II-associated invariant chain peptide).
• A HLA-DM, uma molécula de classe II não clássica que não apresenta antígeno, catalisa a remoção do CLIP e a troca por peptídeos de alta afinidade; a HLA-DO modula negativamente a HLA-DM.
• O complexo MHC II-peptídeo estável vai para a membrana e é reconhecido pelo TCR de células CD4+, que se diferenciam em Th1, Th2, Th17 ou Treg conforme os sinais coestimulatórios e as citocinas do ambiente.

Os superantígenos bacterianos exploram a via do MHC II de forma não canônica: a TSST-1 do Staphylococcus aureus e a exotoxina pirogênica A do Streptococcus pyogenes ligam-se fora do sulco, ao MHC II de uma célula e à região Vbeta do TCR de outra, sem processamento antigênico. O resultado é a ativação policlonal de até 20% dos linfócitos T, com liberação maciça de IL-1, IL-2 e TNF-alfa que produz a síndrome do choque tóxico.

06Células apresentadoras de antígeno e os três sinais de ativação

Somente células com MHC II constitutivo e moléculas B7 (CD80/CD86) são APCs profissionais: a célula dendrítica é a única capaz de ativar linfócitos T virgens (naive) e por isso inicia as respostas adaptativas; o macrófago ativa células T efetoras e de memória no foco inflamatório; o linfócito B apresenta antígeno às células T foliculares helper. Praticamente todas as células nucleadas expressam MHC I, o que transforma qualquer célula em potencial delatora de infecção viral. O interferon-gama pode induzir MHC II em células não profissionais através do transativador CIITA, fenômeno relevante na tireoidite de Hashimoto, em que tireócitos passam a apresentar antígenos tireoidianos. Hemácias, anucleadas, não expressam MHC I.

A ativação completa da célula T exige três sinais. O sinal 1 é a especificidade: peptídeo-MHC ligado ao TCR com o coreceptor CD8 ou CD4. O sinal 2 é a coestimulação: B7 da APC ligando CD28 no linfócito T; sem ele, a célula T torna-se anérgica ou deletada, princípio explorado terapeuticamente pelo abatacepte (CTLA-4-Ig na artrite reumatoide) e pelo belatacepte (em transplante renal). O sinal 3 é a polarização por citocinas: IL-12 gera Th1, IL-4 gera Th2, IL-6 mais TGF-beta gera Th17 e IL-10 mais TGF-beta induz Treg. Os inibidores de checkpoint ipilimumabe (anti-CTLA-4), nivolumabe e pembrolizumabe (anti-PD-1) bloqueiam os freios naturais dessa ativação, o que explica tanto a eficácia antitumoral quanto as toxicidades autoimunes.

07Polimorfismo, herança e tipagem do HLA

A região do MHC no cromossomo 6p21.3 estende-se por cerca de 4 Mb e contém mais de 200 genes, muitos com função imune: é o trecho mais polimórfico do genoma humano, com mais de 30 mil alelos de HLA catalogados no banco IMGT/HLA, sendo HLA-B o locus mais polimórfico. A expressão é codominante: cada indivíduo expressa os alelos paternos e maternos de cada locus, o que maximiza a diversidade de peptídeos apresentados e dificulta que um patógeno escape de uma população inteira. Os alelos são herdados em blocos chamados haplótipos, com forte desequilíbrio de ligação: dois irmãos têm 25% de chance de serem HLA-idênticos, 50% de compartilharem um haplótipo e 25% de não compartilharem nenhum, razão pela qual irmãos são os melhores doadores em transplante de medula. A tipagem evoluiu da sorologia para técnicas de DNA em baixa e alta resolução (PCR-SSO, PCR-SSP e sequenciamento de nova geração), que definem alelos em dois ou mais campos, como HLA-B*57:01.

08Seleção tímica: como nasce a restrição ao MHC e a tolerância central

Os timócitos duplo-positivos (CD4+CD8+) geram aleatoriamente seu TCR por recombinação V(D)J e passam por dois filtros no timo. Na seleção positiva, no córtex, apenas os timócitos cujo TCR reconhece peptídeos próprios apresentados por MHC próprio nas células epiteliais tímicas corticais são resgatados da morte por abandono: é aqui que o repertório aprende a restrição ao MHC. O comprometimento de linhagem depende da classe reconhecida (e da força e duração do sinal): MHC II direciona para CD4 e MHC I para CD8. Na seleção negativa, na medula, timócitos com TCR de alta afinidade por complexos próprio-MHC-próprio-peptídeo morrem por apoptose; as células epiteliais tímicas medulares expressam o fator de transcrição AIRE, que permite a expressão de antígenos tecido-específicos, como a insulina, no timo. Mutação de AIRE causa a poliendocrinopatia autoimune candidíase-distrofia ectodérmica (APECED/APS-1). No total, mais de 95% dos timócitos morrem no timo; os sobreviventes incluem as Treg (FoxP3+), geradas a partir de clones com autorreatividade intermediária a alta.

09Aplicações clínicas: transplante, farmacogenômica e imunoterapia

No transplante, o aloreconhecimento ocorre por três vias: direta (células T do receptor reconhecem MHC doador intacto nas APCs do enxerto, dominante na rejeição aguda precoce), indireta (APCs do receptor processam e apresentam proteínas do doador em MHC próprio, dominante na rejeição crônica) e semidireta. Anticorpos anti-HLA pré-formados por gestação, transfusão ou transplante prévio causam rejeição hiperaguda em minutos a horas; por isso faz-se o crossmatch por citotoxicidade dependente de complemento e, cada vez mais, o crossmatch virtual com ensaios Luminex de esferas com antígeno único, que definem a especificidade e a força (MFI) dos anticorpos. Enxertos com zero incompatibilidades HLA-A, B e DR apresentam sobrevida superior. No transplante de medula, o desequilíbrio entre HLA-C e seus ligantes KIR favorece o efeito enxerto contra leucemia.

• Abacavir: o teste de HLA-B*57:01 é obrigatório antes da prescrição; portadores tratados têm risco muito alto de hipersensibilidade (febre, rash, sintomas respiratórios e gastrointestinais) e o rastreio praticamente eliminou os casos.
• Carbamazepina e oxcarbazepina: HLA-B*15:02, prevalente em populações do leste e sudeste asiático, associa-se à síndrome de Stevens-Johnson e necrólise epidérmica tóxica; recomenda-se genotipagem prévia nessa ascendência.
• Alopurinol: HLA-B*58:01 (han chineses, coreanos e tailandeses) aumenta fortemente o risco de reações cutâneas graves.
• Flucloxacilina: HLA-B*57:01 associa-se a lesão hepática colestática medicamentosa.

Em oncologia, a resposta das células CD8+ contra o tumor depende inteiramente da apresentação por MHC I: tumores que perdem B2M ou downregulam HLA de classe I escapam dos linfócitos T e resistem aos anti-PD-1. Esse escape, porém, os expõe às células NK pela lógica do missing-self, já que NK são inibidas por HLA-E e outras moléculas de classe I presentes; anticorpos anti-NKG2A tentam liberar esse freio. Vacinas peptídicas e de neoantígenos são desenhadas restritas aos haplótipos HLA mais comuns, e a restrição pelo HLA explica por que respostas T dominantes contra um mesmo vírus diferem entre indivíduos.

10MHC e doenças: as associações que caem em prova

Os mecanismos que ligam HLA a doença variam: mimetismo molecular entre epitopos bacterianos e peptídeos próprios (febre reumática), apresentação de alta afinidade de peptídeos próprios que escaparam da seleção negativa, desequilíbrio de ligação com genes de citocinas e complemento na mesma região, e, no caso específico do HLA-B27, acúmulo de misfolded protein no retículo endoplasmático com resposta de estresse unfolded protein, além da apresentação de peptídeos artritogênicos. O haplótipo ancestral A1-B8-DR3 (haplótipo 8.1) concentra associação com lúpus, tireoidite e deficiência de C4A.

11Pontos de prova e erros comuns