LABORATORIO DE URGENCIAS

La Fiebre Integra las Defensas Antimicrobianas y Control de la Inflamación.

                                                                                                     Farah Haddad; Amro Soliman; Michael Wong; Emilie Albers;
                                                                                         Débora Torrealba; Ryan D Heimroth; Daniel R Barreda et al.
                                                                                                                            * University of Alberta, Canada; 
                                                                                                                                                 * Emory University, United States

                                                                                                               https://doi.org/10.7554/eLife.83644 (Mar 2023)

 
La fiebre es un pilar fundamental de la inflamación aguda. La respuesta clásica se inicia mediante el reconocimiento de patrones moleculares asociados a daños o a patógenos por receptores de reconocimiento de patrones en la superficie de los leucocitos inmunitarios. Esta reacción de detección conduce a la activación de las células mieloides residentes en el sitio de la infección, seguida de la rápida producción de prostaglandina E2 (PGE2) pirógena y citocinas, como el factor de necrosis tumoral alfa (TNFA), la interleucina-1 beta (IL1B) y la interleucina-6 (IL-6). Se observan contribuciones en múltiples niveles de la cascada de la fiebre; la IL-6, por ejemplo, promueve los eventos de activación iniciales, el aumento temprano de la temperatura corporal central, así como la posterior organización del tráfico de linfocitos hacia los órganos linfoides. Otras, como la interleucina-8 (IL-8), se producen localmente en el sitio de la infección y gestionan el reclutamiento de leucocitos inflamatorios desde la circulación, los depósitos periféricos y el compartimento hematopoyético. El aumento de la síntesis de ciclooxigenasa 2 (COX-2) en el núcleo preóptico medio del hipotálamo favorece la producción adicional de PGE2, que desempeña un papel pirógeno dominante en la fiebre. La producción de citocinas pirógenas endógenas, como la IL-1β y la IL-6, en el sistema nervioso central (SNC) también puede complementar la actividad de las generadas en los tejidos periféricos durante la inducción de la fiebre.
Los cambios fisiológicos sistémicos en la vasodilatación, la permeabilidad vascular y el reclutamiento de leucocitos se hacen evidentes pocas horas después de la agresión inicial. De este modo, el reconocimiento inmunitario innato temprano inicia una respuesta altamente organizada que involucra circuitos neuronales en los sistemas nerviosos central y periférico y desencadena la activación de las vías termorreguladoras.
La asociación entre fiebre y enfermedad se remonta al menos a Hipócrates (hace 2500 años). El aumento de la temperatura corporal está tan estrechamente relacionado con la respuesta inflamatoria que el calor (calor) es uno de los cuatro signos cardinales de la inflamación. Si bien se sabe que las formas leves de fiebre aumentan la supervivencia del huésped tras una infección, los mecanismos subyacentes a estas contribuciones aún no se comprenden del todo. Se ha postulado que la mejora de la protección del huésped se debe al impacto directo del aumento de la temperatura sobre los patógenos invasores y a la regulación positiva global de los mecanismos inmunitarios antimicrobianos. En el caso de la restricción térmica, la supervivencia y la replicación del patógeno pueden verse directamente comprometidas cuando se alcanzan o superan sus temperaturas máximas toleradas. Esto está bien documentado para muchos microbios y constituyó una terapia eficaz contra enfermedades como la neurosífilis y la gonorrea antes de la llegada de los antibióticos.
Se sabe que muchos patógenos no se ven afectados en gran medida o incluso se desarrollan mejor a las temperaturas elevadas que provoca la fiebre. Además, incluso para organismos inicialmente permisivos, la eficacia de la restricción térmica puede limitarse a los encuentros iniciales entre el patógeno y el huésped, dado el amplio repertorio de mecanismos de resistencia térmica disponibles para virus, arqueas, bacterias, hongos y parásitos. También se ha propuesto la promoción global de las defensas inmunitarias, basándose en los efectos observados del aumento de la temperatura sobre las tasas metabólicas y los múltiples efectores y reguladores de la inmunidad innata y adaptativa.
La naturaleza global de esta inducción contradice el énfasis que el huésped suele poner en la conservación de energía y el manejo del daño tisular asociado a la inflamación colateral. En consecuencia, los debates sobre el valor neto de la fiebre para la salud del huésped siguen presentes en la literatura científica. Esto se ve agravado por las limitaciones de los modelos experimentales disponibles para reproducir adecuadamente los procesos fisiológicos naturales que impulsan y mantienen las respuestas febriles. Las primeras evaluaciones sobre los beneficios de la fiebre, por ejemplo, adolecían de desviaciones temporales: la fiebre se inducía artificialmente antes de la infección.
En otros casos, se utilizaron rangos térmicos fuera de los que normalmente provoca la fiebre, o se mantuvieron temperaturas máximas durante períodos prolongados. Los modelos de hipertermia en rango febril (HRF) en mamíferos, tanto in vitro como in vivo, siguen ofreciendo información valiosa y han confirmado mejoras en la supervivencia del huésped y una disminución de la carga microbiana debido al aumento de la temperatura corporal central. Lamentablemente, también está bien establecido que la manipulación mecánica exógena de la temperatura causa estrés fisiológico y no logra replicar la maquinaria termorreguladora intrínseca del huésped para calentar y enfriar, la cual se produce durante la fiebre natural.
Los modelos farmacológicos basados ​​en la administración de antipiréticos (p. ej., antiinflamatorios no esteroideos [AINE]) también se han utilizado ampliamente, pero se ven limitados por la inhibición de las vías inflamatorias en múltiples puntos y otros efectos secundarios.
Como resultado, la fiebre sigue siendo uno de los procesos inflamatorios agudos menos comprendidos.

Los ectotermos (peces, anfibios, reptiles, invertebrados) y los endotermos (mamíferos, aves) inducen fiebre tras una infección, y ambos presentan un fuerte componente conductual. Sin embargo, los ectotermos dependen del comportamiento para inducir la fiebre, ya que carecen de las herramientas metabólicas disponibles para los endotermos. Tras la infección, los peces se desplazan a zonas con aguas más cálidas, mientras que los reptiles permanecen en entornos terrestres calentados por el sol. Los animales sociales, como las abejas, van más allá, mostrando termorregulación conductual a nivel grupal para lograr un aumento colectivo de la temperatura de la colmena en respuesta a la infección. A pesar de las diferencias fisiológicas y las distintas estrategias termorreguladoras, parece que existen vías bioquímicas comunes que regulan la fiebre en vertebrados de sangre fría y caliente.
En total, la conservación de la fiebre a lo largo de la filogenia abarca 550 millones de años de evolución metazoaria. El resultado neto es una ventaja de supervivencia que, basada en la selección natural de la respuesta febril a largo plazo, parece compensar los costes metabólicos, mayor riesgo de depredación y la disminución del éxito reproductivo.
Este nivel de compromiso refleja el que muestran algunos patógenos para inhibirla. Recientemente se ha demostrado, por ejemplo, que el herpesvirus expresa receptores solubles de TNF como señuelos durante la infección, lo que retrasa la fiebre y permite una mayor replicación viral.
En este estudio, utilizamos un modelo de vertebrado teleósteo de sangre fría para obtener información adicional sobre la inmunobiología de la fiebre. Examinamos las respuestas febriles bajo una termorregulación dinámica controlada por el huésped, para imitar con mayor precisión las condiciones naturales de calentamiento y enfriamiento. Esto evitó las limitaciones comunes asociadas con fármacos exógenos, las desviaciones temporales de los programas termorreguladores naturales o la exposición de los animales a temperaturas superiores a los rangos normalmente generados por la fiebre. Se diseñó un modelo de infección cutánea por Aeromonas in vivo para centrarse en la forma moderada y autolimitada más común de este proceso biológico natural, en lugar de la fiebre patológica grave. En las condiciones experimentales utilizadas, la fiebre fue transitoria y autolimitada, lo que nos permitió investigar su posible contribución durante las fases de inducción y resolución de la inflamación aguda. En conjunto, nuestros resultados demuestran que la fiebre no es un subproducto de la inflamación aguda, sino un regulador importante de su inducción y control.
En los ectotermos, la fiebre favorece la inducción temprana y selectiva de programas antimicrobianos innatos contra la infección, junto con una inflamación controlada y una reparación acelerada de las heridas. De este modo, actúa como un mecanismo de ajuste fino de la inmunidad innata frente a los patógenos.
La fiebre promueve una resolución más temprana de la inflamación aguda.
Hasta la fecha, los estudios que analizan la base de la supervivencia del huésped gracias a la fiebre se han centrado en la activación de los mecanismos de defensa inmunitaria. La naturaleza autorresoluta de nuestro modelo de teleósteos nos permitió caracterizar también los cambios inmunológicos durante la transición entre las fases de inducción y resolución de la inflamación aguda. De hecho, la comparación de las respuestas celulares tras la infección por Aeromonas mostró diferencias en el control del reclutamiento de leucocitos al sitio de infección. Los peces TD y TS26 alcanzaron el pico de infiltración a las 24 horas postinfección (hpi), disminuyendo posteriormente hasta alcanzar niveles basales a las 48 hpi.
Esto fue consistente con una cinética más rápida de inducción y control de la expresión génica local de tnfa, il1b y cxcl8 en estos peces. En contraste, los peces TS16 mostraron una cinética más lenta de reclutamiento de leucocitos, con un pico retardado a las 48 hpi que se mantuvo más allá de las 72 hpi. Estos peces también mostraron una regulación positiva y un control retardados de la expresión génica local de tnfa, il1b y cxcl8; estas dos últimas citocinas proinflamatorias mostraron, además, niveles de expresión notablemente más altos. Finalmente, identificamos una expresión más temprana y pronunciada de la citocina antiinflamatoria (tgfb) y del factor de crecimiento endotelial vascular pro-reparador (vegf) entre los peces TD y TS26.
El examen histológico de las heridas experimentales confirmó las marcadas diferencias en el proceso de control de la inflamación en peces mantenidos en condiciones de temperatura estática (TS16) y dinámica (TD). Mientras que los controles sin heridas presentaban fibras musculares normales y no mostraban signos de inflamación, en los peces TS16 persistían grandes infiltrados de granulocitos y macrófagos en el tejido muscular subdérmico 7 días después de la infección cutánea con Aeromonas. Se observaron grupos de infiltrados inflamatorios en el espacio extracelular entre las fibras musculares, así como sobre las fibras musculares dañadas. Esto contrastaba notablemente con los peces a los que se les permitió desarrollar fiebre. Las heridas del día 7 de estos peces TD mostraron menor daño tisular y solo quedaron rastros de los infiltrados leucocitarios originales (Figura 5B), asemejándose así a los encontrados en los peces control del día 0 con heridas no infectadas (Figura 5B). Para el día 10, las heridas infectadas de los peces mantenidos en condiciones térmicas estáticas de 16 °C mostraron necrosis prominente entre las fibras musculares, edema y algunos infiltrados de células inmunitarias. En contraste, las heridas de los peces a los que se les permitió desarrollar fiebre no presentaban regiones necróticas y la inflamación se había resuelto en gran medida. Por lo tanto, la fiebre promovió un período proinflamatorio más temprano, que se asoció con una resolución más eficiente de la inflamación gracias a la inhibición del reclutamiento de leucocitos, el control de la expresión de citocinas proinflamatorias, la inducción de genes pro-resolución y el manejo del daño tisular colateral.
La fiebre mejora la reparación de heridas.
La caracterización de la patología en el sitio de la infección mostró diferencias marcadas en la capacidad de los peces TD para curar las heridas asociadas a A. veronii. Se observaron niveles similares de inflamación en los forúnculos de los peces TD, TS26 y TS16 un día después de la infección cutánea. Sin embargo, en consonancia con la cinética acelerada del reclutamiento de leucocitos, los peces TD y TS26 mostraron una cinética acelerada de la formación de exudado purulento a los 2 días posteriores a la infección (dpi).
Los peces que desarrollaron fiebre dinámica progresaron más rápidamente, mostrando signos tempranos de reparación tisular y regeneración de escamas a los 7 dpi, y etapas avanzadas de cicatrización de heridas a los 14 dpi. Comparativamente, los forúnculos de los grupos TS26 y TS16 no alcanzaron etapas equivalentes de cierre de la herida. Los peces a los que se les permitió desarrollar fiebre resolvieron la infección por Aeromonas y repararon el daño asociado a la barrera cutánea más rápidamente que aquellos mantenidos bajo condiciones de temperatura controlada mecánicamente o a 16 °C.
El examen histopatológico de los forúnculos infectados con Aeromonas, teñidos con la tinción tricrómica de Masson, demostró un restablecimiento más temprano de la capa basal de la epidermis y las capas suprayacentes de queratinocitos en los grupos experimentales TD y TS26 (día 3). En los peces del grupo T16, se produjo la reepitelización de la herida, pero con retraso. Según la patología superficial descrita anteriormente, la reparación tisular avanzó más rápidamente en las heridas de los peces del grupo TD, con una síntesis de colágeno de novo evidente a partir del día 4 postinfección (dpi). Esto se desarrolló aún más en una deposición de colágeno más extensa y organizada a los 7 dpi.
En comparación, se observó una progresión más lenta en las heridas de los grupos TS26 y T16, según la abundancia y la organización relativa de las estructuras de colágeno en el sitio de la herida. La regeneración de las células secretoras de moco, consistente con el restablecimiento de la funcionalidad de la barrera cutánea, solo se observó en el grupo experimental TD (día 14). Por lo tanto, la fiebre promovió mayores niveles de reparación de heridas y recuperó las características estructurales originales necesarias para restaurar la funcionalidad de la barrera cutánea tras una infección cutánea. Por el contrario, la ausencia de fiebre provocó una resolución tardía de la respuesta inflamatoria, la reepitelización y la aparición de componentes de la matriz extracelular. En conjunto, nuestros resultados demuestran que, en este vertebrado de sangre fría, la fiebre moderada autolimitada ofrece una estrategia natural para aprovechar los mecanismos intrínsecos de reparación del organismo y mejorar la cicatrización de heridas.

DISCUSIÓN
Los modelos centrados en la inducción no pueden explicar la continua selección de la fiebre a lo largo de 550 millones de años de evolución de los metazoos, dados los elevados costes energéticos previstos de un estado hipermetabólico y las implicaciones del daño tisular asociado a la inflamación. El reciente énfasis en las formas patológicas de fiebre (temperaturas máximas o hipertermia sostenida; fenotipos de enfermedad grave) desvía aún más nuestra atención de las formas moderadas más comunes de este proceso biológico natural.
Por lo tanto, para este estudio examinamos la fiebre bajo un estado inflamatorio agudo transitorio y autolimitado.
Un modelo de pez teleósteo euritérmico ofreció un control preciso de los mecanismos febriles mediante la termorregulación dinámica impulsada por el huésped, imitando con mayor fidelidad las condiciones naturales de calentamiento y enfriamiento. Un recinto animal personalizado proporcionó estabilidad del gradiente térmico durante varios días sin el uso de barreras físicas que se sabe que afectan el comportamiento. En conjunto, esta combinación de modelo animal, diseño del recinto y seguimiento automatizado continuo por segundo de los patrones locomotores del animal durante las fases de inducción y resolución del período febril mejoró considerablemente la robustez analítica y la resolución temporal en comparación con estudios previos. En conjunto, nuestros datos muestran que la fiebre moderada autolimitada ofrece una inducción más temprana y selectiva, en lugar de más intensa, de los programas antimicrobianos innatos contra la infección, lo que resulta en una eliminación de patógenos notablemente más rápida. También mostramos que esto se combina con un control rápido de la inflamación posterior y una mejor reparación tisular en el sitio de la herida. Este enfoque integrador es novedoso y representa una mejora significativa en comparación con las hipótesis populares que postulan la inducción global de la inmunidad o que se basan en un cambio de temperatura respecto a las preferidas por los patógenos invasores.
Nuestra demostración de que esta estrategia integradora ya estaba bien establecida antes del desarrollo de la endotermia sugiere, además, un escenario plausible para la selección de la fiebre a lo largo de la evolución.
Se sabe que el aumento de la temperatura corporal central promueve la acumulación de neutrófilos, la actividad de la NADPH oxidasa y la producción de aniones superóxido tóxicos.
Los modelos de fiebre recurrente han vinculado estos efectos a concentraciones séricas más elevadas de IL-1, TNF e IL-6, y a la liberación de neutrófilos de la médula ósea hematopoyética inducida por el factor estimulante de colonias de granulocitos (G-CSF). La expansión del reservorio de neutrófilos circulantes aumentó la permeabilidad de la barrera endotelial en los vasos sanguíneos y la expresión del factor estimulante de colonias de granulocitos y macrófagos (GM-CSF), la HSP70 extracelular, la IL-8 y otras quimiocinas CXC en el sitio de la infección. Sin embargo, también se ha demostrado que estos aumentos de temperatura promueven el daño tisular colateral. Esto se sigue considerando un costo inevitable de la fiebre, donde la activación de las defensas inmunitarias sin duda provocará daño tisular asociado a la inflamación.
Nuestros resultados ofrecen una explicación alternativa en la que, en ausencia de termorregulación natural, la hipertermia resistente al frío (HRF) solo reproduce parcialmente la capacidad reguladora de la fiebre sobre la inflamación aguda. Observamos que tanto la fiebre como la HRF mecánica mostraron una cinética acelerada del reclutamiento de leucocitos y un control más temprano de la expresión de citocinas proinflamatorias. Sin embargo, se observaron diferencias en la inducción de genes pro-resolución, y la fiebre finalmente logró mayores niveles de reparación de heridas. También documentamos un cambio claro de una respuesta microbicida dominada por especies reactivas de oxígeno (ROS) en condiciones eutérmicas y de HRF a una dominada por la producción de óxido nítrico (NO) durante la fiebre. El NO y las especies reactivas de nitrógeno derivadas ejercen actividad microbicida o microbiostática contra una amplia gama de bacterias, virus, levaduras, helmintos y protozoos.
Sin embargo, a primera vista, esta inhibición en la producción de ROS parecía contradictoria con el papel de la fiebre en la resistencia a patógenos. Cabe destacar que la disminución de la actividad de ROS no necesariamente implica una disminución de las defensas del huésped. En una infección murina por Pseudomonas aeruginosa, el NO mejoró la eliminación bacteriana mediante un mecanismo mediado por Atg7 que también redujo la actividad del IFN-γ, inhibió la producción de ROS y limitó el estrés oxidativo, lo que resultó en una menor lesión pulmonar y una menor mortalidad asociada a la infección. También se han descrito numerosos ejemplos de modulación antagónica del NO sobre las respuestas de ROS durante la infección, algunos de los cuales se remontan a las plantas. Nuestros resultados son consistentes con estas observaciones y ofrecen un escenario natural donde la fiebre impulsa un cambio en el equilibrio NO-ROS que mantiene la capacidad de eliminar microorganismos para contrarrestar una infección activa, al tiempo que contribuye al control de la inflamación y al restablecimiento de una barrera mucosa funcional.
Se ha observado un renovado interés en la relación entre la termorregulación y la defensa del huésped, que ahora también se extiende a temperaturas más frías. Esto ha llevado a una aparente dicotomía funcional entre fiebre e hipotermia. Si bien ambos procesos reflejan la capacidad del animal para aprovechar la termorregulación y mantener su aptitud física ante una infección, la fiebre impulsa la eliminación de microorganismos invasores mediante la resistencia microbicida a la enfermedad, mientras que la hipotermia promueve la tolerancia para favorecer la conservación de energía y el manejo del daño tisular asociado a la inflamación colateral. Nuestros resultados difuminan esta aparente dicotomía. Identificamos mecanismos claros, intrínsecos a la fiebre, que contribuyeron al mantenimiento de la integridad tisular y permitieron la conservación de energía. Estas contribuciones no aparecieron en respuesta al daño, sino que fueron características prominentes durante las fases iniciales de inducción y resolución de la inflamación aguda. En las primeras etapas, la fiebre promovió la resistencia a la enfermedad mediante una mayor cinética del reclutamiento de leucocitos, en lugar de aumentar la magnitud o la duración de la activación inmunitaria. La activación de programas genéticos citoprotectores en el SNC se produjo a las pocas horas del desafío inmunitario inicial. La regulación positiva selectiva, en lugar de global, de la inmunidad redujo aún más el potencial de daño colateral a menudo atribuido a la fiebre. Cabe destacar que la eficacia microbicida fue superior incluso con fiebre, lográndose la eliminación de Aeromonas mucho más rápido que en condiciones basales de restricción térmica (7 frente a 14 días).
Nuestros resultados mostraron una mayor eficiencia en el control de la inflamación. Esto se combinó con contribuciones novedosas que promovieron activamente la reparación tisular en lugar de la resistencia al daño inflamatorio. No se observó inducción de hipotermia en ningún momento durante nuestros periodos de observación; en cambio, el seguimiento posicional de alta resolución solo mostró una respuesta febril discreta y autolimitada. Por lo tanto, la fiebre activa mecanismos que mejoran la protección, al tiempo que limitan la patología, controlan la inflamación y promueven la reparación tisular. Es importante destacar que nuestros hallazgos no contradicen los mecanismos de competencia previamente descritos entre la inmunidad y otros programas de mantenimiento que dirigen una transición hacia la tolerancia bajo altas cargas patógenas. En cambio, simplemente resaltan las consideraciones persistentes y de larga data que el huésped animal otorga a la asignación de energía y la integridad tisular en todas las etapas de la infección.
En conclusión, nuestros resultados revelan características novedosas de la fiebre y demuestran que se trata de una respuesta integral del huésped a la infección que regula tanto la inducción como la resolución de la inflamación aguda. Aún queda mucho trabajo por hacer para establecer hasta qué punto la modulación inmunitaria a través de la fiebre se conserva entre los vertebrados de sangre fría y caliente, a pesar de sus diferentes fisiologías. Sin embargo, las implicaciones de nuestros hallazgos son potencialmente de gran alcance. Entre otras, se prevé que el restablecimiento de la integridad de la barrera en tejidos como la piel reduzca el potencial de infecciones secundarias y disminuya el estrés fisiológico derivado de la necesidad de un manejo prolongado del tejido lesionado.
También existen inferencias a nivel poblacional, donde las mejoras observadas en la eliminación de patógenos probablemente se traduzcan en menores tasas de transmisión en una población susceptible, lo que ofrece nuevas oportunidades para el manejo de enfermedades infecciosas.
Se requerirán más estudios para comprobar estas posibilidades, pero esto es fundamental para comprender mejor el papel que desempeña la fiebre en la modulación de la inmunidad y las repercusiones de la inhibición de la fiebre moderada en medicina veterinaria y humana.