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11.3G: Inflamación - Biología

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Objetivos de aprendizaje

  1. Describe los 4 procesos que componen el mecanismo inflamatorio.
  2. Describa brevemente los diversos efectos beneficiosos de la inflamación asociados con la pérdida de plasma y con la diapédesis.
  3. Describa brevemente el proceso de diapédesis, indicando el papel de las P-selectinas, integrinas y moléculas de adhesión.
  4. Describe brevemente la etapa de curación de la inflamación.
  5. Describa brevemente los problemas que surgen de la inflamación crónica.

La respuesta inflamatoria es un intento del cuerpo de restaurar y mantener la homeostasis después de una lesión y es una parte integral de la defensa del cuerpo. La mayoría de los elementos de defensa del cuerpo se encuentran en la sangre y la inflamación es el medio por el cual las células de defensa del cuerpo y los químicos de defensa salen de la sangre y entran al tejido alrededor del sitio lesionado o infectado. La inflamación es esencialmente beneficiosa, sin embargo, la inflamación excesiva o prolongada puede causar daño.

El mecanismo de la inflamación

Esencialmente, cuatro procesos componen el mecanismo inflamatorio:

una. Los músculos lisos alrededor de los vasos sanguíneos más grandes se contraen para hacer más lento el flujo de sangre a través de los lechos capilares en el sitio infectado o lesionado. Esto brinda más oportunidades para que los leucocitos se adhieran a las paredes del capilar y se aprieten hacia el tejido circundante.

B. Las células endoteliales que forman la pared de los vasos sanguíneos más pequeños se contraen. Esto aumenta el espacio entre las células endoteliales, lo que aumenta la permeabilidad capilar. Dado que estos vasos sanguíneos aumentan de diámetro como resultado de esto, el proceso se llama vasodilatación (ver Figura ( PageIndex {1} )).

Micrografías electrónicas de barrido de una sección transversal de un capilar que muestra una célula endotelial y un capilar con un glóbulo rojo; cortesía de Microscopy de Dennis Kunkel).

C. Las moléculas llamadas selectinas se producen en la membrana del leucocito y pueden unirse de forma reversible a los correspondientes receptores de glucoproteína de selectina en la pared interna de la vénula. Esta unión reversible permite que el leucocito ruede a lo largo de la pared interna de la vénula. Las moléculas de adhesión se activan en la superficie de las células endoteliales de la pared interna de los capilares. Las moléculas correspondientes en la superficie de los leucocitos, llamadas integrinas, se unen a estas moléculas de adhesión, lo que permite que los leucocitos se aplanen y se aprieten a través del espacio entre las células endoteliales. Este proceso se llama diapédesis o extravasación.

D. La activación de la vía de la coagulación hace que los coágulos de fibrina atrapen físicamente a los microbios infecciosos y eviten su entrada al torrente sanguíneo. Esto también desencadena la coagulación de la sangre dentro de los pequeños vasos sanguíneos circundantes para detener el sangrado y evitar que los microorganismos ingresen al torrente sanguíneo.

Película de YouTube y animación de extravasación de leucocitos (diapédesis)
de ImmuneDocumentary

Animación 3D que ilustra los glóbulos blancos que salen de los capilares y entran en el tejido (diapédesis), así como el sistema de endomembranas en el leucocito.
De la Universidad de Harvard, The Inner Life of the Cell. Esta animación tarda un poco en cargarse.

Estos cuatro eventos son desencadenados y potenciados por una variedad de mediadores químicos inflamatorios. Ahora dividiremos la respuesta inflamatoria en dos etapas: inflamación temprana e inflamación tardía.

Inflamación temprana y diapédesis

La mayor parte de la diapédesis (extravasación) de leucocitos ocurre en vénulas poscapilares porque las fuerzas de cizallamiento hemodinámicas son menores en estas vénulas. Esto facilita que los leucocitos se adhieran a la pared interna del vaso y se escapen entre las células endoteliales. Veremos este proceso con más detalle a continuación.

  1. Durante las primeras etapas de la inflamación, estímulos como una lesión o una infección desencadenan la liberación de una variedad de mediadores de la inflamación como leucotrienos, prostaglandinas e histamina. La unión de estos mediadores a sus receptores en las células endoteliales produce vasodilatación, contracción de las células endoteliales y aumento de la permeabilidad de los vasos sanguíneos. Además, la membrana basal que rodea los capilares se reorganiza para promover la migración de leucocitos y el movimiento de macromoléculas plasmáticas desde los capilares al tejido circundante. Los mastocitos en el tejido conectivo, así como los basófilos, neutrófilos y plaquetas que salen de la sangre de los capilares lesionados, liberan o estimulan la síntesis de vasodilatadores como histamina, leucotrienos, cininas y prostaglandinas. Ciertos productos de las vías del complemento (C5a y C3a) pueden unirse a los mastocitos y desencadenar la liberación de sus agentes vasoactivos. Además, el daño tisular activa la cascada de coagulación y la producción de mediadores inflamatorios como las bradiquininas.
  2. La unión de la histamina a los receptores de histamina en las células endoteliales desencadena una regulación positiva de las moléculas de P-selectina y el factor activador de plaquetas o PAF en las células endoteliales que recubren las vénulas.
  3. Entonces, las P-selectinas pueden unirse reversiblemente a los correspondientes ligandos de glicoproteína de P-selectina (PSGL-1) en leucocitos. Esta unión reversible permite que el leucocito ruede ahora a lo largo de la pared interna de la vénula.
  4. La unión de PAF a su correspondiente receptor PAF-R en el leucocito regula al alza la expresión superficial de una integrina llamada molécula 1 asociada a la función leucocitaria (LFA-1) en la superficie del leucocito.
  5. Las moléculas de LFA-1 en los leucocitos rodantes ahora pueden unirse firmemente a una molécula de adhesión llamada molécula de adhesión intercelular-1 (ICAM-1) que se encuentra en la superficie de las células endoteliales que forman la pared interna del vaso sanguíneo (ver Figura ( PageIndex {4} )).
  6. Los leucocitos se aplanan, se aprietan entre las células endoteliales constreñidas y usan enzimas para descomponer la matriz que forma la membrana basal que rodea el vaso sanguíneo. Los leucocitos luego migran hacia agentes quimiotácticos como la proteína del complemento C5a y el leucotrieno B4 generado por células en el sitio de infección o lesión (ver Figura ( PageIndex {5} )).

Inflamación tardía y diapédesis

1) Por lo general, dentro de las dos a cuatro horas posteriores a las primeras etapas de la inflamación, los macrófagos activados y las células endoteliales vasculares liberan citocinas inflamatorias como TNF e IL-1 cuando sus receptores de tipo toll se unen a patrones moleculares asociados a patógenos, componentes moleculares asociados con microorganismos pero no se encuentra como parte de las células eucariotas. Esto permite que las células endoteliales vasculares de las vénulas cercanas aumenten su expresión de moléculas de adhesión como las selectinas P, las selectinas E, las moléculas de adhesión intercelular (ICAM) y las quimiocinas.

2) La unión de TNF e IL-1 a receptores en células endoteliales desencadena y mantiene la respuesta inflamatoria regulando al alza la producción de la molécula de adhesión E-selectina y manteniendo la expresión de P-selectina en las células endoteliales que recubren las vénulas.

3). Las E-selectinas en la superficie interna de las células endoteliales ahora pueden unirse firmemente a su correspondiente integrina E-selectina ligando-1 (ESL-1) en leucocitos (ver Figura ( PageIndex {4} )).

4) Los leucocitos se aplanan, se aprietan entre las células endoteliales constreñidas y se mueven a través de la membrana basal a medida que son atraídos hacia quimiocinas como la interleucina-8 (IL-8) y la proteína quimiotáctica de monocitos-1 (MCP-1) generada por células en el sitio de la infección o lesión (consulte la Figura ( PageIndex {5} )). La fuga de fibrinógeno y fibronectina plasmática luego forma un andamio molecular que mejora la migración y retención de leucocitos en el sitio infectado.

Beneficios de la inflamación

Como resultado de esta mayor permeabilidad:

una. El plasma fluye de la sangre al tejido.

Las moléculas beneficiosas en el plasma (ver Figura ( PageIndex {2} )) incluyen:

1. Factores de coagulación. El daño tisular activa la cascada de coagulación, lo que hace que se formen coágulos de fibrina para localizar la infección, detener el sangrado y atraer quimiotácticamente a los fagocitos.

2. Anticuerpos. Estos ayudan a eliminar o bloquear la acción de los microbios a través de una variedad de métodos que se explicarán en la Unidad 6.

3. Proteínas de las vías del complemento. Estos, a su vez: 1) estimulan más inflamación (C5a, C3a y C4a), 2) adhieren microorganismos a los fagocitos (C3b y C4b), 3) atraen quimiotácticamente los fagocitos (C5a) y 4) lisan las células unidas a la membrana que muestran antígenos (complejo de ataque a la membrana o MAC).

4. Nutrientes. Estos alimentan las células del tejido inflamado.

5. Lisozima, catelicidinas, fosfolipasa A2y defensinas humanas. La lisozima degrada el peptidoglicano. Las catelicidinas se dividen en dos péptidos que son directamente tóxicos para los microbios y pueden neutralizar el LPS de la pared celular de las bacterias gramnegativas. Fosfolipasa A2 hidroliza los fosfolípidos en la membrana citoplasmática bacteriana. Las defensinas humanas ponen poros en las membranas citoplasmáticas de muchas bacterias. Las defensinas también activan las células involucradas en la respuesta inflamatoria.

6. Transferrina. La transferrina priva a los microbios del hierro necesario.

B. Los leucocitos ingresan al tejido a través de un proceso llamado diapédesis o extravasación, discutido anteriormente bajo inflamación temprana e inflamación tardía.

Los beneficios de la diapédesis incluyen (ver Figura ( PageIndex {2} )):

1. Incremento de la fagocitosis. Los neutrófilos, monocitos que se diferencian en macrófagos cuando ingresan al tejido, y los eosinófilos son leucocitos fagocíticos.

2. Más vasodilatación. Los basófilos, eosinófilos, neutrófilos y plaquetas ingresan al tejido y liberan o estimulan la producción de agentes vasoactivos que promueven la inflamación.

3. Los linfocitos T citotóxicos (CTL), las células T4 efectoras y las células NK entran en el tejido para destruir células como las células infectadas y las células cancerosas que presentan antígenos extraños en su superficie (discutido en la Unidad 6).

Las citocinas llamadas quimiocinas son especialmente importantes en esta parte de la respuesta inflamatoria. Desempeñan un papel clave en la diapédesis: permiten que los glóbulos blancos se adhieran a la superficie interna de los vasos sanguíneos, migren de los vasos sanguíneos al tejido y sean atraídos quimiotácticamente al sitio lesionado o infectado. También desencadenan la muerte extracelular por los neutrófilos.

Finalmente, en 1 a 3 días, los macrófagos liberan las citocinas interleucina-1 (IL-1) y el factor de necrosis tumoral alfa (TNF-a). Estas citocinas estimulan las células NK y los linfocitos T para producir la citocina interferón-gamma. (SI-?). El si-? luego se une a los receptores de los macrófagos, lo que hace que produzcan factor de crecimiento de fibroblastos y factores angiogénicos para la remodelación tisular. Con la proliferación de células endoteliales y fibroblastos, las células endoteliales forman una fina red de nuevos capilares en el área lesionada para suministrar sangre, oxígeno y nutrientes al tejido inflamado. Los fibroblastos depositan la proteína colágeno en el área lesionada y forman un puente de tejido cicatricial conectivo para cerrar el área abierta y expuesta. Esto se llama fibrosis o cicatrización y representa la etapa final de curación.

La inflamación normalmente está cuidadosamente regulada por citocinas. Las citocinas inflamatorias como el interferón-gamma y la interleucina-12 mejoran la respuesta inflamatoria, mientras que la citocina interleucina-10 inhibe la inflamación al disminuir la expresión de citocinas inflamatorias.

Entonces, como puede verse, la inflamación aguda es esencial para la defensa del cuerpo. Sin embargo, la inflamación crónica puede provocar daños considerables en los tejidos y cicatrices. Con un aumento prolongado de la permeabilidad capilar, los neutrófilos abandonan continuamente la sangre y se acumulan en el tejido en el sitio infectado o lesionado. A medida que descargan su contenido lisosómico y especies reactivas de oxígeno o ROS, el tejido circundante se destruye y finalmente se reemplaza con tejido cicatricial. Es posible que sea necesario administrar agentes antiinflamatorios como antihistamínicos o corticosteroides para aliviar los síntomas o reducir el daño tisular.

Por ejemplo, como se aprendió en la Unidad 3, durante las infecciones sistémicas graves con una gran cantidad de microorganismos presentes, se liberan altos niveles de patrones moleculares asociados a patógenos (PAMP), lo que da como resultado una producción excesiva de citocinas por parte de los macrófagos y esto puede dañar el cuerpo. Además, los neutrófilos comienzan a liberar sus proteasas y especies reactivas de oxígeno que matan no solo a las bacterias, sino también al tejido circundante. Los efectos nocivos incluyen fiebre alta, hipotensión, destrucción de tejidos, emaciación, síndrome de dificultad respiratoria aguda o SDRA, coagulación intravascular diseminada o CID, daño al endotelio vascular, hipovolemia y reducción de la perfusión de sangre a través de los tejidos y órganos que resulta en shock, órganos multisistémicos falla (MOSF) y, a menudo, la muerte. Esta respuesta inflamatoria excesiva se conoce como Síndrome de Respuesta Inflamatoria Sistémica o SIRS o Shock Cascade.

Ejercicio: Preguntas de Think-Pair-Share

  1. Describa brevemente los mecanismos que permiten ralentizar el flujo de sangre en un sitio de infección y obtener fagocitos, proteínas del complemento y anticuerpos en el sitio de infección.
  2. ¿Por qué es importante administrar plasma a un sitio de infección?
  3. ¿Por qué es importante que la diapédesis ocurra durante la inflamación?

La inflamación crónica también contribuye a las enfermedades cardíacas, la enfermedad de Alzheimer, la diabetes y el cáncer.

  • En el caso del cáncer, se propone que cuando los macrófagos producen citocinas inflamatorias, como el TNF-alfa, estas citocinas activan un interruptor genético en la célula cancerosa que activa la síntesis de proteínas que promueven la replicación celular y la inflamación mientras bloquean la apoptosis de la célula cancerosa. célula cancerosa.
  • En las enfermedades cardíacas, se cree que los macrófagos digieren las lipoproteínas de baja densidad o LDL, el colesterol malo, y luego quedan encerrados en una capa fibrosa que forma una placa arterial.
  • Con la diabetes, se cree que el estrés metabólico de la obesidad hace que las células inmunitarias innatas y las células grasas produzcan citocinas como el TNF-alfa que pueden interferir con la función normal de la insulina.
  • En el caso de la enfermedad de Alzheimer, las células microgliales, células parecidas a macrófagos en el cerebro, interactúan con las proteínas beta-amiloides que se acumulan en las neuronas de las personas con Alzheimer y posteriormente producen citocinas inflamatorias y radicales libres que destruyen las neuronas.

Resumen

  1. La mayoría de los elementos de defensa del cuerpo se encuentran en la sangre y la inflamación es el medio por el cual las células de defensa del cuerpo y los químicos de defensa salen de la sangre y entran al tejido alrededor del sitio lesionado o infectado.
  2. Como parte del mecanismo de inflamación, los músculos lisos alrededor de los vasos sanguíneos más grandes se contraen para disminuir el flujo de sangre a través de los lechos capilares en el sitio infectado o lesionado. Esto brinda más oportunidades para que los leucocitos se adhieran a las paredes del capilar y se aprieten hacia el tejido circundante.
  3. Como parte del mecanismo de inflamación, las células endoteliales que forman la pared de los vasos sanguíneos más pequeños se contraen. Esto aumenta el espacio entre las células endoteliales dando como resultado un aumento de la permeabilidad capilar.
  4. Como parte del mecanismo de inflamación, las moléculas de adhesión se activan en la superficie de las células endoteliales en la pared interna de los capilares y las moléculas correspondientes en la superficie de los leucocitos, llamadas integrinas, se unen a estas moléculas de adhesión permitiendo que los leucocitos se aplanen y se aprieten a través de la espacio entre las células endoteliales. Este proceso se llama diapédesis o extravasación.
  5. Como parte del mecanismo de inflamación, la activación de la vía de coagulación hace que los coágulos de fibrina atrapen físicamente a los microbios infecciosos y eviten su entrada al torrente sanguíneo.
  6. La inflamación aguda es esencial para la defensa del cuerpo.
  7. Como resultado de este aumento de la permeabilidad, el plasma fluye desde la sangre hacia el tejido entregando factores de coagulación, moléculas de anticuerpos, proteínas de la vía del complemento, nutrientes, enzimas y péptidos antibacterianos y transferrina para la defensa innata del cuerpo.
  8. Como resultado de este aumento de la permeabilidad, los leucocitos ingresan al tejido liberando células fagocíticas, células inductoras de inflamación, linfocitos T citotóxicos, linfocitos T4 efectores y células NK.
  9. Las citocinas inflamatorias también permiten que las células endoteliales formen una fina red de nuevos capilares en el área lesionada para suministrar sangre, oxígeno y nutrientes al tejido inflamado, y permiten que los fibroblastos depositen la proteína colágeno en el área lesionada y formen un puente de cicatriz conectiva. tejido para cerrar el área abierta y expuesta.
  10. La inflamación crónica puede resultar en daño tisular considerable y cicatrización, principalmente a muerte extracelular por fagocitos e hipoperfusión.
  11. Se cree que la inflamación crónica también contribuye a las enfermedades cardíacas, la enfermedad de Alzheimer, la diabetes y el cáncer.

La inflamación puede ser de corta duración (agudo) o de larga duración (crónico). La inflamación aguda desaparece en horas o días. La inflamación crónica puede durar meses o años, incluso después de que desaparezca el primer desencadenante. Las condiciones relacionadas con la inflamación crónica incluyen:

Algunos tipos de artritis son el resultado de una inflamación, como:

Otras afecciones dolorosas de las articulaciones y el sistema musculoesquelético que pueden no estar relacionadas con la inflamación incluyen osteoartritis, fibromialgia, lumbalgia y dolor de cuello muscular.


Scott Brakenridge, M.D., MSCS

Scott Brakenridge, M.D., MSCS., Es profesor asistente de cirugía en el equipo de cirugía de cuidados agudos en UF Health. El Dr. Brakenridge se unió a la facultad de la UF en 2013 específicamente para trabajar con el equipo de investigación multidisciplinario que investiga el síndrome de inflamación / inmunosupresión y catabolismo persistente (PICS) que ocurre después de la sepsis quirúrgica. Actualmente es uno de los investigadores principales de una subvención del centro P50 financiada por los NIH para el Centro de Investigación de Enfermedades Críticas y Sepsis de la UF para estudiar el síndrome de inflamación persistente, inmunosupresión y catabolismo (PICS) después de la sepsis en pacientes de la unidad de cuidados intensivos quirúrgicos. Sus proyectos de investigación actuales incluyen:

Síndrome de inflamación / inmunosupresión y catabolismo persistente (PICS): los avances en la medicina de cuidados intensivos durante las últimas dos décadas han disminuido significativamente la mortalidad hospitalaria después de la sepsis en pacientes quirúrgicos y traumatizados. Sin embargo, en lugar de morir por un shock séptico y una falla orgánica múltiple repentina, los pacientes sobreviven con un curso prolongado de enfermedad crítica crónica. Cuando estudiamos la epidemiología de estos pacientes, nos dimos cuenta de que muchos de los supervivientes permanecían en la unidad de cuidados intensivos con disfunciones orgánicas manejables.Su curso clínico se caracteriza por agresiones inflamatorias recurrentes (p. Ej., Operaciones repetidas e infecciones nosocomiales, que son las que se originan en un hospital), una respuesta de fase aguda persistente con pérdida continua de masa corporal magra a pesar del apoyo nutricional óptimo, cicatrización deficiente de la herida y úlceras por presión. Estos pacientes (especialmente los ancianos) suelen ser dados de alta a centros de cuidados intensivos a largo plazo y centros de enfermería especializada con importantes deterioros cognitivos y funcionales, de los que rara vez se recuperan por completo. Pocos regresan a la función independiente y más del 60 por ciento de estos pacientes mueren en dos años. Los investigadores del laboratorio de biología de la inflamación y ciencia quirúrgica de UF Health plantean la hipótesis de que la enfermedad crítica crónica, impulsada por PICS y caracterizada por resultados mórbidos a largo plazo, es ahora la trayectoria clínica predominante en los supervivientes de sepsis de la UCI quirúrgica.


El receptor endotelial C3a media la inflamación vascular y la permeabilidad de la barrera hematoencefálica durante el envejecimiento

2 Centro Huffington sobre el Envejecimiento, Baylor College of Medicine, Houston, Texas, EE. UU.

3 Instituto de Investigaciones sobre Inflamación Sistémica, Centro de Investigación sobre Infectología e Inflamación de Lübeck, Universidad de Lübeck, Lübeck, Alemania.

4 Departamento de Genética Molecular y Humana, Baylor College of Medicine, Houston, Texas, EE. UU.

Envíe la correspondencia a: Hui Zheng, Huffington Center on Aging, Baylor College of Medicine, One Baylor Plaza, Houston, Texas 77030, EE. UU. Teléfono: 713.798.1568 Correo electrónico: [email protected].edu. Dirección actual de AL: Departamento de Neurología, Facultad de Medicina de la Universidad de Washington en St. Louis, St. Louis, Missouri, EE. UU.

Encuentre artículos de Propson, N. en: JCI | PubMed | Académico de Google | />

1 Departamento de Biología Molecular y Celular, y

2 Centro Huffington sobre el Envejecimiento, Baylor College of Medicine, Houston, Texas, EE. UU.

3 Instituto de Investigaciones sobre Inflamación Sistémica, Centro de Investigación sobre Infectología e Inflamación de Lübeck, Universidad de Lübeck, Lübeck, Alemania.

4 Departamento de Genética Molecular y Humana, Baylor College of Medicine, Houston, Texas, EE. UU.

Envíe la correspondencia a: Hui Zheng, Huffington Center on Aging, Baylor College of Medicine, One Baylor Plaza, Houston, Texas 77030, EE. UU. Teléfono: 713.798.1568 Correo electrónico: [email protected] Dirección actual de AL: Departamento de Neurología, Facultad de Medicina de la Universidad de Washington en St. Louis, St. Louis, Missouri, EE. UU.

Encuentre artículos de Roy, E. en: JCI | PubMed | Académico de Google | />

1 Departamento de Biología Molecular y Celular, y

2 Centro Huffington sobre el Envejecimiento, Baylor College of Medicine, Houston, Texas, EE. UU.

3 Instituto de Investigaciones sobre Inflamación Sistémica, Centro de Investigación sobre Infectología e Inflamación de Lübeck, Universidad de Lübeck, Lübeck, Alemania.

4 Departamento de Genética Molecular y Humana, Baylor College of Medicine, Houston, Texas, EE. UU.

Envíe la correspondencia a: Hui Zheng, Huffington Center on Aging, Baylor College of Medicine, One Baylor Plaza, Houston, Texas 77030, EE. UU. Teléfono: 713.798.1568 Correo electrónico: [email protected] Dirección actual de AL: Departamento de Neurología, Facultad de Medicina de la Universidad de Washington en St. Louis, St. Louis, Missouri, EE. UU.

Encuentre artículos de Litvinchuk, A. en: JCI | PubMed | Google Académico

1 Departamento de Biología Molecular y Celular, y

2 Centro Huffington sobre el Envejecimiento, Baylor College of Medicine, Houston, Texas, EE. UU.

3 Instituto de Investigaciones sobre Inflamación Sistémica, Centro de Investigación sobre Infectología e Inflamación de Lübeck, Universidad de Lübeck, Lübeck, Alemania.

4 Departamento de Genética Molecular y Humana, Baylor College of Medicine, Houston, Texas, EE. UU.

Envíe la correspondencia a: Hui Zheng, Huffington Center on Aging, Baylor College of Medicine, One Baylor Plaza, Houston, Texas 77030, EE. UU. Teléfono: 713.798.1568 Correo electrónico: [email protected] Dirección actual de AL: Departamento de Neurología, Facultad de Medicina de la Universidad de Washington en St. Louis, St. Louis, Missouri, EE. UU.

1 Departamento de Biología Molecular y Celular, y

2 Centro Huffington sobre el Envejecimiento, Baylor College of Medicine, Houston, Texas, EE. UU.

3 Instituto de Investigaciones sobre Inflamación Sistémica, Centro de Investigación sobre Infectología e Inflamación de Lübeck, Universidad de Lübeck, Lübeck, Alemania.

4 Departamento de Genética Molecular y Humana, Baylor College of Medicine, Houston, Texas, EE. UU.

Envíe la correspondencia a: Hui Zheng, Huffington Center on Aging, Baylor College of Medicine, One Baylor Plaza, Houston, Texas 77030, EE. UU. Teléfono: 713.798.1568 Correo electrónico: [email protected] Dirección actual de AL: Departamento de Neurología, Facultad de Medicina de la Universidad de Washington en St. Louis, St. Louis, Missouri, EE. UU.

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Publicado el 29 de septiembre de 2020 - Más información

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Complemento de la disfunción vascular mediada por el receptor C3a: una interacción compleja entre el envejecimiento y la neurodegeneración

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Abstracto

La disfunción vascular que da como resultado el compromiso de la integridad de la barrera hematoencefálica (BBB) ​​es evidente en el envejecimiento y la enfermedad. Aunque el eje del receptor del complemento C3a / C3a (C3a / C3aR) influye en el envejecimiento cerebral normal y la progresión de la enfermedad, los mecanismos que gobiernan la inflamación neurovascular endotelial mediada por C3aR y la permeabilidad de la BHE permanecen sin explorar. En este número de la JCI, Propson et al. investigaron la señalización endotelial C3a / C3aR en modelos de ratones normales, envejecidos y neurodegenerativos. La señalización de C3aR endotelial moduló los aumentos dependientes de la edad en VCAM1, inició la infiltración de linfocitos periféricos y aumentó la actividad microglial. El aumento de la liberación de calcio aguas abajo de la señalización de C3aR interrumpió las uniones de cadherina endotelial vascular (VE-cadherina), aumentó la permeabilidad de BBB y degradó la estructura y función vascular. Los ratones que carecen de C3aR (C3ar1 - / -) y los ratones tratados con un antagonista de C3aR mostraron reactividad microglial atenuada relacionada con la edad y neurodegeneración. Estos resultados confirman que la señalización mediada por el complemento afecta la salud vascular y la función de la BHE en el envejecimiento normal y la enfermedad neurodegenerativa, lo que sugiere que los inhibidores del complemento representan una opción terapéutica para la disfunción microvascular cerebral.

Autores

Kanchan Bhatia, Saif Ahmad, Adam Kindelin, Andrew F. Ducruet

La disfunción de los sistemas inmunológico y vascular se ha relacionado con el envejecimiento y la enfermedad de Alzheimer, sin embargo, su interrelación sigue siendo poco conocida. La vía del complemento es un regulador bien establecido de la inmunidad innata en el cerebro. Aquí, informamos aumentos robustos dependientes de la edad en la inflamación vascular, la infiltración de linfocitos periféricos y la permeabilidad de la barrera hematoencefálica (BBB). Estos fenotipos fueron sometidos por inactivación global y por ablación específica de células endoteliales de C3ar1. Utilizando un modelo in vitro de la BBB, identificamos el Ca 2+ intracelular como un efector aguas abajo de la señalización C3a / C3aR y un mediador funcional de la unión de cadherina endotelial vascular y la integridad de la barrera. Endotelial C3ar1 la inactivación también redujo la reactividad de la microglía y mejoró los volúmenes del hipocampo y la cortical en el cerebro envejecido, lo que demuestra una interferencia entre la disfunción de la vasculatura cerebral y la activación y neurodegeneración de las células inmunes. Además, también se observó inflamación vascular prominente dependiente de C3aR en un modelo de ratón transgénico tau. Nuestros estudios sugieren que la señalización elevada de C3a / C3aR a través de las células endoteliales promueve la inflamación vascular y la disfunción de la BHE y contribuye a la neuroinflamación general en el envejecimiento y las enfermedades neurodegenerativas.

El proceso de envejecimiento natural incluye cambios funcionales y estructurales dentro del cerebro (1, 2), y se ha demostrado que estos cambios desempeñan un papel en la disminución de la aptitud de las células madre neurales, la cognición alterada y una mayor susceptibilidad a las enfermedades neurodegenerativas (1, 3, 4). ). Uno de esos cambios dependientes de la edad con una asociación potencialmente causal tanto con el deterioro normal como con la enfermedad es la disfunción de la barrera hematoencefálica (BHE). La BBB está compuesta de células endoteliales, astrocitos y pericitos, y una BBB intacta es esencial para la salud del cerebro (5). Se cree que la pérdida de la integridad de los vasos provoca la disfunción de la BHE y se puede encontrar en numerosas enfermedades neurológicas, a saber, lesión cerebral traumática (6) y accidente cerebrovascular (7), y a menudo de forma concomitante en la neurodegeneración (8). Sin embargo, los mecanismos que controlan los cambios en la vasculatura cerebral y sus consecuencias para la función del SNC, en particular durante el envejecimiento, siguen estando mal definidos.

Trabajos recientes han demostrado un componente vascular en los cambios cerebrales relacionados con la edad, el deterioro de la cognición y la eventual demencia (9, 10). Además, se ha informado de que la inflamación vascular, marcada por una mayor expresión endotelial de la molécula de adhesión de células vasculares VCAM1, aviva el envejecimiento del SNC al disminuir el número de células madre neurales y aumentar la reactividad microglial (11). También se ha encontrado que los niveles elevados de VCAM1 se correlacionan con la gravedad de la enfermedad de Parkinson (12) y, recientemente, se encontraron linfocitos que se sabe que se unen a VCAM1 en la vasculatura cerebral en pacientes de edad avanzada y en el cerebro de pacientes con enfermedad de Alzheimer (13, 14). El análisis transcriptómico de células individuales de las células endoteliales del cerebro del hipocampo ha demostrado que los cambios relacionados con la edad en estas células tienen su origen en respuestas a señales inflamatorias innatas, estímulos hipóxicos y estrés oxidativo (15). Juntos, estos estudios sugieren una transición inflamatoria significativa en la vasculatura cerebral con la edad y la posibilidad de una conexión causal con enfermedades del SNC.

Algunos estudios de componentes del plasma sanguíneo han implicado factores circulantes en el mantenimiento o disminución de la salud cerebral durante el envejecimiento (16), y otros que exploran señales inflamatorias locales en el SNC han resaltado la capacidad inherente de la glía para modular la neuroinflamación (17). Uno de los principales mecanismos de señalización inmunitaria innatos implicados en la neuroinflamación es la vía del complemento. Los componentes del complemento son expresados ​​por las células del SNC y se informa que influyen en el envejecimiento del SNC y la progresión de la enfermedad neurodegenerativa (18). En particular, el componente del complemento C3 es capaz de potenciar los cambios neurodegenerativos y relacionados con la edad en el SNC (19 - 22). El péptido de señalización activo de C3, C3a, se libera mediante escisión por la enzima extracelular C3 convertasa. Una vez escindido, C3a envía señales a través de su receptor afín C3aR, que se ha detectado en la microglía (23), el epitelio del plexo coroideo (24) y las células endoteliales vasculares (25) del cerebro. C3 se regula al alza en los astrocitos durante el envejecimiento y la enfermedad (22, 26), y la relación íntima de los astrocitos con la BHE apoya la premisa de que el C3 producido por estas células puede desempeñar un papel directo en los cambios relacionados con la edad en la vasculatura cerebral.

Utilizando modelos in vivo e in vitro, identificamos un mecanismo por el cual el eje de señalización C3a / C3aR modulaba la expresión de VCAM1, influía en la infiltración de células inmunitarias periféricas, alteraba la morfología vascular, aumentaba la permeabilidad de la BBB y potenciaba la reactividad microglial y la neurodegeneración en ratones envejecidos. Además, demostramos que este fenotipo endotelial dependiente de C3aR se exacerbó en ratones transgénicos tau PS19, un modelo en el que se demostró que la señalización elevada de C3 / C3aR modula la inflamación del SNC y la patología de tau (22). Este estudio identificó la señalización del complemento como un mediador clave de la disfunción vascular en el envejecimiento y la enfermedad del cerebro.

La señalización C3a / C3aR regula la expresión de VCAM1 endotelial asociada a la edad y la infiltración de células inmunes. C3 Se ha demostrado que el ARNm está regulado al alza en los astrocitos envejecidos (20, 26). Para corroborar este hallazgo, medimos la proteína C3 en lisados ​​de cerebros de ratón a los 2, 12 y 20 meses de edad mediante ELISA. Detectamos un aumento significativo a los 12 meses, con un aumento adicional a los 20 meses, sobre los niveles detectados en los ratones jóvenes (Figura 1A). De acuerdo con nuestros informes anteriores en modelos de enfermedad (21, 22), el etiquetado coinmunofluorescente del hipocampo mostró una expresión de C3 predominantemente colocalizada en astrocitos GFAP +, donde sus niveles se elevaron durante el envejecimiento (Figura 1, B y C, y material suplementario de la Figura 1A suplementaria). disponible en línea con este artículo https://doi.org/10.1172/JCI140966DS1). Aumentado C3 El ARNm se validó aún más en astrocitos envejecidos clasificados por FACS utilizando nuestro método previamente publicado (27) (Figura complementaria 1B). Para examinar la expresión de C3aR en la vasculatura cerebral, aislamos vasos de WT y C3ar1 - / - cerebros de ratón (28) y los inmunoteñieron con anticuerpos contra GFAP, VE-cadherina y C3aR. La tinción positiva con C3aR podría detectarse fácilmente en células endoteliales cerebrales VE-cadherina + en WT, pero no C3ar1 - / - vasos (Figura 1D). El análisis de imágenes confocales de alta resolución de CD31, Glut1 y C3aR en la vasculatura del cerebro de ratón reveló una mayor polarización de C3aR hacia la superficie basolateral, mientras que Glut1 se localizó predominantemente hacia la luz del vaso (Figura 1E y Figura complementaria 1C). En contraste con la expresión endotelial, la combinación de C3aR y el marcador de pericitos PDGFR-β no detectó una colocalización apreciable (Figura 1E). El análisis de citometría de flujo de células endoteliales microvasculares del cerebro humano (HBMEC) mostró altos niveles de positividad para VE-cadherina (80,9%) y Glut1 (94,2%), como se esperaba, y esta positividad también se observó para C3aR, aunque en menor grado ( 34,3%) (Figura complementaria 1D). Juntos, estos resultados establecieron la expresión de C3aR en las células endoteliales vasculares del cerebro y apoyaron un eje de señalización que involucraba C3 astroglial y C3aR endotelial en la BBB.

La señalización C3a / C3aR regula la expresión de VCAM1 endotelial asociada a la edad. (A) Medición ELISA de los niveles de C3 en lisados ​​de cerebro de ratón WT a los 2, 12 y 20 meses (norte = 8 / grupo). (B) La tinción por inmunofluorescencia con anticuerpos anti-GFAP y anti-C3 demostró la localización de C3 en los astrocitos. (C) Cuantificación que confirma el aumento de la tinción de C3 dentro de los astrocitos GFAP + en el hipocampo con la edad (norte = 5 / edad). (D) Triple inmunotinción de vasos aislados de WT y C3ar1 - / - cerebros que utilizan anticuerpos anti-GFAP, anti-VE-cadherina y anti-C3aR que muestran tinción C3aR positiva a lo largo de la superficie de las células endoteliales que no estaba presente en C3ar1 - / - vasos. (mi) Triple inmunotinción del tejido cerebral con anti-Glut1, anti-C3aR y anti-CD31 o anti-PDGFR-β, anti-C3aR y anti-Col IV, que demuestra la expresión de C3aR en las células endoteliales del cerebro pero no en los pericitos. (F y GRAMO) Tinción y cuantificación por inmunofluorescencia utilizando anticuerpos anti-CD31 y anti-VCAM1 de WT o C3ar1 - / - cortezas de ratón a los 2, 12 y 20 meses demostraron un aumento en VCAM1 con la edad en ratones WT, pero VCAM1 fue rescatado en ausencia de C3aR. Todos los datos representan la media ± SEM. La significancia se calculó usando ANOVA de 1 vía con la prueba post hoc de Tukey (*PAG & lt 0.05, **PAG & lt 0.01, ***PAG & lt 0,001). Barras de escala: 20 μm (B), 10 μm (D), 15 μm (mi) y 50 μm (F).

Para evaluar el papel funcional de esta vía de señalización, primero analizamos la expresión de VCAM1 porque se ha implicado en la activación mediada por el complemento de las células endoteliales cerebrales en los modelos de neuroinflamación inducida por LPS (29) e isquemia (30). El etiquetado coinmunofluorescente de la vasculatura cortical cerebral reveló que la expresión de VCAM1 estaba restringida a la vasculatura CD31 +, donde sus niveles aumentaron con la edad en ratones WT pero no en C3ar1-Ratones nulos (Figura 1, F y G). También se observó una reducción similar en VCAM1 vascular después de tratar ratones de 2, 12 y 20 meses de edad con el antagonista C3aR (C3aRA) SB290157 (Figura complementaria 2, A y B), lo que confirma aún más nuestro estudio genético y valida la efecto inhibidor de C3aRA. Lo mismo sucedió cuando se analizaron muestras de hipocampo (Figura complementaria 2C). Luego realizamos un análisis más profundo midiendo Vcam1 Niveles de ARNm en células endoteliales de cerebro de ratón clasificadas con FACS de cohortes de 2, 12 y 20 meses de edad tratadas con vehículo o C3aRA, que mostraron un aumento Vcam1 expresión con la edad en las muestras tratadas con vehículo pero expresión atenuada con el tratamiento con C3aRA (figura complementaria 2D).

Para corroborar esta vía de señalización en células humanas y probar un efecto directo de la señalización de C3a / C3aR, tratamos HBMEC primarios con C3a humano recombinante, con o sin C3aRA, y encontramos un fuerte aumento en Vcam1 expresión mediante el tratamiento con C3a, que se sofocó en presencia de C3aRA (Figura complementaria 2E). Curiosamente, otras moléculas de adhesión, a saber Sele y Icam1, no se modificaron significativamente con este tratamiento (Figura complementaria 2, F y G). Además, inmunointensidades similares de ICAM1 (Figura complementaria 2, H – J) y Icam1 Se detectaron niveles de ARNm (Figura complementaria 2K) en cerebros de ratones de 2 y 20 meses de edad. Juntos, estos datos respaldan tanto la necesidad como la suficiencia de la señalización de C3a para modular la expresión de VCAM1 en las células endoteliales del cerebro.

A continuación, examinamos la consecuencia funcional de la regulación positiva de VCAM1 mediada por C3. Se ha demostrado previamente que un mayor número de linfocitos periféricos se encuentran en el cerebro envejecido (31) y residen en el nicho de células madre neurales de la zona subventricular (13). Debido a que las moléculas de adhesión regulan el proceso de adhesión rodante y extravasación de células inmunes, planteamos la hipótesis de que el aumento de la expresión de VCAM1 cerebral en la vasculatura durante el envejecimiento puede estar asociado con una mayor infiltración de células inmunitarias periféricas. Usando FACS para discriminar CD45 hi / CD11b - linfocitos de CD45 hi / mid / CD11b + monocitos y microglia en tejidos cerebrales disociados, encontramos proporciones crecientes de CD45 hi / CD11b - infiltrados a los 12 y 20 meses en comparación con los controles de 2 meses de edad. (Figura 2, A y B). Por el contrario, los monocitos no cambiaron significativamente con la edad (Figura complementaria 3A). A continuación, preguntamos si, además de reducir los niveles de expresión de VCAM1, el bloqueo de la señalización de C3aR podría reducir la infiltración de linfocitos relacionada con la edad. Análisis de citometría de flujo de 12 a 14 meses de edad C3ar1 - / - los ratones revelaron una reducción en el porcentaje total de linfocitos infiltrantes de CD45 hi / CD11b - en el cerebro en comparación con los controles WT (Figura 2, C y D), mientras que los monocitos no se vieron afectados (Figura complementaria 3B). Se observaron reducciones similares en linfocitos infiltrantes de CD45 hi / CD11b - pero no en monocitos después de tratar ratones WT de 20 meses de edad con C3aRA (Figura complementaria 3, C-E).

El eje C3aR / VCAM1 promueve la infiltración de linfocitos periféricos durante el envejecimiento. (A) Representantes gráficos de citometría de flujo de CD45 y CD11b y estrategia de activación del cerebro de ratón disociado a los 2 meses, 12 meses y 20 meses. LY, linfocito MN, monocito MG, microglía DN, doble negativo. (B) Análisis de citometría de flujo y cuantificación del porcentaje de linfocitos infiltrantes (2 meses norte = 12, 12 meses norte = 7, 20 meses norte = 12) mostró un aumento relacionado con la edad. (C y D) Análisis de citometría de flujo y cuantificación de linfocitos cerebrales en WT de 12 a 14 meses (norte = 9) y C3ar1 - / - (norte = 10) los ratones mostraron una reducción en la edad C3ar1 - / - ratones. Todos los datos representan la media ± SEM. La significancia se calculó usando ANOVA de 1 vía con la prueba post hoc de Tukey (**PAG & lt 0.01, ***PAG & lt 0,001).

Dado que la neuroinflamación aguda induce la infiltración de células inmunitarias periféricas (29), probamos el papel de C3aR en el reclutamiento de estas células después de i.c.v. administración de LPS en WT de 3 a 4 meses y C3ar1 - / - ratones (Figura complementaria 4A). Como se esperaba, el desafío con LPS condujo a un aumento de la infiltración de linfocitos (Figura 4B complementaria) y monocitos (Figura 4C complementaria) en los cerebros de ratones WT. Por el contrario, la ablación genética de C3ar1 embota la infiltración de CD45 hi / CD11b - linfocitos periféricos (Figura complementaria 4B), mientras que el número de células de monocitos sólo se vio afectado marginalmente (Figura complementaria 4C). De acuerdo con la regulación específica de VCAM1 por señalización C3a / C3aR, eliminación de C3ar1 significativamente suprimido Vcam1 expresión génica inducida por LPS sin afectar Sele y Icam1 en células endoteliales cerebrales clasificadas por FACS (Figura complementaria 4D).

Para evaluar si la neuroinflamación aguda inducida por LPS afecta la permeabilidad de la BBB, analizamos cada grupo utilizando una inyección en la vena de la cola de un tinte de dextrano TRITC impenetrable de la BBB (65-85 kDa). Curiosamente, no hubo un aumento significativo en la permeabilidad de BBB bajo estímulos neuroinflamatorios agudos que contribuyeron a este evento de infiltración (Figura 4E complementaria). Para confirmar la inducción de neuroinflamación por LPS, analizamos la microglía clasificada de los animales tratados con vehículo y LPS y encontramos firmas de respuesta génica microglial consistentes, como hemos informado anteriormente (27) (Figura complementaria 4F).

Juntos, estos resultados sugieren que C3a actúa a través del C3aR endotelial para promover la expresión de VCAM1, y que durante el envejecimiento y la neuroinflamación aguda, esta vía juega un papel en la infiltración selectiva de linfocitos en el cerebro.

Las células T CD8 + se infiltran preferentemente en el cerebro envejecido. A continuación, examinamos los subtipos de linfocitos que se infiltran en el cerebro envejecido y los comparamos con las células del bazo envejecido para comprender mejor los cambios globales en la composición de los linfocitos en los tejidos envejecidos. Las células disociadas del cerebro o el bazo de ratones WT de 20 meses de edad se inmunoteñieron usando anticuerpos anti-CD45, anti-CD11b, anti-CD3ε, anti-CD19, anti-CD8a y anti-CD4. Después de la tinción de anticuerpos, las células se analizaron mediante citometría de flujo para diferenciar monocitos, microglía y linfocitos (Figura 3A, paneles de la izquierda). Se llevó a cabo una subtipificación adicional para analizar la composición de linfocitos T frente a linfocitos B (Figura 3A, paneles intermedios) y la subtipificación de linfocitos T para diferenciar las células T CD8 + frente a CD4 + (Figura 3A, paneles de la derecha). En ratones WT de 20 meses de edad, encontramos que los linfocitos infiltrantes eran predominantemente CD3 + (75%) versus CD19 + (10%), y el análisis de bazos emparejados mostró significativamente más células CD19 + (65%) versus CD3 + (25 %) (Figura 3B), lo que sugiere que el cerebro envejecido reclutó preferentemente células T CD3 + en comparación con el bazo envejecido. Un análisis adicional de las células T CD3 + cerebrales mostró que la mayoría eran células T CD8 + (75%) en lugar de células T CD4 + (15%), que también se correlacionaban inversamente con el tejido esplénico periférico, donde las células T CD4 + eran significativamente más altas. abundante que las células T CD8 + (Figura 3C). Estos datos sugieren que las células T CD8 + se reclutaron preferentemente en el cerebro envejecido en comparación con otros subconjuntos de linfocitos.

Las células T CD8 + se reclutan preferentemente y se infiltran en el cerebro envejecido. (A) Esquema para el análisis de citometría de flujo de células infiltrantes disociadas en el cerebro o el bazo de 20 meses de edad usando tinción de anticuerpos contra CD45, CD11b, CD3ε, CD19, CD8a y CD4. TC, células T BC, células B. (B) La cuantificación del análisis de citometría de flujo mostró predominantemente células T CD3 + en el cerebro en comparación con el bazo, que mostró predominantemente células B CD19 + (norte = 7 / grupo). (C) La cuantificación de las células T mostró que el subtipo predominante enriquecido en el cerebro eran las células T CD8 + en comparación con las células T CD4 + en el bazo (norte = 7 / grupo). (D) Inmunotinción representativa de tejido cerebral de 2 y 20 meses de edad utilizando anti-CD8a y anti-Col IV para determinar la infiltración regional de células inmunitarias dentro del cerebro. (mi) Imagen ampliada de D destacando los tipos de células infiltradas que se contaron para el análisis. (F) Cuantificación de la distribución regional de infiltrados de células T CD8 + en 4 regiones principales del cerebro (norte = 4 / grupo, 2 secciones de tejido por ratón). CTX, corteza THAL, tálamo CPu, caudado putamen HPC, hipocampo. (GRAMO) Imágenes representativas de 3 etapas distintas de infiltración observadas en todas las regiones del cerebro: residencia perivascular (panel izquierdo), extravasación (panel central) y vigilancia del parénquima (panel derecho). Datos en B y C representan la media ± SEM. El análisis se realizó mediante ANOVA de 1 vía con la prueba post hoc de Tukey (***PAG & lt 0,001). Datos en F son diagramas de violín que muestran medianas y rangos de cuartiles. El análisis se realizó mediante ANOVA de 2 vías con la prueba post hoc de Holm-Sidak (*PAG & lt 0.05, ***PAG & lt 0,001). Barras de escala: 100 μm (D), 50 μm (mi), 10 μm (GRAMO).

Para evaluar más a fondo si este cambio dependiente de la edad era específico del parénquima cerebral, lo que representa una posible infiltración, aislamos el tejido del plexo coroideo de los ventrículos cerebrales de ratones de 2 y 20 meses antes de la disociación y realizamos análisis similares como se indicó anteriormente, utilizando el bazo como control. Usando la misma estrategia de control de citometría de flujo, vimos un mayor número de linfocitos CD3 + y CD8 + solo en cerebros envejecidos, pero no en el tejido del plexo coroideo envejecido (Figura complementaria 5, A – C) o el bazo (Figura complementaria 5, D– F). Estos datos sugieren que la infiltración de linfocitos CD8 + relacionada con la edad era específica del parénquima cerebral y no estaba presente en otras regiones ricas en células inmunitarias del cerebro o tejidos periféricos.

Para confirmar que las células periféricas se reclutan e infiltran en el cerebro envejecido, empleamos un modelo de ratón informador mT / mG, que produce tdTomato bajo el ROSA26 locus (32). Cuando se cruzaron con ratones Mx1-Cre y se activaron mediante tratamiento periférico poli I: C (poliinosínico: ácido policitidílico), las células sensibles a Cre en la periferia se recombinaron para expresar EGFP, generando un ratón quimérico (MXG) (Figura complementaria 6A). El análisis de las PBMC confirmó que aproximadamente el 40% de las PBMC se convirtieron para expresar EGFP en ratones MXG (Figura complementaria 6, B – D). Para evaluar la infiltración cerebral de células periféricas EGFP + durante el envejecimiento, inyectamos a ratones con poli I: C a los 2 meses de edad y permitimos que los ratones envejecieran hasta los 15 meses. El análisis de citometría de flujo de cerebros disociados mostró que aproximadamente la mitad de los linfocitos CD45 hi / CD11b - infiltrantes expresaron EGFP en cerebros MXG de 15 meses (Figura complementaria 6, E – G), lo que demuestra que los linfocitos en cerebros envejecidos se derivan periféricamente. Las imágenes confocales del tejido cerebral envejecido confirmaron la presencia de células inmunitarias periféricas infiltradas con EGFP + a lo largo de la superficie basolateral de los vasos cerebrales tdTomato + EGFP, lo que indica además el origen periférico de las células (Figura complementaria 6H).

Para comprender mejor la distribución regional de estos infiltrados de CD8 +, analizamos tejido cerebral de ratón de 2 y 20 meses mediante inmunotinción con anticuerpos contra CD8 para marcar las células T de interés y colágeno IV (Col IV) para marcar el basamento endotelial. membrana (Figura 3, D y E). Además de la zona subventricular, como se informó anteriormente (13), estaba claro que las células T CD8 también estaban presentes en otras regiones del cerebro. En particular, la corteza, el tálamo, el putamen caudado y el hipocampo tenían una presencia significativa de células T CD8 con la edad (Figura 3F). Estas células se encontraron residiendo a lo largo de la superficie basolateral con Col IV colocalizado (panel izquierdo de la Figura 3G), extravasadas con Col IV mínimamente colocalizado (panel central de la Figura 3G), o extravasadas completamente en el parénquima tisular (panel derecho de la Figura 3G). En general, estos hallazgos demostraron que durante el envejecimiento, las células T CD8 + derivadas periféricamente se infiltraron preferentemente y se establecieron dentro del parénquima cerebral en numerosas regiones de tejido.

La inhibición de C3aR rescata los cambios relacionados con la edad en la morfología vascular y la permeabilidad de la BBB. A continuación, determinamos el efecto de la señalización C3a / C3aR sobre la morfología vascular cerebral a diferentes edades. Realizamos imágenes confocales y reconstrucción 3D de la vasculatura, visualizada por tinción de Col IV, y medimos el área transversal promedio de los capilares del hipocampo dividiendo el volumen total de Col IV + por la longitud capilar total en cada imagen reconstruida. Los capilares en ratones jóvenes mostraron un área de sección transversal promedio de aproximadamente 60 μm 2, mientras que los capilares en ratones de 12 y 20 meses promediaron aproximadamente 40 μm 2 (Figura 4A). Esta reducción se rescató de forma parcial pero significativa en los 20 meses de edad. C3ar1 - / - ratones y en ratones tratados con C3aRA (Figura 4B). El análisis de cada componente de esta medición demostró una disminución en el volumen vascular total (Figura complementaria 7A) y un aumento en la longitud del vaso (Figura complementaria 7B) durante el envejecimiento, los cuales contribuyeron a la disminución del área de sección transversal promedio. Además, los vasos CD31 + mostraron un mayor grado de tortuosidad en el hipocampo envejecido, como se definió previamente por su morfología en forma de sacacorchos (33, 34) (Figura 4C, marcada por rectángulos). Este fenómeno se ha relacionado con la disminución del flujo hemodinámico y la hipoxia en las regiones cerebrales afectadas (33, 34). La incidencia general de segmentos de vasos tortuosos aumentó aproximadamente 2 y 4 veces a los 12 y 20 meses, respectivamente, sobre la observada en ratones de 2 meses (Figura 4, C y D). Este fenotipo vascular fue rescatado tanto por ablación genética de C3ar1 y tratamiento con C3aRA en ratones de 20 meses (Figura 4, C y D). Por tanto, el bloqueo de C3aR mejoró significativamente la morfología vascular en ratones envejecidos.

La inhibición de C3aR rescata los cambios relacionados con la edad en la morfología vascular y la permeabilidad de la BBB. (A) Tinción representativa de colágeno IV + (Col IV) y reconstrucción 3D asistida por IMARIS de la vasculatura en secciones de hipocampo de ratones WT de 2, 12 y 20 meses de edad Ratones WT de 20 meses tratados con C3aRA o de 20 meses -viejo C3ar1 - / - ratones. (B) Cuantificación del área de sección transversal promedio capilar en A (norte = 5 / grupo, 8 imágenes por ratón). (C) Tinción CD31 + representativa y reconstrucción 3D de la vasculatura del hipocampo en ratones WT de 2, 12 y 20 meses de edad Ratones WT de 20 meses de edad tratados con C3aRA o de 20 meses de edad C3ar1 - / - ratones. Los vasos tortuosos representativos están marcados por rectángulos. (D) Cuantificación del número de vasos tortuosos por áreas del hipocampo (norte = 5 / grupo, 8 imágenes por ratón). (mi) Colabeling representativo de lectina y TRITC-dextrano en hipocampos de 2 y 20 meses de edad. (F) Cuantificación de TRITC-dextran MFI de lisados ​​cerebrales de 2 meses de edad (norte = 13), 12 meses de edad (norte = 10) y 20 meses de edad (norte = 14) ratones. (GRAMO) Cuantificación de TRITC-dextran MFI de ratones de 20 meses tratados con vehículo o C3aRA (norte = 4 / grupo). (H) Imagen representativa de vasos aislados de ratones de 2 y 12 meses o ratones de 20 meses tratados con vehículo o C3aRA y teñidos con anti-VE-cadherina. (I) La cuantificación de la tinción de VE-cadherina mostró una expresión reducida de VE-cadherina en ratones de 12 y 20 meses de edad, que fue parcialmente rescatada en ratones de 20 meses tratados con C3aRA (norte = 5 / grupo, 5 fragmentos de vasos / ratón). Todos los datos representan la media ± SEM. La significancia se calculó usando ANOVA de 1 vía con la prueba post hoc de Tukey (*PAG & lt 0.05, **PAG & lt 0.01, ***PAG & lt 0,001). Barras de escala NS: 20 μm (A y C) 50 μm (mi).

Dados los cambios asociados con la edad observados en la infiltración de linfocitos y la morfología vascular, probamos si la integridad de la BHE se ve afectada por la señalización C3a / C3aR. Utilizamos un método informado anteriormente que permite la detección de fugas de dextrano fluorescente administrado periféricamente en el cerebro (35) (Figura 4E). A los 2 meses, casi no hubo detección de dextrano fluorescente en los tejidos cerebrales, mientras que hubo un fuerte aumento en la señal fluorescente en los cerebros de 20 meses, localizada alrededor de lectina + vasculatura (Figura 4E). La cuantificación de los niveles de dextrano en homogeneizados cerebrales de ratones de 2, 12 y 20 meses de edad mostró una fuga de marcador dependiente de la edad en el cerebro a los 12 meses (

3 veces) (Figura 4F). El tratamiento de ratones de 20 meses con C3aRA redujo modesta pero significativamente la fuga del marcador (Figura 4G).

Para caracterizar aún más los cambios asociados con la edad en la integridad de la BBB, examinamos las uniones intercelulares VE-cadherina + mediante microscopía confocal en vasos aislados de cerebros de ratones de 2, 12 y 20 meses de edad (28) con o sin tratamiento con C3aRA (Figura 4H y Figura complementaria 7C). La cuantificación de la inmunorreactividad en vasos grandes (Figura 4I) y capilares (Figura complementaria 7D) reveló una regulación a la baja asociada a la edad de VE-cadherina, con un rescate modesto pero significativo mediante el tratamiento con C3aRA. De acuerdo con esto, el análisis de expresión génica de células endoteliales cerebrales clasificadas por FACS mostró una reducción dependiente de la edad de Cdh5 (que codifica VE-cadherina) a los 12 y 20 meses, junto con reducciones en Ocln, Tjp1, y Cldn5 ARNm (Figura complementaria 7E), que reflejan una expresión alterada de los componentes de unión. Estas reducciones dependientes de la edad tenían tendencia o se restauraron significativamente con el tratamiento con C3aRA (Figura 7E complementaria). Juntos, estos datos sugieren que la inhibición de C3aR restauró parcialmente la integridad de BBB en cerebros envejecidos.

La alteración de la barrera mediada por C3a implica la movilización de Ca 2+, la activación del citoesqueleto y la alteración de VE-cadherina. Para dilucidar el mecanismo de la permeabilidad de BBB mediada por C3a in vitro, empleamos el uso de medidas de resistencia eléctrica transendotelial (TEER). Usando electrodos de palillos chinos y un ohmímetro EVOM2 para medir la resistencia de la corriente eléctrica en un sistema aislado, podríamos probar directamente el efecto de varias moléculas en un modelo de barrera in vitro (Figura 5A). Nuestro modelo contenía un cocultivo de astrocitos humanos primarios cultivados durante 2 días en la superficie abluminal de una membrana semipermeable antes de la adición de HBMEC, que se cultivaron en la superficie luminal durante otros 4 días, mientras que se monitorizó la resistencia óptima de TEER antes de comenzar. tratamiento. Primero validamos la capacidad de este sistema para generar una barrera reproducible. Utilizando el TEER como lectura, comparamos la resistencia de una membrana libre de células con las barreras formadas por astrocitos primarios o células endoteliales, o por células endoteliales cocultivadas con células HeLa o astrocitos primarios. Encontramos que las células endoteliales cocultivadas con astrocitos, pero no con células HeLa, aumentaron significativamente la TEER (Figura complementaria 8, A y B), lo que demuestra que los astrocitos promovieron la integridad de la BBB in vitro.

La ruptura de la barrera mediada por C3a depende de la movilización de Ca 2+ y altera la VE-cadherina a través de la activación citoesquelética. (A) Esquema del análisis TEER utilizando un cocultivo de astrocitos y células endoteliales. (B) Valores de TEER en cocultivos tratados con vehículo, C3a, C3a con C3aRA o IL-1β durante 0, 1, 4, 12 y 24 horas. (C) Cuantificación del porcentaje de reducción de TEER a las 24 horas de los tratamientos registrados en B. (D) Valores de TEER en cocultivos tratados con vehículo, C3a o C3a con C3aRA o BAPTA-AM durante 24 horas. (mi) Cuantificación del porcentaje de reducción de TEER a las 24 horas de los tratamientos en D. Todos los experimentos TEER se realizaron 2 veces con duplicados y se normalizaron a pocillos de control de punto de tiempo de membranas libres de células. (F) Imágenes de inmunofluorescencia representativas de células endoteliales microvasculares del cerebro humano (HBMEC) tratadas con vehículo, C3a o una combinación de C3a más C3aRA (C3a / C3aRA), BAPTA-AM (C3a / BAPTA) o W7 (C3a / W7) para 2 horas y teñido con anticuerpos anti-pMLC y anti-VE-cadherina. (GRAMO) La cuantificación de pMLC o VE-cadherina MFI mostró un aumento en pMLC pero no VE-cadherina (norte = 7 áreas de 3 réplicas de 250-300 células / condición). (H) Imágenes de inmunofluorescencia representativas de HBMEC tratados como se indica en F utilizando anticuerpos anti-pMLC y anti-VE-cadherina 24 horas después del tratamiento. (K) La cuantificación de pMLC o VE-cadherina MFI mostró niveles de pMLC normalizados pero disminución de VE-cadherina (norte = 7 áreas de 3 réplicas de 250-300 células / condición). Todos los datos representan la media ± SEM. El análisis se realizó sobre la disminución porcentual promedio en TEER usando ANOVA de 1 vía con la prueba post hoc de Tukey (*PAG & lt 0.05, **PAG & lt 0.01, ***PAG & lt 0,001). Barra de escala: 10 μm.

Para probar el efecto de la señalización de C3aR, tratamos cocultivos de células endoteliales humanas-astrocitos con C3a humano recombinante y usamos el tratamiento con IL-1β, conocido por alterar la integridad de la barrera, como control positivo (36). Después de un tratamiento de 24 horas, encontramos que el tratamiento con C3a resultó en una reducción significativa de TEER, similar a IL-1β (Figura 5, B y C). El tratamiento con C5a tuvo un efecto marginal pero no estadísticamente significativo (Figura complementaria 8, C y D). La disfunción de la barrera inducida por C3a se bloqueó cuando los cultivos se trataron conjuntamente con C3aRA (Figura 5, B y C).

Para dilucidar aún más el mecanismo de la permeabilidad de BBB mediada por C3aR, interrogamos al Ca 2+ intracelular como un segundo mensajero potencial, dados los informes anteriores de que la activación de C3aR desencadena la liberación de Ca 2+ (37). El tratamiento de los cocultivos con ionomicina dio como resultado una reducción drástica de TEER (Figura complementaria 8, E y F), lo que sugiere que la liberación de Ca 2+ fue suficiente para aumentar la permeabilidad de la barrera. El cotratamiento con C3a y el quelante de calcio BAPTA-AM, para bloquear la señalización de Ca 2+, condujo a un rescate de la reducción de TEER mediada por C3a al nivel observado con la intervención de C3aRA (Figura 5, D y E), lo que sugiere que la liberación de calcio fue la mecanismo primario de permeabilidad de barrera aguas abajo de la señalización C3a / C3aR.

A continuación, nuestro objetivo fue analizar la conexión entre los cambios en VE-cadherina y Ca 2+ que pueden resultar en un aumento de la permeabilidad de la barrera aguas abajo de la activación de C3aR. Trabajos anteriores han demostrado que varias líneas de células endoteliales responden a C3a formando fibras de estrés de actina dentro de la célula (25).Después de la activación de la quinasa calmodulina dependiente de calcio, la quinasa de cadena ligera de miosina (MLC) es capaz de fosforilar la proteína motora de MLC en Ser19 (pMLC), lo que resulta en la formación de fibras de estrés (38). Se sabe que la activación de esta vía inicia una tensión de tracción física en la membrana celular, que interrumpe las uniones VE-cadherina + y la integridad de BBB (39). Por lo tanto, planteamos la hipótesis de que C3a podría desencadenar la liberación de calcio necesaria para interrumpir las uniones VE-cadherina +, lo que da como resultado la permeabilidad de BBB.

Para probar esta hipótesis, tratamos monocapas de células endoteliales con C3a solo o junto con C3aRA, BAPTA-AM o inhibidor de calmodulina W7. La tinción por inmunofluorescencia de las células tratadas con C3a solo durante 2 horas mostró un fuerte aumento tanto en las fibras de tensión faloidina + F-actina como en la señal de pMLC superpuesta (Figura complementaria 9A). Para cuantificar la dinámica de esta respuesta celular, analizamos los cambios a las 2 horas, durante la pendiente descendente de la integridad de la barrera, medida por el análisis TEER, después de la estimulación con C3a. Vimos un fuerte aumento en pMLC tanto por inmunofluorescencia (Figura 5, F y G) como por inmunotransferencia (Figura suplementaria 9, B y C), los cuales fueron bloqueados por el tratamiento con C3aRA, BAPTA o W7. Al analizar el efecto sobre VE-cadherina, no vimos cambios evidentes ni por inmunofluorescencia (Figura 5, F y G) ni por inmunotransferencia (Figura suplementaria 9, B y D) en todas las condiciones, lo que sugiere que la F-actina tensiona la formación de fibras y la activación de pMLC, pero no la alteración de la proteína VE-cadherina, estuvo involucrada en la fase temprana de la señalización C3a / C3aR. Sin embargo, después de 24 horas de tratamiento con C3a, los niveles de pMLC se normalizaron, pero los niveles de cadherina VE se redujeron significativamente tanto por tinción de inmunofluorescencia (Figura 5, H e I) como por inmunotransferencia (Figura complementaria 9, E y G). El cotratamiento con C3aRA, BAPTA o W7 normalizó VE-cadherina sin afectar a pMLC (Figura 5I y Figura 9 complementaria, E – G).

En general, estos datos establecieron el Ca 2+ intracelular como un segundo mensajero aguas abajo de la señalización de C3a / C3aR para mediar la actividad de pMLC y la homeostasis de VE-cadherina en células endoteliales. Estos hallazgos sugieren que hay 2 fases en la respuesta endotelial a C3a. Primero, una fase transitoria (2 horas) en la que las células endoteliales responden rápida y rápidamente a la señalización de C3a formando fibras de estrés, seguida de una capacidad fallida para mantener los niveles de proteína VE-cadherina, lo que conduce a la permeabilidad de la barrera (24 horas).

La deleción específica de células endoteliales de C3ar1 rescata fenotipos vasculares, reduce la reactividad microglial y corrige la neurodegeneración relacionada con la edad. Porque C3ar1 La ablación genética y la inhibición farmacológica de C3aR pudieron rescatar los cambios relacionados con la edad en la vasculatura cerebral, planteamos la hipótesis de que la ablación endotelial específica mostraría efectos similares a los de la focalización global, y que tal manipulación influiría en la neuroinflamación relacionada con la edad en general. Los estudios in vitro anteriores apoyan el papel del C3aR endotelial en la mediación de la permeabilidad de la barrera. Para probar esta hipótesis directamente, producimos ratones con deleción condicional de C3ar1 en las células endoteliales cruzando un C3ar1-alelo flojo (40) con el Tie2-Cre (41) ratones para generar C3ar1 fl / fl Tie2-Cre (T2KO) ratones. Compañero de camada C3ar1 + / + y C3ar1 fl / fl se utilizaron ratones como controles. El knockout específico del tipo de célula se confirmó mediante imágenes inmunofluorescentes (Figura complementaria 10A).

La tinción coinmunofluorescente de ratones control y T2KO a los 3 y 12-14 meses de edad con anticuerpos anti-VCAM1 y anti-CD31 reveló aumentos significativos en la señal VCAM1 vascular cortical a los 12-14 meses de edad en el grupo de control (Figura 6A). De manera similar a la deleción de la línea germinal, la elevación de la expresión de VCAM1 asociada a la edad se atenuó casi por completo en los ratones T2KO (Figura 6, A y B), lo que también se observó en el hipocampo (Figura complementaria 10, B y C). El análisis de la morfología de los vasos mediante tinción con CD31 y reconstrucción 3D mostró una reducción significativa en el área de la sección transversal del vaso en ratones de control de 12 a 14 meses en comparación con los ratones de 3 meses (Figura 6, C y D). De acuerdo con la tinción VCAM1, la deleción endotelial de C3ar1 fue suficiente para rescatar los cambios asociados con la edad de la morfología de los vasos (Figura 6, C y D). Estos datos demostraron que específicamente la ablación C3ar1 en las células endoteliales rescataron cambios relacionados con la edad en la vasculatura cerebral, similar a la ablación global y la inactivación farmacológica. Por lo tanto, el C3aR endotelial desempeñó un papel autónomo de células en la mediación de cambios dependientes de la edad en la inflamación y morfología vascular.

Nocaut condicional de C3ar1 en las células endoteliales del cerebro rescata fenotipos vasculares relacionados con la edad. (A) Imágenes representativas de doble tinción VCAM1 y CD31 de endotelio de 3 meses y de 12 a 14 meses de edad. C3ar1 ratones knockout condicional (T2KO) y controles de camada (CTRL) que muestran una expresión aumentada de VCAM1 con la edad en ratones CTRL pero expresión suprimida en T2KO. (B) Cuantificación de la intensidad VCAM1 de A. (C) Tinción CD31 representativa y reconstrucción 3D de ratones CTRL y T2KO de 3 meses y de 12 a 14 meses de edad. (D) Cuantificación de áreas transversales medias de CD31 +. Todos los datos representan la media ± SEM de norte = 4 / grupo. Análisis para AF se realizó utilizando ANOVA de 1 vía con la prueba post hoc de Tukey (**PAG & lt 0.01, ***PAG & lt 0,001). Barra de escala: 50 μm.

Se informó anteriormente que la reducción de la expresión de VCAM1 en las células endoteliales puede beneficiar la función cerebral (11). Por lo tanto, probamos si la inhibición del eje C3aR / VCAM1 en las células endoteliales podría influir en la reactividad microglial. Coinmunotinción de WT de 2 y 12 meses y C3ar1 - / - Los ratones con marcador de microglía IBA1 y un marcador de microglia fagocítica, CD68, seguido de análisis de colocalización identificaron un mayor porcentaje de señal de CD68 colocalizada con IBA1 en ratones WT de 12 meses de edad, que se normalizó completamente por la inactivación global de C3aR (Figura 7, A y B). El análisis de ratones T2KO y sus controles de camada a los 12-14 meses mostró una reducción parcial pero significativa de la inmunorreactividad de CD68 (Figura 7, C y D). Este resultado sugiere que, aunque C3aR se expresa en otros tipos de células, especialmente en la microglía, también desempeña un papel en la mediación de la neuroinflamación en el cerebro al modular el eje C3aR / VCAM1 endotelial y promover la interacción de las células inmunitarias periféricas en la vasculatura cerebral.

Línea germinal y nocaut condicional de C3ar1 rescata la reactividad microglial relacionada con la edad y los fenotipos neurodegenerativos. (A) Doble inmunotinción representativa de IBA1 y CD68 en WT y C3ar1 - / - hipocampo a los 2 y 12 meses. (B) Cuantificación de la inmunorreactividad de CD68 dentro de la microglía IBA1 + (norte = 4 / grupo). (C) Doble inmunotinción representativa de IBA1 y CD68 en hipocampo CTRL y T2KO a los 3 meses ya los 12-14 meses. (D) Cuantificación de la inmunorreactividad de CD68 dentro de la microglía IBA1 + (norte = 4 / grupo). (mi) Cuantificación del volumen del hipocampo a través de muestras de tejido seccionadas en serie, coronales (norte = 7-9 / grupo, 9 secciones / animal cuantificado). (F) Cuantificación del volumen de la corteza entorrinal a través de muestras de tejido coronal, seccionadas en serie (norte = 7-9 / grupo, 9 secciones / animal cuantificado). Datos para B y mi representan la media ± SEM, y el análisis se realizó utilizando ANOVA de 1 vía con la prueba post hoc de Tukey (*PAG & lt 0.05, **PAG & lt 0.01, ***PAG & lt 0,001). Datos para D representan la media ± SEM, y el análisis se realizó utilizando un Student's de 2 colas t prueba (**PAG & lt 0,01). Datos para F representan la media ± SEM y el análisis se realizó utilizando ANOVA de 1 vía con la prueba post hoc de Holm-Sidak (*PAG & lt 0.05, **PAG & lt 0,01). Barra de escala: 50 μm (A y C).

Para determinar si los cambios de las células inmunitarias detectados en la mediana edad (12-14 meses) pueden conducir a la pérdida neuronal más adelante en la vida, realizamos tinción Nissl de secciones cerebrales de ratones de control WT jóvenes (3 meses) y viejos (20 meses). y 20 meses de edad C3ar1 - / - y ratones T2KO (Figura complementaria 11) y volúmenes corticales hipocampales y piriformes / entorrinales cuantificados (Figura 7, E y F). Encontramos una reducción leve pero significativa en los volúmenes de tejido con la edad en los animales de control. Curiosamente, la ablación global y específica de células endoteliales de C3aR condujo a un grado comparable de rescate (Figura 7, E y F). Juntos, estos datos sugieren que bloquear el eje C3aR / VCAM1 endotelial y restaurar la morfología vascular endotelial podría restaurar la función microglial y restaurar la salud del cerebro durante el envejecimiento.

C3aR modula los cambios vasculares en ratones transgénicos tau PS19. Nuestro análisis anterior del ampliamente utilizado modelo de ratón PS19 tau-transgénico informó un aumento de la señalización de C3 / C3aR asociada con la patología de tau hiperfosforilada, de modo que la deleción genética de C3ar1 redujo eficazmente la patología tau y la neuroinflamación (22). Examen de los transcriptomas cerebrales informados anteriormente de PS19 y PS19 C3ar1 - / - los ratones (22) demostraron claramente la capacidad de C3aR para modular la respuesta inmune innata. Además, el análisis de sobrerrepresentación de estos datos de expresión génica encontró que las vías de KEGG y Reactome estaban reguladas al alza en PS19 y reguladas a la baja en PS19 C3ar1 - / - , consistente con la activación de citocinas, activación y migración de leucocitos, interacciones de moléculas de adhesión celular y regulación o activación del citoesqueleto, todos los cuales son consistentes con respuestas endoteliales a C3a (Figura 8A). Además de las transcripciones de leucocitos en nuestro análisis de la vía, las transcripciones específicas que identifican la infiltración de células inmunitarias periféricas (Vcam1, Ptpn22, Cd3e, y Cd8a) también se elevaron significativamente en los cerebros de PS19 (Figura 8A y Figura complementaria 12).

Anomalías vasculares en ratones transgénicos tau PS19 y dependencia de C3aR. (A) El análisis de RNA-Seq reveló vías significativamente sobrerrepresentadas en los genes expresados ​​diferencialmente (DEG) que aumentaron en PS19 de 9 meses en comparación con animales WT (rojo), y que disminuyeron en PS19 C3ar1 - / - en comparación con los animales PS19 (azul). Los términos se seleccionaron a partir de los resultados en función de su participación en la biología vascular y la infiltración de células inmunitarias y se trazaron por PAG Se enumeran los genes rescatados representativos del valor que contribuyen a los términos (derecha). (B) Tinción cortical de WT de 9 meses, C3ar1 - / - , PS19 y PS19 C3ar1 - / - La vasculatura del hipocampo con CD31 y VCAM1 demostró un aumento significativo en la expresión de VCAM1 en ratones PS19 y un rescate de este fenotipo en ratones PS19 que albergan la C3ar1 supresión. (C) Cuantificación de la inmunointensidad de VCAM1. (D) Tinción CD31 y reconstrucción 3D asistida por IMARIS de WT de 9 meses, C3ar1 - / - , PS19 y PS19 C3ar1 - / - Vasculatura hipocampal. (mi) Cuantificación de la superficie media de la sección transversal del buque. Todos los datos representan la media ± SEM de norte = 5 / grupo. El análisis de todos los resultados se realizó utilizando ANOVA de 1 vía con la prueba post hoc de Tukey (*PAG & lt 0.05, **PAG & lt 0.01, ***PAG & lt 0,001). Barra de escala: 50 μm.

Dados los cambios en los procesos endoteliales, además de la respuesta de las células inmunes periféricas, planteamos la hipótesis de que la vía C3a / C3aR / VCAM1 elevada contribuye a los cambios vasculares en ratones PS19. De hecho, el análisis coinmunofluorescente de la vasculatura cortical de ratones PS19 de 9 meses marcados con CD31 y VCAM1 reveló un aumento significativo en la expresión de VCAM1 colocalizada con la vasculatura CD31 +, y este fenotipo se rescató a niveles de control mediante ablación C3ar1 (Figura 8, B y C). El aumento de la expresión de VCAM1 en ratones PS19 se acompañó de una reducción drástica en el área de sección transversal promedio de la vasculatura cerebral cortical (Figura 8, D y E). De acuerdo con el análisis de envejecimiento, C3ar1 la ablación en animales PS19 mejoró significativamente la morfología vascular (Figura 8, D y E). Estos datos revelaron un fenotipo vascular asociado con la patología tau y sugieren que el eje C3aR / VCAM1 endotelial contribuye a la disfunción vascular en la tauopatía.

Nuestros datos proporcionaron evidencia de que la señalización C3a / C3aR activada en las células endoteliales del cerebro desencadenó un aumento en la molécula de adhesión celular VCAM1 e inició una transición inflamatoria que afecta la estructura y función vascular del cerebro durante el envejecimiento. Esto se asoció con infiltración de linfocitos, morfología vascular alterada, aumento de la permeabilidad de la BHE y, en última instancia, neurodegeneración relacionada con la edad. La inhibición genética o farmacológica de C3aR rescató estos fenotipos asociados a la edad. Nuestro modelo de BBB in vitro implica al C3aR endotelial en la ruptura de la barrera y sugiere la señalización de Ca 2+ intracelular aguas abajo y la localización y expresión de VE-cadherina como los mecanismos subyacentes. Un efecto autónomo de células de C3aR endotelial fue validado aún más por nuestra demostración de que la ablación específica de células endoteliales de C3ar1 deleción de la línea germinal fenocopiada con respecto a los fenotipos vasculares. Análisis de la célula endotelial específica C3ar1-knockout mouse también apoya la noción de que los cambios morfológicos y funcionales en la vasculatura contribuyen a la reactividad microglial y la neurodegeneración relacionada con la edad. Finalmente, documentamos que se observaron fenotipos vasculares similares y su dependencia de C3aR en ratones transgénicos tau de PS19, lo que respalda una vía de señalización común C3a / C3aR / VCAM1 en la mediación de la neuroinflamación en el envejecimiento y la enfermedad neurodegenerativa.

Para determinar la consecuencia funcional del eje C3a / C3aR endotelial activado durante el envejecimiento, analizamos la expresión de VCAM1 y la infiltración de células inmunitarias periféricas en el cerebro y encontramos un aumento sustancial en las células T CD8 +, mientras que la inhibición genética y farmacológica de la vía C3a / C3aR redujo estos fenotipos. Esto probablemente ocurrió a través de un proceso regulado por VCAM1, porque la interacción entre VCAM1 vascular y su ligando VLA-4 expresado en linfocitos está bien establecida (42). Estos hallazgos apuntan a un fuerte cambio hacia la inflamación vascular en las células endoteliales del cerebro durante el envejecimiento.

Un informe reciente de Yousef et al. concluyó que la expresión elevada de VCAM1 en el cerebro activaba la microglía y la disminución del número de células madre neurales en ratones de edad avanzada (11). También abordaron la contribución de las células inmunitarias periféricas mediante el uso de anticuerpos bloqueadores de αVLA-4 en ratones de 16 meses, lo que muestra un rescate de estos fenotipos. El trabajo de Dulken et al. También sugirió que el aumento de la prevalencia de células T CD8 + expandidas clonalmente en el cerebro de ratones de 28 a 29 meses de edad obstaculizó significativamente la aptitud de las células madre neurales en la zona subventricular (13). Estos hallazgos, junto con los nuestros, respaldan un modelo de infiltración periódica de células inmunitarias y eventual expansión clonal durante el envejecimiento. Nuestros estudios de inhibición de C3aR y el bloqueo de VLA-4 utilizado por Yousef et al. sugieren que bloquear el reclutamiento de células inmunitarias periféricas durante el envejecimiento puede reducir la reactividad microglial y amortiguar el entorno neuroinmune activado, mientras que permitir que esto no se controle en ratones viejos da como resultado una mayor infiltración de células T CD8 + y expansión clonal (tanto de reclutas tempranos como tardíos). El rescate parcial de la infiltración en nuestro modelo de inhibición farmacológica de 20 meses apoya esta suposición de ondas de infiltración periódicas dependientes de la edad. Aunque nuestro estudio no abordó la aptitud o el destino de las células madre neurales, mostramos un efecto dependiente de C3aR sobre la neurodegeneración relacionada con la edad en nuestros pacientes. C3ar1-Modelos de ratón nulo y T2KO. En conjunto, los hallazgos actuales sugieren que, en parte, la neurodegeneración relacionada con la edad podría ser provocada por la interacción de las células inmunitarias periféricas con la microglía o la señalización a ella. Los estudios futuros deberían analizar más puntos de tiempo específicamente en una etapa posterior de la vida para determinar las ventanas exactas de infiltración que afectan la función cerebral e identificar claramente el papel de estos infiltrados de células T CD8 +. El trabajo reciente de Kolev et al. demostraron que las células inmunitarias periféricas elevan la producción intrínseca de C3 después de la diapédesis hacia los tejidos periféricos (43). Sugieren un papel destacado para la interacción de las células T CD4 + (a través de LFA-1) con endotelios (a través de ICAM1), pero también identifican un efecto similar en las células T CD8 + estimuladas con VCAM1, que muestra una regulación positiva intrínseca de IFN-γ y C3 ( 43). Una mayor disección de este mecanismo con respecto a las células T CD8 + y VCAM1 podría arrojar luz sobre los posibles mecanismos de retroalimentación que afectan la reactividad microglial durante el envejecimiento.

También analizamos las características estructurales y morfológicas de la vasculatura cerebral en el hipocampo, porque se informó anteriormente que esta región sufría una disfunción vascular relacionada con la edad en forma de interrupción de la BHE y reducción del flujo sanguíneo cerebral (44, 45). Encontramos que la señalización C3a / C3aR indujo cambios estructurales en la vasculatura que afectan el área de la sección transversal del vaso y la tortuosidad del vaso, características previamente asociadas con un flujo sanguíneo cerebral deficiente y una angiogénesis anormal (34). Se necesita trabajo adicional para comprender el impacto exacto de C3a en la hemodinámica. El trabajo del grupo de Zlokovic ha demostrado que la BHE sufre una permeabilidad relacionada con la edad en el hipocampo antes de la enfermedad (10, 44 - 46). Descubrimos que los vasos cerebrales de ratones envejecidos eran más permeables a un tinte trazador impenetrable BBB y confirmamos la pérdida de integridad de la barrera mediante el análisis de células endoteliales aisladas con FACS, que mostraban una expresión génica alterada de genes BBB críticos (Cdh5, Ocln, Tjp1, y Cldn5). Nuestros datos mostraron que la señalización C3a / C3aR fue en parte responsable de estos cambios estructurales y funcionales en la integridad de BBB durante el envejecimiento.

Nuestros datos usando dextrano indicaron que la infiltración de células inmunes por el tratamiento agudo con LPS fue un proceso activo, más que el resultado de una BHE comprometida. Esta interpretación difiere de un informe anterior en el que se utilizaron isótopos pesados ​​y proteínas radiomarcadas, que revelaron un aumento de la permeabilidad de la BBB mediante la inducción de LPS (47). Aunque la causa exacta de esta discrepancia no está clara, un trabajo reciente del laboratorio Wyss-Coray identificó mecanismos de transcitosis mediados por receptores, potencialmente novedosos, relacionados con la edad, para la transferencia de proteínas a través de la BBB (48). Es posible que un mecanismo de transcitosis similar pueda ser la base de la presencia de proteínas marcadas con isótopos pesados ​​o radiomarcadas en el cerebro en modelos neuroinflamatorios agudos. Dado este nuevo desarrollo, se debe seguir trabajando para comprender mejor la permeabilidad de la BBB en la neuroinflamación aguda.

El análisis mecanicista del fenotipo de barrera endotelial sugiere un papel para la señalización mediada por calcio en un modelo in vitro de BBB. Un análisis adicional identificó una respuesta de fase potencial, en la que la señalización inicial mediada por calcio indujo la fosforilación de la proteína MLC, lo que resultó en la pérdida de la proteína VE-cadherina en las uniones intercelulares.Estos efectos fueron rescatados por la inhibición de C3aR o calmodulina en cultivos de células endoteliales, estableciendo un fuerte vínculo entre la activación de C3a / C3aR y los efectos mediados por calcio en las células endoteliales del cerebro. Juntos, estos hallazgos mostraron que los cambios en la estructura de los vasos cerebrales, la hemodinámica y la permeabilidad de la BHE pueden ser modulados directamente por la reactividad glial y otros cambios relacionados con el complemento observados en cerebros envejecidos.

El enfoque principal de este estudio aborda el papel de los cambios vasculares relacionados con la edad debido a la señalización C3a / C3aR, sin embargo, observamos una activación similar en el modelo PS19 de tauopatía. En nuestro estudio anterior de este modelo (22), identificamos una red clave de activación microglial dependiente de C3aR y demostramos que el bloqueo de C3aR corrigió la activación microglial y otros cambios transcripcionales. La activación de la red C3a / C3aR también influyó en las firmas de expresión génica en consonancia con la activación de las células inmunitarias periféricas, un fenómeno previamente informado en otros modelos de ratones con enfermedad de Alzheimer (49, 50). Dado esto, razonamos que la vasculatura deteriorada y la respuesta de las células endoteliales pueden ser en parte responsables de la presencia de firmas de células inmunitarias periféricas. De hecho, el análisis de RNA-Seq reveló un aumento de los niveles de Vcam1, Cd3e, Cd8a, y Ptpn22 genes en el hipocampo PS19, y la histología reveló una morfología de vasos muy alterada. Trabajos previos de Faraco et al. demostraron un papel de la hipertensión en la potenciación de la acumulación de tau hiperfosforilada, un hallazgo que corrobora nuestra creencia de que la estructura y función endoteliales pueden influir en la patogénesis de la enfermedad (51). El estudio de Laurent et al. utilizó una estrategia de depleción de células T CD3 + que muestra que Clec7a, Itgax, Cd68, e incluso astrocítico Gfap Los niveles de ARNm se reducen al agotar las células T (50). Aunque nuestro estudio actual no aborda el efecto posterior de estos cambios vasculares en lo que se refiere a la progresión de la enfermedad, sí destaca un posible papel de las células endoteliales en la potenciación de la reactividad microglial a través de la función vascular y las interacciones de las células inmunitarias periféricas. Juntos, estos estudios posicionan a las células endoteliales como guardianes de la progresión de la enfermedad a través del eje C3a / C3aR / VCAM1.

En conclusión, nuestro trabajo identifica un eje regulador del complemento potencialmente novedoso en la BBB a través del C3aR endotelial. Implica un papel crítico para una transición inflamatoria endotelial dependiente de C3aR, que da como resultado una mayor expresión de VCAM1 en el cerebro envejecido. Nuestros datos sugieren que el bloqueo de los efectos mediados por el complemento puede tener un impacto sustancial en la mejora de la salud vascular, rescatando la permeabilidad de la BBB y disminuyendo la neuroinflamación en el envejecimiento y la neurodegeneración. Dado que la vía del complemento está regulada al alza tanto en afecciones inflamatorias agudas, como accidente cerebrovascular y lesión cerebral traumática, como en enfermedades neurodegenerativas, en particular la enfermedad de Alzheimer, de la cual la edad es el mayor factor de riesgo, nuestros hallazgos tienen implicaciones directas para la patogénesis y la orientación terapéutica. de estas enfermedades del cerebro relacionadas con la edad.

Para obtener detalles adicionales, consulte Métodos complementarios.

Ratones y tratamiento. Los ratones C57BL / 6J envejecidos se obtuvieron de la colonia de roedores envejecidos del Instituto Nacional de Envejecimiento de los NIH. C3ar1ratones deficientes (C3ar1 - / - ) se obtuvieron ratones del Laboratorio Jackson y se retrocruzaron con C57BL / 6J durante 5 generaciones. Los ratones se alojaron de 2 a 4 por jaula en una instalación para ratones libre de patógenos con acceso ad libitum a alimentos y agua en un ciclo de 12 horas de luz / 12 horas de oscuridad. Los ratones para los estudios de knockout condicional se criaron a partir de un fondo mixto de ratones Tie2 cre (C57BL / 6J) y C3ar1 fl / + ratones (BALB / c) (40). El esquema de reproducción para los estudios de PS19 fue publicado previamente por Litvinchuk et al (22). Se utilizaron machos y hembras en números aproximadamente iguales para todos los experimentos.

El vehículo (DMSO al 0,5%) o el antagonista de C3aR (C3aRA 1 mg / kg) fueron i.p. inyectado en días alternos durante 4 semanas. Para i.c.v. administración de LPS, los ratones se colocaron en un instrumento estereotáxico Kopf y se insertaron agujas de vidrio a través de orificios utilizando coordenadas para apuntar a los ventrículos laterales (–0,4 mm anteroposterior, ± 1,0 mm mediolateral y –2,0 mm dorsoventral desde la superficie del cráneo en bregma). Se administró LPS (2 μg / mL) o vehículo (PBS) de forma bilateral (2 μL de cada lado).

Se siguió el análisis de BBB como se describió previamente (35). Brevemente, se inyectaron ratones a través de la vena de la cola con 100 μl de TRITC-dextrano de reserva de 10 mg / ml (PM 65-85 kDa Sigma-Aldrich, T1162). Se dejó que el tinte se perfundiera naturalmente durante 2 horas y luego se perfundió con PBS. Se usó un hemisferio para determinar la señal de fluorescencia TRITC en homogeneizados de tejido (excitación λ 550 nm, emisión λ 580 nm) utilizando un lector de placas (Molecular Devices Spectra Max i3x). El otro hemisferio se fijó en PFA al 4% durante la noche a 4 ° C y se cambió a sacarosa al 30%. Se cortaron secciones de cerebro sagital (30 μm) en un micrótomo deslizante, se lavaron en PBS y se tiñeron con lectina-649 (Vector Labs, DL-1178) durante 30 minutos a temperatura ambiente en PBS que contenía 0,4% de Triton X-100, 4% suero de burro y BSA al 1% para marcar la vasculatura cerebral. Se obtuvieron imágenes de las secciones en un microscopio confocal láser Leica TCS a 40 × bajo inmersión en aceite, con un Z-paso de 0,5 μm en un rango total de 30 μm.

Cultivo de células. Los HBMEC primarios se obtuvieron de Cell Systems (ACBRI 376). Las células se descongelaron y se colocaron en placas en matraces T75 para su expansión en medio Lonza EGM2-MV (CC-3202) para alcanzar un cultivo P4. Las células se subcultivaron hasta que confluyeron, se pasaron a una proporción de 1: 4 en matraces T75 para cultivos P5 y se dejaron expandir hasta que confluyeron antes de la congelación (EGM2-MV más DMSO al 10%). Se descongelaron viales nuevos para obtener cultivos P6, que se utilizaron para todos los experimentos posteriores.

Los astrocitos humanos primarios se obtuvieron de ScienCell Research Laboratories (ScienCell, 1800). Las células se descongelaron y se colocaron en placas en un matraz T75 para la expansión en medio de astrocitos (AM) (ScienCell, 1801). Las células se subcultivaron hasta cerca de la confluencia (80% -90%), se pasaron en una proporción de 1: 4 en matraces T75 y se dejaron expandir hasta cerca de la confluencia antes de la congelación (AM más DMSO al 10%). Se descongelaron viales nuevos y se utilizaron para todos los experimentos posteriores.

Se prepararon cultivos primarios de astrocitos de ratón como se describió previamente (20) y se purificaron usando selección negativa mediante perlas magnéticas CD11b (Miltenyi Biotec, 130-049-601). Los HBMEC primarios se cultivaron en 100 μg / ml de fibronectina y placas de 24 o 48 pocillos recubiertas con Col IV. Las células se sembraron a una densidad de 2,5 x 105 células / cm 2. Las células confluentes se trataron con IL-1β (10 ng / mL, R & ampD Systems, 201-LB-005), C3a (500 nM, R & ampD Systems, 3677-C3-025), C5a (250 nM, R & ampD Systems, 2037-C5 -025), ionomicina (10 μM, Cayman Chemical, 10004974), o en combinación con uno de los inhibidores SB290157 (5 μM, Calbiochem, 559410), W7 (50 μM, Tocris, 0369) o BAPTA-AM (1 μM, Tocris, 2787). Las células se analizaron después de 2 horas o 24 horas de tratamiento.

El análisis TEER se realizó utilizando combinaciones de HBMEC primarios y astrocitos primarios humanos o de ratón en un cocultivo. Brevemente, se recubrieron insertos transwell semipermeables (Corning, 3470) con 100 µg / ml de fibronectina y Col IV en la superficie luminal durante 2 horas a 37ºC en PBS. Se aspiró la solución de revestimiento restante y se voltearon los transpocillos y se colocaron en placas de cultivo de 12 pocillos. La superficie abluminal se revistió con polidisina (PDL) a 37 ° C durante 2 horas y se aspiró la solución restante. Mientras estaban invertidos, los astrocitos primarios se sembraron en la superficie abluminal a una densidad de 1,5 × 10 5 células / cm 2 y se dejaron adherir durante 4-6 horas a 37 ° C en 100 μL de AM (ScienCell). A continuación, las membranas se volvieron a colocar en su posición normal en su placa de cultivo original y los astrocitos se cultivaron en AM colocados en la placa de cultivo de tejidos (abluminal). Las células se cultivaron durante 48 horas a 37ºC y se sembraron células endoteliales en el compartimento luminal a una densidad de 1,5 x 105 células / cm 2 en EGM2-MV. Todas las lecturas de TEER se midieron utilizando electrodos de palillo STX2 con un voltímetro / ohmímetro EVOM2 (World Precision Instruments). Los cultivos maduraron durante 3 a 4 días, y cuando el TEER se estabilizó (

160-180 Ω), se agregaron tratamientos y se controló el TEER durante 24 horas. Todas las lecturas de TEER se normalizaron a la lectura promedio de 2 insertos sin células para cada registro de punto de tiempo antes de la normalización a las muestras de control.

Preparaciones de vasos cerebrales. El aislamiento de los vasos del cerebro de los ratones se llevó a cabo como se describió previamente (28) con modificaciones menores. Brevemente, los ratones se perfundieron con PBS, se extrajeron los cerebros y se descartaron el bulbo olfatorio y el tallo cerebral del cerebelo. Se les quitó la duramadre y las meninges, se cortaron suavemente con una cuchilla de afeitar y se homogeneizaron suavemente usando un homogeneizador Dounce de vidrio (Kontes Glass, 19), todo en hielo. Se centrifugó el homogeneizado, se descartó el sobrenadante y se resuspendió el sedimento en una solución de dextrano para eliminar los restos de mielina. A continuación, el sedimento resultante se filtró sobre un filtro de 40 µm y los fragmentos del recipiente se retuvieron en el filtro. A continuación, se dio la vuelta al filtro, se colocó en un tubo cónico de 50 ml y se enjuagó. Los fragmentos de vasos se sedimentaron a 300gramo durante 5 minutos y se fija en PFA al 4% durante 30 minutos en hielo. Los fragmentos fijados se sedimentaron a 300gramo durante 5 minutos, se lavó con PBS y se montó en portaobjetos reticulados manualmente para la tinción. Los vasos se bloquearon con PBS que contenía Triton X-100 al 0,4%, suero de burro al 4% y BSA al 1% durante 30 minutos, y se incubaron en una solución de bloqueo con anticuerpo primario durante la noche a 4ºC. Dependiendo del experimento, los anticuerpos primarios se usaron como sigue: conejo anti-GFAP (MilliporeSigma, G9269), rata anti-C3aR (Hycult, 10130173) y cabra anti-mVE-cadherina (R & ampD Systems, AF1002). Las imágenes se realizaron en un microscopio confocal láser Leica TCS a 63 × bajo inmersión en aceite, con un Z-paso de 0,5 μm en un rango total de 10 μm.

Análisis de citometría de flujo. El análisis de citometría de flujo de linfocitos cerebrales envejecidos se realizó utilizando la estrategia de disociación CoBrA como se describió anteriormente (27), con ligeras modificaciones para la eliminación de mielina / detritos, tinción de anticuerpos y para la disociación a marcadores de linfocitos de subtipo. Brevemente, los ratones adultos fueron perfundidos con PBS, los tejidos cerebrales se picaron suavemente con hojas de afeitar estériles, se digirieron en papaína (Worthington Biochemical, LK003172) y DNasa (Worthington Biochemical, LK003178), y luego se trituraron 3-4 veces con un vidrio pulido al fuego. Pipeta Pasteur. Después de la incubación, la digestión de papaína se neutralizó con HBSS + y la suspensión se sedimentó a 310ºC.gramo durante 5 minutos a 4 ° C. El sedimento se resuspendió en 1 ml de HBSS +, se transfirió a un tubo Eppendorf de 1,7 ml enfriado con hielo y se trituró adicionalmente 3 veces, y el sobrenadante se recogió después de una breve centrifugación a baja velocidad. El sobrenadante al final de cada breve centrifugación se filtró a través de un filtro de células prehumedecido de 40 μm (BD Biosciences, 352340) en un tubo cónico enfriado de 50 ml y se centrifugó a 310ºC.gramo durante 5 minutos a 4 ° C. El sedimento resultante se redujo de mielina y otros desechos usando una separación de Percoll PLUS isotónica al 20% (MilliporeSigma, E0414-250ML). El sedimento resultante contenía células individuales disociadas. Para la discriminación mieloide frente a linfoide, las células se incubaron en 500 μL de HBSS + que contenía BD Fc Block 1: 100 de ratón (BD Biosciences, 553141), anti-CD45-BV421 de rata 1: 500 (BD Biosciences, 563890) y anti-CD45-BV421 de rata 1: 500 -CD11b – FITC (BD Biosciences, 553310) en hielo durante 15 a 20 minutos. Para subtipificar las poblaciones de linfocitos, se cambió la estrategia de disociación de tejidos usando Colagenasa / Dispasa (MilliporeSigma, 10269638001) en lugar de papaína para preservar los epítopos de CD19, CD8a y CD4. Todos los demás pasos de la estrategia de disociación siguieron siendo los mismos. Después de la disociación del tejido, las células se incubaron en 1: 500 de rata anti-CD45-BUV395 (BD Biosciences, 564279), 1: 500 de rata anti-CD11b-FITC (BD Biosciences, 553310), hámster anti-CD3ε-BV650 (BD Biosciences, 564378), anti-CD19-BV480 de rata 1: 500 (BD Biosciences, 566167), anti-CD4-PE de rata 1: 500 (BD Biosciences, 553730) y anti-CD8a-APC de rata 1: 500 (BD, 553035) en hielo durante 15 a 20 minutos. Las células se lavaron dos veces con HBSS + y se resuspendieron en 500 μL de HBSS + antes del análisis de citometría de flujo. El análisis de flujo se realizó usando un BD Biosciences LSR Fortessa equipado con láseres de 355 nm, 405 nm, 488 nm, 561 nm y 640 nm para minimizar la superposición espectral.

Para FACS de astrocitos y células endoteliales, consulte los métodos de preparación de tejidos con papaína. Después de la disociación del tejido, las células se incubaron en 500 μL de HBSS + que contenía bloque BD Fc de ratón 1: 100 (BD Biosciences, 553141), Célula muerta azul fija LIVE / DEAD (Thermo Fisher Scientific, L23105), anti-CD45-BV421 de rata 1: 500 (BD Biosciences, 563890) y 1: 500 de rata anti-CD11b-FITC (BD Biosciences, 553310), 1: 250 anti-CD49a-VioBright PE (Miltenyi Biotec, 130-107-632) y 1: 100 anti- ACSA-2-APC (Miltenyi Biotec, 130-116-245) en hielo durante 15 a 20 minutos. Las células endoteliales se clasificaron excluyendo primero las células CD45 + y CD11b + y cerrando alrededor de las células CD49a +. Los astrocitos se clasificaron cerrando la triple negatividad para los marcadores anteriores y finalmente cerrando alrededor de las células ACSA2 +. La clasificación se realizó utilizando un BD Biosciences Aria II en la boquilla de 100 μm. Las células se clasificaron en tubos Eppendorf de 1,7 ml que contenían 200 μl de HBSS +, seguido de centrifugación y lisis de los sedimentos en tampón Qiagen RLT que contenía 1% de β-mercaptoetanol.

Para la citometría de flujo de HBMEC, las células se singularizaron con tripsina EDTA (Thermo Fisher Scientific, 25200056) durante 5 minutos y la tripsina se neutralizó usando HBSS +. Las células se sedimentaron mediante centrifugación a 300ºC.gramo y se lavó 3 veces con HBSS +. Las células se fijaron en PFA al 4% durante 20-30 minutos a 37ºC. Después de la fijación, se añadió HBSS + al tubo antes de la centrifugación para minimizar la pérdida de células. Las células se centrifugaron a 300gramo y se lavó 3 veces con HBSS. Los anticuerpos se diluyeron en HBSS + y las células se tiñeron con controles de IgG apropiados o una combinación de anti-C3aR de rata, 1: 500 (R & ampD Systems, MAB10417), anti-Glut1 de ratón 1: 1000 (Thermo Fisher Scientific, MA1-37783), y anti-VE-cadherina de cabra 1: 1000 (R & ampD Systems, MAB9381). Las células se incubaron en solución de anticuerpos en un rotador de mesa durante 30 minutos, luego se lavaron 3 veces con HBSS + y se incubaron en anticuerpos secundarios apropiados durante 30 minutos a temperatura ambiente en un rotador de mesa. Las células se lavaron en HBSS + 3 veces antes del análisis de citometría de flujo.

RT-PCR cuantitativa. El ARN se extrajo de las células usando el kit RNeasy Micro (QIAGEN, 74004). La transcripción inversa se realizó utilizando iScript Reverse Transcription Supermix (Bio-Rad, 1708840) de acuerdo con el protocolo del fabricante. Todo el ARN aislado de los sedimentos celulares se convirtió en ADNc. La RT-PCR cuantitativa se realizó utilizando iTaq Universal SYBR Green Supermix (Bio-Rad, 172-5120) en un sistema de detección de PCR en tiempo real CFX384 Touch.

Inmunotinción y análisis de imágenes. Las células cultivadas se fijaron con PFA al 4% durante 20 minutos a 37ºC. Las muestras se lavaron con PBS y luego se bloquearon y se permeabilizaron con PBS que contenía Triton X-100 al 0,4%, suero de burro al 4% y BSA al 1% durante 30 minutos. Las muestras se incubaron en una solución de bloqueo que contenía anticuerpo primario durante la noche a 4 ° C. Dependiendo del experimento, los anticuerpos primarios se utilizaron de la siguiente manera: conejo anti-pMLC2 S19 (Cell Signaling Technology, 3671), cabra anti-hVE-cadherina (R & ampD Systems, AF938) o Phalloidin CruzFluor 555 (Santa Cruz Biotechnology, sc-363794) ). Todas las imágenes se tomaron en un microscopio confocal láser Leica TCS a 40 × o 63 × bajo inmersión en aceite, con un Z-paso de 0,5 μm en un rango total de 5 μm. MFI se normalizó al número de células por imagen, y cada condición consistió en 8-10 imágenes (norte = 250-300 células).

Para el análisis del cerebro de ratón, los ratones se perfundieron con PFA al 4%, seguido de postfijación en PFA al 4% durante la noche a 4ºC, y luego se transfirieron a una solución de sacarosa al 30% hasta el corte. Se cortaron secciones de cerebro sagital (30 mm) en un micrótomo deslizante y se almacenaron a –20 ° C en crioprotector. Después de lavar en PBS, las secciones se bloquearon con PBS que contenía Triton X-100 al 0,4%, suero de burro al 4% y BSA al 1% durante 30 minutos, y luego se incubaron en una solución de bloqueo que contenía anticuerpo primario durante la noche a 4ºC. Dependiendo del experimento, los anticuerpos primarios se utilizaron de la siguiente manera: anti-GFAP de conejo (MilliporeSigma, G9269), anti-C3 de rata (Hycult, 10129042), anti-C3aR de rata (Hycult, 10130173), anti-CD106 (BioLegend, 305802) , anti-CD31 de rata (BD Biosciences, 550274), anti-mVE-cadherina de cabra (AF1002), anti-PDGFR-β de cabra (R & ampD Systems, AF 1042), anti-Glut1 de ratón (Thermo Fisher Scientific, MA1-37783), y conejo anticol IV (Abcam, ab6586). Después de la tinción de anticuerpos primarios, las secciones se lavaron en 1 × PBS 3 veces y se tiñeron con los anticuerpos secundarios apropiados durante 1 a 2 horas y se lavaron de nuevo antes de montar.

Para la cuantificación de VCAM1 en la corteza de ratón y el hipocampo, las secciones se tiñeron con CD31 y VCAM1, luego se escaneó la señal fluorescente usando un sistema EVOS FL Auto a 10x. A continuación, ImageJ (NIH) procesó las imágenes y se restó el fondo antes de la cuantificación. La señal positiva para VCAM1 total se cuantificó como porcentaje de área para cada región, hipocampo o corteza. Se confirmó la precisión de la colocalización de esta señal con CD31.

Para la cuantificación del porcentaje de ocupación de C3 en astrocitos, Z-pila

30 μm de espesor con un tamaño de paso de 0,5 μm) se tomaron bajo inmersión en aceite 40x, con etiquetado para C3, y se analizaron utilizando la función "Spots" del software IMARIS 9.2.1. Los puntos se generaron automáticamente para la representación C3. Después, Z-Las pilas se analizaron utilizando la función "Co-loc" donde se utilizó la señal GFAP + para enmascarar los contornos de astrocitos y los umbrales aplicados para eliminar el fondo. A continuación, los datos se registraron como porcentaje de la región de interés (ROI) (máscara de señal GFAP +) ocupada por la señal C3 (puntos). Se tomaron ocho imágenes que abarcan CA1-CA3 en 5 ratones por grupo.

Para la cuantificación del área de la sección transversal promedio de los vasos Z-pila

30 µm de espesor con un tamaño de paso de 0,5 µm) se tomaron bajo inmersión en aceite 40x, con etiquetado para Col IV. Las imágenes se analizaron primero utilizando la función "Superficies" del software IMARIS 9.2.1 para generar una reconstrucción 3D del vaso y un volumen total del vaso en μm 3. Posteriormente, utilizando la función "Filamentos", se estimó la longitud total de los vasos por imagen calculando las medidas de las ramas de los vasos individuales en μm. El área de sección transversal promedio se determinó mediante la medición proporcional del volumen total del vaso por la longitud total del vaso por imagen. Se tomaron seis imágenes que abarcan CA1-CA3 en 5 ratones por grupo.

Para la cuantificación de la morfología de vasos tortuosos, Z-pila

30 µm de espesor con un tamaño de paso de 0,5 µm) se tomaron bajo inmersión en aceite 40x con marcaje para CD31. Las imágenes se cuantificaron manualmente contando el número de recipientes sacacorchos presentes en la proyección Z-apilar imágenes. Las imágenes se proyectaron en el software Leica LAS X y se desplazaron manualmente para contar el número de características en forma de sacacorchos en la vasculatura del hipocampo. Para representar esta morfología, se tomaron imágenes representativas con los mismos parámetros de imagen pero con una inmersión en aceite de 63 ×. La función "Superficies" del software IMARIS 9.2.1 se utilizó para generar la reconstrucción 3D de la embarcación CD31, y la pestaña de animación se utilizó para crear películas. Se tomaron seis imágenes que abarcan CA1-CA3 en 5 ratones por grupo para la cuantificación de imágenes.

Para la cuantificación de la reactividad microglial, se cuantificó la colocalización de CD68 en la señal de Iba1 utilizando Z-apilaciones obtenidas en un microscopio confocal Leica con objetivo de aceite de 40 ×, un zoom digital de 1.0, un grosor total de 25 μm y un tamaño de paso de 1 μm. El porcentaje de colocalización de la señal CD68 dentro del ROI de Iba1 enmascarado se calculó utilizando la función "Co-loc" en IMARIS y se representó como un cambio de veces de este porcentaje.

Para cuantificar el volumen del hipocampo y la corteza entorrinal, se cortaron en serie tejidos cerebrales congelados de ratón a 50 μm. Las secciones que contienen hipocampo o corteza entorrinal (cada sexta sección, con una separación de 300 μm) entre bregma + 2,1 mm y bregma −3,9 mm hasta el extremo dorsal del hipocampo o corteza entorrinal se tiñeron con una solución de violeta de cresilo al 0,25%, se deshidrataron en etanol y luego montado. Se obtuvieron imágenes de los portaobjetos utilizando el sistema Nanozoomer 2.0-HT (Hamamatsu) y se trazaron las áreas de interés utilizando el software NDP Viewer. El volumen de la región de interés se cuantificó utilizando la siguiente fórmula: volumen = (suma del área) × 0,5 mm.

Análisis de RNA-Seq. Datos de RNA-Seq que contienen cambios de veces y ajustados PAG Se utilizaron los valores de nuestro estudio anterior (22) (GEO: GSE114910). Para los análisis de vías, genes expresados ​​diferencialmente con PAG Se cargaron valores (ajustados) de menos de 0.05 en el sitio web de InnateDB, y se utilizó un análisis de sobrerrepresentación para calcular términos significativos de las bases de datos KEGG y REACTOME. Los términos significativos seleccionados fueron graficados por PAG valor sobre la base de su participación en la biología vascular y la infiltración de células inmunes, y se enumeraron los genes representativos que contribuyeron a los aciertos. Para los gráficos de genes individuales, se usaron los valores de FPKM y se calculó la significancia usando ANOVA de 1 vía.

Estadísticas. Todo el análisis estadístico se realizó utilizando el software GraphPad Prism, versión 8.0.2 (software GraphPad). Todos los datos se presentan como la media ± SEM. A menos que se indique lo contrario, todas las comparaciones agrupadas se realizaron mediante ANOVA unidireccional con la corrección de Tukey, y todas las comparaciones por pares se realizaron mediante la prueba de Student de dos caras. t pruebas, dependiendo del diseño experimental. Para todas las pruebas, PAG los valores inferiores a 0,05 se consideraron significativos y los superiores a 0,05 no significativos.

Aprobación del estudio. Todos los procedimientos con animales se realizaron de acuerdo con las pautas de los NIH y con la aprobación del Baylor College of Medicine IACUC.

NEP y HZ concibieron el proyecto y diseñaron los experimentos. NEP realizó todos los experimentos y análisis de datos a menos que se indique lo contrario. ER proporcionó reactivos y asistencia técnica para el análisis de imágenes IMARIS, realizó análisis de vías y editó el manuscrito. AL proporcionó muestras y asistencia técnica y realizó análisis volumétricos de tejido cerebral. JK proporcionó el C3ar1-Ratones flojos. NEP escribió el manuscrito con aportes y revisión de HZ. Todos los autores leyeron y aprobaron el manuscrito final.

Estamos en deuda con D. Holtzman (Universidad de Washington) por el generoso apoyo con el análisis volumétrico del cerebro. Estamos muy agradecidos con el Instituto Nacional sobre el Envejecimiento por ofrecer ratones C57BL6 / J envejecidos que hicieron posible este trabajo. Agradecemos a C. Beeton, J. Sederstrom y al Baylor College of Medicine Cytometry and Cell Sorting Core con el apoyo de la subvención NCI-CA125123 para el análisis FACS. Agradecemos a N. Aithmitti y B. Contreras por el apoyo técnico experto y a los miembros del laboratorio de Zheng por estimular las discusiones. Este estudio fue apoyado por subvenciones de los NIH (R01 NS093652, R01 AG020670, R01 AG057509, RF1 AG054111 y RF1 AG062257 a HZ).

Conflicto de intereses: Los autores han declarado que no existe ningún conflicto de intereses.


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Dr. ANTHONY MELVIN CRASTO Ph.D

DR ANTHONY MELVIN CRASTO, Nacido en Mumbai en 1964 y graduado de la Universidad de Mumbai, Completó su doctorado en ICT, 1991, Matunga, Mumbai, India, en Química Orgánica, El tema de la tesis fue Síntesis de nuevos análogos de piretroides, Actualmente está trabajando con GLENMARK LIFE SCIENCES LTD, Centro de Investigación como Científico Principal, Investigación de Procesos (activos a granel) en Mahape, Navi Mumbai, India. Total Industry exp 30+ años. Antes de unirse a Glenmark, trabajó con importantes multinacionales como Hoechst Marion Roussel, ahora Sanofi, Searle India Ltd, ahora RPG lifesciences, etc. Ha trabajado con científicos notables como el Dr. K Nagarajan, el Dr. Ralph Stapel , Prof S Seshadri, Dr TV Radhakrishnan y Dr BK Kulkarni, etc, Realizó síntesis a medida para las principales multinacionales de su carrera como BASF, Novartis, Sanofi, etc., Ha trabajado en Descubrimiento, Productos naturales, Medicamentos a granel, Genéricos, Intermedios , Química fina, Neutracéuticos, GMP, Scaleups, etc., ahora está ayudando a millones, tiene más de 9 millones de visitas en Google en todos los sitios web de química orgánica. Sus amigos lo llaman Worlddrugtracker superestrella del Open. Sus nuevas aprobaciones de fármacos, Green Chemistry International, Todo sobre fármacos, Eurekamoments, Organic spectroscopy international, etc.en química orgánica son algunos de los blogs más leídos. Tiene experiencia práctica en la iniciación y el desarrollo de rutas novedosas para moléculas de fármacos y su implementación a escala comercial en un 30 PLUS años de permanencia hasta la fecha de junio de 2021, alrededor de 35 productos más en su carrera. Tiene buen conocimiento de IPM, GMP, aspectos regulatorios, tiene varias patentes internacionales publicadas en todo el mundo. Tiene un buen dominio en transferencia de tecnología, espectroscopia, estereoquímica, síntesis, polimorfismo, etc., sufrió un accidente cerebrovascular paralítico / mielitis transversa aguda en diciembre de 2007 y está 90% paralizado, está atado a una silla de ruedas, esto parece haberle inyectado feul en él para ayudar a los químicos de todo el mundo, es más activo que antes y está superando los límites, tiene más de 9 millones de visitas en Google, 2.5 lakh más conexiones en todos los sitios de redes, 90 lakh más visitas en más de una docena de blogs, 233 países, 7 continentes, Se pone a disposición de todos, contáctelo en el +91 9323115463, email [email protected], Twitter, @amcrasto, Vive y morirá por su familia, 90% de parálisis no puede matar su alma., Cabe destacar que tiene 33 lakh más vistas en el blog de aprobaciones de nuevos medicamentos en 233 países. https://newdrugapprovals.wordpress.com/, aprecia la ayuda que recibe de todos y cada uno, amigos, familiares, Glenmark, lectores, sabios, médicos, autoridades farmacéuticas, sus contactos, fisioterapeuta, etc.

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Agradecimientos

Agradecemos a Y. Pan (Cuarta Universidad Médica Militar) sus valiosas sugerencias, a S. Li (Universidad Agrícola de Huazhong) por sus reactivos y ayuda técnica y a los miembros del laboratorio Zhong y las instalaciones centrales del Instituto de Investigación Médica por su ayuda técnica. Este estudio fue apoyado por subvenciones del Programa Nacional de Investigación y Desarrollo Clave de China (2018TFE0204500 y 2018YFC1004601), Fundación de Ciencias Naturales de China (31671454 y 31930040), Fondos de Investigación Fundamental para Universidades Centrales (2042020kf0207 y 2042020kf0042), Fundación de Ciencias Naturales de Hubei Provincia (2018CFA016) y Programa de Avance en Ciencias Médicas (Ciencias Médicas Básicas) de la Universidad de Wuhan (TFJC2018004).


Las prostaglandinas son autacoides lipídicos derivados del ácido araquidónico. Ambos mantienen funciones homeostáticas y median en los mecanismos patogénicos, incluida la respuesta inflamatoria. Se generan a partir de araquidonato por acción de isoenzimas de ciclooxigenasa y su biosíntesis es bloqueada por fármacos antiinflamatorios no esteroideos, incluidos los selectivos para la inhibición de la ciclooxigenasa-2. A pesar de la eficacia clínica de los antiinflamatorios no esteroideos, las prostaglandinas pueden actuar tanto en la promoción como en la resolución de la inflamación. Esta revisión resume los conocimientos sobre los mecanismos de generación de prostaglandinas y las funciones de los mediadores individuales y sus receptores en la modulación de la respuesta inflamatoria. La biología de las prostaglandinas tiene una relevancia clínica potencial para la aterosclerosis, la respuesta a la lesión vascular y el aneurisma aórtico.

La inflamación es la respuesta del sistema inmunológico a las infecciones y lesiones y se ha relacionado con la patogenia de la artritis, el cáncer y los accidentes cerebrovasculares, así como con las enfermedades neurodegenerativas y cardiovasculares. La inflamación es un evento intrínsecamente beneficioso que conduce a la eliminación de factores nocivos y la restauración de la estructura del tejido y la función fisiológica. La fase aguda de la inflamación se caracteriza por el rápido influjo de granulocitos sanguíneos, típicamente neutrófilos, seguidos rápidamente por monocitos que maduran en macrófagos inflamatorios que posteriormente proliferan y por tanto afectan las funciones de los macrófagos tisulares residentes. Este proceso causa los signos cardinales de la inflamación aguda: rubor (enrojecimiento), calor (calor), tumor (hinchazón) y dolor (dolor). Una vez que el estímulo nocivo iniciador se elimina mediante fagocitosis, la reacción inflamatoria puede disminuir y resolverse. Durante la resolución de la inflamación, se eliminan los granulocitos y los macrófagos y linfocitos vuelven a números y fenotipos preinflamatorios normales. El resultado habitual del programa inflamatorio agudo es la resolución y reparación satisfactorias del daño tisular, en lugar de la persistencia y disfunción de la respuesta inflamatoria, que puede provocar cicatrices y pérdida de la función orgánica. Por lo tanto, se puede anticipar que la falta de resolución de la inflamación aguda puede predisponer a la autoinmunidad, inflamación displásica crónica y daño tisular excesivo. 1

Las prostaglandinas (PG) juegan un papel clave en la generación de la respuesta inflamatoria. Su biosíntesis aumenta significativamente en el tejido inflamado y contribuyen al desarrollo de los signos cardinales de la inflamación aguda. Aunque las propiedades proinflamatorias de los PG individuales durante la respuesta inflamatoria aguda están bien establecidas, su papel en la resolución de la inflamación es más controvertido.

En esta revisión, discutimos la biosíntesis y la respuesta a los PG y la farmacología de su bloqueo en la orquestación de la respuesta inflamatoria, con especial atención a la enfermedad cardiovascular.

Biosíntesis de PG

PG y tromboxano A2 (TXA2), denominados colectivamente prostanoides, se forman cuando el ácido araquidónico (AA), un ácido graso insaturado de 20 carbonos, es liberado de la membrana plasmática por las fosfolipasas y metabolizado por las acciones secuenciales de PGG / H sintasa o por ciclooxigenasa (COX) y sus respectivas sintasas.

Hay 4 PG bioactivos principales generados in vivo: prostaglandina E2 (PGE2), prostaciclina (PGI2), prostaglandina D2 (PGD2) y prostaglandina F (PGF).

Se producen de forma ubicua (por lo general, cada tipo de célula genera 1 o 2 productos dominantes) y actúan como mediadores de lípidos autocrinos y paracrinos para mantener la homeostasis local en el cuerpo. Durante una respuesta inflamatoria, tanto el nivel como el perfil de producción de PG cambian drásticamente. La producción de PG es generalmente muy baja en tejidos no inflamados, pero aumenta inmediatamente en la inflamación aguda antes del reclutamiento de leucocitos y la infiltración de células inmunes.

La producción de PG (Figura 1) depende de la actividad de las PGG / H sintasas, conocidas coloquialmente como COX, enzimas bifuncionales que contienen actividad COX y peroxidasa y que existen como isoformas distintas denominadas COX-1 y COX-2. 2

Figura 1. Vía biosintética de los prostanoides.

La COX-1, expresada de manera constitutiva en la mayoría de las células, es la fuente dominante de prostanoides que sirven a las funciones domésticas, como la citoprotección del epitelio gástrico y la homeostasis. 3 La COX-2, inducida por estímulos inflamatorios, hormonas y factores de crecimiento, es la fuente más importante de formación de prostanoides en la inflamación y en enfermedades proliferativas, como el cáncer. 3 Sin embargo, ambas enzimas contribuyen a la generación de prostanoides autorreguladores y homeostáticos, y ambas pueden contribuir a la liberación de prostanoides durante la inflamación.

PGH2 es producido por ambas isoformas COX, y es el sustrato común para una serie de enzimas isomerasa y sintasa específicas que producen PGE2, IGP2, PGD2, PGFy TXA2. COX-1 se acopla preferentemente, pero no exclusivamente, con tromboxano sintasa, PGF sintasa y las isoenzimas citosol (c) PGE sintasa (PGES). 4 COX-2 prefiere la prostaglandina I sintasa (PGIS) y las isoenzimas microsomales (m) PGES, las cuales a menudo son coinducidas junto con COX-2 por citocinas y promotores tumorales. 4

El perfil de producción de prostanoides está determinado por la expresión diferencial de estas enzimas dentro de las células presentes en los sitios de inflamación. Por ejemplo, los mastocitos generan predominantemente PGD2, mientras que los macrófagos producen PGE2 y TXA2. 5 Además, pueden producirse alteraciones en el perfil de síntesis de prostanoides sobre la activación celular. Aunque los macrófagos en reposo producen TXA2 en exceso de PGE2, esta relación cambia para favorecer la PGE2 producción después de la activación del lipopolisacárido bacteriano (LPS). 5

Receptores PG

Los PG ejercen sus efectos activando receptores acoplados a proteína G 7-transmembrana similares a la rodopsina (Tabla). La subfamilia del receptor de prostanoides está compuesta por 8 miembros: receptor de prostanoide E (EP) 1, subtipos EP2, EP3 y EP4 del receptor de PGE, receptor de PGD (DP1), receptor de PGF (FP), receptor de PGI (IP) y receptor de tromboxano (TP). . 6 Dos isoformas adicionales del TP humano (TPα, TPβ) y FP (FPA, FPΒ) y 8 variantes de EP3 se generan a través de empalmes alternativos, que se diferencian solo en sus colas C-terminales. 7 Además, hay otro receptor acoplado a proteína G denominado molécula homóloga de receptor quimioatrayente expresada en células T helper 2 (CRTH2 o DP2) que responde a PGD2 pero pertenece a la familia de los receptores de quimiocinas. 8 CRTH2 es un miembro de la superfamilia de receptores de quimioatrayentes N-formil-metionil-leucil-fenilalanina (Figura 2).

Mesa. Transducción de señales de receptores prostanoides

Figura 2. Árbol filogenético de receptores acoplados a proteína G de lípidos. Figura modificada con permiso de Shimizu. 181

Los receptores de prostanoides se acoplan a una variedad de vías de señalización intracelular que median los efectos de la activación del receptor en la función celular. Los receptores EP2, EP4, IP y DP1 activan la adenilil ciclasa a través de Gs, aumentando el cAMP intracelular. EP1 y FP activan el metabolismo del fosfatidilinositol a través de Gq, que conduce a la formación de trifosfato de inositol con movilización de calcio libre intracelular. Además de señalizar a través de Gq, el receptor FP se acopla a la pequeña proteína G Rho a través de un Gq-mecanismo independiente. 9 TP se acopla principalmente a 2 tipos de proteínas G, la Gq (GRAMOq, G11, G15, G16) y el G13 (GRAMO12, G13) familias, lo que resulta en la activación de la fosfolipasa C y el factor de intercambio de nucleótidos de guanina de la proteína G pequeña Rho, respectivamente. Además, TP también se puede acoplar a través de Gh a la fosfolipasa C, así como a través de GI y Gs para adenilar ciclasa. Ambas isoformas de TP están acopladas a la activación de la fosfolipasa C, pero TPα estimula la adenilil ciclasa, mientras que TPβ la inhibe. Las isoformas EP3 pueden acoplarse a través de GI o G12 a la elevación del Ca 2+ intracelular, la inhibición de la generación de cAMP y la activación de la pequeña proteína G Rho. 10 El DP2 / CRTH2 se acopla a un GI-proteína de tipo G para inhibir la síntesis de AMPc y elevar el Ca 2+ intracelular. Sin embargo, los efectos de los prostanoides sobre estas vías de señalización acopladas a proteínas G pueden cambiar en función de la concentración o estructura del ligando. 6

Algunos, pero no todos, los receptores de prostanoides exhiben la capacidad de dimerizar, lo que puede alterar la afinidad del ligando o la preferencia por las vías de señalización aguas abajo. Por tanto, aunque los dímeros DP1 / DP2 parecen no formarse, en condiciones similares, los receptores IP y TP pueden asociarse para formar homo y heterodímeros. Los heterodímeros TPα-TPβ mejoran la respuesta a la activación por isoprostanos catalizados por radicales libres. 11 Además, la dimerización de IP y TPα permite la formación de cAMP a través de la activación del receptor de TP, un resultado celular que se observa típicamente con la actividad de IP. 12 Además, se ha demostrado que la activación del receptor EP1 modula la función del receptor adrenérgico β2 en las vías respiratorias bronquiales mediante la formación de un complejo heterodimérico. 13

COX e inflamación

Las 2 isoformas COX, COX-1 y COX-2, son objetivos de los medicamentos antiinflamatorios no esteroideos (AINE). Estos fármacos son inhibidores competitivos del sitio activo de ambas COX. Aunque ambas COX existen como homodímeros, solo se usa una pareja a la vez para la unión del sustrato.También pueden existir 14 heterodímeros COX-1 / COX-2, pero su función en biología aún no se ha establecido. 15 Los AINE se unen e inactivan el sitio COX en solo 1 de los monómeros del dímero COX, y esto es suficiente para detener la formación de prostanoides. 14 El otro monómero parece desempeñar una función alostérica. La capacidad peroxidasa de ambas proteínas no se ve alterada por los AINE.

La eficacia clínica de los AINE estructuralmente distintos, todos los cuales comparten esta capacidad de inhibición de prostanoides, señala la importancia de estos mediadores en la promoción del dolor, la fiebre y la inflamación. 16 El dramático aumento de la expresión de COX-2 en la provocación de células inflamatorias, su expresión en tejidos inflamados y la suposición de que la inhibición de prostanoides derivados de COX-1 en plaquetas y epitelio gástrico explica los efectos adversos gastrointestinales provocados por AINE y proporciona una justificación para desarrollo de AINE diseñados para ser selectivos para la inhibición de COX-2 para el tratamiento de la artritis y otras enfermedades inflamatorias crónicas. 17

Aunque la COX-2 parece ser la fuente dominante de formación de PG en la inflamación, existe cierta sugerencia de que ambas isoformas de la enzima humana pueden contribuir a la respuesta inflamatoria aguda. La COX-1 se expresa de forma constitutiva en las células inflamatorias residentes, y existe evidencia de la inducción de COX-1 durante la respuesta inflamatoria mediada por LPS y la diferenciación celular. 18 Ambas isoformas de COX se coexpresan en células inflamatorias circulantes ex vivo y tanto en la sinovial de artritis reumatoide (AR) inflamada como en placas ateroscleróticas obtenidas de pacientes. 19,20 Los datos humanos son compatibles con los productos derivados de la COX-1 que impulsan la fase inicial de una inflamación aguda, y la regulación al alza de la COX-2 se produce en varias horas. 4 Sin embargo, los ensayos clínicos controlados para probar la eficacia comparativa de los AINE que inhiben tanto la COX frente a la COX-2 sola nunca se realizaron a escala. Dichos ensayos se diseñaron para buscar divergencias en la incidencia de efectos adversos gastrointestinales en lugar de evaluar la eficacia clínica comparativa.

Los estudios en ratones COX-1- y COX-2-knockout (KO) revelan respuestas inflamatorias deterioradas, aunque los impactos de la eliminación de genes divergen en el curso del tiempo y la intensidad.

Los ratones deficientes en COX-1 pero no en COX-2 exhiben una reducción en el edema de oído inducido por AA, aunque AA induce una respuesta inflamatoria equivalente en ratones de tipo salvaje (WT) y deficientes en COX-2. 21-23 Por el contrario, el nivel de edema inducido por el promotor tumoral acetato de tetradecanoil forbol no fue significativamente diferente entre los ratones WT, deficientes en COX-1 y deficientes en COX-2. 21-23 Los estudios de inflamación del oído indican que la COX-1, así como la COX-2, pueden contribuir a las respuestas inflamatorias, y la isoforma responsable de la inflamación puede depender del tipo de estímulo inflamatorio o de los niveles relativos de cada isoforma en el tejido objetivo.

De manera similar, los modelos de artritis exhiben una dependencia significativa de las isoformas COX-1 o COX-2 para el desarrollo de la sinovitis clínica. Esto varía, dependiendo del modelo experimental utilizado. Por lo tanto, en el modelo de artritis de transferencia de suero K / BxN, PG derivadas de COX-1, en particular PGI2, hacen una contribución sorprendente al inicio y perpetuación de la artritis. 24 En un modelo de artritis inducida por colágeno, la deleción de COX-2 suprime considerablemente la inflamación sinovial y la destrucción de las articulaciones, mientras que la artritis en ratones con deficiencia de COX-1 es indistinguible de la de los controles. 25,26

La deleción de COX-2 también suprime la inflamación aguda en el modelo de bolsa de aire. Aquí, el inhibidor de COX-2 NS-398, administrado 6 horas después del tratamiento con carragenina, redujo la producción de PG en ratones WT a niveles comparables a los observados en ratones COX-2-KO y también fue eficaz durante las primeras etapas de la inflamación. 27 En comparación con los ratones WT, la deficiencia de COX-2 reduce el nivel de PGE2 producción en aproximadamente un 75%, mientras que la deficiencia de COX-1 reduce la PGE2 nivel en un 25% durante esta etapa temprana. El día 7 después del tratamiento con carragenina, había un mayor número de células inflamatorias presentes en el líquido de la bolsa de los ratones COX-2-KO, y se observó poca resolución de la inflamación en comparación con los ratones WT o COX-1-KO. 27 Estos hallazgos indican que ambas isoformas de COX contribuyen a la producción de PG durante la inflamación y también que las PG derivadas de COX-2 parecen ser importantes tanto en el proceso inflamatorio agudo como en la fase de resolución. También se informó en otros modelos una contribución de la COX-2 a ambas fases de la inflamación. Gilroy et al informaron que la expresión de COX-2 y PGE2 los niveles aumentaron transitoriamente al principio del curso de la pleuresía inducida por carragenina en ratas. 28 Más adelante en la respuesta, la COX-2 fue inducida nuevamente a niveles aún mayores y generó PG antiinflamatorios, como PGD2 y 15-desoxi-Δ 12-14-PGJ2 (15d-PGJ2), pero solo niveles bajos de la PGE proinflamatoria2. Un apoyo adicional para un papel antiinflamatorio de COX-2 en este modelo fue el hallazgo de que la administración tardía del inhibidor selectivo de COX-2 NS-398 exacerba la respuesta inflamatoria. Además, Wallace et al observaron que en el modelo de carragenina de la pata, la inflamación resultante se resuelve en 7 días en ratones WT pero no se altera durante este período en ratones deficientes en COX-2. También se ha informado de un papel antiinflamatorio de los prostanoides derivados de COX-2 en modelos de colitis inflamatoria y enfermedad alérgica de las vías respiratorias. 30,31 Así, la COX-2 parece tener un papel dual en el proceso inflamatorio, contribuyendo inicialmente al inicio de la inflamación y luego ayudando a resolver el proceso. Aunque la COX-2 desempeña un papel en el apoyo a la resolución de este proceso en algunos modelos de inflamación, no está claro qué productos de la enzima podrían contribuir en qué entornos a este efecto. Esto se ejemplifica en el caso de 15d-PGJ2. Considerado durante mucho tiempo como un ligando endógeno del receptor γ activado por el proliferador de peroxisoma (PPARγ), queda por establecer que la concentración endógena suficiente para servir a esta función se forma en cualquier modelo de resolución de la inflamación. Se han informado niveles erróneamente elevados utilizando una variedad de inmunoensayos, pero las concentraciones de compuesto libre y unido documentadas como formadas por espectrometría de masas cuantitativa están muy por debajo de la CE.50 para la activación de PPARγ. 32 Una cosa es mostrar que los productos pro-resolución putativos pueden formarse in vitro y que los compuestos sintéticos ejercen acciones pro-resolución cuando se administran in vivo y otra es documentar que las concentraciones formadas in vivo en el contexto de la inflamación son suficientes y necesarias para mediar resolución.

En el caso de la aterosclerosis, se ha demostrado que la deleción o inhibición de COX-2 retarda, acelera o deja inalterada la aterogénesis en modelos de ratón. 5 Esto puede reflejar un impacto postnatal de la interrupción de las muchas funciones de la enzima en el desarrollo de COX-2 KO, diferencias en el momento de las intervenciones con inhibidores de COX-2, o una falla en la mayoría de los casos para definir bioquímicamente la selectividad para la inhibición de COX -2 del régimen farmacológico desplegado. Por el contrario, la deleción de COX-1 atenuó notablemente el desarrollo de lesiones en el ratón de apolipoproteína E-KO, al igual que la inhibición de COX-1 y COX-2 juntas en el modelo de receptor de lipoproteína de baja densidad-KO. 33,34 Así, los productos de COX-1, como TXA2, promueven la aterogénesis, mientras que hay más ambigüedad en torno al papel de la COX-2. Sin embargo, la eliminación de la IP, el receptor del principal producto COX-2, PGI2, fomenta el inicio y el desarrollo temprano de la aterosclerosis en ratones hiperlipidémicos. 35

PGE2 e inflamación

PGE2 es uno de los PG más abundantes producidos en el cuerpo, se caracteriza más ampliamente en especies animales y exhibe actividades biológicas versátiles. En condiciones fisiológicas, PGE2 es un mediador importante de muchas funciones biológicas, como la regulación de las respuestas inmunitarias, la presión arterial, la integridad gastrointestinal y la fertilidad. PGE desregulado2 La síntesis o degradación se ha asociado con una amplia gama de condiciones patológicas. 36 En inflamación, PGE2 es de especial interés porque interviene en todos los procesos que conducen a los signos clásicos de inflamación: enrojecimiento, hinchazón y dolor. 37 El enrojecimiento y el edema son el resultado del aumento del flujo sanguíneo al tejido inflamado a través de PGE2-Aumentación mediada de la dilatación arterial y aumento de la permeabilidad microvascular. 37 El dolor resulta de la acción de PGE2 en neuronas sensoriales periféricas y en sitios centrales dentro de la médula espinal y el cerebro. 37

PGE2 se sintetiza a partir de PGH2 por cPGES o mPGES-1 y mPGES-2. 38 El cPGES se expresa de manera constitutiva y abundante en el citosol de varios tejidos y células y requiere glutatión como cofactor. 39 El papel de cPGES e incluso su capacidad para formar PGE2 es controvertido. cPGES parece capaz de convertir PGH derivada de COX-1 pero no derivada de COX-22 a PGE2 en las células, particularmente durante la PGE inmediata2-Respuesta biosintética provocada por estímulos evocados por Ca 2+. La localización de cPGES en el citosol puede permitir el acoplamiento con la COX-1 proximal en el retículo endoplásmico con preferencia a la COX-2 distal en la envoltura perinuclear. 39 El acoplamiento funcional de cPGES con COX-1 sugiere que las funciones de cPGES in vivo se superponen significativamente, si no completamente, con COX-1. Se desarrollaron ratones deficientes en cPGES, pero no han sido particularmente informativos para abordar la importancia de la PGE derivada de cPGES2, porque la deleción de esta enzima resulta en letalidad perinatal. 40

mPGES-1 es un miembro de las proteínas asociadas a la membrana involucradas en la superfamilia del metabolismo de eicosanoides y glutatión y, como cPGES, requiere glutatión como cofactor. 41 mPGES-1 es una proteína perinuclear que está marcadamente inducida por citocinas y factores de crecimiento y regulada negativamente por glucocorticoides antiinflamatorios, como en el caso de la COX-2. 42,43 Está funcionalmente acoplado con COX-2 en marcada preferencia a COX-1. También se informó sobre la expresión constitutiva de mPGES-1 en ciertos tejidos y tipos de células.

La generación de ratones deficientes en mPGES-1 ha revelado el papel dominante de esta enzima en la PGE2 generación relevante para la promoción de la inflamación. En la artritis inducida por colágeno, un modelo de enfermedad de RA humana, los ratones sin mPGES-1 exhibieron una incidencia y gravedad reducidas de la enfermedad en comparación con los controles WT. 45 Esta diferencia no se asoció con alteraciones en la producción de interleucina (IL) -6 por los macrófagos peritoneales o diferencias significativas en los anticuerpos anticolágeno IgG2a circulantes. Asimismo, en la artritis inducida por anticuerpos de colágeno, otro modelo de AR que no implica la activación del sistema inmunológico, los ratones sin mPGES-1 tuvieron una incidencia similar pero una menor gravedad de la artritis que los ratones WT, así como un 50%. reducción de los niveles de PGE en las patas2. 46 En el mismo estudio, también se observó que la migración de macrófagos después de la inyección peritoneal de tioglicolato se redujo sorprendentemente en ratones sin mPGES-1 en comparación con los ratones WT. 46

La formación de tejido de granulación inflamatorio y la angiogénesis concomitante en el dorso inducida por la implantación subcutánea en la pata de un hilo de algodón se redujo significativamente en los ratones mPGES-1-KO en comparación con los ratones WT. 46 En este modelo, la deficiencia de mPGES-1 también se asoció con una inducción reducida del factor de crecimiento de células endoteliales vasculares en el tejido de granulación. Estos resultados indican que la PGE derivada de mPGES-12, en cooperación con el factor de crecimiento endotelial vascular, puede desempeñar un papel fundamental en el desarrollo de la granulación inflamatoria y la angiogénesis, contribuyendo finalmente a la remodelación tisular.

Juntos, estos hallazgos ilustran que la deleción o inhibición de mPGES-1 reduce notablemente la respuesta inflamatoria en varios modelos de ratón. El efecto proinflamatorio de la PGE derivada de mPGES-12 también se observó en la aterosclerosis. La deleción de mPGES-1 retardó la aterogénesis en ratones hiperlipidémicos alimentados con grasa, en ambos sexos. 47 Curiosamente, además de la depresión esperada de PGE2 producción, la deleción de mPGES-1 permite la redirección de PGH2 sustrato a otras PG sintasas, con, por ejemplo, formación aumentada de PGI2 y PGD2. 47 Esto complica la selección de mPGES-1 como objetivo farmacológico. Por lo tanto, PGI elevada2 puede contribuir al perfil cardiovascular más benigno de la deleción de mPGES-1 en comparación con la deleción o inhibición de COX-2: menos predisposición a la hipertensión y la trombogénesis. Sin embargo, este mismo efecto puede atenuar el alivio del dolor, en el caso de PGI aumentada.2, o puede mediar efectos adversos sobre el tono bronquial, enfermedad inflamatoria alérgica o el ciclo sueño-vigilia, en caso de PGD elevado2. Esto puede explicar la efectividad menos impresionante de interrumpir mPGES-1 frente a COX-2 en algunos modelos de dolor. 48 Recientemente, Brenneis et al han proporcionado evidencia de que la PGE derivada de mPGES-12 puede contribuir tanto a la promoción como a la resolución de la neuroinflamación en ratones. 49 Finalmente, los principales productos de sustrato de la redirección estarán influenciados por el tipo de célula dominante en un entorno particular. Por ejemplo, IGP aumentada2 puede contribuir a la restricción de la aterogénesis en ratones hiperlipidémicos como consecuencia de la deleción de mPGES-1. 47 Sin embargo, queda por ver si la inhibición de mPGES-1 en el contexto de aterosclerosis establecida causa regresión o posiblemente acelera una mayor progresión de la enfermedad debido a la redirección del endoperóxido a TXA.2 en placas ricas en macrófagos.

La mPGES-2 se sintetiza como una proteína asociada a la membrana de Golgi y la eliminación proteolítica del dominio hidrofóbico N-terminal conduce a la formación de una enzima citosólica madura. Esta enzima se expresa constitutivamente en varias células y tejidos y está funcionalmente acoplada tanto con COX-1 como con COX-2. 37 ratones deficientes en mPGES-2 no mostraron fenotipo específico ni alteración en PGE2 niveles en varios tejidos o en macrófagos estimulados por LPS. 50 Estudios con ratones sin PGES han revelado que la regulación cruzada entre las diferentes isoformas de PGES puede funcionar, en ocasiones, como un mecanismo compensatorio. Por ejemplo, los ratones nulos para mPGES-1 exhiben un aumento retardado en la PGE urinaria2 excreción en respuesta a una carga aguda de agua, coincidente con una mayor expresión medular renal de cPGES pero no de mPGES-2. 51 Se observó evidencia similar que sugiere una regulación cruzada con los COX. Por tanto, la deleción de COX-2 en macrófagos se asocia con la expresión regulada por incremento de COX-2 en células de músculo liso vascular (CMLV) en placa aterosclerótica. 52

Después de PGE2 se forma, es transportada activamente a través de la membrana por la proteína 4 de resistencia a múltiples fármacos dependiente de ATP o se difunde a través de la membrana plasmática para actuar en o cerca de su sitio de secreción. 53

PGE2 luego actúa localmente mediante la unión de 1 o más de sus 4 receptores afines (tabla), denominados EP1-EP4. 45 Entre los 4 EP, los receptores EP3 y EP4 son los que tienen una distribución más amplia, y sus ARNm se expresan en casi todos los tejidos de ratón y tienen la mayor afinidad para unirse a PGE.2. Por el contrario, la distribución del ARNm de EP1 está restringida a varios órganos, como el riñón, el pulmón y el estómago, y EP2 es el menos abundante de los receptores de EP. Tanto EP1 como EP2 se unen a PGE2 con menor afinidad. 54 Cada subtipo de EP muestra una localización celular distinta dentro de los tejidos. 54

Una de las lecciones aprendidas de los estudios con ratones KO es que PGE2 puede ejercer tanto respuestas proinflamatorias como antiinflamatorias, y estas acciones a menudo se producen a través de la regulación de la expresión del gen receptor en los tejidos relevantes. Por ejemplo, la hiperalgesia, un signo clásico de inflamación, está mediada principalmente por PGE.2 a través de la señalización del receptor EP1 que actúa sobre las neuronas sensoriales periféricas en el sitio de la inflamación, así como en los sitios neuronales centrales. 55 Otros estudios también han implicado al receptor EP3 en la respuesta al dolor inflamatorio mediada por dosis bajas de PGE2. 56

EP2 y EP4 median de forma redundante el desarrollo de la hinchazón de la pata asociada con la artritis inducida por colágeno. 57 Asimismo, los estudios del edema de la pata inducido por carragenina y la pleuresía inducida por carragenina revelaron la participación de EP2 y EP3 en la exudación inflamatoria. 58 El receptor EP4 también parece desempeñar un papel proinflamatorio en la patogenia de la AR. PGE2 producido por la membrana sinovial reumatoide se ha relacionado con la producción de IL-6 y la destrucción de las articulaciones. 59,60 Los ratones deficientes en los receptores EP4 pero no en los receptores EP1, EP2 o EP3 exhiben una respuesta atenuada en el modelo de artritis inducida por anticuerpos de colágeno, con niveles significativamente más bajos de las citocinas inflamatorias IL-6 e IL-1 y una dramática reducción de los signos clínicos de la enfermedad. 61 Las acciones antiinflamatorias de los PG se observan típicamente en la inflamación alérgica o inmunitaria y generalmente se equilibran con las acciones proinflamatorias de otros PG. Esta biología contrastante es evidente entre la IGP2-IP y TXA2-Vías de TP en enfermedades cardiovasculares y entre los PGD2-DP y el PGE2-Vías de EP3 en la provocación del asma alérgica. 62,63

PGE2, que se une a diferentes receptores EP, puede regular la función de muchos tipos de células, incluidos macrófagos, células dendríticas (DC) y linfocitos T y B, lo que produce efectos tanto proinflamatorios como antiinflamatorios. Como mediador proinflamatorio, PGE2 contribuye a la regulación del perfil de expresión de citocinas de las CD y se ha informado que sesga la diferenciación de las células T hacia una respuesta T helper (Th) 1 o Th2. 35 Un estudio reciente mostró que PGE2La señalización de -EP4 en DC y células T facilita la diferenciación de Th17 dependiente de Th1 e IL-23. 64 Además, PGE2 es fundamental para la inducción de un fenotipo de DC migratoria que permita su localización en los ganglios linfáticos de drenaje. 65,66 Simultáneamente, PGE2 la estimulación temprana durante la maduración induce la expresión de moléculas coestimuladoras de la superfamilia del factor de necrosis tumoral en las CD, lo que da como resultado una activación mejorada de las células T. 67 En contraste, PGE2 También se ha demostrado que suprime la diferenciación Th1, las funciones de las células B y las reacciones alérgicas. 68 Además, PGE2 puede ejercer acciones antiinflamatorias sobre las células inmunitarias innatas, como los neutrófilos, los monocitos y las células asesinas naturales. 68

PGE2 Por tanto, puede modular varios pasos de la inflamación de una manera dependiente del contexto y coordinar todo el proceso tanto en direcciones proinflamatorias como antiinflamatorias.

Este doble papel de PGE2 y sus receptores en la modulación de la respuesta inflamatoria se han observado en varios trastornos. En la aterosclerosis, la deficiencia de EP4 promueve la apoptosis de macrófagos y suprime la aterosclerosis temprana en ratones receptores de lipoproteínas de baja densidad - / - quiméricos para EP4 - / - en células hematopoyéticas después de 8 semanas con una dieta occidental. 69 La deficiencia de EP2 en las células hematopoyéticas reveló una tendencia a efectos similares, pero modestos, sobre la aterosclerosis. 69 En el mismo estudio, el macrófago EP4 pareció desempeñar un papel proinflamatorio en las primeras etapas de la aterosclerosis al regular la producción de citocinas inflamatorias, como IL-1β, IL-6 y proteína quimiotáctica de monocitos-1.69 Por el contrario, la deleción de EP4 en las células derivadas de la médula ósea aumentó la inflamación local (aumento de la expresión de proteínas quimiotácticas, incluidas la proteína quimiotáctica de monocitos 1 e IL-10, y el aumento de células inflamatorias, como macrófagos y células T) y alteración de la composición de la lesión ( aumento de las células del músculo liso dentro de la placa), pero no alteró el tamaño o la morfología de la placa en la aterosclerosis establecida (después de 10 semanas de dieta rica en grasas). 70

PGE2 también juega papeles contrastantes durante la neuroinflamación. PGE inducida por LPS2 la síntesis produce efectos deletéreos en las neuronas que dan lugar a lesiones o una mayor transmisión del dolor. 71–73

Sin embargo, PGE2 también tiene propiedades antiinflamatorias. Interviene en la neuroprotección inducida por bradicinina y bloquea la síntesis de citocinas inducida por LPS y ATP en microglia cultivada y en cocultivos neurona-glía. 74,75 Los efectos antiinflamatorios y neuroprotectores de la PGE2 están mediados por los receptores microgliales EP2 y EP4. Recientemente, se ha informado que PGE2 limita la síntesis de citocinas y PG principalmente a través de la activación de EP2 en un modelo de neuroinflamación inducida por LPS y que mPGES-1 es una enzima crítica en esta regulación de retroalimentación negativa. 49

IGP2 e inflamación

IGP2 es uno de los prostanoides más importantes que regula la homeostasis cardiovascular. Las células vasculares, incluidas las células endoteliales, las CMLV y las células progenitoras endoteliales, son la principal fuente de PGI.2. 76

IGP2 es generado por la acción secuencial de COX y PGIS, un miembro de la superfamilia del citocromo P450 que convierte específicamente PGH2 a IGP2. PGIS se colocaliza con COX en el retículo endoplásmico, la membrana plasmática y la membrana nuclear. 77 PGIS se expresa constitutivamente en células endoteliales, donde se acopla con COX-1, 78 aunque PGI dependiente de COX-22 Se ha informado que la producción de las células endoteliales está modulada in vitro por la trombina, el esfuerzo cortante, la lipoproteína de baja densidad oxidada, la hipoxia y las citocinas inflamatorias, y está sincronizada por la regulación positiva de la COX-2. 79,80 Los estudios in vivo en ratones y humanos mostraron que la COX-2 era la fuente dominante de PGI2. 81

Una vez generada, PGI2 se libera para actuar sobre las CMLV vecinas, así como sobre las plaquetas circulantes. De hecho, PGI2 ejerce sus efectos localmente, no se almacena y se convierte rápidamente por procesos no enzimáticos en un producto de hidrólisis inactivo, 6-ceto-PGF. 82

IGP2 es un potente vasodilatador e inhibidor de la agregación plaquetaria, la adhesión de leucocitos y la proliferación de CMLV. 75 IGP2 también es antimitogénico e inhibe la síntesis de ADN en CMLV. 83

Estas acciones de PGI2 están mediados a través de receptores IP específicos (tabla). Este receptor se expresa en riñón, hígado, pulmón, plaquetas, corazón y aorta. 84 No existen pruebas concluyentes de que algunos efectos de la PGI2 en la vasculatura podría estar mediada por la vía PPARδ, además de la vía de señalización clásica IP-cAMP. 85 IGP2 Sin embargo, puede activar PPARδ, al igual que con 15d-PGD2 y PPARγ, no está claro que represente una diana biológica a concentraciones del ligando obtenidas in vivo. 86

Aunque los ratones deficientes en IP maduran normalmente sin experimentar trombosis espontánea, tanto la respuesta a los estímulos trombogénicos como la proliferación de CMLV en respuesta a la lesión vascular se mejoran en comparación con los compañeros de camada de control. 87 Los ratones que carecen de IP también son sensibles a la hipertensión inducida por sales de la dieta 88 y exhiben aterogénesis acelerada con una activación de plaquetas mejorada y una mayor adhesión de leucocitos en las paredes de los vasos en los modelos de receptor de lipoproteínas de baja densidad y apolipoproteína E KO. 35,89

Además de sus efectos cardiovasculares, PGI2 es un mediador importante del edema y el dolor que acompañan a la inflamación aguda. IGP2 se produce rápidamente después de una lesión o inflamación tisular y está presente en altas concentraciones en medios inflamatorios. 90 IGP2 es el prostanoide más abundante en el líquido sinovial de las articulaciones artríticas de la rodilla humana, así como en el líquido de la cavidad peritoneal de ratones inyectados con irritantes. 91,92 En ratones con deficiencia de receptor IP, potenciación de la permeabilidad microvascular inducida por bradicinina por PGI2 Además, estos ratones han reducido sustancialmente el edema de la pata inducido por carragenina. 93 El nivel de edema de la pata observado en ratones con deficiencia de IP fue equivalente al de los controles tratados con indometacina, y el tratamiento con indometacina de animales con deficiencia de IP no indujo una disminución adicional de la hinchazón, lo que indica que la PGI2-La señalización del receptor IP es la principal vía prostanoide que media la respuesta inflamatoria aguda en este modelo. También se ha sugerido que la bradicinina induce la IGP2 formación que conduce a la mejora de la permeabilidad microvascular y el edema. 94 Se ha demostrado que el receptor IP media el dolor nociceptivo durante la inflamación aguda. El ARNm del receptor IP está presente en las neuronas del ganglio de la raíz dorsal, incluidas las que expresan la sustancia P, un marcador de las neuronas sensoriales nociceptivas. 95 ratones con deficiencia del receptor IP tienen una respuesta de contorsión atenuada después de la inyección intraperitoneal de ácido acético o PGI2, lo que indica que el receptor de IP juega un papel en la mediación de la sensibilización nociceptiva periférica a los estímulos inflamatorios. 93 El receptor de IP también se expresa en la médula espinal y se ha implicado en la transmisión del dolor espinal en respuesta a la inflamación periférica. 96 Se demostró que los antagonistas de IP reducen las respuestas al dolor en varios modelos, incluida la constricción abdominal inducida por ácido acético, la hiperalgesia mecánica producida por carragenina y el dolor asociado con modelos de osteoartritis y artritis inflamatoria. 97,98 En contraste con los efectos proinflamatorios de la activación del receptor IP en la inflamación aguda no alérgica, algunos estudios han sugerido que la señalización del receptor IP suprime las respuestas inflamatorias alérgicas mediadas por Th2. 99 El ARNm del receptor IP está regulado al alza en las células CD4 + Th2 y la inhibición de PGI2 La formación por el inhibidor de COX-2 NS-398 durante la inflamación de las vías respiratorias inducida por antígenos da como resultado una mayor inflamación pulmonar mediada por Th2. 99 IGP2 Se ha sugerido que ejerce este efecto en parte mejorando la producción de células Th2 de la citocina antiinflamatoria IL-10. Esta función inmunosupresora del receptor de IP en la inflamación mediada por Th2 está respaldada por la observación de que en el asma inducida por ovoalbúmina (OVA), la deleción de IP da como resultado un aumento de la acumulación de leucocitos inducida por antígenos en el líquido de lavado broncoalveolar e infiltración inflamatoria peribronquiolar y perivascular. 100 Así, PGI2 puede desviar el equilibrio dentro del sistema inmunológico de una respuesta dominante Th2 e inhibir la inflamación alérgica.

PGD2 e inflamación

PGD2 es un eicosanoide importante que se sintetiza tanto en el sistema nervioso central como en los tejidos periféricos y parece funcionar tanto con capacidad inflamatoria como homeostática. 101 En el cerebro, PGD2 participa en la regulación del sueño y otras actividades del sistema nervioso central, incluida la percepción del dolor. 102,103 En tejidos periféricos, PGD2 es producida principalmente por mastocitos pero también por otros leucocitos, como DC y Th2 células. 104-106 Dos DGP genéticamente distintos2Se han identificado enzimas sintetizantes, incluidas las PGD sintasas de tipo hematopoyético y lipocalínico (H-PGDS y L-PGDS, respectivamente). La H-PGDS generalmente se localiza en el citosol de las células inmunes e inflamatorias, mientras que la L-PGDS está más restringida a la expresión basada en tejidos. 107

PGD2 se puede metabolizar aún más a PGF, 9α, 11β-PGF2 (el estereoisómero de PGF) y la serie J de ciclopentanona PG, incluida la PGJ2, Δ 12 -PGJ2y 15d-PGJ2. 108 La síntesis de PG de la serie J implica PGD2 sufrir una reacción de deshidratación inicial para producir PGJ2 y 15d-PGJ2, después de lo cual PGJ2 se convierte a 15d-PGJ2 y Δ 12 -PGJ2 a través de reacciones dependientes de albúmina e independientes de albúmina, respectivamente. 109

PGD2 la actividad está mediada principalmente por DP o DP1 y CRTH2 o DP2, como se describió anteriormente (Tabla). Además, 15d-PGJ2 se une con baja afinidad al PPARγ nuclear. 110

PGD2 Durante mucho tiempo se ha asociado con afecciones inflamatorias y atópicas, aunque también podría ejercer una serie de funciones antiinflamatorias inmunológicamente relevantes.

PGD2 es el prostanoide predominante producido por los mastocitos activados, que inician respuestas alérgicas agudas de tipo I mediadas por IgE. 104,111 Está bien establecido que la presencia de un alérgeno desencadena la producción de PGD2 en individuos sensibilizados. En asmáticos, PGD2, que puede detectarse en el líquido de lavado broncoalveolar en cuestión de minutos, alcanza niveles biológicamente activos al menos 150 veces más altos que los niveles de pre-alérgenos. 112 PGD2 es producida también por otras células inmunes, como las CD presentadoras de antígenos y Th2 células, lo que sugiere un papel modulador para PGD2 en el desarrollo de respuestas del sistema inmunológico específicas de antígeno. 104,105 PGD2 El desafío provoca varias características del asma alérgica, como la broncoconstricción y la infiltración de eosinófilos en las vías respiratorias, 113,114 y los ratones que sobreexpresan L-PGDS tienen una PGD elevada.2 niveles y una respuesta alérgica aumentada en el modelo inducido por OVA de hiperreactividad de las vías respiratorias. 115

Los efectos proinflamatorios del PGD2 parecen estar mediados por los receptores DP1 y DP2 / CRTH2. Porque ambos receptores se unen a PGD2 con similar alta afinidad, PGD2 producidos por mastocitos activados o células T serían capaces de activar múltiples vías de señalización que conducen a diferentes efectos, dependiendo de si los receptores DP1 o DP2 / CRTH2 o ambos se expresan localmente.

El receptor DP1 se expresa en el epitelio bronquial y se ha propuesto que medie en la producción de quimiocinas y citocinas que reclutan linfocitos y eosinófilos inflamatorios, lo que conduce a la inflamación de las vías respiratorias y la hiperreactividad observada en el asma. 116 Los ratones deficientes en DP1 exhiben una hipersensibilidad reducida de las vías respiratorias y una inflamación pulmonar mediada por Th2 en el modelo de asma inducida por OVA, lo que sugiere que el DP1 juega un papel clave en la mediación de los efectos del PGD2 liberado por los mastocitos durante una respuesta asmática. 62 Además, PGD2 puede inhibir la apoptosis de eosinófilos a través del receptor DP1. 117

Los antagonistas de DP1 ejercen propiedades antiinflamatorias en varios modelos experimentales, incluida la inhibición de la permeabilidad microvascular conjuntival inducida por antígenos en cobayas y la hiperreactividad de las vías respiratorias inducida por OVA en ratones. 118,119

Los receptores DP2 / CRTH2 contribuyen en gran medida a las respuestas patogénicas al mediar el tráfico de células inflamatorias y al modular las funciones efectoras. PGD2 liberados de los mastocitos pueden mediar el reclutamiento de linfocitos Th2 y eosinófilos directamente a través del receptor DP2 / CRTH2. En los seres humanos, el receptor DP2 / CRTH2 se expresa en linfocitos Th2, eosinófilos y basófilos, 8.120.121 y un aumento en las células T DP2 / CRTH2 + se ha asociado positivamente con ciertas formas de dermatitis atópica. 122 Se ha demostrado que el receptor DP2 / CRTH2 media la PGD2-quimiotaxis estimulada de estas células in vitro y movilización de leucocitos in vivo. 123

En contraste con el papel proinflamatorio del PGD2 en inflamación alérgica, PGD2 puede actuar para inhibir la inflamación en otros contextos. El receptor DP1 se expresa en las CD que desempeñan un papel clave en el inicio de una respuesta inmune adaptativa a los antígenos extraños. PGD2 La activación del receptor DP1 inhibe la migración de DC desde el pulmón a los ganglios linfáticos después de la exposición a OVA, lo que conduce a una proliferación reducida y producción de citocinas por células T específicas de antígeno. 124 La activación de DP1 también reduce la eosinofilia en la inflamación alérgica en ratones y media la inhibición de la función de las células de Langerhans presentadoras de antígeno por PGD2. 125,126 Como se mencionó, PGD2 y su producto de degradación 15d-PGJ2 se han sugerido como los productos COX-2 implicados en la resolución de la inflamación. 28,127 La administración de un inhibidor de la COX-2 durante la fase de resolución exacerbó la inflamación en un modelo de pleuresía inducida por carragenina 28. En un modelo de peritonitis inducida por zimosán, la deleción de H-PGDS indujo una respuesta inflamatoria más agresiva y comprometió la resolución, hallazgos que fueron moderados por la adición de un agonista de DP1 o 15d-PGJ2. 123 Aunque estos datos parecen implicar PGD2 y 15d-PGJ2 en resolución, existe una gran disparidad entre las cantidades nanomolar a picomolar de 15d-PGJ2 detectado mediante metodología fisicoquímica en entornos in vivo y la cantidad necesaria para tener un efecto biológico in vitro sobre PPARγ o factor nuclear-κB (cantidades micromolares). 32,128,129 Esta discrepancia está respaldada por datos recientes reportados en peritonitis inducida por zimosán, donde observamos biosíntesis evocada de PGD2 solo durante la fase proinflamatoria y no durante la resolución. De acuerdo con esta observación, la deleción de DP2 / CRTH2 redujo la gravedad de la inflamación aguda, pero ni la deleción de DP1 o DP2 / CRTH2 afectó la resolución. Aunque 15d-PGJ2 se detecta fácilmente cuando el PGD sintético2 se infunde en roedores, 130 biosíntesis endógena de 15d-PGJ2 no se detectó durante la promoción o resolución de la inflamación (J. Mehta et al, datos no publicados, 2010).

PGD2 puede desempeñar un papel en la evolución de la aterosclerosis. En el contexto de la íntima inflamada, DGP2 en parte se deriva de células inflamatorias productoras de H-PGDS que se ven obligadas quimiotácticamente a penetrar en la vasculatura. 131,132 Además, la expresión de L-PGDS es inducida por el estrés puro laminar en células endoteliales vasculares y se expresa activamente en células de músculo liso sintéticas de la íntima aterosclerótica y placas coronarias de arterias con estenosis severa. 133-135 PGD2 Se ha demostrado que inhibe la expresión de genes proinflamatorios, como la óxido nítrico sintasa inducible y el inhibidor del activador del plasminógeno. 136,137 De hecho, la deficiencia de L-PGDS acelera la aterogénesis. 138

En resumen, los estudios con inhibidores de la COX-2 sugieren que los productos de esta enzima pueden desempeñar un papel en la resolución de varios modelos de inflamación. Sin embargo, la identidad de tales productos, ya sean formados directamente por COX-2 o debido a la desviación de sustrato como consecuencia de la inhibición de COX-2, queda, en muchos casos, por establecerse.

PGF2α e inflamación

PGF se sintetiza a partir de PGH2 vía PGF sintasa, y actúa vía FP, que se acopla con Gq proteína para elevar la concentración de calcio libre intracelular (Tabla). Se han informado dos variantes empalmadas diferencialmente del ortólogo del receptor FP de oveja: FPA y FPB, que se diferencian entre sí en la longitud de sus colas C-terminales. 139 El receptor FP es el menos selectivo de los receptores prostanoides en la unión de las principales PG endógenas tanto PGD2 y PGE2 ligar el FP con EC50 valores en el rango nanomolar. Los compuestos de anillo de 140 PGF se pueden formar como productos secundarios a partir de otras PG. Por ejemplo, la reducción enzimática del grupo 9-ceto de compuestos PGE por 9-cetoreductasas da como resultado 9a-hidroxilo, produciendo PGFα compuestos, o más raramente un 9b-hidroxilo, produciendo PGFβ compuestos. 141 Los metabolitos del anillo de PGF también pueden formarse a partir de compuestos del anillo de PGD mediante 11-ceto reductasas. 142

15-ceto-dihidro-PGF, un metabolito estable principal de PGF que refleja PGF in vivo biosíntesis, se encuentra en mayores cantidades primero en el plasma periférico y luego en la orina tanto en condiciones fisiológicas basales como en determinadas situaciones fisiológicas y fisiopatológicas, como la inflamación aguda y crónica. 143

PGF, derivado principalmente de la COX-1 en el sistema reproductor femenino, juega un papel importante en la ovulación, luteólisis, contracción del músculo liso uterino e inicio del parto. 144,145 Estudios recientes han demostrado que PGF También juega un papel importante en la función renal, 146 contracción de arterias, 147 disfunción miocárdica, 148,149 lesión cerebral, 150 y dolor. 151 Análogos de PGF se han desarrollado previamente para la sincronización del celo y el aborto en animales domésticos 152,153 y para influir en la función reproductiva humana. 154 Los agonistas FP se utilizan ampliamente en todo el mundo para reducir la presión intraocular en el tratamiento del glaucoma. 155

Administración de PGF conduce a una inflamación aguda y los AINE inhiben la PGF biosíntesis tanto in vitro como in vivo. 144 En modelos de inflamación aguda, biosíntesis evocada de PGF puede coincidir con la generación catalizada por radicales libres de isoprostanos del anillo F, índices de peroxidación lipídica. 156,157 La taquicardia inducida en ratones WT por inyección de LPS está muy atenuada en ratones deficientes en FP o deficientes en TP y está completamente ausente en ratones que carecen de estos dos receptores. 148 Un estudio reciente informó que la deleción de FP atenúa selectivamente la fibrosis pulmonar sin un cambio en la inflamación alveolar después de la invasión microbiana. 158

Biosíntesis elevada de PGF Se ha informado en pacientes que experimentan AR, artritis psoriásica, artritis reactiva y osteoartritis. 159

Los factores de riesgo cardiovascular, como diabetes, obesidad, tabaquismo y engrosamiento de la relación íntima-media en la arteria carótida, se han asociado de forma variable con elevaciones de la PGF. metabolitos, junto con IL-6 y proteínas de fase aguda en los fluidos corporales. 160,161 La deleción del FP reduce la presión arterial y retrasa la aterogénesis concomitante en ratones hiperlipidémicos a pesar de la ausencia de FP detectable en los vasos sanguíneos grandes y sus placas ateroscleróticas. 162 PGF es el prostanoide más abundante formado por las células endoteliales del cordón umbilical humano en respuesta al esfuerzo cortante laminar que regula al alza la expresión de COX-2. 163

El papel emergente de PGF en la inflamación aguda y crónica abre oportunidades para el diseño de nuevos fármacos antiinflamatorios.

Tromboxano e inflamación

TXA2, un metabolito AA inestable con una vida media de aproximadamente 30 segundos, se sintetiza a partir de PGH2 a través de la tromboxano sintasa, y se degrada de forma no enzimática en TXB biológicamente inactivo2. TXA2 se deriva predominantemente de la COX-1 plaquetaria, pero también puede ser producida por otros tipos de células, incluido el macrófago COX-2. 164,165

TXA2 La actividad está principalmente mediada por el TP, que se acopla con Gq, G12/13y múltiples proteínas G pequeñas, que a su vez regulan varios efectores, incluida la fosfolipasa C, la proteína G pequeña Rho y la adenilil ciclasa (tabla). 166 TPα y TPβ, 2 isoformas empalmadas de TP en humanos, se comunican con diferentes proteínas G y experimentan heterodimerización, lo que resulta en cambios en el tráfico intracelular y en las conformaciones de las proteínas receptoras. Solo la proteína TPα se expresa en ratones.

La activación de TP media varias respuestas fisiológicas y fisiopatológicas, incluida la adhesión y agregación plaquetarias, la contracción y proliferación del músculo liso y la activación de respuestas inflamatorias endoteliales. 167 La función de TP está regulada por varios factores, como oligomerización, desensibilización e internalización, glicosilación y diafonía con receptores tirosina quinasas. 167

Aunque TXA2 es el ligando fisiológico preferencial del receptor TP, PGH2, en particular, también puede activar este receptor. 168 Además, los isoprostanos (productos peroxidativos de ácidos grasos poliinsaturados catalizados por radicales libres no enzimáticos) y los ácidos hidroxieicosatetraenoicos (generados por lipoxigenasas y monooxigenasas del citocromo P450 o formados por peroxidación lipídica no enzimática) también son agonistas potentes en los receptores TP. 169,170 Los derivados dihidro del ácido epoxieicosatrienoico (citocromo P450 de AA), por el contrario, son antagonistas endógenos selectivos de TP. 171 Sin embargo, si PGH2, isoprostanos o ácidos hidroxieicosatetraenoicos que contribuyen significativamente a las respuestas atribuidas a la activación de TP in vivo aún están por investigar. Por ejemplo, la activación de TP por isoprostanos puede jugar un papel importante en escenarios clínicos de estrés oxidativo, como durante la reperfusión después del trasplante de órganos.

Los ratones deficientes en TP son normotensos pero tienen respuestas vasculares embotadas a los agonistas de TP y muestran una tendencia a sangrar. 172

La deleción de TP disminuye la proliferación vascular y la activación plaquetaria en respuesta a la lesión vascular, retrasa la aterogénesis y previene la hipertensión inducida por angiotensina II y l-NAME y la hipertrofia cardíaca asociada. 87,89,173,174

En los modelos de choque séptico, la deleción de TP o el antagonismo de TP protegieron contra diversas respuestas inducidas por LPS, como el aumento en la expresión inducible de óxido nítrico sintasa, insuficiencia renal aguda y taquicardia inflamatoria, 175,176 sugiriendo un papel potencial de TXA2 como mediador proinflamatorio.

El fenotipo de los ratones con deficiencia de tromboxano sintasa es mucho menos pronunciado, quizás porque TXA2 es solo uno de los ligandos endógenos de TP y es más probable porque la deleción de esta enzima puede redirigir la PGH2 hacia otras sintasas compensatorias. 177

Prostanoides en traducción

Esta revisión ha descrito una asombrosa complejidad de evidencia sobre la función de los prostanoides en la inflamación. Los diferentes productos tienen efectos contradictorios tanto en la promoción como en la resolución de la inflamación. El mismo producto formado por diferentes enzimas, COX-1 o COX-2, puede promover o resolver la inflamación. Los productos de la misma enzima pueden promover o resolver la inflamación en diferentes modelos. Los diferentes tipos de células que predominan en las distintas etapas de la evolución de la enfermedad generan prostanoides que tienen efectos contrastantes sobre la inflamación. Los prostanoides individuales se superponen considerablemente en sus efectos biológicos con otros mediadores.

Estas observaciones suscitan varias preguntas.

En primer lugar, dada esta compleja serie de efectos biológicos mediados por prostanoides, ¿cómo su inhibición general, en lo alto de la cascada, da como resultado medicamentos que son razonablemente bien tolerados y razonablemente efectivos? La aspirina y la miríada de AINE, incluido el acetaminofén y los desarrollados para inhibir selectivamente la COX-2, se encuentran entre las drogas más consumidas en el planeta. Hay escasez de pruebas contundentes con las que abordar esta cuestión, pero especulemos. La aspirina en dosis inferiores a 100 mg por día o superiores a 1 g por día tiene efectos equivalentes sobre el TXA derivado de COX-1 plaquetario2. Ambos lo suprimen por completo. Sin embargo, el aumento de las dosis diarias de aspirina inhibe cada vez más la PGI.2 coincidentemente con este efecto. No disponemos de comparaciones aleatorias directas entre las dosis, pero las comparaciones indirectas sugieren que la eficacia cardioprotectora de la aspirina puede atenuarse progresivamente a medida que aumenta la dosis. De manera similar, la PGE derivada de COX-1 formada localmente2 y PGI2 protegen la integridad del epitelio gastroduodenal y el TXA derivado de la COX-1 plaquetaria2 contribuye a la competencia hemostática. Se cree que la alteración de estas vías por los AINE que inhiben la COX-1 explica las úlceras inducidas por AINE. Sin embargo, los AINE selectivos para la inhibición de la COX-2 solo reducen a la mitad la incidencia comparativa de eventos gastrointestinales graves. Esto puede reflejar en parte su impacto sobre los prostanoides dependientes de COX-2 del epitelio gastroduodenal que aceleran la cicatrización de la úlcera. En estos ejemplos, los inhibidores que se encuentran en lo alto de la vía confieren un beneficio, pero es un beneficio neto y, por supuesto, el margen de ese beneficio puede variar sustancialmente entre los individuos. Solo entendemos mal las diferencias interindividuales en la eficacia antiinflamatoria entre los AINE de acción reversible.

Los prostanoides tienden a ser agonistas relativamente débiles en sistemas en los que su bloqueo ha resultado en eficacia clínica. Por ejemplo, TXA2 es un agonista plaquetario relativamente débil en comparación con la trombina, y existe una cantidad considerable de redundancia en el sistema.

¿Por qué el bloqueo de solo una de las muchas vías de activación plaquetaria da como resultado un efecto tan grande que su impacto puede detectarse con tan crudo e instrumental como un ensayo clínico aleatorizado? De manera similar, ¿por qué el bloqueo de los leucotrienos sulfidopéptidos solos entre muchos broncoconstrictores resulta en eficacia clínica en el asma, o por qué otros mediadores, como el NO, no sustituyen los efectos cardioprotectores de la PGI?2, suprimido por AINE selectivos para la inhibición de COX-2? Quizás la eficacia del fármaco se realice porque los eicosanoides a menudo tienden a funcionar como señales amplificadoras para otros agonistas más potentes. Activar plaquetas con trombina, ADP o colágeno y liberar TXA2 amplifica y sostiene la respuesta de agregación. Quizás es por eso que la aspirina es tan eficaz en la prevención secundaria del infarto de miocardio o accidente cerebrovascular. En cuanto a por qué otros mediadores no intervienen para sustituir los prostanoides suprimidos, esto puede hablar de su importancia singular en circunstancias de perturbaciones fenotípicas, como se analiza a continuación.

Dados los innumerables efectos biológicos de estos compuestos, ¿cómo se toleran los fármacos que interrumpen su síntesis? De hecho, los AINE pueden provocar reacciones adversas gastrointestinales o cardiovasculares potencialmente mortales, pero solo en una pequeña minoría (quizás del 1% al 2%) de los pacientes expuestos. Esto puede reflejar el hecho de que la formación de prostanoides es un sistema de respuesta homeostática. En condiciones fisiológicas, se forman cantidades triviales de estos compuestos y su importancia biológica es, en muchos casos, marginal. Sin embargo, cuando un sistema está estresado, pueden volverse fundamentales. Los ejemplos incluyen su papel esencial en el mantenimiento del flujo sanguíneo renal en condiciones renovables, sus efectos antihipertensivos en pacientes infundidos con vasopresores o sus efectos antitrombóticos en pacientes con mayor riesgo de trombogénesis. Por ejemplo, la eliminación de la IP no da como resultado una trombosis espontánea, sino que acentúa la respuesta a los estímulos trombogénicos. De manera similar, aunque la enfermedad cardiovascular preexistente se usó a menudo para diluir la responsabilidad legal del patrocinador en los casos en que los pacientes experimentaron infartos de miocardio mientras tomaban coxibs, el riesgo relativo de infartos de miocardio con celecoxib se relaciona con la carga subyacente de la enfermedad cardiovascular, una consecuencia esperada de la supresión. de IGP derivada de COX-22. 164

Dados los efectos contrastantes de los prostanoides, ¿deberíamos seguir el camino para obtener una respuesta más específica y segura? Actualmente, casi no tenemos datos que aborden esta cuestión. En el caso de la inhibición de la PG sintasa en sentido descendente frente a la COX-2, la experiencia con la deleción de mPGES-1 destaca la complejidad de la comparación. Aquí, la redirección del sustrato a PGIS puede atenuar el riesgo cardiovascular de inhibición de COX-2 pero diluir la eficacia analgésica. Otro ejemplo es la comparación entre aspirina en dosis bajas para cardioprotección y antagonismo de TP. La última estrategia evita la IGP2 supresión, pero esto es muy modesto, en promedio ~ 15%, con aspirina en dosis bajas. Se necesitaría un ensayo clínico enorme para detectar ese beneficio teórico. Alternativamente, el antagonista, a diferencia de la aspirina, podría bloquear la activación de TP por ligandos no convencionales, como isoprostanos y ácidos hidroxieicosatetraenoicos. Sin embargo, aunque estos compuestos pueden activar la TP, su relevancia in vivo, incluso en situaciones de reperfusión tisular donde se forman en exceso, sigue siendo especulativa. Por supuesto, se podría modelar esta comparación y usar ratones knockdown COX-1, que imitan el impacto asimétrico en la COX-1 plaquetaria de la aspirina en dosis bajas, para abordar la pregunta. Finalmente, ya que la superposición de las consecuencias biológicas de la activación de varios receptores prostanoides (el grupo IP, EP2, EP4 y DP1 o el grupo FP, TP y EP1, por ejemplo) insinúa la posibilidad de que la eficacia se diluya a medida que uno se mueve. corriente abajo para apuntar solo a 1 prostanoide en la vía. Nuestra escasa comprensión de tal redundancia funcional potencial a nivel del receptor, sin importar la comprensión de las implicaciones de la dimerización del receptor, deja estas preguntas abiertas para el desarrollo de fármacos.

Sin duda, esta complejidad sugiere que los experimentos en animales prácticamente no tendrán ningún valor cuando se trata de predecir los efectos de los fármacos in vivo. Ciertamente, las limitaciones de los paradigmas experimentales estándar se aplican en esta vía, como en otras. Estudiamos modelos de ratón de aterosclerosis que no se someten a la fisura espontánea de la placa ni a la oclusión trombótica de arterias vitales para llegar a conclusiones sobre la prevención o provocación del infarto de miocardio. Extrapolamos la acción de un fármaco sobre la tolerancia murina de una placa calefactora a pacientes sometidos a extracción molar en un esfuerzo por adivinar terapias para mujeres ancianas con osteoartritis de las rodillas. Estos y muchos ejemplos inspiran cautela en el campo de la terapéutica traslacional. Sin embargo, la coherencia de la evidencia de diferentes sistemas de modelos en múltiples especies puede, especialmente cuando se integra con líneas de evidencia independientes, predecir con cierta confianza el resultado en ensayos clínicos aleatorios de la acción de los fármacos en esta vía. Tal fue el caso en la predicción y elucidación mecanicista del riesgo cardiovascular de los AINE. 178

Finalmente, ¿es probable que esta vía genere más oportunidades terapéuticas? Además de los medicamentos ya aprobados para diversas indicaciones (como la aspirina y los innumerables AINE análogos de PGE2, PGF2ay IGP2 Antagonistas de TP y leucotrienos), actualmente los inhibidores de mPGES-1, 5-lipoxigenasa y su factor activador (cinco proteínas que activan la lipoxigenasa) y los antagonistas de DP1, DP2 y EP4 están en evaluación clínica. Muchas otras dianas de la vía de los eicosanoides se encuentran en evaluación preclínica, al igual que surgen otras, como las fosfolipasas secretoras múltiples y la epóxido hidrolasa soluble. Esto coincide con nueva información sobre objetivos antiguos.

¿Por qué necesitamos inhibir ambas COX, no solo la COX-1, para ver la lesión gastrointestinal en los sistemas modelo? 29 ¿Por qué una forma de aspirina se limita a la inhibición plaquetaria en la circulación presistémica asociada con una reducción en la incidencia de cáncer de colon? 179,180 Queda mucho por descubrir acerca de la biología de los eicosanoides, y es probable que de esto surja una nueva oportunidad terapéutica.

Conclusión

Los prostanoides pueden promover o frenar la inflamación aguda. Los productos de COX-2 en particular también pueden contribuir a la resolución de la inflamación en ciertos entornos. Actualmente, tenemos poca información sobre qué productos de la COX-2 podrían contribuir a esta función o si los factores dominantes reflejan la redirección del sustrato AA a otras vías metabólicas como consecuencia de la deleción o inhibición de la COX-2. Al igual que con los prostanoides de ciclopentanona, muchos derivados del araquidonato, incluidos los productos transcelulares, cuando se sintetizan y administran como compuestos exógenos, pueden promover la resolución en modelos de inflamación. Sin embargo, la evidencia fisicoquímica rigurosa de la formación de especies endógenas en cantidades relevantes para servir este papel in vivo es limitada. La elucidación de si los prostanoides pueden frenar la inflamación y de qué manera y cómo la modificación del sustrato, como con los aceites de pescado, podría aprovechar esta comprensión es actualmente un foco de mucha investigación de la que es probable que surjan nuevas estrategias terapéuticas.

Recursos de fondos

El trabajo que formó la base de las opiniones expresadas en esta revisión fue apoyado por los Institutos Nacionales de Salud Subvenciones HL062250, HL083799 y HL054500 (para G.A.F). El Dr. FitzGerald es el profesor McNeil de Medicina y Terapéutica Traslacional.

Divulgaciones

El Dr. FitzGerald ha sido consultor el año pasado para Astra Zeneca, Daiichi Sankyo, Logical Therapeutics, Lilly y Nicox sobre AINE y compuestos relacionados. Los otros autores no informan conflictos.


Contenido

La neuroinflamación se considera una inflamación crónica del sistema nervioso central, a diferencia de la aguda. [5] La inflamación aguda generalmente sigue inmediatamente a una lesión en el sistema nervioso central y se caracteriza por moléculas inflamatorias, activación de células endoteliales, depósito de plaquetas y edema tisular. [6] La inflamación crónica es la activación sostenida de las células gliales y el reclutamiento de otras células inmunitarias en el cerebro. Es una inflamación crónica que se asocia típicamente con enfermedades neurodegenerativas. Las causas comunes de neuroinflamación crónica incluyen:

  • Metabolitos tóxicos
  • Autoinmunidad
  • Envejecimiento
  • Microbios
  • Virus
  • Lesión cerebral traumática
  • Lesión de la médula espinal

Células gliales Editar

Las microglías se reconocen como las células inmunitarias innatas del sistema nervioso central. [2] La microglía examina activamente su entorno y cambia su morfología celular de manera significativa en respuesta a la lesión neural. [7] La ​​inflamación aguda en el cerebro se caracteriza típicamente por una rápida activación de la microglía. [5] Durante este período, no hay una respuesta inmunitaria periférica. Sin embargo, con el tiempo, la inflamación crónica provoca la degradación de los tejidos y de la barrera hematoencefálica. Durante este tiempo, la microglía genera especies reactivas de oxígeno y libera señales para reclutar células inmunes periféricas para una respuesta inflamatoria. [7]

Los astrocitos son células gliales que son las células más abundantes del cerebro. Participan en el mantenimiento y soporte de las neuronas y constituyen un componente importante de la barrera hematoencefálica. Después de un daño al cerebro, como una lesión cerebral traumática, los astrocitos pueden activarse en respuesta a las señales liberadas por las neuronas lesionadas o la microglía activada. [6] [1] Una vez activados, los astrocitos pueden liberar varios factores de crecimiento y sufrir cambios morfológicos. Por ejemplo, después de una lesión, los astrocitos forman la cicatriz glial compuesta por una matriz de proteoglicanos que dificulta la regeneración axonal. [6] Sin embargo, estudios más recientes revelaron que la cicatriz de la glía no es perjudicial sino beneficiosa para la regeneración axonal. [8]

Citoquinas Editar

Las citocinas son una clase de proteínas que regulan la inflamación, la señalización celular y varios procesos celulares como el crecimiento y la supervivencia. [9] Las quimiocinas son un subconjunto de citocinas que regulan la migración celular, como atraer células inmunes a un sitio de infección o lesión. [9] Varios tipos de células en el cerebro pueden producir citocinas y quimiocinas como microglia, astrocitos, células endoteliales y otras células gliales. Fisiológicamente, las quimiocinas y citocinas funcionan como neuromoduladores que regulan la inflamación y el desarrollo. En el cerebro sano, las células secretan citocinas para producir un entorno inflamatorio local para reclutar microglia y eliminar la infección o lesión. Sin embargo, en la neuroinflamación, las células pueden tener una liberación sostenida de citocinas y quimiocinas que pueden comprometer la barrera hematoencefálica. [10] Las células inmunitarias periféricas son llamadas al sitio de la lesión a través de estas citocinas y ahora pueden migrar a través de la barrera hematoencefálica comprometida hacia el cerebro. Las citocinas comunes producidas en respuesta a una lesión cerebral incluyen: interleucina-6 (IL-6), que se produce durante la astrogliosis, e interleucina-1 beta (IL-1β) y factor de necrosis tumoral alfa (TNF-α), que puede inducir neuronas citotoxicidad. Aunque las citocinas proinflamatorias pueden causar muerte celular y daño tisular secundario, son necesarias para reparar el tejido dañado. [11] Por ejemplo, el TNF-α causa neurotoxicidad en las primeras etapas de la neuroinflamación, pero contribuye al crecimiento tisular en las etapas posteriores de la inflamación.

La barrera hematoencefálica es una estructura compuesta por células endoteliales y astrocitos que forma una barrera entre el cerebro y la sangre circulante. Fisiológicamente, esto permite proteger al cerebro de moléculas y células potencialmente tóxicas en la sangre. Los astrocitos forman uniones estrechas y, por lo tanto, pueden regular estrictamente lo que puede atravesar la barrera hematoencefálica y entrar en el espacio intersticial. [6] Después de una lesión y la liberación sostenida de factores inflamatorios como las quimiocinas, la barrera hematoencefálica puede verse comprometida, volviéndose permeable a los componentes sanguíneos circulantes y las células inmunitarias periféricas. Las células involucradas en las respuestas inmunes innatas y adaptativas, como los macrófagos, las células T y las células B, pueden ingresar al cerebro. Esto exacerba el entorno inflamatorio del cerebro y contribuye a la neuroinflamación y neurodegeneración crónicas.

La lesión cerebral traumática (TBI) es un trauma cerebral causado por una fuerza significativa en la cabeza. [6] Después de una lesión cerebral traumática, existen mecanismos tanto reparadores como degenerativos que conducen a un entorno inflamatorio. A los pocos minutos de la lesión, se liberan citocinas proinflamatorias. La citocina proinflamatoria Il-1β es una de esas citocinas que exacerba el daño tisular causado por TBI. La LCT puede causar un daño significativo a componentes vitales del cerebro, incluida la barrera hematoencefálica. Il-1β causa fragmentación del ADN y apoptosis, y junto con TNF-α puede causar daño a la barrera hematoencefálica e infiltración de leucocitos. (). Se ha encontrado una mayor densidad de células inmunitarias activadas en el cerebro humano después de una conmoción cerebral. [1]

La lesión de la médula espinal (SCI) se puede dividir en tres fases separadas. La fase primaria o aguda ocurre de segundos a minutos después de la lesión, la fase secundaria ocurre de minutos a semanas después de la lesión y la fase crónica ocurre de meses a años después de la lesión. [12] Una LME primaria es causada por compresión o transección de la médula espinal, lo que lleva a excitotoxicidad del glutamato, desequilibrios de los iones de sodio y calcio y daño de los radicales libres. [13] La neurodegeneración a través de la apoptosis y la desmielinización de las células neuronales provoca inflamación en el sitio de la lesión. [12] Esto conduce a una LME secundaria, cuyos síntomas incluyen edema, cavitación del parénquima espinal, gliosis reactiva y pérdida de función potencialmente permanente. [12]

Durante la respuesta inflamatoria inducida por SCI, varias citocinas proinflamatorias, incluida la interleucina 1β (IL-1β), la óxido nítrico sintasa inducible (iNOS), el interferón-γ (IFN-γ), la IL-6, la IL-23 y el factor de necrosis tumoral Se secretan α (TNFα), lo que activa la microglía local y atrae diversas células inmunitarias, como los macrófagos naturales derivados de la médula ósea. [14] Estos macrófagos y microglia activados juegan un papel en la patogénesis de la LME.

Tras la infiltración del epicentro del sitio de la lesión, los macrófagos sufrirán un cambio de fenotipo de un fenotipo M2 a un fenotipo similar a M1.El fenotipo M2 está asociado con factores antiinflamatorios como IL-10, IL-4 e IL-13 y contribuye a la cicatrización de heridas y reparación de tejidos. Sin embargo, el fenotipo similar a M1 está asociado con citocinas proinflamatorias y especies reactivas de oxígeno que contribuyen a un mayor daño e inflamación. [15] Se ha demostrado que factores como los restos de mielina, que se forman por la lesión en el sitio del daño, inducen el cambio de fenotipo de M2 ​​a M1. [16] Una población disminuida de macrófagos M2 y una población aumentada de macrófagos M1 se asocian con inflamación crónica. [16] La inflamación a corto plazo es importante para eliminar los restos celulares del sitio de la lesión, pero es esta inflamación crónica a largo plazo la que conducirá a una mayor muerte celular y daño que irradia desde el sitio de la lesión. [17]

El envejecimiento se asocia a menudo con un deterioro cognitivo y una mayor propensión a desarrollar enfermedades neurodegenerativas, como la enfermedad de Alzheimer. [18] Los marcadores inflamatorios elevados parecían acelerar el proceso de envejecimiento cerebral [19] Solo en el cerebro envejecido, sin ninguna enfermedad evidente, hay niveles crónicamente elevados de citocinas proinflamatorias y niveles reducidos de citocinas antiinflamatorias. El desequilibrio homeostático entre las citocinas antiinflamatorias y proinflamatorias en el envejecimiento es un factor que aumenta el riesgo de enfermedad neurodegenerativa. Además, hay un mayor número de microglia activada en cerebros envejecidos, que tienen una mayor expresión del complejo mayor de histocompatibilidad II (MHC II), adaptador de unión a calcio ionizado-1 (IBA1), CD86, antígeno de macrófago ED1, CD4 y antígeno común de leucocitos. . [20] Estas microglías activadas disminuyen la capacidad de las neuronas de sufrir potenciación a largo plazo (LTP) en el hipocampo y, por lo tanto, reducen la capacidad de formar recuerdos. [21]

Enfermedad de Alzheimer Editar

La enfermedad de Alzheimer (EA) se ha caracterizado históricamente por dos características principales: ovillos neurofibrilares y placas de beta amiloide. [22] Los ovillos neurofibrilares son agregados insolubles de proteínas tau y las placas de beta amiloide son depósitos extracelulares de la proteína beta amiloide. El pensamiento actual en la patología de la EA va más allá de estos dos sellos típicos para sugerir que una parte significativa de la neurodegeneración en la enfermedad de Alzheimer se debe a la neuroinflamación. [22] [23] La microglía activada se observa en abundancia en los cerebros con EA post-mortem. El pensamiento actual es que la microglía inflamatoria activada por citocinas no puede fagocitar la beta amiloide, lo que puede contribuir a la acumulación de placa en lugar de a la eliminación. [24] Además, la citocina inflamatoria IL-1β se regula al alza en la EA y se asocia con disminuciones de sinaptofisina y la consiguiente pérdida sináptica. Otra evidencia de que la inflamación está asociada con la progresión de la enfermedad en la EA es que las personas que toman medicamentos antiinflamatorios no esteroides (AINE) regularmente se han asociado con una disminución de la EA en el futuro. [ cita necesaria ] Los marcadores inflamatorios elevados mostraron una asociación con el envejecimiento cerebral acelerado, lo que podría explicar el vínculo con la neurodegeneración en las regiones cerebrales relacionadas con la EA. [19]

Enfermedad de Parkinson Editar

La principal hipótesis de la progresión de la enfermedad de Parkinson incluye la neuroinflamación como componente principal. [25] Esta hipótesis estipula que la etapa 1 de la enfermedad de Parkinson comienza en el intestino, como lo demuestra una gran cantidad de casos que comienzan con estreñimiento [ cita necesaria ]. La respuesta inflamatoria en el intestino puede desempeñar un papel [ cita necesaria ] en la agregación y el plegamiento incorrecto de la alfa-sinucleína (α-Syn), una característica de la patología de la enfermedad de Parkinson. Si existe un equilibrio entre las bacterias buenas y las malas en el intestino, las bacterias pueden permanecer contenidas en el intestino. Sin embargo, la disbiosis de bacterias buenas y malas puede causar un intestino "permeable", creando una respuesta inflamatoria. Esta respuesta ayuda al plegamiento incorrecto de α-Syn y la transferencia a través de las neuronas, a medida que la proteína se abre camino hacia el SNC. [ cita necesaria ] El tronco encefálico es vulnerable a la inflamación, lo que explicaría la Etapa 2, incluidos los trastornos del sueño y la depresión. En la etapa 3 de la hipótesis, la inflamación afecta a la sustancia negra, las células cerebrales productoras de dopamina, comenzando los déficits motores característicos de la enfermedad de Parkinson. La etapa 4 de la enfermedad de Parkinson incluye déficits causados ​​por la inflamación en regiones clave del cerebro que regulan la función ejecutiva y la memoria. Como evidencia que apoya esta hipótesis, los pacientes en la Etapa 3 (déficits motores) que no experimentan déficits cognitivos ya muestran que existe neuroinflamación de la corteza. Esto sugiere que la neuroinflamación puede ser un precursor de los déficits observados en la enfermedad de Parkinson. [25]

Esclerosis múltiple Editar

La esclerosis múltiple es la enfermedad neurológica discapacitante más común de los adultos jóvenes. [26] Se caracteriza por desmielinización y neurodegeneración, que contribuyen a los síntomas comunes de déficit cognitivo, debilidad de las extremidades y fatiga. [27] En la esclerosis múltiple, las citocinas inflamatorias alteran la barrera hematoencefálica y permiten la migración de células inmunitarias periféricas al sistema nervioso central. Cuando han migrado al sistema nervioso central, las células B y las células plasmáticas producen anticuerpos contra la vaina de mielina que aísla las neuronas, degradando la mielina y enlenteciendo la conducción en las neuronas. Además, las células T pueden entrar a través de la barrera hematoencefálica, ser activadas por células presentadoras de antígenos locales y atacar la vaina de mielina. Esto tiene el mismo efecto de degradar la mielina y ralentizar la conducción. Como en otras enfermedades neurodegenerativas, la microglía activada produce citocinas inflamatorias que contribuyen a la inflamación generalizada. Se ha demostrado que la inhibición de la microglía disminuye la gravedad de la esclerosis múltiple. [25]

Terapia con medicamentos Editar

Debido a que la neuroinflamación se ha asociado con una variedad de enfermedades neurodegenerativas, existe un interés creciente por determinar si la reducción de la inflamación revertirá la neurodegeneración. La inhibición de las citocinas inflamatorias, como la IL-1β, disminuye la pérdida neuronal que se observa en las enfermedades neurodegenerativas. Los tratamientos actuales para la esclerosis múltiple incluyen interferón-B, acetato de glatiramer y mitoxantrona, que funcionan reduciendo o inhibiendo la activación de las células T, pero tienen el efecto secundario de la inmunosupresión sistémica [28]. En la enfermedad de Alzheimer, el uso de antiinflamatorios no esteroideos Los medicamentos disminuyen el riesgo de desarrollar la enfermedad. Los tratamientos actuales para la enfermedad de Alzheimer incluyen AINE y glucocorticoides. Los AINE funcionan bloqueando la conversión de prostaglandina H2 en otras prostaglandinas (PG) y tromboxano (TX). Las prostoglandinas y el tromboxano actúan como mediadores inflamatorios y aumentan la permeabilidad microvascular.

Ejercicio Editar

El ejercicio es un mecanismo prometedor de prevención y tratamiento de diversas enfermedades caracterizadas por neuroinflamación. [20] El ejercicio aeróbico se usa ampliamente para reducir la inflamación en la periferia. Se ha demostrado que el ejercicio disminuye la proliferación de microglía en el cerebro, disminuye la expresión del hipocampo de genes relacionados con la inmunidad y reduce la expresión de citocinas inflamatorias como el TNF-α.


Mediadores inflamatorios

La respuesta inflamatoria es una combinación de diversos mediadores químicos de la circulación sanguínea, las células inmunes y el tejido herido. Estos incluyen aminas vasoactivas (histamina), péptidos (bradicinina) y eicosanoides (leucotrienos).

Aminas vasoactivas

Estos son un grupo de compuestos que contiene un aminoácido para modificar la omnipresencia de los vasos sanguíneos. Hay dos moléculas efectivas que son la histamina y la serotonina. Se conocen como mediadores inflamatorios iniciales almacenados en mastocitos.

La histamina es producida generalmente por mastocitos. Los basófilos y las plaquetas también lo producen por descarboxilación del aminoácido histidina. Se libera debido a la cantidad de estimuladores como daño tisular, unión del receptor Fc del anticuerpo IgE al mastocito, complemento C3a y C5a, etc. Ensancha los vasos sanguíneos al tentar la contracción endotelial y el desarrollo de brechas interendoteliales.

Es un derivado del triptófano presente en las plaquetas. También está presente en neuronas y células enterocromafines. La acumulación de plaquetas permite su liberación y función para estrechar los vasos sanguíneos, neurotransmisores, etc. Funciona en la inflamación, al contrario que la histamina.

La bradicinina son nonapéptidos, de naturaleza vasoactiva. Se producen por la actividad de la enzima proteasas. Son importantes en el control de la presión arterial y la reacción inflamatoria. Provoca vasodilatación de arterias y venas del intestino, la aorta, el útero y la uretra. Ahora también es conocido por su papel en la neuroseñalización y como controlador de algunas funciones vasculares y renales.

Eicosanoides

Los eicosanoides se obtienen a partir de ácidos grasos poliinsaturados por oxigenación de biolípidos. Funcionan en diversos mecanismos fisiológicos y respuestas patológicas como alergia, fiebre, inhibición de la inflamación, etc. Su mecanismo de señalización es similar a las citocinas en la respuesta inflamatoria y la formación de componentes proinflamatorios. Los eicosanoides tienen subgrupos significativos de diversos compuestos, destacando prostaglandinas, leucotrienos, lipoxinas, tromboxanos, eoxinas, etc.

Prostaglandinas

Tienen un papel importante en la generación de respuestas inflamatorias. Su producción aumentó en tejidos inflamados lesionados y signos de inflamación significativos indicados por su producción. Prostaglandina E2 se produce más abundantemente en el cuerpo con diversas funciones como el control de la presión arterial, la reacción inmunitaria, la fertilidad, etc. En el proceso inflamatorio, tienen un carácter importante para generar signos básicos de inflamación: enrojecimiento, hinchazón y dolor. El eritema y la hinchazón ocurren debido al rápido flujo sanguíneo por agrandamiento y aumento de la penetración de los vasos. El dolor está mediado por la acción de PGE2 en las neuronas sensoriales.

Leucotrienos

Los leucotrienos pertenecen a la familia de los eicosanoides y utilizan la señalización lipídica como señalización autocrina o paracrina. Su síntesis se complementa con la producción de histamina y prostaglandinas. Estimulan la contracción del músculo liso y su exceso provoca inflamación en el revestimiento bronquial y en reacciones alérgicas. También tienen influencia quimiotáctica sobre los neutrófilos.

Tromboxano

El tromboxano también se produce a partir del metabolismo del ácido araquidónico. Obtienen este nombre debido a su actividad de formación de coágulos conocida como trombosis. Los principales tipos de tromboxano son el tromboxano A2 y el tromboxano B2. Se descargan de las plaquetas, pero no se comprende su mecanismo de secreción. Tiene naturaleza hipertensiva y posee actividad vasoconstrictora. Y promueven la acumulación de plaquetas y la formación de un coágulo.

Citocina inflamatoria

Las citocinas son pequeñas proteínas liberadas por las células que tienen una actividad particular en la interacción entre las células y es un módulo de comunicación de las células. Son moléculas de acción propia o vecinas y, en algunos casos, también funcionan en células aisladas. Estas citocinas incluyen factor necrótico tumoral, interferón-gamma, interleucina 1 (IL-1), IL-12, IL-8 y factor estimulante de colonias de granulocitos-macrófagos.

Proteína de fase aguda

Proteínas de fase aguda (APP) generadas como componente de la respuesta inmune innata con concentración sérica variable. Estas proteínas de fase aguda se clasifican en concentraciones plasmáticas negativas y positivas.

Proteínas de fase aguda positivas

La proteína de fase aguda positiva es un signo de alta reacción inflamatoria. Están subgrupos de acuerdo con su nivel de aumento de concentración en la sangre: mayor, moderado y menor. La rapidez y extensión de estas proteínas contrastan con las de diferentes especies.

Proteínas de fase aguda negativas

Estas proteínas se reducen en concentración en un 25% en la reacción inflamatoria. Las dos principales proteínas de fase aguda negativas son la transferrina y la albúmina. La concentración de proteínas disminuye lentamente. El mecanismo de reducción implica una serie de respuestas como la reducción de la producción de estas proteínas, la menor producción de citocinas inflamatorias, etc.


Contenido

Comparación entre inflamación aguda y crónica:
Agudo Crónico
Agente causal Patógenos bacterianos, tejidos lesionados Inflamación aguda persistente debida a patógenos no degradables, infección viral, cuerpos extraños persistentes o reacciones autoinmunes
Principales células involucradas neutrófilos (principalmente), basófilos (respuesta inflamatoria) y eosinófilos (respuesta a helmintos y parásitos), células mononucleares (monocitos, macrófagos) Células mononucleares (monocitos, macrófagos, linfocitos, células plasmáticas), fibroblastos
Mediadores primarios Aminas vasoactivas, eicosanoides IFN-γ y otras citocinas, factores de crecimiento, especies reactivas de oxígeno, enzimas hidrolíticas
Comienzo Inmediato Demorado
Duración Pocos diás Hasta muchos meses o años
Resultados Resolución, formación de abscesos, inflamación crónica Destrucción de tejidos, fibrosis, necrosis

Inflamación aguda Editar

La inflamación aguda ocurre inmediatamente después de la lesión y dura solo unos pocos días. [7] Las citocinas y quimiocinas promueven la migración de neutrófilos y macrófagos al sitio de la inflamación. [7] Patógenos, alérgenos, toxinas, quemaduras y congelación son algunas de las causas de la inflamación aguda. [7] Los receptores tipo Toll (TLR) reconocen patógenos microbianos. [7] La ​​inflamación aguda puede ser una forma de proteger los tejidos de las lesiones. [7] La ​​inflamación que dura de 2 a 6 semanas se denomina inflamación subaguda. [7] [8]

Inflamación crónica Editar

La inflamación crónica es una inflamación que dura meses o años. [8] Los macrófagos, linfocitos y células plasmáticas predominan en la inflamación crónica, en contraste con los neutrófilos que predominan en la inflamación aguda. [8] La diabetes, las enfermedades cardiovasculares, las alergias y la enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC) son ejemplos de enfermedades mediadas por la inflamación crónica. [8] La obesidad, el tabaquismo, el estrés y la mala alimentación son algunos de los factores que promueven la inflamación crónica. [8] Un estudio de 2014 informó que el 60% de los estadounidenses tenían al menos una afección inflamatoria crónica, mientras que el 42% tenía más de una. [8]

Signos cardinales Editar

Los signos y síntomas clásicos de la inflamación aguda:
inglés latín
Enrojecimiento Rubor*
Hinchazón Tumor*
Calor Calor*
Dolor Dolor*
Pérdida de función Functio laesa**
Todos los signos anteriores pueden observarse en casos específicos, pero ningún signo único debe estar presente, por supuesto. [9]

Estos son los signos originales o cardinales de inflamación. [9] *

Functio laesa es una noción anticuada, ya que no es exclusiva de la inflamación y es una característica de muchas enfermedades. [10] **

La inflamación aguda es un proceso a corto plazo, que suele aparecer en unos pocos minutos u horas y comienza a cesar al eliminar el estímulo dañino. [11] Implica una respuesta de movilización sistémica y coordinada a nivel local de varios mediadores inmunes, endocrinos y neurológicos de la inflamación aguda. En una respuesta normal y saludable, se activa, elimina el patógeno y comienza un proceso de reparación y luego cesa. [12] Se caracteriza por cinco signos cardinales: [13]

Los nombres tradicionales de los signos de inflamación provienen del latín:

Los primeros cuatro (signos clásicos) fueron descritos por Celso (ca. 30 a. C.-38 d. C.), [15] mientras pérdida de función probablemente fue agregado más tarde por Galen. [16] Sin embargo, la adición de este quinto signo también se ha atribuido a Thomas Sydenham [17] y Virchow. [11] [13]

El enrojecimiento y el calor se deben al aumento del flujo sanguíneo a la temperatura central del cuerpo hacia el sitio inflamado. La hinchazón es causada por la acumulación de líquidos. El dolor se debe a la liberación de sustancias químicas como la bradicinina y la histamina que estimulan las terminaciones nerviosas. La pérdida de función tiene múltiples causas. [13]

La inflamación aguda del pulmón (generalmente causada en respuesta a la neumonía) no causa dolor a menos que la inflamación involucre la pleura parietal, que tiene terminaciones nerviosas sensibles al dolor. [13]

Proceso de inflamación aguda Editar

El proceso de inflamación aguda es iniciado por células inmunes residentes ya presentes en el tejido afectado, principalmente macrófagos residentes, células dendríticas, histiocitos, células de Kupffer y mastocitos. Estas células poseen receptores de superficie conocidos como receptores de reconocimiento de patrón (PRR), que reconocen (es decir, unen) dos subclases de moléculas: patrones moleculares asociados a patógenos (PAMP) y patrones moleculares asociados a daños (DAMP). Los PAMP son compuestos asociados con varios patógenos, pero que se distinguen de las moléculas del huésped. Los DAMP son compuestos que están asociados con lesiones relacionadas con el hospedador y daño celular.

Al inicio de una infección, quemadura u otras lesiones, estas células se activan (uno de los PRR reconoce un PAMP o DAMP) y libera mediadores inflamatorios responsables de los signos clínicos de inflamación. La vasodilatación y su consiguiente aumento del flujo sanguíneo provocan enrojecimiento (rubor) y aumento de calor (calor). El aumento de la permeabilidad de los vasos sanguíneos da como resultado una exudación (fuga) de proteínas plasmáticas y líquido hacia el tejido (edema), que se manifiesta como hinchazón (tumor). Algunos de los mediadores liberados, como la bradiquinina, aumentan la sensibilidad al dolor (hiperalgesia, dolor). Las moléculas mediadoras también alteran los vasos sanguíneos para permitir la migración de leucocitos, principalmente neutrófilos y macrófagos, para salir de los vasos sanguíneos (extravasación) y entrar en el tejido. Los neutrófilos migran a lo largo de un gradiente quimiotáctico creado por las células locales para llegar al sitio de la lesión. [11] La pérdida de función (functio laesa) es probablemente el resultado de un reflejo neurológico en respuesta al dolor.

Además de los mediadores derivados de células, varios sistemas de cascada bioquímica acelular que consisten en proteínas plasmáticas preformadas actúan en paralelo para iniciar y propagar la respuesta inflamatoria. Estos incluyen el sistema del complemento activado por bacterias y los sistemas de coagulación y fibrinólisis activados por necrosis, p. una quemadura o un trauma. [11]

La inflamación aguda puede considerarse la primera línea de defensa contra una lesión. La respuesta inflamatoria aguda requiere una estimulación constante para mantenerse. Los mediadores inflamatorios son de corta duración y se degradan rápidamente en el tejido. Por lo tanto, la inflamación aguda comienza a cesar una vez que se ha eliminado el estímulo. [11]

Vasodilatación y aumento de la permeabilidad Editar

Como se define, la inflamación aguda es una respuesta inmunovascular a un estímulo inflamatorio. Esto significa que la inflamación aguda se puede dividir ampliamente en una fase vascular que ocurre primero, seguida de una fase celular que involucra células inmunes (más específicamente granulocitos mieloides en el contexto agudo). El componente vascular de la inflamación aguda implica el movimiento de líquido plasmático, que contiene proteínas importantes como fibrina e inmunoglobulinas (anticuerpos), hacia el tejido inflamado.

Al entrar en contacto con los PAMP, los macrófagos tisulares y los mastocitos liberan aminas vasoactivas como la histamina y la serotonina, así como eicosanoides como la prostaglandina E2 y el leucotrieno B4 para remodelar la vasculatura local. Los macrófagos y las células endoteliales liberan óxido nítrico. Estos mediadores vasodilatan y permeabilizan los vasos sanguíneos, lo que da como resultado la distribución neta de plasma sanguíneo desde el vaso al espacio tisular. El aumento de la acumulación de líquido en el tejido hace que se hinche (edema). Este líquido tisular exudado contiene varios mediadores antimicrobianos del plasma, como complemento, lisozima, anticuerpos, que pueden dañar inmediatamente a los microbios y opsonizar los microbios en preparación para la fase celular. Si el estímulo inflamatorio es una herida lacerante, las plaquetas exudadas, los coagulantes, la plasmina y las cininas pueden coagular la zona lesionada y proporcionar hemostasia en primera instancia. Estos mediadores de la coagulación también proporcionan un marco de estadificación estructural en el sitio del tejido inflamatorio en forma de una red de fibrina, como lo haría un andamio de construcción en un sitio de construcción, con el propósito de ayudar al desbridamiento fagocítico y la reparación de heridas más adelante. Parte del líquido tisular exudado también es canalizado por los linfáticos a los ganglios linfáticos regionales, expulsando bacterias para iniciar la fase de reconocimiento y ataque del sistema inmunológico adaptativo.

La inflamación aguda se caracteriza por cambios vasculares marcados, que incluyen vasodilatación, aumento de la permeabilidad y aumento del flujo sanguíneo, que son inducidos por las acciones de varios mediadores inflamatorios. La vasodilatación se produce primero a nivel de las arteriolas, progresando hasta el nivel de los capilares, y provoca un aumento neto de la cantidad de sangre presente, provocando el enrojecimiento y el calor de la inflamación. El aumento de la permeabilidad de los vasos da como resultado el movimiento del plasma hacia los tejidos, con la estasis resultante debido al aumento en la concentración de las células dentro de la sangre, una condición caracterizada por vasos agrandados llenos de células. La estasis permite que los leucocitos marginen (se muevan) a lo largo del endotelio, un proceso crítico para su reclutamiento en los tejidos. El flujo normal de sangre evita esto, ya que la fuerza de cizallamiento a lo largo de la periferia de los vasos mueve las células de la sangre hacia el centro del vaso.

Sistemas de cascada de plasma Editar

  • El sistema del complemento, cuando se activa, crea una cascada de reacciones químicas que promueve la opsonización, quimiotaxis y aglutinación, y produce el MAC.
  • El sistema de quinina genera proteínas capaces de mantener la vasodilatación y otros efectos inflamatorios físicos.
  • El sistema de coagulación o cascada de coagulación, que forma una malla protectora de proteínas sobre los sitios de la lesión.
  • El sistema de fibrinólisis, que actúa en oposición a la sistema de coagulación, para contrarrestar la coagulación y generar varios otros mediadores inflamatorios.

Mediadores derivados del plasma Editar

Nombre Producido por Descripción
Bradicinina Sistema de parentesco Proteína vasoactiva que puede inducir vasodilatación, aumentar la permeabilidad vascular, causar contracción del músculo liso e inducir dolor.
C3 Sistema complementario Se corta para producir C3a y C3b. C3a estimula la liberación de histamina por los mastocitos, produciendo así vasodilatación. C3b es capaz de unirse a las paredes de las células bacterianas y actuar como opsonina, lo que marca al invasor como objetivo de la fagocitosis.
C5a Sistema complementario Estimula la liberación de histamina por los mastocitos, produciendo así vasodilatación. También puede actuar como un quimioatrayente para dirigir las células mediante quimiotaxis al sitio de la inflamación.
Factor XII (Factor de Hageman) Hígado Una proteína que circula inactiva, hasta que es activada por colágeno, plaquetas o membranas basales expuestas a través de un cambio conformacional. Cuando se activa, a su vez es capaz de activar tres sistemas plasmáticos implicados en la inflamación: el sistema de cininas, el sistema de fibrinólisis y el sistema de coagulación.
Complejo de ataque de membrana Sistema complementario Un complejo de las proteínas del complemento C5b, C6, C7, C8 y múltiples unidades de C9. La combinación y activación de esta gama de proteínas del complemento forma la complejo de ataque de membrana, que es capaz de insertarse en las paredes de las células bacterianas y causa la lisis celular con la consiguiente muerte bacteriana.
Plasmina Sistema de fibrinólisis Capaz de descomponer los coágulos de fibrina, escindir la proteína del complemento C3 y activar el factor XII.
Trombina Sistema de coagulación Escinde la proteína plasmática soluble fibrinógeno para producir fibrina insoluble, que se agrega para formar un coágulo de sangre. La trombina también puede unirse a las células a través del receptor PAR1 para desencadenar varias otras respuestas inflamatorias, como la producción de quimiocinas y óxido nítrico.

los componente celular involucra leucocitos, que normalmente residen en la sangre y deben moverse hacia el tejido inflamado a través de extravasación para ayudar en la inflamación. Algunos actúan como fagocitos, ingiriendo bacterias, virus y restos celulares. Otros liberan gránulos enzimáticos que dañan a los invasores patógenos. Los leucocitos también liberan mediadores inflamatorios que desarrollan y mantienen la respuesta inflamatoria. En general, la inflamación aguda está mediada por granulocitos, mientras que la inflamación crónica está mediada por células mononucleares como monocitos y linfocitos.

Extravasación de leucocitos Editar

Varios leucocitos, en particular neutrófilos, participan de manera crítica en el inicio y mantenimiento de la inflamación. Estas células deben poder moverse al sitio de la lesión desde su ubicación habitual en la sangre, por lo que existen mecanismos para reclutar y dirigir leucocitos al lugar apropiado. El proceso de movimiento de los leucocitos desde la sangre a los tejidos a través de los vasos sanguíneos se conoce como extravasación y se puede dividir en varios pasos:

  1. Marginación de leucocitos y adhesión endotelial: Los glóbulos blancos dentro de los vasos que generalmente están ubicados en el centro se mueven periféricamente hacia las paredes de los vasos. [19] Los macrófagos activados en el tejido liberan citocinas como IL-1 y TNFα, lo que a su vez conduce a la producción de quimiocinas que se unen a proteoglicanos formando gradientes en el tejido inflamado ya lo largo de la pared endotelial. Las citocinas inflamatorias inducen la expresión inmediata de P-selectina en las superficies de las células endoteliales y la P-selectina se une débilmente a los ligandos de carbohidratos en la superficie de los leucocitos y los hace "rodar" a lo largo de la superficie endotelial a medida que se forman y rompen los enlaces. Las citocinas liberadas de las células lesionadas inducen la expresión de E-selectina en las células endoteliales, que funciona de manera similar a la P-selectina. Las citocinas también inducen la expresión de ligandos de integrina como ICAM-1 y VCAM-1 en células endoteliales, que median la adhesión y ralentizan aún más los leucocitos. Estos leucocitos unidos débilmente son libres de desprenderse si no son activados por quimiocinas producidas en el tejido lesionado después de la transducción de señales a través de los respectivos receptores acoplados a proteína G que activan las integrinas en la superficie del leucocito para una adhesión firme. Tal activación aumenta la afinidad de los receptores de integrina unidos por ICAM-1 y VCAM-1 en la superficie de la célula endotelial, uniendo firmemente los leucocitos al endotelio.
  2. Migración a través del endotelio, conocida como transmigración, a través del proceso de diapédesis: Los gradientes de quimiocinas estimulan a los leucocitos adheridos a moverse entre las células endoteliales adyacentes. Las células endoteliales se retraen y los leucocitos pasan a través de la membrana basal hacia el tejido circundante utilizando moléculas de adhesión como ICAM-1. [19]
  3. Movimiento de leucocitos dentro del tejido mediante quimiotaxis: Los leucocitos que llegan al intersticio del tejido se unen a proteínas de la matriz extracelular a través de integrinas expresadas y CD44 para evitar que abandonen el sitio. Varias moléculas se comportan como quimioatrayentes, por ejemplo, C3a o C5, y hacen que los leucocitos se muevan a lo largo de un gradiente quimiotáctico hacia la fuente de inflamación.

Fagocitosis Editar

Los neutrófilos extravasados ​​en la fase celular entran en contacto con microbios en el tejido inflamado. Los fagocitos expresan receptores de reconocimiento de patrones endocíticos de superficie celular (PRR) que tienen afinidad y eficacia contra patrones moleculares asociados a microbios no específicos (PAMP). La mayoría de los PAMP que se unen a los PRR endocíticos e inician la fagocitosis son componentes de la pared celular, incluidos carbohidratos complejos como mananos y β-glucanos, lipopolisacáridos (LPS), peptidoglicanos y proteínas de superficie. Los PRR endocíticos en los fagocitos reflejan estos patrones moleculares, con receptores de lectina de tipo C que se unen a mananos y β-glucanos, y receptores de barrido que se unen a LPS.

Tras la unión del PRR endocítico, se produce un reordenamiento citoesquelético de actina-miosina adyacente a la membrana plasmática de una manera que endocitosa la membrana plasmática que contiene el complejo PRR-PAMP y el microbio. Las vías de señalización del fosfatidilinositol y Vps34-Vps15-Beclin1 se han implicado en el tráfico del fagosoma endocitosado hacia los lisosomas intracelulares, donde la fusión del fagosoma y el lisosoma produce un fagolisosoma. Las especies reactivas de oxígeno, los superóxidos y el hipoclorito se blanquean dentro de los fagolisosomas y luego matan a los microbios dentro del fagocito.

La eficacia fagocítica se puede mejorar mediante opsonización. El complemento C3b derivado del plasma y los anticuerpos que exudan al tejido inflamado durante la fase vascular se unen y recubren los antígenos microbianos. Además de los PRR endocíticos, los fagocitos también expresan los receptores de opsonina, el receptor Fc y el receptor del complemento 1 (CR1), que se unen a anticuerpos y C3b, respectivamente. La coestimulación del PRR endocítico y el receptor de opsonina aumenta la eficacia del proceso fagocítico, mejorando la eliminación lisosomal del agente infeccioso.

Mediadores derivados de células Editar

Nombre Escribe Fuente Descripción
Gránulos de lisosoma Enzimas Granulocitos Estas células contienen una gran variedad de enzimas que realizan una serie de funciones. Los gránulos se pueden clasificar como específico o azurófilo dependiendo del contenido, y son capaces de descomponer una serie de sustancias, algunas de las cuales pueden ser proteínas derivadas del plasma que permiten que estas enzimas actúen como mediadores inflamatorios.
GM-CSF Glicoproteína Macrófagos, monocitos, células T, células B y células residentes en tejidos Se ha demostrado que un GM-CSF elevado contribuye a la inflamación en la artritis inflamatoria, osteoartritis, colitis, asma, obesidad y COVID-19.
Histamina Monoamina Mastocitos y basófilos Almacenada en gránulos preformados, la histamina se libera en respuesta a varios estímulos. Provoca dilatación de las arteriolas, aumento de la permeabilidad venosa y una amplia variedad de efectos específicos de órganos.
IFN-γ Citocina Células T, células NK Propiedades antivirales, inmunorreguladoras y antitumorales. Este interferón se denominó originalmente factor activador de macrófagos y es especialmente importante en el mantenimiento de la inflamación crónica.
IL-6 Citocina y Myokine Macrófagos, osteoblastos, adipocitos y células del músculo liso (citocina) Células del músculo esquelético (mioquina) Citocina proinflamatoria secretada por macrófagos en respuesta a patrones moleculares asociados a patógenos (PAMP). Citocina proinflamatoria secretada por adipocitos, especialmente en obesidad antiinflamatoria mioquina secretada por células del músculo esquelético en respuesta al ejercicio.
IL-8 Quimiocina Principalmente macrófagos Activación y quimioatracción de neutrófilos, con efecto débil sobre monocitos y eosinófilos.
Leucotrieno B4 Eicosanoide Leucocitos, células cancerosas Capaz de mediar en la adhesión y activación de los leucocitos, lo que les permite unirse al endotelio y migrar a través de él. En los neutrófilos, también es un potente quimioatrayente y es capaz de inducir la formación de especies reactivas de oxígeno y la liberación de enzimas lisosomales por estas células.
LTC4, LTD4 Eicosanoide eosinófilos, mastocitos, macrófagos Estos tres leucotrienos que contienen cisteína contraen las vías respiratorias pulmonares, aumentan la permeabilidad microvascular, estimulan la secreción de moco y promueven la inflamación basada en eosinófilos en el pulmón, la piel, la nariz, los ojos y otros tejidos.
Ácido 5-oxo-eicosatetraenoico Eicosanoide leucocitos, células cancerosas Potente estimulador de la quimiotaxis de neutrófilos, liberación de enzimas lisosomas y formación de especies reactivas de oxígeno, quimiotaxis de monocitos y con quimiotaxis de eosinófilos de potencia aún mayor, liberación de enzimas lisosomas y formación de especies reactivas de oxígeno.
5-HETE Eicosanoide Leucocitos Precursor metabólico del ácido 5-oxo-eicosatetraenoico, es un estimulador menos potente de la quimiotaxis de neutrófilos, liberación de enzimas lisosomas y formación de especies reactivas de oxígeno, quimiotaxis de monocitos y quimiotaxis de eosinófilos, liberación de enzimas lisosomas y formación de especies reactivas de oxígeno.
Prostaglandinas Eicosanoide Mastocitos Grupo de lípidos que pueden causar vasodilatación, fiebre y dolor.
Óxido nítrico Gas soluble Macrófagos, células endoteliales, algunas neuronas Potente vasodilatador, relaja el músculo liso, reduce la agregación plaquetaria, ayuda en el reclutamiento de leucocitos, actividad antimicrobiana directa en altas concentraciones.
TNF-α e IL-1 Citoquinas Principalmente macrófagos Ambos afectan a una amplia variedad de células para inducir muchas reacciones inflamatorias similares: fiebre, producción de citocinas, regulación génica endotelial, quimiotaxis, adherencia leucocitaria, activación de fibroblastos. Responsable de los efectos sistémicos de la inflamación, como la pérdida de apetito y el aumento de la frecuencia cardíaca. TNF-α inhibe la diferenciación de osteoblastos.
Triptasa Enzimas Mastocitos Se cree que esta serina proteasa se almacena exclusivamente en los mastocitos y se secreta, junto con la histamina, durante la activación de los mastocitos. [20] [21] [22]

Se observan patrones específicos de inflamación aguda y crónica durante situaciones particulares que surgen en el cuerpo, como cuando se produce inflamación en una superficie epitelial o cuando están involucradas bacterias piógenas.

  • Inflamación granulomatosa: Caracterizados por la formación de granulomas, son el resultado de un número limitado pero diverso de enfermedades, que incluyen, entre otras, tuberculosis, lepra, sarcoidosis y sífilis.
  • Inflamación fibrinosa: La inflamación que produce un gran aumento de la permeabilidad vascular permite que la fibrina pase a través de los vasos sanguíneos. Si es apropiado procoagulante está presente un estímulo, como las células cancerosas, [11] se deposita un exudado fibrinoso. Esto se ve comúnmente en las cavidades serosas, donde la conversión del exudado fibrinoso en una cicatriz puede ocurrir entre las membranas serosas, lo que limita su función. El depósito a veces forma una lámina de pseudomembrana. Durante la inflamación del intestino (colitis pseudomembranosa), se pueden formar tubos pseudomembranosos.
  • Inflamación purulenta: Inflamación que produce una gran cantidad de pus, que consiste en neutrófilos, células muertas y líquido. La infección por bacterias piógenas como los estafilococos es característica de este tipo de inflamación. Las acumulaciones grandes y localizadas de pus encerradas por los tejidos circundantes se denominan abscesos.
  • Inflamación serosa: Se caracteriza por la abundante efusión de líquido seroso no viscoso, comúnmente producido por las células mesoteliales de las membranas serosas, pero que puede derivar del plasma sanguíneo. Las ampollas cutáneas ejemplifican este patrón de inflamación.
  • Inflamación ulcerosa: La inflamación que ocurre cerca de un epitelio puede resultar en la pérdida necrótica de tejido de la superficie, exponiendo las capas inferiores. La posterior excavación en el epitelio se conoce como úlcera.

Las anomalías inflamatorias son un gran grupo de trastornos que subyacen a una gran variedad de enfermedades humanas. El sistema inmunológico a menudo está involucrado con trastornos inflamatorios, demostrados tanto en reacciones alérgicas como en algunas miopatías, con muchos trastornos del sistema inmunológico que dan como resultado una inflamación anormal. Las enfermedades no inmunes con orígenes causales en procesos inflamatorios incluyen cáncer, aterosclerosis y cardiopatía isquémica. [11]

Los ejemplos de trastornos asociados con la inflamación incluyen:

Aterosclerosis Editar

La aterosclerosis, antes considerada una enfermedad de almacenamiento de lípidos suave, en realidad implica una respuesta inflamatoria continua. Los avances recientes en la ciencia básica han establecido un papel fundamental para la inflamación en la mediación de todas las etapas de esta enfermedad desde el inicio hasta la progresión y, en última instancia, las complicaciones trombóticas de la aterosclerosis. Estos nuevos hallazgos proporcionan vínculos importantes entre los factores de riesgo y los mecanismos de la aterogénesis. Los estudios clínicos han demostrado que esta biología emergente de la inflamación en la aterosclerosis se aplica directamente a los pacientes humanos. La elevación de los marcadores de inflamación predice los resultados de los pacientes con síndromes coronarios agudos, independientemente del daño miocárdico. Además, la inflamación crónica de bajo grado, como lo indican los niveles del marcador inflamatorio de la proteína C reactiva, define de forma prospectiva el riesgo de complicaciones ateroscleróticas, lo que se suma a la información de pronóstico proporcionada por los factores de riesgo tradicionales. Además, ciertos tratamientos que reducen el riesgo coronario también limitan la inflamación. En el caso de la reducción de lípidos con estatinas, este efecto antiinflamatorio no parece correlacionarse con la reducción de los niveles de lipoproteínas de baja densidad. Estos nuevos conocimientos sobre la inflamación en la aterosclerosis no solo aumentan nuestra comprensión de esta enfermedad, sino que también tienen aplicaciones clínicas prácticas en la estratificación del riesgo y la orientación de la terapia para este flagelo de creciente importancia mundial. [23]

Alergia Editar

Una reacción alérgica, formalmente conocida como hipersensibilidad tipo 1, es el resultado de una respuesta inmune inapropiada que desencadena inflamación, vasodilatación e irritación de los nervios. Un ejemplo común es la fiebre del heno, que es causada por una respuesta hipersensible de los mastocitos a los alérgenos. Los mastocitos presensibilizados responden desgranulando, liberando sustancias químicas vasoactivas como la histamina. Estos químicos propagan una respuesta inflamatoria excesiva caracterizada por dilatación de los vasos sanguíneos, producción de moléculas proinflamatorias, liberación de citocinas y reclutamiento de leucocitos. [11] La respuesta inflamatoria grave puede madurar y convertirse en una respuesta sistémica conocida como anafilaxia.

Miopatías Editar

Las miopatías inflamatorias son causadas por el sistema inmunológico que ataca de manera inapropiada componentes del músculo, dando lugar a signos de inflamación muscular. Pueden ocurrir junto con otros trastornos inmunitarios, como la esclerosis sistémica, e incluyen dermatomiositis, polimiositis y miositis por cuerpos de inclusión. [11]

Defectos leucocitarios Editar

Debido al papel central de los leucocitos en el desarrollo y propagación de la inflamación, los defectos en la funcionalidad de los leucocitos a menudo dan como resultado una disminución de la capacidad de defensa inflamatoria con la subsecuente vulnerabilidad a la infección. [11] Es posible que los leucocitos disfuncionales no puedan unirse correctamente a los vasos sanguíneos debido a mutaciones en los receptores de superficie, digerir bacterias (síndrome de Chédiak-Higashi) o producir microbicidas (enfermedad granulomatosa crónica). Además, las enfermedades que afectan a la médula ósea pueden resultar en leucocitos anormales o pocos.

Editar farmacológico

Se sabe que ciertos medicamentos o compuestos químicos exógenos afectan la inflamación. La deficiencia de vitamina A provoca un aumento de las respuestas inflamatorias, [24] y los fármacos antiinflamatorios actúan específicamente inhibiendo las enzimas que producen eicosanoides inflamatorios. Ciertas drogas ilícitas como la cocaína y el éxtasis pueden ejercer algunos de sus efectos perjudiciales al activar factores de transcripción íntimamente relacionados con la inflamación (p. Ej., NF-κB). [25] [26]

Cáncer Editar

La inflamación orquesta el microambiente alrededor de los tumores, contribuyendo a la proliferación, supervivencia y migración. [27] Las células cancerosas utilizan selectinas, quimiocinas y sus receptores para la invasión, migración y metástasis. [28] Por otro lado, muchas células del sistema inmunológico contribuyen a la inmunología del cáncer, suprimiendo el cáncer. [29] La intersección molecular entre los receptores de hormonas esteroides, que tienen efectos importantes sobre el desarrollo celular, y los factores de transcripción que desempeñan funciones clave en la inflamación, como NF-κB, pueden mediar algunos de los efectos más críticos de los estímulos inflamatorios en las células cancerosas. [30] Esta capacidad de un mediador de la inflamación para influir en los efectos de las hormonas esteroides en las células, es muy probable que afecte la carcinogénesis por un lado, por otro lado, debido a la naturaleza modular de muchos receptores de hormonas esteroides, esta interacción puede ofrecer formas de interferir con la progresión del cáncer, mediante el direccionamiento de un dominio de proteína específico en un tipo de célula específico. Este enfoque puede limitar los efectos secundarios que no están relacionados con el tumor de interés y puede ayudar a preservar las funciones homeostáticas vitales y los procesos de desarrollo en el organismo.

Según una revisión de 2009, datos recientes sugieren que la inflamación relacionada con el cáncer (IRC) puede conducir a la acumulación de alteraciones genéticas aleatorias en las células cancerosas. [31]

Papel en el cáncer Editar

En 1863, Rudolf Virchow planteó la hipótesis de que el origen del cáncer estaba en los sitios de inflamación crónica. [32] [33] En la actualidad, se estima que la inflamación crónica contribuye a aproximadamente entre el 15% y el 25% de los cánceres humanos. [33] [34]

Mediadores y daño del ADN en el cáncer Editar

Un mediador inflamatorio es un mensajero que actúa sobre los vasos sanguíneos y / o las células para promover una respuesta inflamatoria. [35] Los mediadores inflamatorios que contribuyen a la neoplasia incluyen prostaglandinas, citocinas inflamatorias como IL-1β, TNF-α, IL-6 e IL-15 y quimiocinas como IL-8 y GRO-alfa. [36] [33] Estos mediadores inflamatorios y otros orquestan un entorno que fomenta la proliferación y la supervivencia. [32] [36]

La inflamación también causa daños en el ADN debido a la inducción de especies reactivas de oxígeno (ROS) por varios mediadores inflamatorios intracelulares. [32] [36] [33] Además, los leucocitos y otras células fagocíticas atraídas al sitio de la inflamación inducen daños en el ADN de las células en proliferación mediante la generación de ROS y especies reactivas de nitrógeno (RNS). Normalmente, estas células producen ROS y RNS para combatir infecciones. [32] Las ROS, por sí solas, causan más de 20 tipos de daños en el ADN. [37] Los daños oxidativos del ADN causan mutaciones [38] y alteraciones epigenéticas. [39] [33] [40] El RNS también causa daños mutagénicos en el ADN. [41]

Una célula normal puede sufrir carcinogénesis para convertirse en una célula cancerosa si se somete con frecuencia a daños en el ADN durante períodos prolongados de inflamación crónica. Los daños en el ADN pueden causar mutaciones genéticas debido a una reparación incorrecta. Además, los errores en el proceso de reparación del ADN pueden provocar alteraciones epigenéticas. [33] [36] [40] Las mutaciones y alteraciones epigenéticas que se replican y proporcionan una ventaja selectiva durante la proliferación de células somáticas pueden ser cancerígenas.

Los análisis de todo el genoma de los tejidos cancerosos humanos revelan que una sola célula cancerosa típica puede poseer aproximadamente 100 mutaciones en las regiones codificantes, de las cuales 10-20 son "mutaciones impulsoras" que contribuyen al desarrollo del cáncer. [33] Sin embargo, la inflamación crónica también causa cambios epigenéticos como las metilaciones del ADN, que a menudo son más comunes que las mutaciones. Por lo general, varios cientos o miles de genes están metilados en una célula cancerosa (consulte Metilación del ADN en el cáncer). Los sitios de daño oxidativo en la cromatina pueden reclutar complejos que contienen metiltransferasas de ADN (DNMT), una histona desacetilasa (SIRT1) y una histona metiltransferasa (EZH2), y así inducir la metilación del ADN. [33] [42] [43] La metilación del ADN de una isla CpG en una región promotora puede causar el silenciamiento de su gen aguas abajo (consulte el sitio CpG y la regulación de la transcripción en el cáncer). Los genes de reparación del ADN, en particular, se inactivan con frecuencia por metilación en varios cánceres (ver hipermetilación de los genes de reparación del ADN en el cáncer). Un informe de 2018 [44] evaluó la importancia relativa de las mutaciones y las alteraciones epigenéticas en la progresión a dos tipos diferentes de cáncer. Este informe mostró que las alteraciones epigenéticas eran mucho más importantes que las mutaciones en la generación de cánceres gástricos (asociados con la inflamación). [45] Sin embargo, las mutaciones y las alteraciones epigenéticas tuvieron aproximadamente la misma importancia en la generación de cánceres de células escamosas de esófago (asociados con los productos químicos del tabaco y el acetaldehído, un producto del metabolismo del alcohol).

VIH y SIDA Editar

Se ha reconocido desde hace mucho tiempo que la infección por VIH se caracteriza no solo por el desarrollo de una inmunodeficiencia profunda, sino también por una inflamación sostenida y una activación inmunitaria. [46] [47] [48] Un cuerpo sustancial de evidencia implica a la inflamación crónica como un factor crítico de disfunción inmunológica, aparición prematura de enfermedades relacionadas con el envejecimiento e inmunodeficiencia. [46] [49] Muchos consideran ahora la infección por VIH no solo como una inmunodeficiencia inducida por virus en evolución, sino también como una enfermedad inflamatoria crónica. [50] Incluso después de la introducción de la terapia antirretroviral eficaz (TAR) y la supresión eficaz de la viremia en las personas infectadas por el VIH, la inflamación crónica persiste. Los estudios en animales también apoyan la relación entre la activación inmunitaria y la inmunodeficiencia celular progresiva: la infección por VISsm de sus huéspedes primates naturales no humanos, el mangabey hollín, causa una replicación viral de alto nivel pero una evidencia limitada de la enfermedad. [51] [52] Esta falta de patogenicidad se acompaña de una falta de inflamación, activación inmunitaria y proliferación celular. En marcado contraste, la infección experimental por SIVsm del macaco rhesus produce activación inmune y una enfermedad similar al SIDA con muchos paralelismos con la infección humana por VIH. [53]

Delimitar cómo se agotan las células T CD4 y cómo se inducen la inflamación crónica y la activación inmunitaria es fundamental para comprender la patogénesis del VIH, una de las principales prioridades para la investigación del VIH de la Oficina de Investigación del SIDA de los Institutos Nacionales de Salud. Estudios recientes demostraron que la piroptosis mediada por caspasa-1, una forma altamente inflamatoria de muerte celular programada, impulsa el agotamiento de las células T CD4 y la inflamación por el VIH. [54] [55] [56] Estos son los dos eventos característicos que impulsan la progresión de la enfermedad del VIH a SIDA. La piroptosis parece crear un círculo vicioso patógeno en el que las células T CD4 moribundas y otras células inmunitarias (incluidos macrófagos y neutrófilos) liberan señales inflamatorias que reclutan más células en los tejidos linfoides infectados para morir. La naturaleza de retroalimentación de esta respuesta inflamatoria produce inflamación crónica y daño tisular. [57] La ​​identificación de la piroptosis como el mecanismo predominante que causa el agotamiento de las células T CD4 y la inflamación crónica proporciona nuevas oportunidades terapéuticas, a saber, la caspasa-1, que controla la vía pirotótica. En este sentido, la piroptosis de las células T CD4 y la secreción de citocinas proinflamatorias como IL-1β e IL-18 pueden bloquearse en tejidos linfoides humanos infectados por el VIH mediante la adición del inhibidor de caspasa-1 VX-765, [54] que ya ha demostrado ser seguro y bien tolerado en ensayos clínicos en humanos de fase II. [58] Estos hallazgos podrían impulsar el desarrollo de una clase completamente nueva de terapias “anti-SIDA” que actúan dirigiéndose al huésped en lugar del virus. Es casi seguro que tales agentes se usarían en combinación con ART. Al promover la "tolerancia" del virus en lugar de suprimir su replicación, el VX-765 o medicamentos relacionados pueden imitar las soluciones evolutivas que ocurren en múltiples hospedadores de monos (por ejemplo, el mangabey hollín) infectados con lentivirus específicos de la especie que han provocado la ausencia de la enfermedad. , sin disminución en los recuentos de células T CD4 y sin inflamación crónica.

Resolución de la inflamación Editar

La respuesta inflamatoria debe interrumpirse activamente cuando ya no sea necesaria para evitar daños innecesarios a los tejidos por parte de un "espectador". [11] No hacerlo da como resultado una inflamación crónica y destrucción celular. La resolución de la inflamación ocurre por diferentes mecanismos en diferentes tejidos. Los mecanismos que sirven para terminar con la inflamación incluyen: [11] [59]

  • Vida media corta de los mediadores inflamatoriosen vivo.
  • Producción y liberación de factor de crecimiento transformante (TGF) beta a partir de macrófagos [60] [61] [62]
  • Producción y liberación de interleucina 10 (IL-10) [63]
  • Producción de mediadores de proresolución especializados antiinflamatorios, es decir, lipoxinas, resolvinas, maresinas y neuroprotectinas [64] [65]
  • Regulación a la baja de moléculas proinflamatorias, como los leucotrienos.
  • Regulación al alza de moléculas antiinflamatorias como el antagonista del receptor de interleucina 1 o el receptor soluble del factor de necrosis tumoral (TNFR) de las células proinflamatorias [66].
  • Desensibilización de receptores.
  • Mayor supervivencia de las células en las regiones de inflamación debido a su interacción con la matriz extracelular (MEC) [67] [68]
  • Regulación a la baja de la actividad del receptor por altas concentraciones de ligandos
  • La escisión de quimiocinas por metaloproteinasas de matriz (MMP) podría conducir a la producción de factores antiinflamatorios. [69]

La inflamación aguda normalmente se resuelve mediante mecanismos que han permanecido algo esquivos. La evidencia emergente sugiere ahora que un programa de resolución activo y coordinado se inicia en las primeras horas después de que comienza una respuesta inflamatoria. Después de entrar en los tejidos, los granulocitos promueven el cambio de prostaglandinas y leucotrienos derivados del ácido araquidónico a lipoxinas, que inician la secuencia de terminación. Por tanto, cesa el reclutamiento de neutrófilos y se activa la muerte programada por apoptosis. Estos eventos coinciden con la biosíntesis, a partir de ácidos grasos poliinsaturados omega-3, de resolvinas y proteinas, que acortan críticamente el período de infiltración de neutrófilos al iniciar la apoptosis. Como consecuencia, los neutrófilos apoptóticos sufren fagocitosis por macrófagos, lo que lleva a la eliminación de neutrófilos y la liberación de citocinas antiinflamatorias y reparadoras, como el factor de crecimiento transformante β1. El programa antiinflamatorio finaliza con la salida de los macrófagos a través de los linfáticos. [70]

Conexión con la depresión Editar

Existe evidencia de un vínculo entre la inflamación y la depresión. [71] Los procesos inflamatorios pueden desencadenarse por cogniciones negativas o sus consecuencias, como el estrés, la violencia o la privación. Por lo tanto, las cogniciones negativas pueden causar inflamación que, a su vez, puede conducir a la depresión. [72] [73] [ dudoso - discutir ] Además, existe una creciente evidencia de que la inflamación puede causar depresión debido al aumento de citocinas, poniendo al cerebro en un "modo de enfermedad". [74] Los síntomas clásicos de estar físicamente enfermo, como el letargo, muestran una gran superposición en los comportamientos que caracterizan la depresión. Los niveles de citocinas tienden a aumentar drásticamente durante los episodios depresivos de las personas con trastorno bipolar y disminuyen durante la remisión. [75] Además, se ha demostrado en ensayos clínicos que los medicamentos antiinflamatorios tomados además de los antidepresivos no solo mejoran significativamente los síntomas sino que también aumentan la proporción de sujetos que responden positivamente al tratamiento. [76] Las inflamaciones que conducen a una depresión grave pueden ser causadas por infecciones comunes, como las causadas por virus, bacterias o incluso parásitos. [77]

Un organismo infeccioso puede escapar de los confines del tejido inmediato a través del sistema circulatorio o linfático, donde puede extenderse a otras partes del cuerpo. Si un organismo no está contenido por las acciones de la inflamación aguda, puede acceder al sistema linfático a través de los vasos linfáticos cercanos. Una infección de los vasos linfáticos se conoce como linfangitis y la infección de un ganglio linfático se conoce como linfadenitis. Cuando los ganglios linfáticos no pueden destruir todos los patógenos, la infección se propaga aún más. Un patógeno puede acceder al torrente sanguíneo a través del drenaje linfático hacia el sistema circulatorio.

Cuando la inflamación abruma al huésped, se diagnostica el síndrome de respuesta inflamatoria sistémica. Cuando se debe a una infección, se aplica el término sepsis, y los términos bacteriemia se aplican específicamente a la sepsis bacteriana y viremia específicamente a la sepsis viral. La vasodilatación y la disfunción orgánica son problemas graves asociados con una infección generalizada que puede provocar un shock séptico y la muerte.

Proteínas de fase aguda Editar

La inflamación también induce altos niveles sistémicos de proteínas de fase aguda. En la inflamación aguda, estas proteínas resultan beneficiosas; sin embargo, en la inflamación crónica pueden contribuir a la amiloidosis. [11] Estas proteínas incluyen proteína C reactiva, amiloide A sérico y amiloide P sérico, que causan una variedad de efectos sistémicos que incluyen: [11]

Números de leucocitos Editar

La inflamación a menudo afecta la cantidad de leucocitos presentes en el cuerpo:

    se observa a menudo durante la inflamación inducida por una infección, donde da como resultado un gran aumento en la cantidad de leucocitos en la sangre, especialmente células inmaduras. El número de leucocitos suele aumentar entre 15 000 y 20 000 células por microlitro, pero en casos extremos se puede acercar a las 100 000 células por microlitro. [11] La infección bacteriana generalmente resulta en un aumento de neutrófilos, creando neutrofilia, mientras que enfermedades como el asma, la fiebre del heno y la infestación de parásitos resultan en un aumento de eosinófilos, creando eosinofilia. [11] puede ser inducida por ciertas infecciones y enfermedades, incluida la infección viral, Rickettsia infección, algunos protozoos, tuberculosis y algunos cánceres. [11]

Inflamación sistémica y obesidad Editar

Con el descubrimiento de las interleucinas (IL), se desarrolló el concepto de inflamación sistémica. Aunque los procesos involucrados son idénticos a la inflamación tisular, la inflamación sistémica no se limita a un tejido en particular, sino que involucra el endotelio y otros sistemas orgánicos.

La inflamación crónica se observa ampliamente en la obesidad. [78] [79] Las personas obesas suelen tener muchos marcadores elevados de inflamación, que incluyen: [80] [81]

La inflamación crónica de bajo grado se caracteriza por un aumento de dos a tres veces en las concentraciones sistémicas de citocinas como TNF-α, IL-6 y CRP. [84] La circunferencia de la cintura se correlaciona significativamente con la respuesta inflamatoria sistémica. [85]

La pérdida de tejido adiposo blanco reduce los niveles de marcadores de inflamación. [78] La asociación de la inflamación sistémica con la resistencia a la insulina y la diabetes tipo 2, y con la aterosclerosis, está bajo investigación preliminar, aunque no se han realizado ensayos clínicos rigurosos para confirmar tales relaciones. [86]

La proteína C reactiva (PCR) se genera a un nivel más alto en personas obesas y puede aumentar el riesgo de enfermedades cardiovasculares. [87]

El resultado en una circunstancia particular estará determinado por el tejido en el que se produjo la lesión y el agente dañino que la está causando. Estos son los posibles resultados de la inflamación: [11]

  1. Resolución
    La restauración completa del tejido inflamado a su estado normal. Las medidas inflamatorias como la vasodilatación, la producción química y la infiltración de leucocitos cesan y las células parenquimatosas dañadas se regeneran. En situaciones en las que se ha producido una inflamación limitada o de corta duración, este suele ser el resultado.
  2. Fibrosis
    Grandes cantidades de destrucción de tejido, o daño en tejidos que no pueden regenerarse, no pueden ser regenerados completamente por el cuerpo. La cicatrización fibrosa se produce en estas áreas dañadas, formando una cicatriz compuesta principalmente de colágeno. La cicatriz no contendrá ninguna estructura especializada, como células parenquimatosas, por lo que puede producirse un deterioro funcional.
  3. Formación de abscesos
    Se forma una cavidad que contiene pus, un líquido opaco que contiene glóbulos blancos muertos y bacterias con restos generales de células destruidas.
  4. Inflamación crónica
    En la inflamación aguda, si el agente nocivo persiste, se producirá una inflamación crónica. Este proceso, marcado por una inflamación que dura muchos días, meses o incluso años, puede conducir a la formación de una herida crónica. La inflamación crónica se caracteriza por la presencia dominante de macrófagos en el tejido lesionado. Estas células son poderosos agentes defensivos del cuerpo, pero las toxinas que liberan (incluidas las especies reactivas de oxígeno) son dañinas para los propios tejidos del organismo, así como para los agentes invasores. Como consecuencia, la inflamación crónica casi siempre va acompañada de destrucción de tejidos.

La inflamación generalmente se indica agregando el sufijo "itis", como se muestra a continuación. Sin embargo, algunas afecciones como el asma y la neumonía no siguen esta convención. Hay más ejemplos disponibles en la lista de tipos de inflamación.