Factores de crecimiento y citocinas en la fisiopatología del

ISBN: PPI201402DC4571
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ISSN: 2443-4388
N° 30, Año 2014
Factores de crecimiento y citocinas
en la fisiopatología del cartílago Articular II
INTRODUCCIÓN
El envejecimiento del cartílago articular se acompaña
de una disminución del número de condrocitos por
mm3 en mayor proporción en la zona superficial1,2 y de
una disminución de la actividad de síntesis de las macromoléculas de la sustancia fundamental del cartílago
en su totalidad.3
Efectos de los Factores de Crecimiento y de las Citocinas
sobre la Degradación de Proteoglicanos y del Colágeno
El efecto mayor de la IL-1 y del TNF-a sobre los condrocitos articulares es el de estimular la producción de las
metaloproteasas, de las prostaglandinas y de los radicales libres, así como de acelerar el proceso catabólico en
el cartílago.11-13 Los factores condrotropos, el TGF-β y el
En los individuos de edad avanzada un número reducido
de condrocitos podría asegurar la integridad anatómica
del cartílago. Es conocido, además que las articulaciones
de los individuos en la senescencia presentan signos frecuentes de alteraciones cartilaginosas4,5,6 y que la gravedad de estas lesiones es más notable en los sitios donde
los ataques mecánicos son mayores; la degeneración del
cartílago se acompaña de una necrosis de los condrocitos
en la zona superficial, 17-9 y de una pérdida de proteoglicanos seguida de una ruptura de las fibras colágenas lo
cual se traduce por la aparición de fisuras superficiales
(Foto 1).
De esta manera el cartílago continúa alterándose, restringe su cantidad de agua, se ablanda y mecánicamente se
hace menos resistente. Bajo la acción de las fuerzas abrasivas, la superficie del cartílago se agrieta cada vez más,
se fragmenta y cae en la cavidad articular, produciendo
como secuela una ulceración más o menos profunda que
deja expuesto el hueso subcondral. La causa de esta degeneración hasta hoy no es bien conocida. Existen diversas
hipótesis que intentan explicar el mecanismo. Los estudios que realizan actualmente varios grupos de investigadores avanzan hacia la comprensión del mecanismo por
el cual se altera el metabolismo del condrocito, tratando
de buscar la causa de la ruptura del equilibrio entre la
construcción (anabolismo) y la destrucción (catabolismo) para poder conocer por qué predomina la degradación en el cartílago articular enfermo.10
Foto 1. Cartílago artrósico tomado de la rótula de una mujer de 65 años.
La superficie del cartílago articular está lesionada y agrietada, los condrocitos de la capa superficial for man las clonas alrededor de las fisuras
(flecha): la sustancia fundamenal(*) no tiene coloración la hemateina-eosina-safranina.
IGF-1 parecen bloquear este efecto14, 15 y el bFGF poten- Los Factores de Crecimiento y el Envejecimiento de
cia este efecto de las citocinas;16 el mismo bFGF es tam- los Condrocitos
bién capaz de inducir un aumento de la producción de las
proteasas por los condrocitos articulares.
Durante el envejecimiento muchas de las células del organismo, entre ellas los condrocitos, pierden progresivaA partir de nuestras investigaciones en los condrocitos mente la capacidad de dividirse y responden débilmente
articula res de ratas e TNFα parece inhibir la producción a los factores de crecimiento.23 La causa por la cual se
de la gelatinasa (MMP2) aún cuando la aparición de una produce este fenómeno no es conocida; la pérdida de los
gelatinasa de 92KDa no tiene efecto sobre la gelatinasa receptores específicos y/o la disminución de su afinidad
constitutiva de 62KDa También el GM-CSF, cuando ac- por el factor no ha sido encontrada en la mayoría de los
túa solo, no modifica los niveles de secreción de las gelati- casos. Sin embargo, este es el caso para ciertos factores,
nasas, si no que potencia el efecto estimulador producido por ejemplo, el EGF Por el contrario, en otros, el número
por IL-1 sobre la gelatinasa constitutiva de 62KDa. Por el de receptores específicos por célula aumenta aún cuando
contrario el GM-CSF, no actúa sobre el efecto inhibidor la respuesta celular al factor disminuya, como ocurre con
inducido por el TNFα.
el factor IGF- 1.
En ciertos factores como la endotelina-1 (ET-1) los dos
Efecto de las Moléculas Extracelulares sobre la parámetros, la respuesta celular y la densidad de los reirregulación de la Degradación de Proteoglicanos y ceptores, aumentan paralelamente con la edad en su
del Colágeno
mayor parte, los receptores funcionan normal mente, la
unión del factor con su receptor determina una señal que
Los fragmentos de ciertas moléculas de la sustancia fun- avanza en la célula hasta el núcleo donde parece encondamental del cartílago, tal como la fibronectina, tienen la trarse el sitio del bloqueo En efecto las células senescentes
propiedad de aumentar la síntesis de las metaloproteasas o envejecidas no son capaces de expresar ciertos factores
por los condrocitos.17 La fibronectina está largamente dis- necesarios para la activación de los genes que comandan
tribuida en el tejido conjuntivo, incluyendo el cartílago.18 la entrada de las células en la mitosis. Uno de los factores
Es una especie de pega a la que se adhieren las células es el cfos24 que es un proto-oncógeno y puede aparecer
que reconocen una secuencia de 3 aminoácidos arginina, inmediatamente después de una estimulación mitogéniglicina, y ácido aspártico, llamado también RGD.
ca y formar con otro proto-oncógeno cjun, el complejo
cfos/cjun que se fija normalmente sobre el gen promotor
La adhesión de las células se hace por intermedio de que comanda la síntesis de ADN.25
una proteína membranosa de la familia de las integrinas
α5βI o VA5, presente en los condrocitos19 esta integrina se une a los filamentos de la actina del citoesqueleto Efectos de los Factores de Crecimiento de las Citocinas
cuya presencia determina la forma red onda o aplanada sobre el Condrocito Artrósico
de la célula.
La necrosis de los condrocitos de la zona superficial del
La adhesión de las células a las moléculas extracelu- cartílago articular es probablemente la lesión que desenlares produce una señal que incidirá sobre la actividad cadena la alteración del cartílago en la artrosis.1 La dismitótica y metabólica. Sucesivamente, la incubación de minución progresiva de la densidad celular con la edad es
fragmentos de cartílagos o los condrocitos aislados con
el fragmento de 120KDa, que provienen de la fibronectina o con péptidos sintéticos que contienen la secuencia
RGD de unión con las integrinas, conduce a un aumento
de la degradación de proteoglicanos.17 En ese sistema, la
fibronectina nativa no es activa.
La degradación de proteoglicanos se acompaña de una
elevación de la estromelisina y de la colagenasa en el medio de cultivo20. Cuando los mismos productos son inyectados in vivo en la rodilla de rata éstos provocan un
aumento de la densidad celular en el líquido sinovial, al
igual que un aumento de los niveles de proteoglicanos y
de las metaloproteasas.20
Dado que los niveles de los fragmentos de la fibronectina
se elevan en el líquido sinovial de los enfermos afectados
de artritis reumatoide o de artrosis,21,22 este mecanismo
de regulación de la actividad de proteasas del cartílago
puede en cierta medida contribuir a desencadenar los fenómenos observados.
2
Foto 2. Condrocito necrótico (apoptosis) observado al microscopio electrónico en la zona profunda del cartílago articular artrósico. Los signos de
apostosis están bien marcados: densificación y retracción del citoplasma
y del núcleo, brotes de la membrana plasmática (flecha), alteración de las
aorganelas citoplasmáticas. Coloración al acetato de uranilocitrato de plomo. Agrand.: 45.000X.
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un fenómeno universal y fisiológico que ocurre también
Tabla 1
en el cartílago articular.1, 2 La muerte celular fisiológica
es conocida con el nombre de apoptosis. (Foto 2) Los as- Efecto de EGF, de FGF y de TGFβ sobre la proliferación de
pectos reumatológicos de la apoptosis han sido descritos los condrocitos articulares humanos normales y artrósicos
cpm3 - timidina/cultivo
recientemente.26 En el curso del desarrollo de los órganos
embrionarios o durante el funcionamiento de ciertos órNormal
OA
ganos y tejidos adultos como es el caso de la regeneración
1674 ± 346
1624 ± 284
de la epidermis, la muerte celular es programada y des- Testigo
27
encadenada por la activación de ciertos genes, aunque EGF (2 ng/ml)
11170 ± 1281
3861 ± 371
también puede ser inducida por muchos agentes físicos o bFGF (2 ng/ml)
8615 ± 963
2377 ± 280
químicos pero en este caso se trataría de una muerte pa11461 ± 673
2066 ± 330
tológica, diferente a la apoptosis. Entre los factores capa- TGFβ (2ng/ml)
ces de inducir la apoptosis se encuentran la IL-1. TNFα,
Nuestros conocimientos de los mecanismos fisiopatolólos glucocorticoides y la Hipoxia.26
gicos de la artrosis son todavía insuficientes, sin embarDesde hace mucho tiempo hemos insistido en nuestro go, debemos reconocer que se han alcanzado numerosos
trabajo sobre el papel que juega la hipoxia del cartílago progresos sobre el conocimiento de estos mecanismos
como factor responsable de la necrosis de los condroci- que permitirán poner al día una terapéutica más adecuatos en la artrosis.10 Esta hipoxia podría deberse a que el da de esta enfermedad y encontrar sustancias antiartrósilíquido intersticial, que es el que asegura los cambios del cas realmente eficaces■
condrocito, queda retenido y esto ocasionaría la pérdida de elasticidad del cartílago envejecido y por supuesto ABREVIATURAS
contribuiría a elevar el choque mecánico.
La isquemia del cartílago articular en la zona de hiperpresión y la muerte celular contribuirían finalmente a
la activación y liberación de las sustancias nocivas tales
como las enzimas proteolíticas y los radicales libres tóxicos.10 La destrucción de la matriz extracelular traería
como consecuencia el reblandecimiento del cartílago,
que se fisura bajo la acción de los choques mecánicos.
La aparición de estas fisuras facilitaría la difusión de varios factores que se encuentran depositados en el mismo,
tales como el bFGF y el TGFβ, produciendo una activación de los condrocitos viables con aumento de las mitosis28 de la actividad metabólica29, 30 así como una hipe
producción de enzimas31 actualmente disponemos de
informaciones parciales, aunque bien avanzadas, referidas a la sensibilidad de los condrocitos artrósicos, a los
factores de crecimiento, a las citocinas y a otros agentes
elásticos que intervienen en el metabolismo del cartílago.
También se conoce que los condrocitos artrósicos son in
sensibles al IGF-1, aún cuando de la misma manera el
número de receptores específicos32 y los niveles circulantes de este factor33 aumentan en los enfermos que padecen de artrosis. En compensación, la sensibilidad y la ILI34 de los condrocitos artrósicos cultivados en el TGF-β
estaría aumentada.
Según nuestra experiencia, en los casos en donde los
condrocitos fueron aislados a partir de los fragmentos
de cartílago en dos enfermos; uno de 59 años, con una
necrosis isquémica idiopática de la cabeza femoral, en la
que la superficie del cartílago era normal y otro de 60
años con una coxartrosis, cultivados los condrocitos en
las mismas condiciones, los tapices de condrocitos artrósicos respondieron muy débil mente a los 3 factores de
crecimiento estudiados (el EGF, bFGF y el TGF-β)
(ver Tabla 1).
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ADN
AMPc
EGF
ET 1 y 2
FGFb
GM-CSF
IGF-1
PDGF
TGF-β
VEGF
TNF-α
IL-1
IL-6
lfy
cfos
cjun
ng/ml
MMP2
K Da
35
SO4
RGD
Ácido desoxirribonucleico
Adenosin monofosfato cíclico
Factor de crecimiento de eosinófilos
Endotelina
Factor básico de crecimiento del fibroblasto
Factor estimulador de colonias macrófagosmonocitos
Factor de crecimiento tipo insulina
Factor de crecimiento plaquetario
Factor de crecimiento de transformación beta
Factor de crecimiento de las células endoteliales de los vasos sanguíneos
Factor de necrosis tumoral alfa
Interleucina 1
Interleucina 6
Interferón gamma
G en proto-oncogeno
G e n proo-oncogeno
nanogramos mililitros
Inhibidor de las metaloproteasas 2
Kilo Dalton
Sulfato 35
Secuencia de aminoácidos (arginina, glicina, ácido aspártico )
AGRADECIMIENTO
A la Prof. Teresa Espar, por la corrección del trabajo, al
personal técnico del Laboratorio de investigación de Enfermedades Reumáticas de la Unidad de Reumatología
A, Yudhy Zerpa, por su trabajo secretarial■
3
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Autores
Dra. Maritza Quintero
Dra. Gladys Colantuoni
Dr. Humberto Riera
Dr. Vicente Rodríguez
Dr. Alberto Noguera
Dr. Alexis Rosas
Revista Archivos de Reumatología VOL 9 N° 1 /2000
Se publica con autorización de la
Sociedad Venezolana de Reumatología
[email protected]
N° 30, Año 2014