La inflamación como agente terapéutico en el infarto cerebral

REVISIÓN EN NEUROCIENCIA
La inflamación como agente terapéutico en el infarto
cerebral: respuesta inflamatoria celular y mediadores
inflamatorios
María D. Cuenca-López, David Brea, Tomás Segura, María F. Galindo, David Antón-Martínez, Jesús Agulla,
José Castillo, Joaquín Jordán
Introducción. El sistema nervioso central (SNC) posee células inflamatorias innatas como la microglía y los macrófagos,
los cuales tienen una función importante en la recepción y propagación de señales inflamatorias. Recientemente se ha
postulado que el sistema inmune y el proceso inflamatorio participan de forma activa en la pérdida neuronal descrita en
enfermedades del SNC agudas (infarto cerebral) y crónicas (esclerosis múltiple, enfermedad de Alzheimer).
Desarrollo. Se revisan los procesos que conducen a la activación del sistema inmune y el inicio de la respuesta inflamatoria tras la isquemia cerebral, donde se produce la muerte necrótica de las células afectadas, especialmente de las neuronas. Así se profundiza en el papel de las células inflamatorias innatas de las que dispone el SNC, como la microglía y los
macrófagos, las cuales poseen una función importante en la recepción y propagación de señales inflamatorias. Además,
la respuesta inflamatoria se caracteriza por un incremento en los niveles de expresión de mediadores inflamatorios, que
sobrerregulan las moléculas de adhesión y aumentan la permeabilidad de la barrera hematoencefálica. Se ha descrito también que la inflamación promueve la rápida sobreexpresión y activación de una variedad de genes, habiéndose
postulado a los factores de transcripción como posibles dianas sobre las que actuar en la reparación y la terapéutica. Sin
embargo, la activación transcripcional puede verse como una espada de doble filo porque la transcripción individual de
factores puede inducir tanto a genes neuroprotectores como neurotóxicos.
Conclusión. Un mayor conocimiento de las distintas moléculas involucradas en la respuesta inflamatoria permitiría el diseño de nuevas aproximaciones farmacológicas que contribuirían a la mejora en el tratamiento de la isquemia cerebral.
Palabras clave. Citocinas. Interleucinas. Isquemia. Mediadores inflamatorios. Respuesta inflamatoria. SNC.
Introducción
El sistema nervioso central (SNC) se considera como
un órgano inmune privilegiado, quizás, debido a la
existencia de la barrera hematoencefálica (BHE)
que regula el paso de células inflamatorias y mediadores del torrente sanguíneo al parénquima cerebral [1]. Actualmente se cuestiona este grado de
privilegio. De hecho, se conoce la existencia de la
activación del sistema inmune innato y se ha descrito la presencia de un número muy reducido de
linfocitos (1-3/mm3) en el líquido cefalorraquídeo
de pacientes sanos. Por otro lado, el SNC dispone
de células inflamatorias innatas, como la microglía
y los macrófagos, las cuales poseen una función importante en la recepción y propagación de señales
inflamatorias. Recientemente se ha postulado que
el sistema inmune y el proceso inflamatorio participan de forma activa en la pérdida neuronal descrita
en enfermedades del SNC agudas (p. ej., infarto cerebral) y crónicas (p. ej., esclerosis múltiple y enfer-
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medad de Alzheimer). Por todo ello, consideramos
relevante la revisión del campo de la inflamación en
los procesos de isquemia, abarcando la respuesta
inflamatoria celular junto con los mediadores inflamatorios y los factores de transcripción.
La respuesta inflamatoria en el SNC se caracteriza por la activación de la microglía y astrocitos, y
por la expresión de mediadores inflamatorios clave,
con una limitada invasión de células inflamatorias
circulantes. Este hecho puede verse aumentado por
la inducción rápida de la expresión de mediadores
inflamatorios, como las citocinas, quimiocinas y
prostaglandinas, que sobrerregulan las moléculas de adhesión y aumentan la permeabilidad de la
BHE, facilitando la invasión de células inflamatorias
circulantes, con la consecuente liberación de moléculas potencialmente tóxicas para las neuronas cerebrales. Por tanto, en un infarto cerebral aumenta
la permeabilidad de la BHE y las células inflamatorias entran en contacto con los antígenos del SNC
tanto en el cerebro como en la periferia [2].
Laboratorio de Investigación de
Neurociencias Clínicas; Servicio
de Neurología; Hospital Clínico
Universitario; Universidad de
Santiago de Compostela
(D. Brea, J. Agulla, J. Castillo).
Departamento de Ciencias
Médicas; Facultad de Medicina;
Universidad de Castilla-La Mancha
(M.D. Cuenca-López, J. Jordán).
Servicio de Neurología (T.
Segura); Unidad Translacional de
Neuropsicofarmacología (M.F.
Galindo); Sección de Bioquímica;
Complejo Hospitalario Universitario
de Albacete (D. Antón-Martínez).
Grupo de Neurofarmacología;
Centro Regional de Investigaciones
Biomédicas (J. Jordán). Grupo de
Neurofarmacología; Instituto de
Investigación en Discapacidades
Neurológicas de Albacete
(J. Jordán). Albacete, España.
Correspondencia:
Dr. Joaquín Jordán. Departamento
de Ciencias Médicas. Facultad de
Medicina. Universidad de CastillaLa Mancha. Avda. Almansa, 14.
E-02006 Albacete.
Fax:
+34 967 599 327.
E-mail:
[email protected]
Aceptado tras revisión externa:
25.02.10.
Cómo citar este artículo:
Cuenca-López MD, Brea D, Segura
T, Galindo MF, Antón-Martínez
D, Agulla J, et al. La inflamación
como agente terapéutico en
el infarto cerebral: respuesta
inflamatoria celular y mediadores
inflamatorios. Rev Neurol 2010;
50: 349-59.
© 2010 Revista de Neurología
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M.D. Cuenca-López, et al
Respuesta inflamatoria celular
El SNC posee células inflamatorias innatas como la
microglía y los macrófagos, los cuales poseen una
función importante en la recepción y propagación
de señales inflamatorias.
La microglía es una población celular altamente
receptiva con un importante papel de ‘vigilancia inmune’ del sistema nervioso [3,4]. La microglía constituye el 5-15% de la población celular cerebral total y
forma una red diseminada en el SNC capaz de detectar y reaccionar ante las modificaciones del ambiente
[5]. En el cerebro maduro, la microglía se encuentra
en reposo y posee una morfología ramificada capaz
de monitorizar el ambiente cerebral, compartiendo
muchas propiedades con los macrófagos, ya que ambos proceden de una misma hoja blastodérmica, el
mesodermo [6-8]. Durante las etapas del desarrollo
fetal temprano, las células monocíticas se infiltran en
el SNC y se diferencian en parénquima microglial.
En el individuo adulto, este parénquima, al contrario
que la microglía perivascular, no es frecuentemente
repoblado por nuevos monocitos [9].
La microglía se encuentra primariamente involucrada en la vigilancia inmune [5,10], pero cuando
se activa, posee características de macrófagos como
la fagocitosis, producción de citocinas inflamatorias y presentación de antígenos [11]. Normalmente, estos cambios neuroinflamatorios de la microglía son transitorios y están presentes únicamente
en presencia del estímulo inmune. Sin embargo, los
procesos asociados al envejecimiento o a una enfermedad neurológica pueden provocar un ambiente
donde la microglía sea más reactiva a un estímulo
inmune periférico [12]. Así, en respuesta a ciertos
procesos como la isquemia cerebral o un estímulo
inmunológico, la microglía se activa rápidamente y
secreta una amplia gama de factores, algunos de los
cuales están implicados en la apoptosis. A su vez, la
microglía también ha mostrado tener un papel importante en la supervivencia neuronal a través de la
liberación de factores tróficos y antiinflamatorios.
Existen características comunes entre la microglía y los macrófagos sistémicos, como la expresión
de receptores inmunes innatos y la capacidad de fagocitar patógenos, células o detritus celulares [6,13].
La microglía se activa pocos minutos después de
la isquemia y produce la liberación de mediadores
inflamatorios que exacerban el daño tisular [14].
Además, las moléculas inflamatorias secretadas por
la microglía tras la isquemia sufren variaciones no
sólo temporales, sino también espaciales. Después
de una isquemia cortical focal, hay un segundo
participante procedente del tálamo ipsilateral atri-
350
buible a la degeneración retrógrada de las fibras de
proyección corticotalámicas [15].
Recientemente se ha observado que pacientes
con infarto cerebral agudo muestran una evolución
más favorable mediante el tratamiento con fármacos
inhibidores de la activación de la microglía, como
la minociclina [16]. La minociclina, un derivado de
las tetraciclinas, presenta acciones antiinflamatorias
contribuyendo, probablemente de esta manera, a la
citoprotección del SNC [17,18]. Además, recientemente nuestro grupo de investigación ha demostrado que la minociclina presenta una capacidad neuroprotectora frente a estímulos excitotóxicos [19] y es
capaz de prevenir la entrada de calcio dentro de las
mitocondrias, evitando de esta manera la activación
de los procesos de muerte neuronal [20,21].
Además de la microglía, otras células como los
astrocitos también expresan mediadores inflamatorios [22]. Después de la isquemia, los astrocitos se
activan, incrementándose la expresión de la proteína acídica fibrilar glial (GFAP) y la llamada ‘gliosis
reactiva’, que implica una serie de cambios funcionales y estructurales [23]. Los astrocitos participan en
la inflamación, expresando moléculas del complejo
mayor de histocompatibilidad y moléculas coestimuladoras, con lo que se desarrolla una respuesta
inmune Th2. Los astrocitos son capaces de secretar
moléculas inflamatorias, como citocinas y quimiocinas, y de expresar proteínas, como la óxido nítrico
sintasa inducible –inducible nitric oxide synthase
(iNOS)– [24]. Además, la actividad de la iNOS en
los astrocitos intensifica el daño cerebral tras la isquemia [25]. Estos datos sugieren que mientras los
astrocitos desempeñan un papel importante en el
mantenimiento de las neuronas, los astrocitos activados podrían ser perjudiciales para éstas.
La inflamación se caracteriza por la acumulación
de células inflamatorias y mediadores en el cerebro
isquémico. Los fagocitos periféricos, los linfocitos
T, las células natural killer (NK) y los leucocitos polimorfonucleares secretan citocinas y pueden contribuir a la inflamación en el cerebro tras la isquemia cerebral. Además de la microglía, los leucocitos
procedentes de la sangre periférica son las células
inflamatorias más activas, que se acumulan en el tejido cerebral tras la isquemia cerebral, conduciendo
al daño por inflamación.
Los leucocitos se adhieren a la pared de los vasos
entre 4-6 horas después de la isquemia. Las interacciones entre leucocitos y células endoteliales en el
tejido cerebral después de la isquemia incluye varios pasos: activación endotelial, rodamiento, adhesión y migración transendotelial, que conduce a la
acumulación de dichas células en el tejido cerebral
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Inflamación como agente terapéutico en el infarto cerebral
isquémico y a la liberación de mediadores proinflamatorios (Figura). La unión de moléculas de adhesión en los leucocitos con sus respectivos ligandos
en las células endoteliales puede activar vías de señalización en ambas células. Esto conduce a la amplificación de la respuesta inflamatoria.
Los neutrófilos son, generalmente, el primer tipo
de leucocitos que entran en el cerebro isquémico.
El reclutamiento de éstos ocurre entre 6-12 horas
después del inicio de los síntomas, progresando hasta las 24 horas y reduciéndose a continuación [26].
Los monocitos se acumulan en el área de daño entre
12-24 horas después del inicio de la isquemia, transformándose rápidamente en macrófagos capaces
de fagocitar toda la materia orgánica muerta. Otras
células inflamatorias/inmunes como los linfocitos
llegan al parénquima cerebral en períodos más tardíos. El significado de la entrada de leucocitos en el
cerebro isquémico no está completamente claro. Es
probable que su aportación pueda variar en función
del tipo celular y del momento en que acceden al parénquima cerebral. Además, la presencia de leucocitos en capilares distales a la zona de oclusión podría
contribuir a la disminución del flujo sanguíneo [27].
Los leucocitos también liberan mediadores, como
los radicales de oxígeno, las proteasas y las citocinas, que contribuyen al daño neuronal [28].
Mediadores inflamatorios
Citocinas
Con este término se engloban más de 100 péptidos
genética y estructuralmente diferentes, que actúan
uniéndose a receptores específicos sobre la superficie celular. Las citocinas son sintetizadas por diferentes tejidos y tipos celulares, y dependiendo de
ello reciben distintos nombres, como linfocinas –si
son secretadas por linfocitos– o monocinas –si son
producidas por macrófagos–. Las citocinas se caracterizan por su redundancia, ya que muchas citocinas distintas comparten funciones similares; por
ser pleiotrópicas, ya que actúan sobre muchos tipos
celulares diferentes (además, una célula puede expresar receptores para más de una citocina); y, finalmente, por presentar una vida corta porque actúan
localmente de forma autocrina y paracrina. La mayoría de las reacciones inflamatorias son mediadas
por citocinas, las cuales pueden potenciar el daño
producido por un infarto isquémico. En el cerebro
existen diferentes tipos celulares capaces de secretar
citocinas, como las células de la micro­glía, astrocitos, células endoteliales y neuronas. Además, se ha
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Figura. Respuesta inflamatoria celular y mediadores inflamatorios liberados después del infarto cerebral.
Neurona
Microglía
Monocito
Astrocito
Célula endotelial
Neutrófilo
Linfocito
Citocinas:
Quimiocinas:
Quimiocinas:
• IL-1
• IL-2
• TNF-a
• IL-10
• TGF-b
• MCP-1
• MIP-1a
Ciclooxigenasas:
Ciclooxigenasas:
Óxido
Óxido nítrico:
nítrico:
• COX 1
• COX 2
• eNOS
• nNOS
• iNOS
Metaloproteasas
Metaloproteasas
de
de matriz
matriz:
• MMP-2
• MMP-9
comprobado que las citocinas circulantes están implicadas en la inflamación cerebral. Así, monocitos
circulantes, linfocitos T, células NK y células polimorfonucleares producen y secretan citocinas que
pueden contribuir a la inflamación del SNC.
Las citocinas se pueden agrupar en cuatro grupos funcionales de acuerdo con el sitio o fase específica de la respuesta inmune en la que actúen: a) Citocinas proinflamatorias, que actúan en la res­puesta
inmune innata, inespecífica o inflamación; b) Citocinas que favorecen el desarrollo de la inmunidad
celular y/o citotóxica; c) Citocinas que favorecen la
producción de las diversas clases de inmunoglobulinas o inmunidad humoral; y d) Citocinas con funciones extrainmunológicas y/u homeostáticas.
Las principales citocinas que actúan en los procesos de inflamación son: las interleucinas (IL) IL-1,
IL-6, el factor de necrosis tumoral alfa (TNF-α) y el
factor de crecimiento transformante beta (TGF-β),
todas ellas proinflamatorias. Dentro de las citocinas
antiinflamatorias se encuentra la IL-10.
Interleucina-1 (IL-1)
La IL-1 es una citocina producida por múltiples estirpes celulares, principalmente por macrófagos activados, monocitos y células dendríticas. Se produce
en grandes cantidades como respuesta a infecciones
o cualquier tipo de lesión o estrés. La IL-1 se libera en
respuesta al TNF-α. Se conocen tres isoformas: IL-1α,
IL-1β e IL-1RA, inhibitoria sobre las dos anteriores.
La IL-1α y la IL-1β, ambas sintetizadas como
precursores, carecen de una primera secuencia. El
precursor de la IL-1α presenta actividad, mientras
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que el de la IL-1β es inactivo y requiere ser activado por la acción de la proteasa caspasa 1 [29]. La
IL-1 actúa a través de dos receptores diferentes, los
receptores tipo I y II [30,31]. El receptor tipo I puede encontrarse en varios tipos celulares y se une a
ambas isoformas de la IL-1. Por contra, el receptor
tipo II se encuentra sobre la superficie celular de
neutrófilos, linfocitos B y macrófagos, y manifiesta
una alta afinidad por la IL-1β [32].
En condiciones fisiológicas, la IL-1 es sintetizada
en el SNC por varios tipos celulares como la microglía, astrocitos, neuronas y células endoteliales en
niveles bajos o indetectables [33]. Empero, la expresión del ARNm de IL-1β aumenta rápidamente después de diferentes estímulos neurotóxicos, como la
neurotoxicidad inducida por cainato [34] o lipopolisacáridos [35], o después de un proceso isquémico
[36], lo que conduce a un aumento de la proteína
unas horas después [37]. En modelos animales, se
ha observado que tan sólo 20 minutos después de
una oclusión cerebral global transitoria aumentaron tanto los niveles de ARNm como de proteína de
la IL-1β, no sólo durante la reperfusión temprana
(1 h) sino también en las 6 a 24 horas posteriores,
indicando la existencia de una expresión bifásica de
dicha citocina [38].
Las dos isoformas y su inhibidor endógeno, el
antagonista del receptor de IL-1 (IL-1RA), se han
estudiado en el infarto cerebral experimental. Diversos estudios han correlacionado el aumento de
los niveles de IL-1 después de la isquemia con un
incremento en el volumen del infarto. Además, los
niveles elevados de IL-1 se han asociado al mal pronóstico en los pacientes con infarto cerebral. Este
hecho podría deberse a que la IL-1 es un potente pirógeno, que media en el aumento de la temperatura
corporal [39]. Por otro lado, diferentes estudios han
demostrado que la inyección intraventricular de IL1β recombinante después de una oclusión de la arteria cerebral media (ACM) aumenta la formación del
edema cerebral, el tamaño de la zona infartada y la
infiltración de neutrófilos en ratas [40]. Sin embargo,
y a pesar de los resultados hasta ahora expuestos, la
neurotoxicidad de la IL-1 es controvertida, ya que la
administración de IL-1 en el cerebro sano no causa
ningún daño, y cuando se añade a neuronas aisladas
en cultivo, tampoco causa su muerte. Es más, otros
estudios han reflejado un posible efecto neuroprotector de la IL-1 [41,42]. Así, la adición de IL-1α o
IL-1β a cultivos celulares de neuronas corticales de
ratón produjo la atenuación de la neurotoxicidad
inducida por NMDA [41]. Además, el tratamiento
de neuronas corticales de rata en cultivo con IL-1β
atenuó la muerte neuronal causada por la exposi-
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ción a aminoácidos excitotóxicos como glutamato,
NMDA, AMPA o cainato [42]. Asimismo, los ratones deficientes en IL-1, en comparación con ratones
wild-type, presentaron infartos más pequeños cuando se sometieron a modelos de isquemia [40]. Además, la sobreexpresión o el tratamiento con IL-1RA
reduce el tamaño del infarto y la gravedad de los déficit neurológicos [43,44], mientras que ratones deficientes en IL-1RA exhiben un aumento drástico del
daño isquémico [45]. Se ha postulado que los efectos
neuroprotectores atribuidos a IL-1β puedan estar
parcialmente mediados por la inducción de factor
de crecimiento nervioso (NGF) [42], ya que en algunos casos la neuroprotección mediada por la IL-1 se
inhibió tras la administración de un anticuerpo neutralizante de la actividad del NGF [41].
Interleucina-6 (IL-6)
La IL-6 es una glucoproteína segregada por los ma­
crófagos, células T, células endoteliales y fibroblastos. Su liberación está inducida por la IL-1 y se
incrementa en respuesta al TNF-α. Entre otras funciones, activa la formación de inmunoglobulinas
por parte de los linfocitos B.
La IL-6 puede contribuir al daño provocado por
la inflamación en el cerebro y está implicada en la
regulación de la apoptosis neuronal [46]. Diversos
estudios sugieren que la IL-6 está sobrerregulada
después de la isquemia cerebral [47], habiéndose
postulado que posee efectos perjudiciales en la isquemia cerebral. Por ello, los niveles plasmáticos
de IL-6 parecen ser un buen indicador del deterioro neurológico temprano [48] y niveles elevados de
IL-6 se asocian a un mayor volumen infartado [49]
y a un mal pronóstico [50]. Así, nuestro grupo de
investigación ha demostrado una asociación entre
los niveles de IL-6 y el deterioro neurológico precoz,
que es independiente del tamaño inicial, la topografía o el mecanismo del infarto [48]. En otro estudio
hemos puesto de manifiesto que los pacientes cuyos
niveles de IL-6 son superiores a 5 pg/mL tienen una
probabilidad 25 veces mayor de desarrollar un nuevo
episodio vascular y una probabilidad 19 veces mayor de fallecer por un problema de origen vascular.
Factor de necrosis tumoral alfa (TNF-α)
El TNF-α es una sustancia química del grupo de las
citocinas proinflamatorias que es liberada por células del sistema inmune. En el SNC, esta citocina
constituye el principal mediador de inflamación que
induce una cascada de eventos celulares que culminan con la muerte neuronal. El TNF-α posee una
diversidad de funciones implicadas en la defensa in-
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Inflamación como agente terapéutico en el infarto cerebral
munitaria, homeostasis celular y protección frente a
varios tóxicos neurológicos [51]. Las acciones biológicas del TNF-α están mediadas por dos tipos de
receptores celulares: el receptor 1 (TNFR1, p55) y el
receptor 2 (TNFR2, p75) por los que muestra una
afinidad equivalente. El TNF-α está sobrerregulado
en el cerebro después de un proceso isquémico. En
la isquemia cortical en ratas, aparece una inducción
del ARNm del TNF-α después de una oclusión de la
ACM permanente [52,53] o transitoria [47].
Barone et al [54] han demostrado que, después de
una oclusión de la ACM, la inducción de TNF-α se
asocia con la exacerbación de los déficit neurológicos y el incremento del tamaño del infarto cerebral.
El análisis de la expresión temporal del ARNm de citocinas en ratas isquémicas ha revelado que la sobrerregulación del ARNm del TNF-α es proporcional
a la sobreexpresión de IL-1 [55] e IL-6 [56]. Inicialmente se observan aumentos en la expresión entre
1-3 horas después de la inducción de la isquemia
cerebral [52] y, posteriormente, vuelve a haber un segundo pico de expresión entre las 24-36 horas, mostrando por tanto una expresión en dos fases [57,58].
En estudios clínicos se ha observado que el TNF-α
se sobreexpresa en el tejido cerebral de pacientes
con infarto cerebral agudo [59] y aparece secuencialmente en áreas preinfartadas antes de expresarse en el hemisferio contralateral y otras áreas remotas cerebrales [60].
La concentración de TNF-α en el líquido cefalorraquídeo aumenta en pacientes con infarto cerebral
agudo [48], incluyendo aquellos con lesiones pronunciadas en la sustancia blanca [61]. Las concentraciones séricas de TNF-α también aumentan en la
mayoría de los estudios realizados en pacientes con
infarto cerebral agudo [48,62]. Las concentraciones
elevadas de TNF-α en plasma en pacientes que han
sufrido infartos lacunares se han asociado con deterioro neurológico y un peor pronóstico [63].
Algunos estudios sostienen que el TNF-α posee
un efecto perjudicial en modelos experimentales de
infarto cerebral agudo. Así, mientras que la inhibición de TNF-α reduce el daño en el infarto cerebral
[64], la administración de la TNF-α recombinante
después del infarto empeora los daños isquémicos
cerebrales [54]. La administración del anticuerpo
frente al TNF-α [65] después de una isquemia cerebral ha mostrado efectos beneficiosos [66]. Ratones
deficientes en TNF-α muestran una clara reducción
del área infartada en comparación con ratones wild
type, mientras que la infusión de TNF-α incrementa el volumen infartado en la isquemia cerebral focal [54]. Sin embargo, el TNF-α también puede proteger el cerebro bajo determinadas circunstancias:
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parece que está implicado en procesos de tolerancia isquémica [67]. Además, los ratones deficientes
en el receptor TNF presentan infartos más grandes
que los ratones normales, lo que hace pensar en un
posible efecto neuroprotector del TNF [68].
Factor de crecimiento transformante beta (TGF-β)
La familia de los TGF-β constituye una parte de la
superfamilia de las proteínas conocidas como ‘superfamilia TGF-β’, que incluye otras proteínas como las
inhibinas, las activinas y la hormona antimulleriana,
y la familia de las proteínas morfogenéticas óseas,
entre otras. El TGF-β participa en la regulación de
procesos como la proliferación y la diferenciación
celular, entre otras funciones, y desempeña un papel
importante en la inmunidad, el cáncer, las enfermedades cardiacas y la diabetes. En el SNC se han descrito tres isoformas: TGF-β1, TGF-β2 y TGF-β3.
En modelos animales de ratón se han detectado
aumentos en los niveles de ARNm del TGF-β en tejidos isquémicos tras 1-6 horas desde el inicio del proceso [69], que permanecen elevados 15 días después
de la isquemia [70]. Esta expresión parece coincidir
con la infiltración de monocitos y macrófagos y con
la proliferación microglial en los tejidos dañados [71].
En este sentido, algunos estudios experimentales han
tratado de dilucidar el potencial efecto neuroprotector del TGF-β en el infarto cerebral isquémico.
El TGF-β puede actuar como un mediador neuroprotector en el infarto cerebral. La sobreexpresión
de TGF-β confiere una protección cerebral en modelos experimentales de infarto cerebral, induciendo
una reducción de la respuesta antiinflamatoria [72].
También se ha demostrado su efecto neuroprotector cuando se administra antes de la isquemia [73],
e incluso en cultivos neuronales [74]. Un estudio
mostró que el TGF-β reduce el volumen infartado
cuando se administra en ratas una hora después de
practicarles una oclusión de la ACM, mientras que
su efecto neuroprotector está ausente cuando se inyecta en el centro de la zona infartada [75]. A pesar
de estos hallazgos, algunos estudios han demostrado que sus efectos pueden ser despreciables cuando
se administra después de la isquemia [76]. En este
sentido, se ha propuesto que el TGF-β puede ser
neuroprotector como consecuencia de un bloqueo
de la apoptosis o por su participación en la recuperación del infarto isquémico, debido a que el efecto
se observa en el área de penumbra y está presente
en la fase de recuperación de algunas enfermedades
del SNC [77]. Por otro lado, el TGF-β controla la
proliferación y la diferenciación celulares en la mayoría de las células. Además, modula la angiogénesis y la generación de nuevos vasos, facilitando pro-
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cesos de neurorreparación, que incluyen fenómenos
de neurogénesis y sinaptogénesis, los cuales se han
descrito en la reorganización de la vascularización
cerebral tras la isquemia [78].
Interleucina-10 (IL-10)
La IL-10 es una citocina antiinflamatoria, secretada
mayoritariamente por los linfocitos y monocitos/
macrófagos. Actúa inhibiendo los efectos de la IL-1 y
del TNF-α, al ser capaz de suprimir la expresión y la
activación de sus respectivos receptores. La IL-10 es
sintetizada por el SNC, está sobreexpresada en infartos cerebrales experimentales [79] y se han detectado altas concentraciones de IL-10 en el líquido cefalorraquídeo de pacientes con infarto cerebral agudo
[61]. Es más, pacientes con bajos niveles de IL-10
presentan un mayor riesgo de infarto, lo que sugiere el
efecto protector de la citocina [62]. Además, concentraciones plasmáticas de IL-10 inferiores a 6 pg/mL se
asocian a un empeoramiento clínico independientemente de la hipertermia e hiperglucemia [80].
Por todo ello se ha propuesto la IL-10 como una
potencial diana terapéutica antiinflamatoria para
el infarto cerebral. Así, la administración exógena
de IL-10 podría constituir un posible tratamiento
en la reducción del daño producido por el infarto
cerebral. Esta estrategia ha denotado buenos resultados en modelos animales. Su administración [81]
o transferencia génica [82] ha mostrado efectos beneficiosos independientemente del tipo de infarto
[83] y, además, ratones deficientes en IL-10 presentan un claro aumento en el tamaño de las lesiones
después de la oclusión de la ACM [84].
Quimiocinas
Las quimiocinas son un tipo de citocinas, general­
mente de menor peso molecular, que regulan el
tráfico leucocitario, modulando la quimiotaxis y la
activación celular, por lo que desempeñan un papel
importante en los procesos de inflamación del SNC,
en la comunicación celular y en el reclutamiento de
células inflamatorias. La expresión de quimiocinas
después de una isquemia cerebral es nociva debido
a la infiltración leucocitaria [85]. En este contexto,
los niveles de varias quimiocinas, como la proteína
quimiotáctica de monocitos (MCP-1), la fractalcina, la IL-8 y la proteína inflamatoria de macrófagos1α, aumentan en diversos modelos experimentales
de isquemia y su inhibición o deficiencia se ha asociado a un menor daño [86].
La MCP-1 es un potente agente quimiotáctico de
monocitos y su expresión induce un incremento en
la infiltración de monocitos en el parénquima cere-
354
bral después de la isquemia. Un incremento significativo de los niveles de MCP-1 en el SNC aparece
en pacientes con infarto cerebral isquémico agudo
[87]. Además de sus propiedades quimiotácticas, se
ha observado que las quimiocinas afectan a la permeabilidad de la BHE y, de esta manera, la adición
de MCP-1 aumenta 17 veces la permeabilidad de la
barrera en un modelo in vitro, lo que sugiere su implicación en la apertura de la BHE en la isquemia
cerebral [88]. Además, se ha propuesto que las quimiocinas pueden tener un papel importante en el
reclutamiento de células a las regiones dañadas y en
la migración de células estromáticas de la médula al
tejido cerebral isquémico [89]. Por otro lado, algunas quimiocinas actúan también como moléculas
señal que regulan la actividad de la microglía.
La fractalcina es expresada principalmente por las
neuronas y puede inhibir la secreción de citocinas
proinflamatorias en la microglía activada [90]. Actúa
a través de su interacción con un receptor acoplado a
proteína G, el CX3CR1, y puede que participe en la
activación y quimiotaxis de la microglía en el tejido
infartado. La fractalcina contribuye al control del tráfico leucocitario desde el torrente sanguíneo al tejido
dañado: después de la isquemia, la inmunorreactividad de la fractalcina aumenta rápidamente en neuronas morfológicamente intactas de la penumbra
isquémica y su síntesis también es inducida en las
células endoteliales del área infartada. La expresión
de CX3CR1 es detectada en las células activadas de
la microglía del tejido isquémico y se sobreexpresa
en monocitos/macrófagos de la microglía dentro
del tejido infartado [91]. Lavergne et al proponen
que la adhesión extra de monocitos observada en
individuos portadores de alelos raros CX3CR1 puede favorecer el mecanismo conduciendo al infarto
isquémico [92]. Por otra parte, a través de modelos
experimentales de isquemia cerebral focal en ratones
deficientes en fractalcina, se ha podido verificar que
su ausencia reduce el volumen del infarto y la mortalidad en los modelos experimentales [93].
Ciclooxigenasa (COX)
La COX o prostaglandina-endoperóxido sintasa es
un enzima que cataliza la síntesis de prostaglandinas
a partir del ácido araquidónico. Existen dos isoformas de COX: COX-1 y COX-2. La COX-1 se expresa
en varios tipos celulares incluyendo la microglía y los
leucocitos durante el daño cerebral [94]. La COX-2
se expresa en neuronas excitatorias y, en la mayoría de órganos, su expresión está regulada por una
variedad de estímulos como mediadores inflamatorios o mitógenos [95]. Se ha observado que ratones
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Inflamación como agente terapéutico en el infarto cerebral
deficientes en COX-1 pueden ser más vulnerables
a la isquemia cerebral focal [96], pero la inhibición
de COX-1 aumenta el número de neuronas sanas en
el hipocampo en la isquemia global transitoria [97].
Estas discrepancias pueden deberse a las diferencias
en los modelos isquémicos globales o focales.
La COX-2 se asocia con la producción de radicales libres y prostanoides tóxicos y es inducida durante la inflamación y la isquemia cerebral. Se sobreexpresa 12-24 horas después de la isquemia [98]
y principalmente en neuronas, células vasculares
presentes en los bordes del tejido isquémico [99] y
otras zonas del cerebro, incluyendo regiones remotas del infarto [100]. Se ha propuesto que los metabolitos de la COX-2 son dañinos en la isquemia
cerebral. Además, los tratamientos con inhibidores
de la COX-2 han demostrado mejoras en el pronóstico neurológico después de la isquemia cerebral
[99,101]. Asimismo, ratones deficientes en COX-2
muestran un daño menor después de la exposición
a NMDA [96], mientras que la sobreexpresión de
COX-2 exacerba el daño cerebral [102].
Óxido nítrico (NO)
El NO es una importante molécula señal involucrada en procesos fisiológicos como la comunicación
neuronal, la defensa del huésped y la regulación de
la presión arterial [103]. El NO es sintetizado por la
NOS, que presenta tres isoformas:
– NOS neuronal (nNOS, NOS I): localizada en gru­
pos particulares de neuronas.
– NOS inducible (iNOS, NOS II): inducida durante
estados patológicos asociados a la inflamación.
– NOS endotelial (eNOS, NOS III): mayoritariamente presente en células endoteliales [104].
La eNOS y la nNOS se expresan constitutivamente y su actividad se regula por el calcio intracelular,
mientras que la expresión de la iNOS es inducible y
su actividad no es regulada por el calcio intracelular. Los efectos beneficiosos o perjudiciales de esta
molécula dependen de dónde y cuándo se expresa
[105]. El NO puede causar daño en el ADN en la isquemia cerebral a través de la formación de peroxinitrito [106], pero su presencia en niveles normales
también es importante. Después de la inducción de
la isquemia, el efecto vasodilatador del NO producido por la eNOS es beneficioso porque induce vasodilatación y limita la reducción del flujo sanguíneo,
es antiagregante plaquetario e inhibe la adhesión
leucocitaria [107]. Sin embargo, cuando se desarrolla la isquemia, el NO producido por la iNOS contribuye al daño cerebral [105]. La iNOS se expresa
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en el cerebro postisquémico y alcanza un pico de células infiltradas 48 horas después. Se ha demostrado
que su expresión es perjudicial y, por ello, su inhibición produce una reducción del volumen infartado
y menores déficit neurológicos [108,109]. Además,
ratones deficientes en iNOS tie­nen menores infartos que los ratones wild type cuando se someten a
la oclusión de la ACM [108]. Todos estos estudios
demuestran el papel perjudicial de la iNOS en la isquemia cerebral, sugiriendo que la iNOS podría ser
una diana terapéutica.
Metaloproteasas de matriz
Las metaloproteasas de matriz (MMP) son proteasas de una familia de más de 20 endopeptidasas que
desempeñan un papel importante en la remodelación de la matriz extracelular, permitiendo el crecimiento de neuritas y la migración celular. Las MMP
son secretadas como proenzimas que necesitan activarse. Los tejidos contienen inhibidores de acción,
como la α2-macroglobulina, e inhibidores de tejidos
de metaloproteasas. La MMP-2 (gelatinasa A) y la
MMP-9 (gelatinasa B) están implicadas en la isquemia cerebral [110]. Se han encontrado niveles elevados de MMP-9 en el tejido cerebral y en el plasma de pacientes con infarto cerebral agudo [111],
y se ha observado su implicación en la ruptura de
la BHE, conduciendo al desarrollo del edema vasogénico y facilitando la transformación hemorrágica
del infarto [112,113].
Las MMP se han propuesto como posibles agentes o dianas terapéuticas. La inhibición de MMP en
modelos experimentales de isquemia ha mostrado capacidad de reducción del tamaño del infarto
y del edema cerebral [114]. Los ratones deficientes
en MMP-9 tienen infartos de menor tamaño que los
ratones wild type cuando se someten a isquemia cerebral [115]. Sin embargo, a pesar del efecto perjudicial, se piensa que las MMP poseen un potencial
efecto beneficioso en el infarto cerebral isquémico,
ya que su elevación en las últimas fases de la isquemia cerebral parece relacionarse con la plasticidad
cerebral y la recuperación. Si bien aumentos tempranos de MMP se han asociado con la ruptura de la
BHE y el agravamiento del daño isquémico, una expresión retardada de MMP en la corteza periinfartada se ha asociado con la remodelación neurovascular y con la recuperación del infarto cerebral [116].
Factores de transcripción en la inflamación
La inflamación promueve una serie de respuestas,
incluyendo la rápida sobreexpresión y activación de
355
M.D. Cuenca-López, et al
una variedad de genes. Los factores de transcripción
se están estudiando como moléculas diana para la
reparación terapéutica, ya que regulan una variedad de genes que modulan las funciones celulares.
La activación transcripcional puede verse como
una espada de doble filo, ya que la transcripción
individual de factores puede inducir genes neuroprotectores o neurotóxicos. Estudios recientes han
mostrado que los factores de transcripción como
p53, los peroxisome proliferator-activated receptors
(PPAR), el factor regulador del interferón (IRF)-1,
el transductor de señal y activador de transcripción
(STAT)-3 y el factor nuclear κB (NFκB), promueven
la expresión de genes inflamatorios que producen
un daño neuronal grave.
El gen supresor de tumores p53 es un factor de
transcripción con una secuencia específica que resulta capaz de activar la expresión de genes encargados
de promover la parada del ciclo celular o la muerte
celular en respuesta a múltiples estímulos que causan
estrés celular [117]. En el sistema nervioso maduro,
numerosos estudios indican que p53 desempeña un
papel importante en la muerte neuronal después de
procesos patológicos como la isquemia.
Los PPAR son factores de transcripción activadores de ligandos de la superfamilia de los receptores
nucleares de hormonas. Las tres isoformas de PPAR
(α, δ/β y γ) son conocidas por controlar muchas
funciones fisiológicas, incluyendo la absorción de
glucosa, el balance de lípidos y el crecimiento/diferenciación celular. Recientemente se ha visto que la
activación de PPARγ mitiga la inflamación asociada
a estímulos nerviosos crónicos o agudos. Después de
una isquemia focal, la expresión de PPARγ aumenta
en el cerebro, especialmente en el área periférica de
la zona infartada. Los agonistas de PPARα y PPARγ
protegen del infarto cerebral y este efecto beneficioso se asocia con una mejor relajación de células endoteliales, menor estrés oxidativo y una disminución
de la expresión de VCAM1 e ICAM1. En ratones
adultos, el pretratamiento con rosiglitazona o pioglitazona un día antes de la isquemia facilita una menor activación microglial e infiltración macrofágica,
así como una menor expresión de los ARNm de moléculas proinflamatorias como COX2, iNOS o IL-1β
en el hemisferio isquémico [118]. El tratamiento con
rosiglitazona en ratas o ratones también reduce significativamente el área infartada y este efecto revierte completamente con la administración de un antagonista específico de PPARγ como GW9662, antes
del tratamiento con tiazolidindionas [118].
El NFκB es uno de los factores de transcripción
más importantes de los mediadores de inflamación, en respuesta a varias señales como citocinas
356
inflamatorias, productos bacterianos y víricos, estrés oxidativo, hipoxia/reoxigenación e irradiación.
Como la transcripción de genes inflamatorios es el
primer paso de cualquier cascada inflamatoria, las
terapias enfocadas hacia los factores proinflamatorios podrían frenar la inflamación en etapas iniciales. Además, la inhibición de la ruta del NFκB se ha
asociado con la alteración de la plasticidad sináptica, lo que sugiere que la ruta del NFκB está implicada activamente en la modulación de funciones
neurofisiológicas importantes como la plasticidad y
la remodelación sináptica [119].
Conclusiones
A lo largo de esta publicación hemos descrito cómo
los procesos que participan en la respuesta inflamatoria desencadenada después de una isquemia cerebral son necesarios para la recuperación del daño
isquémico, pero también pueden provocar un agravamiento de éste. Por ello, un mayor conocimiento
de las distintas moléculas involucradas en la respuesta inflamatoria podría permitir el diseño de
nuevas aproximaciones farmacológicas que serían
capaces de colocar al neurólogo en una posición
ventajosa para contribuir a un mejor tratamiento
de la isquemia cerebral [120,121].
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Inflammation as a therapeutic agent in cerebral infarction: cellular inflammatory response
and inflammatory mediators
Introduction. The immune central nervous system (CNS) innate immune cells including microglia and macrophages play
integral roles in receiving and propagating inflammatory signals. Inflammation is generally a beneficial response of an
organism to infection but, when prolonged or inappropriate, it can be detrimental. Neuronal loss in acute (e.g. stroke
and head injury) and chronic (e.g. multiple sclerosis and Alzheimer’s disease) CNS diseases has been associated with
inflammatory processes systemically and in the brain.
Development. Herein we review the processes that participate in the activation of the immune system and the starting of
inflammatory response after stroke, where neuronal necrotic cell death has been described. We addressed the relevance
of the innate inflammatory cells that are on the CNS, as microglia and macrophages, which have an important role in
receiving and spreading inflammatory signals. In addition, the inflammatory response is characterized by an increase in
the levels of expression of inflammatory mediators, which regulate adhesion molecules, and increase the permeability of
the blood-brain barrier. It has also been described that inflammation promotes the rapid over-expression and activation
of a variety of genes, and it has been postulated that transcription factors should be studied for their potential use in
therapeutics and repair. Transcriptional activation can be a double-edged sword since depending on the individual
transcription factor it can induce the expression of either neuroprotective or neurotoxic genes.
Conclusion. In summary, a better understanding of the different molecules mediating the immune response will allow the
design of new pharmacological tools that could improve stroke treatment.
Key words. CNS. Cytokines. Inflammatory mediators. Inflammatory response. Interleukins. Ischaemia.
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