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■ REVISIÓN
Intervención de los fibrocitos del ligamento espiral
en la regulación metabólica del oído interno
José Ramón García Berrocal, Iván Méndez-Benegassi, Cristina Martín y Rafael Ramírez Camacho
Servicio de Otorrinolaringología. Hospital Universitario Puerta de Hierro. Universidad Autónoma de Madrid. Madrid. España.
El mantenimiento de un gradiente de K+ entre la endolinfa
y la perilinfa es imprescindible para la audición normal y
depende inicialmente de la actividad de la estría vascular.
La presencia de abundante Na-K-ATPasa en las células
marginales de la estría vascular proporciona un mecanismo de bombeo al objeto de preservar la cantidad de K+ en
la endolinfa y, consecuentemente, el potencial endococlear.
Los fibrocitos de la pared lateral coclear suministran K+ a la
estría, vía gap junctions, mediante la recirculación hacia la
estría de los iones que fluyen desde la escala media durante la transducción auditiva. La pared lateral de la cóclea
contiene cinco tipos de fibrocitos, que se diferencian según
su localización, sus características estructurales y su contenido de enzimas que median o facilitan la energía para el
transporte iónico. La rotura de las uniones como los puentes celulares por mutaciones de conexinas y otras condiciones patológicas conduce al bloqueo de las vías de recirculación de K+. La expresión de coclina y otorraplina, proteínas
que intervienen en funciones estructurales o reguladoras
del oído interno, indica una diversidad y una complejidad
de los tejidos mesenquimales mayores que lo imaginado
previamente. La presencia de otospiralina, una proteína novedosa encontrada en los fibrocitos del limbo espiral, el ligamento espiral y las regiones subepiteliales del vestíbulo,
es un hallazgo muy importante, ya que dicha proteína se ha
mostrado esencial para la supervivencia de las células ciliadas y las células de sostén del oído interno. Conocer y entender mejor la función de los fibrocitos proporcionará un
nuevo y prometedor abordaje etiopatogénico para el tratamiento de las enfermedades del oído interno.
Palabras clave: Fibrocito. Gap junction. K . Célula ciliada.
Sordera. Conexina. Coclina. Otospiralina. Oído interno.
DFNA9.
+
Este trabajo ha sido financiado parcialmente por el proyecto
de investigación FIS 050673.
Correspondencia: Dr. J.R. García Berrocal.
Grupo de Investigación Otológica. Servicio de Otorrinolaringología.
Hospital Universitario Puerta de Hierro.
San Martín de Porres, 4. 28035 Madrid. España.
Correo electrónico: [email protected]
Recibido el 8-4-2008.
Aceptado para su publicación el 23-4-2008.
494 Acta Otorrinolaringol Esp. 2008;59(10):494-9
Intervention of Spiral Ligament Fibrocytes
in the Metabolic Regulation of the Inner Ear
Maintenance of the K+ gradient between endolymph and
perilymph is essential for normal hearing and depends primarily on the activity of the stria vascularis. Abundant
Na-K-ATPase in marginal strial cells provides a pumping
mechanism for preserving the K+ level of the endolymph
and consequently, the endocochlear potential. Fibrocytes in
the lateral wall of the cochlea supply K+ to the strial pump,
via gap junctions, by recycling back into the stria the ions
that efflux from the scala media during auditory transduction. The lateral wall of the cochlea encloses five types of fibrocytes, differentiated by their location, structural features
and content of enzymes mediating or energizing ion transport. The disruption of the gap junction bonds by connexin
mutations and other pathologies leads to an interruption of
K+ recirculation pathways. The expression of cochlin and
otoraplin, proteins that participate in structural or regulatory functions in the inner ear, suggests more diversity and
complexity of the mesenchymal tissues than envisioned
previously. The presence of otospiralin, a novel protein
found in fibrocytes of spiral limbus, spiral ligament and
subepithelial regions of the vestibule, represent a critical
finding since that protein has been shown to be essential for
the survival of the hair cells and supporting cells of the inner ear. A more profound knowledge and understanding of
the function of inner ear fibrocytes will provide a new and
promising aetiopathogenic approach to the treatment of inner ear disorders.
Key words: Fibrocyte. Gap junction. K+. Hair cell. Deafness.
Connexin. Cochlin. Otospiralin. Inner ear. DFNA9.
INTRODUCCIÓN
La cóclea contiene dos compartimentos principales rellenos de líquidos denominados endolinfa y perilinfa. Los espacios perilinfáticos (escala vestibular y escala timpánica)
contienen una solución rica en Na+ y pobre en K+. Por el
contrario, la composición iónica de la endolinfa contiene
una gran cantidad de iones K+ y escasa concentración de
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iones Na+. Además, la endolinfa tiene un potencial positivo
de 80-100 mV. Tradicionalmente se ha postulado que la estría vascular produce la endolinfa y el potencial endococlear, elementos esenciales para la transducción del sonido
por las células ciliadas del órgano de Corti. El espacio intercelular localizado en la estría vascular o espacio intraestrial es único porque está aislado de la perilinfa y la endolinfa por dos capas de células, marginales y basales,
conectadas por tight junctions. También se ha propuesto
que las condiciones iónicas del espacio intraestrial son
esenciales para la generación del potencial endococlear1,2.
Se han descrito dos tipos de membranas celulares que delimitan el espacio intraestrial, la membrana basolateral de
las células marginales y el sincitio, constituido por células
intermedias, células basales, fibrocitos del ligamento espiral y células de los capilares, todas unidas por gap junctions2
(fig. 1).
La integridad de las uniones intercelulares puede romperse en numerosas condiciones, patológicas o no, lo que
interrumpe la recirculación iónica y, consecuentemente, la
modificación de la composición de los líquidos endolaberínticos y del potencial endococlear. Esta alteración metabólica conduce a que se altere la homeostasis del oído interno, lo que impide la correcta función de las células
sensoriales, la células ciliadas, en la transducción del mensaje sonoro, lo que se traduce en una pérdida de audición,
reversible o no en función de la noxa implicada, el tiempo
de actuación del agente causal y la intensidad de las alteraciones metabólicas desencadenadas.
El objetivo del presente trabajo es revisar el papel de los
fibrocitos en los eventos metabólicos implicados en el
mantenimiento de la homeostasis del oído interno, así
como destacar el protagonismo de estas células en la etiopatogenia de diversas enfermedades del órgano cocleovestibular.
RECIRCULACIÓN DE K+ A TRAVÉS DE SISTEMAS
GAP JUNCTION
Cuando las células ciliadas son activadas por estímulos
mecánicos, los iones K+ del espacio endolinfático entran en
el citoplasma de las células ciliadas. Posteriormente, estos
iones son expulsados por las regiones basal y lateral, y
vuelven a circular hacia la endolinfa.
Las uniones intercelulares tipo gap junctions poseen canales que permiten el paso de moléculas inferiores a
1.000 Da entre las células. Estos canales se agrupan íntimamente y se denominan conexones, que son hemicanales
que se unen con sus homólogos de la membrana plasmática de las células adyacentes. Cada conexón es un hexámero
de una proteína llamada conexina. La localización de diversas conexinas en la cóclea de los mamíferos ha permitido establecer dos sistemas de gap junctions independientes,
el sistema epitelial y el sistema conectivo. El sistema epitelial, compuesto por las células interdentales del limbo espiral, las células de soporte del órgano de Corti y las células
de las raíces de la región más inferior del ligamento espiral,
está involucrado en la recirculación de K+ a través de las cé-
Figura 1. Corte semifino
de 0,5 ␮m de microscopio
óptico de la pared lateral
de la cóclea de cobaya,
en el que se muestra la
localización de los
diferentes tipos de
fibrocitos (azul de
toluidina, ×10).
lulas ciliadas durante el proceso de transducción mecanosensorial. Sin embargo, el sistema conectivo, compuesto
por varios fibrocitos del ligamento espiral (fig. 1) y la región supraestrial, células basales e intermedias de la estría
vascular, células mesenquimales que delimitan la escala
vestibular, las células oscuras supralímbicas y los fibrocitos
del limbo espiral, participaría en el mantenimiento del potencial endolinfático. Se han descrito al menos cuatro tipos
de conexinas en la cóclea de los mamíferos: conexina 263,
conexina 303 (fig. 2), conexina 314 y conexina 433. La mutación de genes de las conexinas, que causa la sordera hereditaria no sindrómica, podría justificarse por la interrupción de las vías de recirculación iónica de las gap junctions.
La presencia de Na-K-ATPasa5 y de un cotransportador
Na-K-Cl (NKCC1)6 en la membrana basolateral de las células marginales de la estría vascular y en los fibrocitos tipo
II del ligamento espiral y fibrocitos de la región supraestrial respalda la hipótesis de que la producción de la endolinfa, la generación del potencial endococlear y la recirculación de K+ se localiza en estas células de la pared lateral
coclear7. El papel de la Na-K-ATPasa consiste en la captación de K+ desde el espacio intraestrial y en mantener baja
la concentración intracelular de Na+. El transporte de Na+
desde la perilinfa hacia el espacio intraestrial, vía células
marginales de la estría vascular o fibrocitos del ligamento
espiral, podría alterarse por la acción de algunos fármacos,
que permitirían que este ión se acumule en el espacio intraestrial, lo que desencadena una reducción del potencial
endococlear y un mayor flujo de Na+ desde la perilinfa hacia la endolinfa8.
Otras enzimas que intervienen en el transporte de iones
(anhidrasa carbónica y creatincinasa) también han sido
descritas en los fibrocitos de la pared lateral coclear, que
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A
B
Figura 2. Expresión de conexina 30 en
el interior de la cóclea de una rata
Sprague-Dawley. A: la demostración del
ADN nuclear se consiguió con DAPI
(4,6-diamidino-2-fenilindol). B: se
observa un aumento de inmunotinción
de conexina 30 (en rojo) en varias
poblaciones celulares del limbo espiral y
la pared lateral (×200).
han sido clasificados en varios tipos (I-V) en función de su
localización, su orientación y su inmunotinción9.
Los iones K+, de localización perilinfática, captados por
los fibrocitos tipo II del ligamento espiral, se mueven a través de la estrecha barrera tipo tight junction de las células
basales de la estría vascular hacia el espacio intraestrial vía
gap junctions que interconectan los fibrocitos tipo II y las células intermedias de la estría vascular. La captación activa
de K+ por las células marginales desde el espacio intraestrial puede crear un fuerte gradiente de concentración de
los iones K+ entre el espacio intraestrial y el espacio intracelular de los fibrocitos tipo II, que arrastra dichos iones
hacia las células intermedias, desde donde son expulsados
hacia el espacio intraestrial. Una vez captados activamente
por las células marginales, éstas los expelen hacia la endolinfa, donde se encuentran disponibles para las células ciliadas del órgano de Corti.
CARACTERÍSTICAS ULTRAESTRUCTURALES
DE LOS FIBROCITOS IMPLICADAS
EN EL TRANSPORTE IÓNICO
Se han descrito cinco tipos de fibrocitos altamente especializados, en la pared lateral de la cóclea, que se diferencian según la localización, la ultraestructura y el contenido
de enzimas que intervienen en el transporte iónico (fig. 3).
Se podría resumir diciendo que existen unos fibrocitos con
un papel más estructural, los tipos I, III y IV, y unos fibrocitos funcionales, los tipos II y V. Pequeños matices de estructura morfológica y localización han justificado la subdivisión de algunos fibrocitos en diversas subpoblaciones
(fig. 1). Así, los fibrocitos tipo III circunferencialmente
orientados, que delimitan la cápsula ótica, y los fibrocitos
tipo IV, con forma de huso, localizados laterales a la membrana basilar, empaquetan el contenido coclear y contrarrestan las fuerzas mecánicas generadas por los sonidos.
Los fibrocitos tipo I, detrás de la estría vascular, están estrechamente empaquetados por fibras colágenas y moldean la forma de curvatura de la pared lateral. Los fibrocitos
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tipo II, por debajo de la estría vascular, y los fibrocitos
tipo V, por encima de la estría vascular, son ricos en mitocondrias y poseen muchas prolongaciones, lo que indica
una actividad metabólica muy elevada. Los fibrocitos tipos I, II y V y las células basales e intermedias de la estría
vascular están interconectados por uniones tipo gap junctions (fig. 4).
La presencia de Na-K-ATPasa en la membrana plasmática de los fibrocitos tipo II facilita el flujo de K+ desde las células del surco externo a los fibrocitos tipo I y posteriormente hacia las células basales y marginales de la estría
vascular. Los grandes pliegues de la membrana plasmática
de los fibrocitos tipo II aumentan la superficie de contacto
con las células del surco externo y con los fibrocitos tipo I
incrementan notablemente la disponibilidad de Na-K-ATPasa. Asimismo, los estrechos contactos y las gap junctions
entre los fibrocitos y entre estas células y las células marginales de la estría vascular justifican el transporte de K+ desde los fibrocitos hacia esta estructura.
Los fibrocitos tipo Ia, que contactan extensamente con
las células basales de la estría vascular a través de conexiones tipo gap junctions, poseen un perfil de membrana que
parece constituir una red de canalículos, denominada retículo canalicular, que está infiltrada por numerosas mitocondrias. Esta estructura permite el paso de K+ a través de
la célula y también el secuestro de iones del citosol, evitando su efecto tóxico, lo que no sucede en las células carentes
de este sistema como las de Hensen, Claudius y del surco
interno. La presencia de abundantes mitocondrias en proximidad al retículo canalicular podría indicar que éstas
proporcionarían el aporte energético suficiente para el
transporte iónico. Algunas células poseen un fino aparato
de Golgi, constituido por varios cúmulos de 5 cisternas cortas y/o vesículas adyacentes alineadas, que se sitúa próximo al retículo canalicular10.
Los fibrocitos tipo Ib se localizan por debajo de los Ia y
superiores y profundos respecto a los IIb. Se diferencian de
los anteriores en que poseen mayor número de mitocondrias y un citosol perinuclear más abundante, y además
contactan con prolongaciones alargadas del polo inferior
de los fibrocitos tipo II.
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A
C
B
D
E
Figura 3. Fotocomposición de microscopio electrónico de transmisión (MET) de pared lateral de cobaya. A: fibrocitos tipo I localizados en la
porción media del ligamento espiral; obsérvese la escasez de mitocondrias y de prolongaciones citoplasmáticas (×5.000). B: fibrocitos tipo II;
destaca la gran cantidad de mitocondrias y prolongaciones (×6.000), que se muestran en el rectángulo inferior derecho a mayor aumento
(×12.000). C: fibrocito tipo III (×6.000). D: fibrocito tipo IV (×4.000). E: fibrocitos tipo V (×2.500).
Los fibrocitos tipo IIb se sitúan en el área de la prominencia espiral. Muestran una polaridad estructural debido
a la existencia de prolongaciones y Na-K-ATPasa en el polo
superior del cuerpo celular elongado, en íntima proximidad con las células del surco externo, donde captan los iones K+ desde las raíces, y los liberan en el polo inferior hacia los fibrocitos tipo Ib a través de gap junctions. Algunas
de las células muestran un perfil con un abundante retículo canalicular y otras presentan numerosas vesículas.
Los fibrocitos tipos IV y V facilitan el flujo de electrolitos
hacia los fibrocitos tipo I desde las escalas vestibular y timpánica respectivamente, más que desde el órgano de Corti,
y también encierran un retículo canalicular extenso.
Los haces de las raíces compuestos de las prolongaciones
de las células del surco externo se extienden en la región de
Figura 4. Gap
junctions entre
fibrocitos tipo II
(×60.000).
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Tabla I. Elementos expresados en los fibrocitos del oído interno
Elemento
Función
Enfermedad
Conexinas 26,30,31,43
Transporte iónico intercelular
Sordera genética DFNA3 y DFNB1
Na-K-ATPasa, cotransportador
Na-K-Cl, anhidrasa carbónica
Generación del potencial endococlear,
recirculación de K+
Toxicidad por cisplatino, sordera súbita,
sordera autoinmunitaria, presbiacusia
Pendrina
Transportador I-Cl
Síndrome de Pendred
Otoraplina
Condrogénesis coclear
Malformación estructural
Coclina
Desconocida
Sordera autosómica dominante DFNA9,
sordera autoinmunitaria, ¿presbiacusia?,
¿enfermedad de Ménière?
Otospiralina
Supervivencia de las células ciliadas
y células de soporte
Posible sordera genética
la prominencia espiral, poblada por fibrocitos tipo IIb y
bandas estromales densas. El contenido de las raíces es
muy variable respecto al número de mitocondrias, retículo
canalicular y aparato de Golgi.
INMUNOTINCIÓN DE COCLINA
EN LOS FIBROCITOS DEL OÍDO INTERNO
Los fibrocitos cocleares y vestibulares son células que expresan el gen COCH, encargado de la síntesis de la proteína coclina. Estas células se atrofian mucho en la sordera
autosómica dominante DFNA9 y presentan depósitos acelulares homogéneos en las áreas donde se expresa la coclina11. Las mutaciones del gen COCH no sólo se han implicado en el DFNA9, sino que también podrían tener un papel
en la presbiacusia y en algunas enfermedades vestibulares.
Asimismo, la coclina ha sido considerada uno de los antígenos que causan la sordera autoinmunitaria. Un análisis
proteinómico ha identificado a la coclina como una de las
proteínas más abundantes del oído interno12. La acumulación de coclina mutada ejerce un efecto tóxico que ocasiona la reducción y la degeneración de fibrocitos y la sustitución de éstos por agregados eosinófilos en el ligamento
espiral y el limbo espiral13, a nivel de las vías de recirculación de K+ desde las células epiteliales del órgano de Corti
hacia la endolinfa de la escala media, implica una interrupción de la integridad de la red de gap junctions que normalmente existen entre estas células y es esencial en la
homeostasis iónica necesaria para el adecuado funcionamiento de las células ciliadas.
LA OTOESPIRALINA PRODUCIDA
POR LOS FIBROCITOS DEL OÍDO INTERNO
ES ESENCIAL PARA LA SUPERVIVENCIA
DE LAS CÉLULAS CILIADAS
En la presente revisión ha quedado suficientemente demostrado que el adecuado funcionamiento de las células
ciliadas depende de la composición iónica de los líquidos
endolaberínticos, endolinfa y perilinfa. Así, las estructuras
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que participan en el balance iónico, la estría vascular en la
cóclea y las células oscuras en el vestíbulo, que producen
endolinfa, rica en K, requieren de regiones mesenquimales,
no sensoriales, el limbo espiral y el ligamento espiral en la
cóclea y la estroma inferior al epitelio sensorial en el vestíbulo para mantener la homeostasis del oído interno. Esta
afirmación se apoya en la expresión en los fibrocitos de
Na-K-ATPasa, anhidrasas carbónicas II y III14,15, varios canales y transportadores16,17, proteínas de la matriz extracelular18,19 y moléculas reguladoras20. El hallazgo de que algunos fibrocitos también expresan conexinas 26, 30 y 313,4 y
el transportador I-Cl pendrina21 es una indicación más de
su importancia en el movimiento de líquidos y el flujo de
iones en el oído interno (tabla 1).
Otras proteínas como la otoraplina, que podría inducir la
condrogénesis en la cóclea durante el desarrollo22, y la coclina11 pueden participar en funciones reguladoras o estructurales en el interno, lo que indicaría más diversidad y
complejidad de los tejidos mesenquimales.
Sin embargo, el hallazgo de una proteína desconocida
hasta el momento, de 6,4 kDa, denominada otospiralina,
secretada por los fibrocitos del limbo espiral, el ligamento
espiral y las regiones subepiteliales del vestíbulo (mácula y
canales semicirculares), aporta una valiosa contribución al
conocimiento de la homeostasis de las células ciliadas. Así,
el bloqueo transitorio de la síntesis de otospiralina en el cobaya produce disfunción vestibular y sordera irreversible,
justificada por la degeneración de las células ciliadas23. Esta
degeneración sigue un patrón según el cual se produce una
mayor afección de las células ciliadas externas y células de
sostén que de las células ciliadas internas. La ausencia de
otospiralina podría alterar los fibrocitos, inducir la aparición de vacuolas y modificar factores importantes para las
células ciliadas y/o la homeostasis iónica. El desarrollo de
un modelo animal que presenta una deleción del gen Otos,
que codifica la otospiralina, produce una sordera moderada y una degeneración de los fibrocitos II y IV, por lo que
se ha señalado que esta disfunción moderada podría preceder a la aparición de una presbiacusia24.
En conclusión, la implicación de estructuras mesenquimales, no sensoriales, en la homeostasis del oído interno
representa un avance importante en el conocimiento de la
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fisiología coclear, ya que tradicionalmente se atribuía a estos elementos celulares un mero papel mecánico, de soporte estructural. Entender la importancia de los flujos iónicos
encargados del buen funcionamiento de las células sensoriales podría permitir el desarrollo de terapias específicamente destinadas a dichas alteraciones metabólicas. La
aplicación precoz de estos tratamientos, que puede tener
un ejemplo en la sordera súbita o en la sordera autoinmunitaria25, se ha mostrado muy eficaz y quizá tiene como
dianas terapéuticas los fibrocitos de la pared lateral y del
limbo espiral. Asimismo, estas células son el objetivo inicial
de fármacos ototóxicos como el cisplatino26. Otras causas
de disfunción cocleovestibular como el DFNA9, algunas
variantes de la enfermedad de Ménière y de la presbiacusia, pueden obedecer a la agresión sufrida por los fibrocitos
del oído interno.
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