Revisión de temas cardiológicos

 

Participación del factor de necrosis tumoral-α en la aterosclerosis

 

Participation of the tumor necrosis factor alpha in atherosclerosis

 

Emma Rodríguez-Maldonado,* Alain Eduardo Hernández-Rebollar,* Rebeca López-Marure,* Felipe Massó,* Luis Felipe Montaño*

 

* Departamento de Biología Celular, Instituto Nacional de Cardiología "Ignacio Chávez". (IRCICH. Juan Badiano Ro. 114080 México, D.C)

 

Correspondencia

E. Rodríguez Maldonado.
Juan Badiano No. 1, México D.F 14080.
Tel. 5573-2911 ext. 1337.

 

Recepción: 11 de agosto de 2001
Aceptado: 30 de enero de 2001.

 

Resumen

La presente revisión menciona las características del factor de necrosis tumoral-α v el papel que esta citocina juega en el desarrollo de la lesión ateromatosa. Se describe, al detalle los efectos que tiene esta citocina sobre células endoteliales vasculares en condiciones normales así como de alto riesgo. Se propone que el TNF-α posee un papel central en el desarrollo inicial y en el progreso de la placa ateromatosa debido a que al afectarse los mecanismos de autorregulación de la célula endotelial la concentración de TNF-α se eleva de manera importante a nivel local generando, junto con la presencia local de diversos factores conocidos de riesgo, un microambiente autoperpetuable que favorece el desarrollo de la lesion ateromatosa.

Palabras clave: Aterosclerosis. Citocinas. Endotelio. Factor de necrosis tumoral-α. Factor de transcripción κB. Moléculas de adhesión.

 

Abstract

We describe tumour necrosis factor alpha and its role in the development of the atherosclerotic lesion, and detail the effects of this cytokine upon vascular endothelial cells under normal and high risk conditions. We propose that TNF-α performs a central role in the progression of the lesion since, once the endothelial cell feedback regulatory mechanisms are altered, there is an increase in the microenvironment TNF-α concentration, which together with some of the alreadv well known risk factors, generates an environment that favours and perpetuates the development of the atheromatous lesion.

Key words: Atherosclerosis. Adhesion molecules. Endothelium. Cytokines. Tumor necrosis factor-α. Ruclear transcription factor κB.

 

La aterosclerosis es una enfermedad progresiva de las arterias cuya importancia radica en ser la primera causa de morbilidad y mortalidad en México y en otros países del mundo occidental.^1-3 Aunque tradicionalmente se consideran como factores de riesgo a las hiperlipidemias, el tabaquismo, la hipertensión y la diabetes mellitus (Tabla I),⁴ ha quedado establecido que la infección por agentes bacterianos y virales también contribuye en el proceso aterogénico.⁵

De acuerdo con la hipótesis de "respuesta a la lesión" ^6-8 la aterosclerosis se inicia como consecuencia de un proceso de daño repetitivo sobre el endotelio, lo que desencadena una respuesta inflamatoria en la pared vascular. cuando el endotelio se lesiona, se provoca un desequilibrio en la producción de citocinas como IL-1, IL-5, IL-6, IL-8, IL-11, IL-15, quimiocinas y factores de crecimiento⁹ producidos por las células endoteliales, que conduce a la migración de monocitos y linfocitos T, a la migración y proliferación de células musculares lisas (CML), al depósito de matriz extracelular y de lípidos, así como a la síntesis de proteínas que favorecen la progresión de la lesión aterosclerótica.

 

Factor de necrosis tumoral

El factor de necrosis tumoral alfa (TNF-α), descrito por primera vez en 1975,¹⁰ es una citocina capaz de regular procesos de inmunidad, inflamación, hemostasia y angiogénesis en el endotelio.¹¹ Es un trímero bien caracterizado y secuenciado,^12-14 constituido por subunidades idénticas unidas de manera no covalente que conforman una estructura parecida a la de un cono¹⁵ (Fig. 1).

Cada subunidad es un péptido no glucosilado con peso de 17 κDa proveniente, mediante la actividad de una metaloproteasa, de una proteína precursora transmembranal de 26 κDa, la cual permanece unida a la membrana de los macrófagos y continúa activa aún después de la desgranulación.^16-19 Tanto los péptidos como la proteína precursora muestran actividad citotóxica aunque a través de mecanismos diferentes; la subunidad de 17 κDa se puede encontrar en la circulación en forma libre.²⁰

Aunque los principales productores de TNF-α son los macrófagos,²¹ los granulocitos,²² las células musculares vasculares,²³ y los linfocitos,²⁴ las células endoteliales²⁵ también son capaces de secretarlo; puede ser inducido por lipopolisacárido bacteriano e IL-1.²⁶ El TNF-α actúa de manera sinérgica con la IL-2 en la protección contra neoplasias.^27,28 Además se le atribuye un papel protector en ciertas infecciones intracelulares por virus,²⁹ parásitos³⁰ y bacterias.³¹ Sin embargo, se reconoce que también está implicado en diversos estados patológicos como fiebre,³² resorción ósea, caquexia, choque endotóxico, SIDA, diabetes mellitus, artritis reumatoide y enfermedad de crohn.^33-39 uno de sus efectos consiste en inhibir la actividad de la lipoproteína lipasa, lo que desfavorece la utilización de ácidos grasos e induce la síntesis de proteínas hepáticas de fase aguda.^40,41 Por lo tanto, parece ser que la liberación regional o sistémica del TNF-α es en parte responsable de algunos de los efectos patológicos de una gran variedad de enfermedades inflamatorias.

El TNF-α interactúa con receptores específicos de la superficie celular. Estos receptores son proteínas transmembranales constituidas por dos subunidades idénticas y se clasifican en TNFR-1 (55 κDa) y TNFR-2 (75 κDa).⁴² Aunque ambos receptores presentan alta afinidad por el TNF-α, la mayoría de los procesos celulares mediados por esta citocina requieren del TNFR-1.⁴³ La función del TNFR-2 no se conoce con exactitud pero parece potenciar las señales del TNF-α incrementando la concentración de esta citocina en la vecindad del TNFR-1.⁴⁴ Esta función de soporte es compatible con el modelo de "pase de ligando".⁴⁵ La unión del TNF-α con TNFR-1 activa una fosfo-lipasa C específica (PC-PLC) que sintetiza diacilglicerol (DAG) a partir de fosfatidilcolina.⁴⁶ El DAG es un segundo mensajero que activa dos enzimas: una proteína cinasa C (PKC) y una esfingomielinasa (SMasa). Aunque la activación de la PKC es dependiente de calcio, la PKC activada por TNF-α es una isoforma independiente de calcio.⁴⁷ Se han descrito dos tipos de SMasas capaces de responder a la activación de TNF-α, la SMasa-acídica (A-SMasa) que se localiza en endosomas o lisosomas y la SMasa-neutra (N-SMasa), localizada en la membrana citoplasmática. La ceramida actúa como un tercer mensajero y la señal que genera depende del tipo de SMasa que lo produce. Se ha demostrado que la ceramida actúa de manera similar al TNF-α en células endoteliales humanas, ya que inhibe la proliferación y afecta a proteínas reguladoras del ciclo celular.^47A La N-SMasa se activa 90 segundos después del tratamiento con TNF-α,⁴⁸ lo que sugiere un acoplamiento directo con el receptor e independencia del DAG. La ceramida, producto de esta esfingomielinasa activa MAP-cinasas y CAPK-cinasas⁴⁹ que desencadenan la síntesis de ácido araquidónico, prostaglandinas y leucotrienos involucrados en la respuesta inflamatoria. La A-SMasa es dependiente de DAG y está relacionada con la inducción de factores de transcripción como el NF-κB,^50,51 el cual regula la inducción de genes que codifican proteínas inmunológicamente relevantes.⁵² Esto sugiere que la N-SMasa activa vías no génicas mientras que la A-SMasa y algunas cinasas específicas activan vías génicas (Fig. 2). Otros inductores de NF-κB son: estrés oxidativo, LPS, virus, DNA bicatenario, peróxido de hidrógeno, lipoproteínas mínimamente modificadas, altas concentraciones de glucosa y lípidos insaturados.^53-56 Se han identificado varios sitios de unión κB en la región promotora del gen que codifica para el TNF-α, lo que indica que el NF-κB interviene tanto en la síntesis como en las acciones mediadas por el TNF-α, amplificando de esta manera la respuesta inflamatoria.

 

TNF-α y el endotelio

Se sabe que la mayoría de las actividades del TNF-α provocan disfunción en las células endoteliales, mediante la inducción de cambios morfológicos y funcionales^57,58 que han sido catalogados como activación endotelial (Tabla II). El TNF-α incrementa la permeabilidad del endotelio y la adherencia de leucocitos a esta monocapa^59-61 a través de la inducción de moléculas de adhesión celular como E-selectina, ICAM-1 y VCAM-1.^62-64 El TNF-α activa la quimiotaxis de leucocitos de manera directa⁶⁵ o a través de la secreción endotelial de quimiocinas como la IL-8 y la MCP-1, lo que favorece su migración a los sitios de lesión vascular (Figs. 3A y 3B). Lo anterior, explica el porque los monocitos y ciertos subtipos de linfocitos T están presentes en la lesión aterosclerótica.⁶⁶ Además el TNF-α influye en los eventos inflamatorios vasculares al regular la secreción endotelial de IL-1 e IL-6 e inducir la actividad de ciclooxigenasa y por ende la síntesis de prostaciclina (PG1₂).⁶⁷

 

TNF-α en la aterosclerosis

Modelos animales de aterosclerosis involucran al TNF-α en los eventos inflamatorios asociados con este trastorno vascular.⁶⁸ Barath y colaboradores⁶⁹ detectaron por primera vez TNF-α en el citoplasma de macrófagos, en células endoteliales y en células musculares de la pared vascular de ateroma humano. Ras y colaboradores⁷⁰ demostraron que la concentración de TNF-α se encuentra aumentada en arterias con aterosclerosis, respecto a arterias sanas y observaron además, que dicha concentración era mayor que la detectada en el suero. Esto implica que el TNF-α se produce de manera local en la pared vascular.

El TNF-α promueve la expresión de antígenos de histocompatibilidad clase I y II sobre el endotelio.^71,72 Una lesión temprana reconocible en la íntima arterial en la aterosclerosis es la "estría grasa", que está constituida por macrófagos y linfocitos T cargados de lípidos³ (células espumosas), muchos de los cuales se encuentran activados y tienen la capacidad de presentar antígenos en el contexto de moléculas de histocompatibilidad clase II,⁶⁶ lo cual es crítico para la amplificación de una respuesta inflamatoria local. La migración transendotelial de los monocitos y linfocitos está mediada por moléculas de adhesión y se favorece por el TNF-α liberado por las células endoteliales y subendoteliales. El análisis inmunohistoquímico de arterias con aterosclerosis ha mostrado un incremento en la expresión de moléculas de E-selectina, ICAM-1 y V-CAM-1.^73,74 El hecho de que se presente una respuesta inflamatoria localizada que puede ser mantenida por largos periodos, favorece la disfunción endotelial y como consecuencia, el aumento local de moléculas de adhesión y de otras moléculas implicadas en la transmigración de leucocitos.

Se ha descrito una asociación entre la expresión de TNF-α y la progresión de la placa.⁷⁵ En pacientes con lesiones ateroscleróticas carotídeas avanzadas se ha detectado una mayor expresión de TNF-α cuando cursan con síntomas isquémicos.⁷⁶ Es posible que el incremento local de esta citocina contribuya al establecimiento de isquemia, al promover la conversión de la placa de ateroma en un sitio protrombótico. Lo anterior tiene sentido ya que el TNF-α transforma el endotelio es una superficie coagulante a través de la regulación negativa de funciones antitrombóticas⁷⁷ y la regulación positiva de moléculas protrombóticas tales como el factor tisular y el factor von Willebrand,⁷⁸ las cuales podrían contribuir a la formación de una red adhesiva de plaqueta-fibrina durante la progresión de la placa. Fyfe y colaboradores⁷⁹ detectaron una elevada concentración de TNF-α en sangre coronaria de pacientes con transplante cardiaco que desarrollaron aterosclerosis coronaria acelerada. Algunas de las complicaciones asociadas a un infarto extenso de miocardio (hipotensión, edema pulmonar y/o arritmias) parecen relacionarse a una concentración sérica de TNF-α igual o mayor a 145 ng/L.⁸⁰ Aunque aún no está claro si estos eventos son de importancia patogénica o sólo un evento secundario, la presencia del TNF-α en sitios de lesión y los hallazgos en modelos animales apoyan un mecanismo fisiológico.

 

Mecanismos patogénicos del TNF-α propuestos en la aterosclerosis

La hipercolesterolemia se relaciona directamente con la aparición de lesiones de aterosclerosis. Las lipoproteínas de baja densidad (LDL) que suelen formar complejos con el colesterol, son capaces de inducir la expresión de TNF-α e IL-1 en macrófagos de manera proporcional a su do-sis.⁸¹ El incremento del TNF-α en la periferia de las células endoteliales promueve su activación y autorregula su producción,^23,25 la cual es también modulada por ácidos grasos a través de la activación del factor NF-κB.⁸² Resulta interesante que en ratones que carecen de TNRF-1 haya un incremento en el tamaño de las lesiones ateroscleróticas, comparado con animales silvestres.⁸³ Más aún, en las lesiones de estos ratones, hay un aumento en la expresión de los receptores barrenderos (scavenger), los cuales participan en la captura de lipoproteínas modificadas (LDL acetiladas) por los macrófagos, lo que favorece la formación de la estría grasa. Este mecanismo puede potenciar de manera importante la producción de TNF-α y producir la respuesta inflamatoria que conduce a la lesión endotelial inicial.

Las acciones del TNF-α sobre las células endoteliales, como en los macrófagos, se realizan mediante su interacción con los receptores TNFR-1 y TNFR-2.⁸⁴ El primero es el receptor más abundante en la célula endotelial; su significado funcional en la activación endotelial es evidente, en tanto que no lo es para el TNFR-2. La unión del de TNF-α con TNFR-1 incrementa la expresión de E-selectina, ICAM-1 y VCAM-1,^85,86 así como la secreción de IL-8 y MCP-1,⁸⁷ moléculas involucradas en el proceso aterogénico. Esta última observación ha sido corroborada y ampliada por nosotros.⁸⁸ Estos hallazgos sugieren que el receptor TNRF-1 regula los mecanismos de defensa del hospedero y es un mediador primario en los procesos de adhesión, migración, reclutamiento y transformación de los macrófagos durante la aterogénesis (Fig. 4). Existen pocos reportes acerca de la transducción de señales por TNF-α en células endoteliales. En contraste con otros tipos celulares, la expresión endotelial de moléculas de adhesión inducida por TNF-α, parece realizarse sin la participación de PC-PKC o mecanismos dependientes de calcio. Sin embargo, se ha descrito que la PKCζ, una proteína cinasa C atípica, independiente de ésteres de forbol y Ca⁺⁺, se activa directamente por ceramida inducida por TNF-α⁸⁹ Esta cinasa se localiza en el citosol y activa al factor NF-κB. La activación de NF-κB se inicia con la fosforilación de la subunidad I-κB, que parece realizarse directamente por la PKCζ. La I-κB fosforilada se degrada y libera el heterodímero p50/65, que se transloca al núcleo y se une a regiones promotoras de varios genes relacionados con el proceso inflamatorio, así como al de la subunidad inhibidora I-κB, lo que implica que éste es un sistema inducible autorregulado durante la activación endotelial.⁹⁰

En conclusión, los hallazgos antes descritos colocan al TNF-α como un posible inductor y regulador crucial en el proceso aterogénico. Los factores de riesgo, como el aumento en las concentraciones de LDL o infecciones recurrentes pueden inducir la activación endotelial a través de la inducción de TNF-α. Inicialmente, el endotelio podría restringir el reclutamiento de macrófagos y regular así la formación y desarrollo de la estría grasa. Sin embargo, es probable que las células endoteliales de una región determinada, expuestas repetidamente al TNF-α, pierdan su capacidad de autorregulación y entonces aumente la transmigración celular y la acumulación de lípidos en el espacio subendotelial favoreciendo así el desarrollo de la placa ateromatosa.

 

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