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- www.neurologia.com Rev Neurol 2010; 50 (6): 349-359 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: joaquin.jordan@uclm.es 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 349 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 www.neurologia.com Rev Neurol 2010; 50 (6): 349-359 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 www.neurologia.com Rev Neurol 2010; 50 (6): 349-359 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 351 M.D. Cuenca-López, et al 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- 352 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- www.neurologia.com Rev Neurol 2010; 50 (6): 349-359 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: www.neurologia.com Rev Neurol 2010; 50 (6): 349-359 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- 353 M.D. Cuenca-López, et al 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 www.neurologia.com Rev Neurol 2010; 50 (6): 349-359 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 www.neurologia.com Rev Neurol 2010; 50 (6): 349-359 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]. Bibliografía 1 Perry VH. 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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. www.neurologia.com Rev Neurol 2010; 50 (6): 349-359 359