Papel de las Quimioquinas en la Cicatrización Normal y Patológica

• TITULO : Papel de las Quimioquinas en la Cicatrización Normal y Patológica
• AUTOR : Martins-Green M, Petreaca M, Wang L
• TITULO ORIGINAL : Chemokines and Their Receptors Are Key Players in the Orchestra That Regulates Wound Healing
• CITA : Advances in Wound Care 2(7):327-347, Sep 2013

Introducción

Las quimioquinas constituyen una familia de citoquinas quimiotácticas, relacionadas con la regulación de la función inmunitaria y con otras acciones biológicas, entre las que se destaca la angiogénesis. Se describe además su participación en procesos como la inflamación crónica, las afecciones autoinmunitarias, el cáncer y las enfermedades virales.

Así, la ausencia de regulación de la red de quimioquinas se correlaciona con modulación inadecuada del desarrollo de los vasos sanguíneos y puede inducir un entorno asociado con cicatrización inapropiada, fibrosis generalizada y cáncer. Dado que las quimioquinas son proteínas pequeñas, estables y que pueden potencialmente producirse a gran escala, se postula su utilidad como terapia adyuvante para la cicatrización de heridas.

  

Clasificación

Las quimioquinas representan una superfamilia de proteínas de 8 a 10 kDa, que comparten una homología estructural del 20% al 50%. Suelen incluir cuatro residuos de cisteína, los cuales forman puentes disulfuro que modifican la conformación espacial de la molécula.

Las principales familias de quimioquinas incluyen las moléculas del grupo CXC, en las cuales dos de los residuos de cisteína están separados por un aminoácido único, y del grupo CC, en las que ambos residuos de cisteína son adyacentes. Por otra parte, las quimioquinas que integran la familia CXC se clasifican de acuerdo con la presencia de un residuo de ácido glutámico (E), leucina (L) o arginina (R) luego del primer residuo de cisteína; las moléculas que contienen esta secuencia se denominan ELR+. La presencia o ausencia de esta cadena de aminoácidos resulta relevante en términos de la selectividad por los receptores o la generación de vías de señalización. En ese sentido, las quimioquinas ELR+ atraen neutrófilos y se caracterizan por su efecto angiogénico, mientras que las quimioquinas ELR- atraen linfocitos y presentan acciones angiostáticas. Otras familias comprenden los grupos XC y CX3C.

Por otra parte, los receptores de quimioquinas son moléculas de transmembrana asociados con proteínas G. Se los divide en cuatro familias, identificadas en función de sus ligandos: CCR1-10 (para las quimioquinas CC), CXCR1-7 (quimioquinas CXC), XCR1 (quimioquinas XC, linfotactinas alfa y beta) y CX3CR1 (fractalina). Asimismo, se han identificado receptores atípicos, entre los que se señala al receptor del antígeno Duffy para quimioquinas, el cual puede unirse con diversas moléculas, pero sin posibilidad de inducir vías de señalización. Al igual que el receptor señuelo D6, estos receptores pueden remover el exceso de quimioquinas circulantes para limitar sus efectos moduladores sobre el sistema inmunitario.

Aunque algunos receptores sólo pueden unirse con una quimioquina específica, la mayor parte de estas proteínas interactúan con más de un receptor; del mismo modo, numerosos receptores pueden unirse con más de una quimioquina de la misma familia. La interacción entre el ligando y el receptor desencadena la activación de una proteína G, con la consecuente iniciación de vías de señalización. Estos mecanismos inducen el movimiento celular o quimiotaxis. La regulación de la función de los receptores depende de diversas proteínas que facilitan su internalización; además, otras proteínas con capacidad de fosforilación de residuos participan en esta regulación funcional.

 

Regulación de la expresión

Las quimioquinas vinculadas con la inflamación son reguladas por factores microambientales. La expresión de las quimioquinas inflamatorias o inducibles es estimulada por productos derivados de las bacterias, la trombina, las citoquinas inflamatorias (factor de necrosis tumoral alfa, interferón gamma, interleuquina 6) y en respuesta al estrés. Los niveles de expresión de las quimioquinas pueden regularse por represión, activación de la transcripción, activación posterior a la transcripción, traducción o mecanismos posteriores a la traducción. En general, el proceso de represión se describe en las células no estimuladas; en cambio, la regulación a nivel posterior a la transcripción involucra alteraciones en la estabilidad del ARN mensajero (ARNm). Se presume que la mayor estabilización del ARNm podría formar parte de la patogenia de la cicatrización de las heridas, por medio del aumento de la producción y secreción de quimioquinas angiogénicas.

Además, el empalme (splicing) alternativo del ARN representa otro componente de regulación posterior a la transcripción que pueden modificar la actividad y distribución tisular de las quimioquinas. Por otra parte, la regulación posterior a la traducción se define como otra instancia de modulación funcional de estas proteínas, en la que participan la degradación por acción de proteasas, los cambios en la liberación y presentación de los receptores, la adhesión a moléculas extracelulares y la unión con receptores señuelo.

 

Función

Las quimioquinas han sido divididas en dos categorías funcionales, de acuerdo con su acción homeostática o proinflamatoria. Las quimioquinas homeostáticas se expresan en forma constitutiva y participan en el desarrollo y desplazamiento de los leucocitos en los ganglios linfáticos, mientras que las quimioquinas proinflamatorias se expresan en forma inducible y forman parte del reclutamiento de leucocitos y otros eventos relacionados con inflamación. Las quimioquinas de las familias CXC y CC pueden desempeñar funciones homeostáticas, proinflamatorias o ambas. Las quimioquinas proinflamatorias de la familia CC se expresan en múltiples tipos celulares en respuesta a estímulos inflamatorios y desencadenan la quimiotaxis de macrófagos, monocitos, linfocitos T, eosinófilos y basófilos, así como angiogénesis, activación de mastocitos y proliferación de células del músculo liso. Algunas quimioquinas de esta familia, como CCL17, CCL18, CCL19 y CCL21, se expresan de modo constitutivo en numerosos tejidos, por lo que parecen vincularse también con algunas funciones homeostáticas, como la participación de migración de leucocitos hacia órganos específicos.

Por otra parte, la función de las quimioquinas es modulada también por la presentación de sus receptores sobre la superficie celular. Si bien estos receptores suelen expresarse como monómeros, su disponibilidad como dímeros u oligómeros podría modular la función de sus ligandos.

 

Cicatrización en seres humanos

La cicatrización de heridas requiere de pasos secuenciales y superpuestos, que se inician con la hemostasia y continúan con la inflamación, la reepitelización, la formación de granulomas tisulares y el remodelado. En el proceso inflamatorio, los leucocitos migran a partir de los vasos adyacentes u facilitan la remoción de microorganismos y restos celulares. Asimismo, estas células secretan numerosas citoquinas que resultan relevantes para una cicatrización adecuada. Esta etapa del proceso se atenúa como consecuencia de una menor extravasación y de un incremento de la remoción de células inflamatorias por apoptosis. Luego se produce una etapa de proliferación, con epitelización y formación de tejido de granulación que contiene fibroblastos, con procesos asociados de angiogénesis y de contracción de la herida. En la fase de remodelado, el tejido de granulación se convierte en una cicatriz madura, con regresión de los neovasos, remoción de la matriz de transición y depósito de nuevas moléculas.

En la cicatrización normal, se verifica durante la hemostasia inicial la participación de la quimioquinas CXCL4 en el proceso de coagulación, que evita además la conformación prematura de nuevos vasos. Asimismo, las quimioquinas producidas en las áreas de tejido dañado promueven la migración de leucocitos hacia la lesión, con especial participación de las quimioquinas proinflamatorias CXCL8 y CCL2.

En la etapa inflamatoria del proceso de cicatrización, la CXCL8 estimula la permeabilidad del endotelio por medio de la modulación de la adhesión entre sus células y la facilitación de la salida de los leucocitos desde la circulación. A continuación, otras quimioquinas relacionadas con la respuesta inflamatoria son inducidas y atraen leucocitos hacia el área de la lesión, mediante la interacción con proteoglucanos. La llegada de los neutrófilos motiva la destrucción de bacterias, con secreción de proteasas y otros péptidos antimicrobianos, así como de especies reactivas del oxígeno. La CXCL8 provoca una menor apoptosis de los neutrófilos con reducción de la liberación de catepsina D a partir de las granulaciones de estas células inflamatorias.

Tras la llegada de los neutrófilos, se verifica la quimiotaxis de monocitos mediada por quimioquinas de la familia CC, como la CCL2 liberada por los propios neutrófilos en etapas previas del proceso de cicatrización o por los queratinocitos en fases posteriores. La fagocitosis de los neutrófilos apoptóticos por acción de los macrófagos facilita la remoción de las quimioquinas del área inflamatoria, lo que evita la llegada de nuevos leucocitos. Al resolverse la inflamación mediada por macrófagos, el tejido de granulación libera CCL3, CCL4 y CCL5 para la atracción de linfocitos, que constituyen la última población de células inflamatorias que actúa en el área lesionada.

Después de la resolución de la inflamación y al concluir la formación del tejido de granulación, se verifica la re-epitelización de la herida, con migración local de queratinocitos, la cual es estimulada, entre otros factores, por la quimioquina CXCL11. El posterior proceso de remodelado es una etapa más prolongada de la cicatrización, que involucra un recambio de la matriz extracelular con reducción asociada de la celularidad local. Los fibroblastos y miofibroblastos presentes en el tejido de granulación degradan la matriz provisional y sintetizan nuevas moléculas propias del tejido conectivo maduro, como la fibronectina y el colágeno tipo I y tipo III. Se ha demostrado que el receptor CXCR3 desempeña un papel relevante en el proceso de maduración dérmica y epidérmica en esta etapa de la cicatrización. La regresión de la neovascularización propia de esta fase se vincula con la apoptosis de células endoteliales, en la que intervienen las quimioquinas angiostáticas CXCL9, CXCL10 y CXCL11.

Se advierte que las alteraciones de estas etapas de la cicatrización, en términos de su duración o localización y función de las células participantes, pueden motivar estados patológicos, como heridas crónicas o formación de fibrosis, queloides, esclerodermia y psoriasis. Una vez que las células inflamatorias han removido los gérmenes y los restos celulares de la herida, debe interrumpirse la salida de estos elementos a partir de los vasos sanguíneos para lograr la resolución de la inflamación local. Se hace énfasis en la importancia de la remoción de neutrófilos y macrófagos, debido a que estas células forman especies reactivas del oxígeno y liberan proteasas, o bien estimulan a los linfocitos T, respectivamente. La incapacidad para la remoción de neutrófilos y macrófagos induce daño tisular excesivo y anomalías en el proceso de cicatrización.

Se ha señalado que algunas quimioquinas formarían parte de las alteraciones de la cicatrización. La molécula CXCL11 actúa a nivel de la interacción entre la dermis y la epidermis, así como en la maduración del tejido cicatrizal. La inhibición experimental de esta quimioquina produce inmadurez de la dermis y retraso en la re-epitelización. Además, la expresión de niveles excesivos de CXCL10 durante la fase precoz del proceso de cicatrización motiva el reclutamiento simultáneo de distintos elementos celulares inflamatorios. Se presume que las quimioquinas desempeñan un papel importante en la patogenia de las úlceras venosas crónicas, en el marco de sus efectos angiogénicos y su capacidad tanto para estimular como para resolver la inflamación.

En relación con las quemaduras, se ha informado que las quimioquinas CXCL1 y CXCR2 son estimuladas durante la cicatrización, en especial en las etapas de inflamación, re-epitelización y angiogénesis. Además, la molécula CX3CR1 se correlaciona con formación de vasos dérmicos; la falta de funcionalidad de su receptor reduce el reclutamiento de células mieloides en el área de la lesión y, en consecuencia, una menor angiogénesis.

Otro ejemplo de cicatrización inadecuada a nivel arterial está representado por las placas de ateroma, en las cuales la inflamación constituye un componente relevante. Numerosas quimioquinas se han asociado con la aparición de las lesiones por aterosclerosis. Los neutrófilos u los macrófagos son atraídos por las quimioquinas CXCL8 y CCL2, respectivamente, las que se expresan en respuesta a la lesión de las células endoteliales. La activación de los neutrófilos provoca la liberación de alfa-defensinas, con capacidad para unirse con las lipoproteínas de baja densidad para incrementar la adhesión a las células del endotelio; la acumulación de estas lipoproteínas es uno de los factores más relevantes en la formación de las placas de ateroma.

En otro orden, los queloides son cicatrices en las cuales se verifica proliferación de fibroblastos y miofibroblastos, así como exceso de producción de colágeno. A diferencia de lo que ocurre en las cicatrices normales, las células que integran los queloides expresan tanto CXCL1 y CXCL2 como sus respectivos receptores. En coincidencia, la expresión excesiva de quimioquinas se vincula con numerosas variantes de fibrosis en otros tejidos; la neutralización de la actividad de estas proteína puede reducir la acumulación de tejido fibrótico en modelos de enfermedades como la fibrosis pulmonar idiopática o inducida por bleomicina o la pancreatitis por fibrosis.

En relación con la esclerodermia, se verifica que esta enfermedad autoinmunitaria se caracteriza por la producción excesiva de matriz extracelular por actividad de los fibroblastos, con fibrosis de la piel y otros órganos. Entre las quimioquinas involucradas en esta afección se citan la mayor síntesis de CXCL8 en los fibroblastos, así como el incremento de los niveles circulantes de esta proteína y de las moléculas CCL2, CCL3 y CCL4. Se advierte que, en individuos sanos, no se advierte expresión de CCL2 en muestras de piel, mientas que está quimioquina se expresa en áreas comprometidas y no comprometidas de pacientes con esclerodermia. Se ha sugerido que la enfermedad se relaciona con una predisposición genética parcialmente explicada por una asociación significativa entre la esclerodermia y dos polimorfismos del gen CXCR2.

Especialidad: Bibliografía - Clínica Médica - Dermatología