Avances en la Comprensión de la Fisiopatología de la Enfermedad de Pompe y en su Terapéutica

• TITULO : Avances en la Comprensión de la Fisiopatología de la Enfermedad de Pompe y en su Terapéutica
• AUTOR : Lim J, Li L, Raben N
• TITULO ORIGINAL : Pompe Disease: From Pathophysiology to Therapy and Back Again
• CITA : Frontiers in Aging Neuroscience 6(177), Jun 2014
• MICRO : La enfermedad de Pompe es una enfermedad genética grave de depósito lisosomal, causada por deficiencia de la enzima alfa-glucosidasa ácida. En este trabajo, los autores describen los nuevos conocimientos en la fisiopatología y la terapéutica.

Introducción

La enfermedad de Pompe, también conocida como glucogenosis tipo II (GGII) o deficiencia de maltasa ácida, es originada por la ausencia o deficiencia de la enzima alfa-glucosidasa ácida (AGA), la cual es responsable de la segmentación de los enlaces glucosídicos alfa-1,4 y alfa 1,6 de las moléculas de glucógeno, para obtener glucosa. La deficiencia de esta enzima conduce a la acumulación de glucógeno en los lisosomas de numerosos tejidos. Los síntomas principales son secundarios a la afección de los tejidos cardíacos y esqueléticos, dada por esta acumulación anómala de glucógeno en los lisosomas de sus células.

La enfermedad se caracteriza por presentar un amplio espectro de manifestaciones que van desde una grave debilidad muscular de aparición en la edad infantil, con hipotonía y miocardiopatía hipertrófica, hasta una miopatía esquelética lentamente progresiva, relativamente leve y de presentación en la edad adulta. La enfermedad de Pompe es un trastorno poco frecuente, con una incidencia estimada de 1 en 40 000 individuos. En 1954, la enfermedad ya era conocida y clasificada como una patología dada por el anormal almacenamiento de glucógeno tipo II, debido a un metabolismo alterado del glucógeno. Sin embargo, la relación entre los lisosomas, el defecto enzimático y la enfermedad de Pompe se descubrió en 1963, con el hallazgo de la enzima maltasa ácida y de su acción catalizadora de glucógeno para obtener glucosa.

En esta enfermedad, la gravedad de las manifestaciones clínicas, el tejido involucrado y la edad de aparición de los primeros síntomas suelen correlacionarse con el tipo de mutación génica y el grado de actividad residual de la enzima. El gen GAA, codificante de la enzima AGA, se encuentra localizado en el cromosoma 17q25 y puede presentar numerosas mutaciones y polimorfismos a nivel poblacional. La mayoría de los afectados no son homocigotos para la mutación en cuestión, sino heterocigotos compuestos, es decir, que sus alelos presentan dos mutaciones diferentes. Éstas pueden involucrar a segmentos distintos del gen, afectando pasos implicados en la síntesis, en modificaciones postraduccionales, en el tránsito lisosomal o en el procesamiento proteolítico de GAA.

La mutación más común entre los niños de etnia blanca y entre adultos es la c.-32-13T> G (IVS1), que origina un defecto en el proceso de corte y empalme (splicing) del gen, lo cual permite la síntesis de niveles bajos, de alrededor de 10% a 20%, de la enzima normal. Se considera que existen factores modificadores que afectan la expresión y progresión de la enfermedad. Uno de éstos fue recientemente identificado: el polimorfismo deleción/deleción del gen que codifica para la enzima convertidora de la angiotensina. Es conocido que esta enzima aumenta el número fibras musculares de tipo II y que en pacientes adultos con enfermedad de Pompe este polimorfismo se relaciona con un inicio más temprano de la alteración, con niveles superiores de creatinquinasa (CK), con mayor dolor muscular y con una progresión más grave de la enfermedad.

La forma más grave del trastorno es aquella en la que los síntomas comienzan en los primeros meses de vida, e incluyen debilidad muscular profunda, hipotonía y miocardiopatía hipertrófica. La cardiomegalia es fácilmente detectable a partir de una radiografía de tórax. Son frecuentes también la disminución de la ventilación pulmonar y las infecciones respiratorias, así como la macroglosia y una leve hepatomegalia. En esta forma rápidamente progresiva, suelen apreciarse durante la primera infancia dificultades en la alimentación y retraso de pautas madurativas. La mayoría de los pacientes no sobreviven más allá del primer año de vida, debido a la aparición de insuficiencia cardíaca. Este subtipo grave de la enfermedad fue descrito por el doctor Pompe y es conocida como la forma infantil clásica, causada por la pérdida completa de la actividad de la enzima AGA.

Otra forma infantil, con presentación clínica similar en lactantes, que cursa con miocardiopatía de menor gravedad y ausencia de obstrucción del tracto de salida del ventrículo izquierdo, se ha denominado forma infantil no clásica y presenta un mayor período de supervivencia. La pérdida parcial de la actividad enzimática, con actividad enzimática residual de entre 1% y 30%, se manifiesta como disfunción muscular progresiva e insuficiencia respiratoria sin afectación cardíaca. Presenta una gran variabilidad fenotípica y heterogeneidad genotípica. En ésta, los miembros inferiores y los músculos paravertebrales son frecuentemente afectados desde el inicio, seguidos por trastornos en los músculos respiratorios, particularmente el diafragma y los músculos intercostales y accesorios. A medida que la enfermedad progresa, los pacientes pueden desarrollar escoliosis grave e hiperlordosis y desarrollan dependencia a una silla de ruedas y ventilación asistida, lo cual determina el aumento de la mortalidad en esta última etapa.

Actualmente, la clasificación más aceptada divide a las formas de presentación en: «infantil clásico», de desarrollo grave y temprano; de «la infancia» cuyas primeras manifestaciones pueden aparecer desde el nacimiento hasta la adolescencia y que no cursan con cardiopatía hipertrófica progresiva y una última forma denominada «del adulto» con inicio de los síntomas entre la adolescencia y la edad adulta tardía.

La enzima alfa-glucosidasa ácida y la terapia de reemplazo enzimático (TRE)

Al igual que muchas otras enzimas lisosomales, la AGA se sintetiza en el retículo endoplasmático rugoso (RER), en donde oligosacáridos de manosa son añadidos a moléculas precursoras, en un proceso conocido como glucosilación. La glucosilación y el adecuado plegamiento en el RER son esenciales para la circulación de la enzima a través del complejo de Golgi hacia los lisosomas. En el camino hacia los lisosomas, la proteína sufre modificaciones de su compuesto glucídico y un proceso de escisión proteolítica. En el aparato de Golgi, es fosforilada mediante la adición de residuos de manosa-6-fosfato (M6P), lo cual permite el reconocimiento de la enzima por parte de receptores de M6P, para transportarla hacia endosomas tempranos y tardíos. En el aparato de Golgi, ocurren segmentaciones proteolíticas, que en su conjunto permiten la maduración e incrementan la actividad de la enzima, la cual es luego liberada en vesículas, cuyo contenido es vertido en los lisosomas y en los endosomas tempranos y tardíos. En estas organelas, y debido a su bajo pH interior, la enzima se disocia de sus receptores para ejercer su acción. Los receptores son reciclados y el precursor remanente de AGA es liberado para ser utilizado por otras células vecinas. Esta habilidad celular para secretar e internalizar enzimas lisosomales es la base fundamental de la TRE en la enfermedad de Pompe.

La AGA recombinante humana (AGArh) es un precursor de 110 kilo Dalton (kDa) que contiene grupos de M6P, que permiten a la enzima la unión a su receptor en la superficie celular. Una vez dentro de la célula, la AGArh, al igual que el precursor endógeno, se escinde para producir formas lisosomales intermedias y totalmente maduras, de 76 y 70 kDa. En 2006, el fármaco recibió la aprobación de comercialización en Europa, y más tarde en los EE.UU. Esta es la primera terapia para GGII, y el primer intento de dirigir la enzima recombinante hacia el músculo esquelético. Esta terapia se basa en una hipótesis, que postula que la ampliación progresiva de los lisosomas por exceso de glucógeno lisosomal genera rupturas en las fibras musculares por distención mecánica y la liberación de glucógeno y otras sustancias tóxicas en el citosol, lo cual origina disfunciones orgánicas. Se ha determinado una progresión de la enfermedad en etapas, descritas para la forma infantil clásica: en una primera etapa, pequeños lisosomas que contienen glucógeno se ubican entre las miofibrillas intactas; una segunda etapa, se produce al aumentar el glucógeno citoplasmático y el tamaño y número de lisosomas combinados con la fragmentación de las miofibrillas. Luego, una tercera etapa surge cuando algunos lisosomas con gran contenido de glucógeno muestran ruptura de la membrana, y permanecen sólo unos pocos fragmentos miofibrilares. Finalmente, en las etapas 4 y 5, la mayor parte del glucógeno es citoplasmático, los elementos contráctiles de las células musculares se pierden por completo y las células se hinchan debido al ingreso de agua. El tratamiento precoz, antes de la pérdida de la integridad lisosomal, es el fundamento de la TRE. Sin embargo, la respuesta beneficiosa observada en el músculo cardíaco parece ser mayor que en el músculo esquelético, en donde la debilidad persiste. Por este hecho, mejoró la supervivencia a largo plazo, y muchos desarrollaron síntomas previamente no reconocidos, como ptosis palpabral, habla hipernasal, osteopenia, pérdida de la audición y reflujo gastroesofágico. La respuesta a la terapia varía significativamente en grupos de pacientes. No obstante, si bien existe una mejoría inicial, este fármaco parece no detener la progresión de la enfermedad y el tratamiento debería comenzar dentro de los primeros días después del nacimiento. El efecto de la terapia en los niños presintomáticos que fueron diagnosticados a través de un programa de tamizado neonatal en Taiwán fue mejor que en aquellos que fueron diagnosticados más tarde a partir de los síntomas clínicos. Además, también debe considerarse la reacción inmunológica a la enzima de reemplazo, que algunos pacientes desarrollan y que interfiere con la eficacia del fármaco. La edad adecuada para el inicio de la terapia en pacientes con formas más leves de la enfermedad no es clara. Las limitaciones de la terapia actual estimularon la investigación sobre fármacos más eficaces de segunda generación, diseñados para mejorar la entrega de la enzima recombinante hacia el músculo esquelético. El albuterol es un fármaco que aumenta la expresión del receptor de M6P y se encuentra en ensayo clínico en combinación con TRE. Otro enfoque terapéutico incluye el uso de chaperonas farmacológicas para aumentar la estabilidad y la vida media del agente. Se estima que valores cercanos a 30% de la actividad enzimática normal podrían ser suficientes para que la enfermedad no se manifieste, pero se necesitarían niveles mucho más elevados para revertir el daño muscular ya instalado.

Se encuentra en fase I y II de investigación la transferencia intramuscular del gen codificante de la enzima AGA. Los primeros resultados informaron una ligera mejoría de la función respiratoria en niños con dependencia crónica a la ventilación asistida.

Patogenia de la enfermedad

Se han descrito al menos tres vías autofágicas:

1 La microautofagia: es una inmersión directa de los componentes citoplasmáticos en el lumen lisosomal.

2 La autofagia mediada por chaperonas: en este proceso, un subconjunto de proteínas citosólicas solubles con una configuración de pentapéptido particular es reconocido por chaperonas moleculares y directamente traslocadas a los lisosomas a través de un receptor ubicado en la membrana lisosomal.

3 La macroautofagia: es la forma más relevante para la enfermedad de Pompe. Cumple la función de suministrar aminoácidos y energía a partir de la autodigestión de componentes intracelulares. La macroautofagia también opera para librar a las células de proteínas mal plegadas, agregados de proteínas y organelas cuya funcionalidad se vio reducida, tales como mitocondrias. Tras la inducción, el proceso de macroautofagia comienza con el desarrollo de una doble membrana, que envuelve parte del citoplasma, lo que resulta en la formación de la estructura llamada autofagosoma, que se fusiona con el lisosoma, en donde se degrada y se recicla.

En 1970, Andrew Engel informó la existencia de autofagia anormal en las biopsias musculares de pacientes con síndrome de Pompe adultos. La microscopía electrónica del músculo esquelético de los ratones knock out, reveló grandes áreas de acumulación de autofagia que contienen estructuras vesiculares en las diferentes etapas de un proceso detenido de autofagia: autofagosomas pequeños y grandes, de doble membrana y partículas citosólicas con glucógeno sin digerir, cuerpos multivesiculares, estructuras con múltiples membranas y otros residuos celulares.

La autofagia es un proceso dinámico, con la participación de múltiples etapas, que abarca la formación de un autofagosoma, una posterior maduración, la fusión de éste con los lisosomas y la descomposición y reciclado de los sustratos autofagocitados. El fracaso de un paso de la autofagia se traduciría en un bloqueo de ésta, lo cual aumentaría el número de autofagosomas, como se observa en la enfermedad de Pompe. Esto podría indicar la presencia de un aumento de la autofagia o de un trastorno de la fusión lisosoma-autofagosoma. Además, la presencia de niveles altos de proteínas ubiquitinizadas (marcadas para su degradación) es potencialmente tóxica para el músculo. A diferencia de los sarcómeros, estas inclusiones son incapaces de generar contracción, por lo que conducen a una pérdida significativa de la fuerza por unidad de masa muscular.

Además, los autores demostraron que la acumulación de restos autofágicos afecta el tráfico y la entrega de la enzima recombinante. El destino de la enzima terapéutica fue analizado mediante el control de la circulación, con AGArh marcado con Alexa Fluor-546 en ratones knock out para AGA (AGA-KO). La enzima recombinante se detectó casi exclusivamente dentro de autofagosomas agrupados en las áreas de acumulación. Parece ser que la enzima recombinante es desviada de su destino, el lisosoma, y en su lugar termina en la zona de autofagia.

Autofagia en pacientes de Pompe

La observación de biopsias musculares de pacientes no tratados con forma infantil clásica grave mostró que, de hecho, la gran característica de las fibras musculares en los lactantes fue la presencia de grandes lisosomas expandidos sin límites claros, lo cual es consistente con la hipótesis de la ruptura lisosomal y la liberación de glucógeno y enzimas líticas en el citoplasma, dando como resultado la destrucción muscular.

Sin embargo, los análisis de biopsias musculares de pacientes con formas juveniles y de adultos más leves de la enfermedad parecen demostrar que la autofagia es crítica en la patogénesis de la enfermedad de Pompe en este subgrupo de pacientes. La gran acumulación de restos de autofagia parece ser más importante que la existencia de lisosomas con gran contenido de glucógeno, que se encuentran fuera de la región de autofagia. La acumulación de restos de autofagia en la terapia de reemplazo enzimático podría no ser un efecto secundario del tratamiento, sino una indicación de que el fármaco invierte la patología sólo parcialmente y deja un subconjunto de los lisosomas que no son capaces de fusionarse con los autofagosomas.

Lipofuscinosis

Existe otra anormalidad en recién nacidos, niños y adultos, con tratamiento o sin éste: las biopsias musculares en la mayoría de los pacientes contienen grandes inclusiones, de forma irregular y con fluorescencia propia, generalmente ubicadas en la zona de acumulación de autofagia, en los lisosomas o libres en el citoplasma. La lipofuscina es un lipopigmento autofluorescente que se compone de agregados no degradables de proteínas, lípidos, hidratos de carbono y metales. Es un signo característico del daño oxidativo celular y de envejecimiento. La acumulación de lipofuscina intralisosomal afecta el tráfico de las enzimas lisosomales recién sintetizadas y, por lo tanto, disminuye aún más la capacidad de degradación de los lisosomas. La fisiopatogenia en el síndrome de Pompe parece ser mucho más compleja e implicaría una profunda desregulación de la autofagia, la acumulación de materiales potencialmente tóxicos no degradables y la inclusión de organelas y vesículas no contráctiles. Intervendrían además, el estrés oxidativo y las alteraciones mitocondriales.

Terapia de reducción de sustrato (TRS)

La aplicación eficaz de la TRS a otras enfermedades lisosomales estimuló los esfuerzos para poner a prueba un enfoque similar en la enfermedad de Pompe. La inhibición de las dos principales enzimas implicadas en la síntesis de glucógeno, la glucogenina y la glucógeno sintetasa, en mioblastos primarios de ratones AGA-KO, resultó en una disminución en la acumulación de glucógeno lisosomal y citoplasmático y en una reducción del tamaño lisosomal. En estos ratones, además, la inactivación de los genes codificantes para estas enzimas pareció revertir las anomalías cardíacas, reducir el almacenamiento de glucógeno y la acumulación de restos de autofagia, e incrementar la tolerancia al ejercicio.

Conversión del tipo de fibra muscular

Actualmente se considera que la conversión de fibras musculares rápidas en fibras musculares lentas puede ser beneficiosa en la enfermedad de Pompe. La eficacia de la conversión del tipo de fibra se logró mediante la expresión transgénica de un factor de transcripción que promueve la biogénesis mitocondrial y la remodelación del músculo. La conversión de fibras rápidas a fibras lentas, con un perfil metabólico más lento, redujo la cantidad de proteínas ubiquitinizadas acumuladas y eliminó por completo la acumulación de restos de autofagia. Sin embargo, esto originó el aumento de otras proteínas que favorecen la autofagia y la acumulación de glucógeno citoplasmático.

Supresión de la autofagia en el músculo esquelético

La supresión genética de la autofagia en ratones AGA-KO se logró mediante la inactivación selectiva de un gen crítico, el ATG7, en los músculos esqueléticos. De hecho, la inactivación de la autofagia resultó en una disminución significativa en la cantidad de glucógeno acumulado, apoyando la idea de que la vía de la autofagia es al menos parcialmente responsable de la entrega de glucógeno en los lisosomas.

La inactivación de un gen diferente, el ATG5, en el músculo esquelético de los ratones AGA-KO, condujo a una reducción moderada de la acumulación de glucógeno, pero al empeoramiento de las manifestaciones clínicas, con menor supervivencia.

Estimulación de la exocitosis lisosomal

Se sabe que los lisosomas presentan una regulación de la exocitosis. Este proceso implica la translocación y el acoplamiento de los lisosomas a la membrana plasmática, seguido de fusión con la membrana y la liberación del contenido lisosomal en el espacio extracelular, mediante un proceso dependiente de calcio. Actualmente se conoce que el factor de transcripción EB (FTEB) induce la exocitosis lisosomal, por lo que éste podría ser un punto de estudio importante, como blanco terapéutico a futuro.

Otro factor, denominado FTE3, tendría funciones similares y una mayor prevalencia en músculo, por lo que la modulación de éste y de FTEB podría evitar el principal obstáculo de la entrega de la enzima terapia al músculo esquelético y, además, restaurar el flujo y dirección de la autofagia.

Conclusión

A pesar de todos los avances en la fisiopatogenia, todavía quedan muchos interrogantes. Las vías de señalización que están vinculadas a los lisosomas son todavía un área inexplorada en la enfermedad de Pompe. La recientemente descubierta vía de señalización, denominada mTORC1, es un complejo de proteína quinasa que funciona como un regulador central del crecimiento celular y el metabolismo mediante la integración de las señales de nutrientes, energía y factores de crecimiento. La acumulación de aminoácidos en el lumen lisosomal inicia vías de señalización que culminan en el reclutamiento mTORC1 a los lisosomas, donde es activado por otro factor. La mejor comprensión de la fisiopatogenia de la enfermedad genera nuevos posibles alcances de la acción terapéutica.

Especialidad: Bibliografía - Hematología - Neurología