Inflamación y Endotelio

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Escrito por Javier Molina, MD - Jose Fernando Molina, MD | 17 de Enero de 2006

Las últimas décadas han sido muy productivas en el conocimiento de la célula endotelial y de su función durante el proceso inflamatorio;  antes, al endotelio se le consideraba como una simple barrera  física que separaba la sangre de los tejidos subyacentes. No obstante que su estructura es aparentemente sencilla, actualmente se sabe que es un órgano altamente  especializado y   metabólicamente muy activo; desempeña un papel muy importante no sólo en el mantenimiento del tono y de la permeabilidad vascular sino también en el tráfico de los leucocitos y en la modulación de la homeostasis y  trombosis.

La célula endotelial participa en todas las fases de la inflamación aguda o crónica;  produce mediadores de la vasodilatación como óxido nítrico y prostaciclina y expresa  moléculas de adhesión que facilitan la adherencia y transmigración de los leucocitos.  El evento inicial en la inflamación aguda es la vasodilatación con el subsecuente aumento de la permeabilidad vascular y la exudación de neutrófilos;  aunque los mediadores de la vasodilatación pueden surgir del plasma, los leucocitos o las plaquetas, el endotelio como órgano regulador del tono vascular  contribuye en este proceso.

La célula endotelial, por su ubicación entre la sangre y los tejidos, desempeña un papel crucial en la respuesta inflamatoria al controlar el ingreso de mediadores y de células inflamatorias a los sitios de la inflamación;  estas funciones  son reguladas por cambios en las propiedades adhesivas de las células. En reposo, la célula endotelial es muy adherente a la lámina basal subyacente del tejido conectivo como colágeno, laminina y proteoglicanos; esta adherencia es dependiente de las integrinas.  Su unión lateral  es más compleja, pero las  caderinas desempeñan un papel importante en el proceso inicial.

En la inflamación, el endotelio emite señales para que ocurra la migración extravascular de los leucocitos; en condiciones normales, éstos tienen un contacto fortuito con las células endoteliales, pero cuando los tejidos se deterioran por infecciones, injurias traumáticas o de otra índole, sus células liberan citoquinas proinflamatorias (IL-1 y FNT ) y  aminas vasoactivas que ocasionan grandes cambios en las células endoteliales de los vasos sanguíneos contiguos.  Estas sustancias incrementan el flujo sanguíneo tisular y modifican la permeabilidad endotelial causando eritema y edema local;  las citoquinas modifican las propiedades adhesivas de la célula endotelial, lo que permite la migración de los leucocitos al sitio de la lesión.

Estos eventos son mediados en secuencia, por una serie de moléculas que discutiremos a continuación.

Moléculas de adhesión

Se conocen dos mecanismos por los cuales las células se comunican entre sí para lograr una buena respuesta inmune: las “citoquinas” y las “moléculas de adhesión” ( interacción “receptor-ligando”);  su función coordinada es necesaria,  pues  algunas citoquinas inducen y regulan  las moléculas de adhesión.

En condiciones normales los leucocitos circulan libremente en la sangre debido a que sus membranas y las de las  células endoteliales tienen cargas eléctricas negativas y en  consecuencia se repelen  entre sí.

Las moléculas de adhesión son proteínas de superficie celular que participan en la unión de células, usualmente leucocitos (unos con otros), unión a células endoteliales o a matriz extracelular.

Las interacciones y respuestas que se inician por la unión de estas moléculas con  sus receptores ligandos son esenciales en procesos de inflamación y reacciones inmunes, fenómenos trascendentales en la defensa del organismo.  La adhesión de leucocitos polimorfonucleares a células endoteliales es un evento inicial  en la inflamación aguda y  ocurre principalmente en las vénulas poscapilares adyacentes a los sitios de invasión bacteriana o trauma tisular y varía con la naturaleza del estímulo inflamatorio.

Las interacciones adhesivas entre células y  entre éstas y proteínas de la matriz extracelular juegan un papel importante en la embriogénesis, el crecimiento celular y diferenciación, en la defensa del huésped  y en el mantenimiento de la integridad vascular y epitelial.

Existen  dos tipos de interacciones: homotípica y heterotípica; la primera es la interacción entre las moléculas de superficie de dos células idénticas (caderinas) como sucede en el reclutamiento de las plaquetas en la formación del coágulo;  la segunda  ocurre entre dos células diferentes o la adhesión celular a componentes de la matriz extracelular (integrinas) como acontece  en la interacción entre leucocitos y la célula endotelial (Figura 1).

Los principales grupos de moléculas son: las selectinas, la familia de las  integrinas, la superfamilia de las inmunoglobulinas y las caderinas (Figura 2). Existen otras proteínas funcionalmente clasificadas como moléculas de adhesión que participan en la asociación de las células T con las células presentadoras de antígeno y en la activación del  linfocito T.{mospagebreak title=Selectinas}

Selectinas

Son moléculas de adhesión de baja fuerza, dependientes de calcio, que tienen en común una lectina aminoterminal por medio de la cual se unen a sus ligandos naturales  tipo carbohidratos o glicopéptidos no proteínas; estructuralmente contienen un dominio tipo EGF, 2 a 9   repetidores   reguladores del complemento y una cola citoplasmática corta.

Las selectinas median el primer paso en la adhesión de los leucocitos en los sitios de inflamación o de injuria; facilitan el rodamiento de  los leucocitos sobre la superficie endotelial  de las plaquetas o de otros leucocitos. En consecuencia,  los leucocitos circulantes se unen a  las selectinas expresadas en las vénulas del endotelio activado y  si bien esta unión es relativamente baja, es suficiente para funcionar como un freno biológico que desacelera y facilita el rodamiento de los leucocitos  sobre la célula endotelial; las selectinas interactúan con ligandos de carbohidratos en los leucocitos y en las células endoteliales.

Se han identificado tres moléculas diferentes:  L- (leucocito), E- (endotelio) y P- (plaquetas) selectinas,   las cuales participan en los sistemas vascular y hematopoyético. La  P- selectina se une a su ligando glicoproteína P-selectina (PSGL-1); la L-selectina interactúa con el GLYCAM-1 y el CD34 y la  E- selectina posiblemente con el ESL-1.

La P-selectina (PADGEM-GMP-140) se encuentra constitutivamente en etapa preformada en los cuerpos de Weibel-Palade de las células endoteliales y en los gránulos alfa de las plaquetas;  se expresa en minutos en las células endoteliales luego de la estimulación con trombina e  histamina  y se internaliza rápidamente; su expresión es por lo tanto transitoria  y puede unir polimorfonucleares al endotelio sin  activación  de las B2 integrinas . También es  sintetizada por los megacariocitos y por consiguiente media la adhesión  entre leucocitos y plaquetas. Se une a grupos carbohidratos presentes en glicoproteínas de leucocitos, principalmente azúcares Lewis-x-sialilados. Esta   selectina  participa en la primera fase de adherencia y en consecuencia, los leucocitos disminuyen su velocidad y se aproximan a las células endoteliales iniciando el proceso de rodamiento; además, emite señales que hacen a las B2 integrinas competentes para formar uniones de alta afinidad con sus ligandos.

La L-selectina (MEL-14 –LAM-1) se expresa constitutivamente en la superficie de los leucocitos y es  importante en la migración de los linfocitos dentro de los nódulos linfoides periféricos y sitios de inflamación crónica.  Las citoquinas inducen la expresión de contrarreceptores de la L- selectina y por consiguiente median la adhesión de  leucocitos al endotelio; se  libera de la superficie de los linfocitos por acción enzimática y en consecuencia se pueden encontrar  niveles altos de L-selectina soluble en fluidos biológicos de sujetos con diversas condiciones patológicas.

La E-selectina (ELAM-1) se expresa en las células endoteliales después de su activación por citoquinas, principalmente IL-1 y FNT;  su expresión ocurre aproximadamente en una hora, es máxima a las 4 a 8 horas y persiste durante 24 a 48 horas.  Media la adhesión de neutrófilos, monocitos, eosinófilos y LT al endotelio; se une a la molécula ácido siálico antígeno Lewis  que es su ligando.   Es esencial en la cooperación  de la homeostasis del leucocito y en la regulación de su  movimiento  de la sangre a los tejidos; también es importante en la patogénesis de la aterosclerosis.

Si ocurre un defecto en la función de las selectinas por falla en la síntesis de carbohidratos, principalmente del ácido siálico Lewis-x (ligando de la selectina E), se presenta el síndrome de deficiencia en la adhesión leucocitaria (LAD II). La expresión de la CD 18 es normal pero existe un trastorno  en la movilidad de los neutrófilos.

En resumen, el  papel principal de las selectinas es facilitar la unión tenue de los leucocitos al   endotelio durante los eventos  iniciales de la inflamación u otros procesos relacionados;  por lo tanto, esta  adherencia  leve y transitoria  permite que las células rueden a lo largo de la pared vascular endotelial. Luego de esta unión se separan totalmente o se unen más como resultado de la acción de las integrinas u otros CAMS;  los anticuerpos monoclonales contra las selectinas o sus contrarreceptores pueden bloquear este  proceso.{mospagebreak title=Integrinas}

Integrinas

Son las moléculas de más amplia distribución;  se expresan en casi todas las células nucleadas, principalmente linfocitos T no activados y monocitos;  se conocen más de 22.  Tienen un papel importante en muchos procesos biológicos, incluyendo la organogénesis, el remodelamiento de tejidos, la trombosis y la migración de los leucocitos. Son glicoproteínas de membrana con dos subunidades alfa y beta, asociadas no covalentemente; son igualmente los principales receptores que  median las interacciones de alta fuerza con otras células y con la matriz  extracelular.  Se han identificado 16 cadenas diferentes; según la cadena B se subdividen en 8 familias (B1–B8).

Las integrinas alfa unen secuencias R G D (arginina, glicina, aspartato) en los ligandos;  la subunidad beta confiere la especificidad a la integrina y con base en ella se distinguen las siguientes tres subfamilias:

Las integrinas B1 o VLA (1-6) son moléculas de activación tardía, expresadas en la célula T, dos a cuatro semanas después de su estimulación.  Poseen receptores que se unen a componentes de la matriz extracelular como fibronectina, laminina y colágeno; también son importantes en la cicatrización de las heridas y en la migración celular durante la embriogénesis.  La VLA–4 media la unión de linfocitos a vénulas endoteliales altas de las placas de Peyer y al endotelio en sitios de inflamación y es el ligando del receptor VCAM-1, molécula de expresión endotelial.

Las B2 se expresan exclusivamente en los leucocitos y  son críticas en la migración de los leucocitos a los sitios de inflamación; son importantes en la adhesión de leucocitos a otras células y al endotelio vascular. La B2 se conoce también como CD11/CD18; la CD11 se refiere a una cadena alfa diferente y la CD18 a una subunidad beta común.

Las  B3 comprenden las citoadhesinas que se han identificado principalmente en las plaquetas y por lo tanto tienen un papel muy importante en la activación plaquetaria y en la trombosis.

La LFA-1 conocida también como CD11a/CD18, se expresa en todos los leucocitos maduros; es la más versátil de las moléculas de adhesión y participa  en la adherencia de leucocitos con ICAM-1 e ICAM-2,  moléculas de expresión  endotelial  que pertenecen  a la superfamilia de las inmunoglobulinas.

La importancia de esta integrina se demuestra en el síndrome de deficiencia congénito de adhesión leucocitaria (LAD-1), debido a un defecto funcional de la subunidad B2; por lo tanto los neutrófilos no son orientados por los factores quimioatractantes, no pueden unirse ni cruzar el endotelio y no hay formación de pus. Los pacientes se presentan con infecciones recurrentes en la niñez con frecuencias fatales. 

Otros miembros de esta familia son las moléculas CD11b/CD18 (Mac-1, CR3) que se expresan en fagocitos (neutrófilos, monocitos, macrófagos);  se une al fibrinógeno y a otras proteínas no necesariamente presentes en células endoteliales.  El CD11c/CD18  (p150-95)  también es importante en la adhesión de neutrófilos y monocitos. 

Los principales ligandos de las integrinas pertenecen a la familia de las superinmunoglobulinas y son los ICAM-1, ICAM-2 y el VCAM-1 que son principalmente  moléculas de expresión endotelial.

Una característica importante de las integrinas es que existen  en estado  activo e inactivo;  una célula activada puede transmitir una señal desde su  citoplasma para modificar la conformación de los dominios extracelulares de las integrinas en la membrana celular, aumentando la afinidad de estas moléculas por sus ligandos.  Esta señal “inside out” (de adentro hacia afuera) ocurre, por ejemplo, cuando los leucocitos son estimulados por péptidos bacterianos y así rápidamente aumentan la afinidad de las integrinas leucocitarias por miembros de la familia de las superinmunoglobulinas. La señal “outside in” (de afuera hacia adentro) permite la unión de una integrina a su ligando afectando muchos procesos internos en la célula, incluyendo proliferación y apoptosis; la señal de activación ocurre entonces a través de la unión de ésta.

 En resumen, las integrinas son fundamentales en la segunda y en la tercera fase de la adherencia de los leucocitos al endotelio; durante la segunda fase las B2 integrinas se incrementan en los neutrófilos y se activan por acción de las quimoquinas como I-L8 que causan cambios conformacionales en las integrinas leucocitarias (LFA-1,MAC-1                y VLA-4). Entonces cesa la fase de rodamiento; durante este proceso los leucocitos son activados por quimioatractantes que ocasionan gran afinidad entre las B2 integrinas y el endotelio activado.   En la tercera  fase se presenta la interacción de las integrinas activadas con sus contrarreceptores endoteliales (ICAM-1, VCAM-1) ocasionando la adhesión firme de los leucocitos al endotelio.{mospagebreak title=Superfamilia de las inmunoglobulinas}

Superfamilia de las inmunoglobulinas

Llamadas así  por su estructura similar a la de las inmunoglobulinas;  son fundamentales en la adhesión de los leucocitos con sus principales contrarreceptores, las integrinas.

Este grupo comprende un gran número de moléculas importantes en la respuesta inmune e inflamatoria y en el desarrollo embriogénico y del sistema nervioso; algunas participan directamente en el reconocimiento del antígeno y  otras son las moléculas del complejo mayor de histocompatibilidad.

Los miembros de esta familia son cruciales en la adherencia celular; los más conocidos son: ICAM-1, ICAM-2, ICAM-3, VCAM-1 y el PECAM-1 que tienen un papel importante en la adhesión entre la célula endotelial y los leucocitos. 

El ICAM-1 tiene amplia distribución en las células hematopoyéticas y no hematopoyéticas, incluyendo LT, LB, fibroblastos y células endoteliales; los niveles de expresión de estas moléculas se pueden aumentar y regular por varias citoquinas.   Se encuentra aumentado en la inflamación y en unión del ICAM-2  regula varias funciones de los linfocitos; una de sus acciones en la enfermedad cardiovascular es facilitar el paso de leucocitos del espacio vascular a través de los tejidos mediante su unión con la integrina B2; es el principal ligando para la integrina CD11a/CD18  y  su expresión endotelial se observa  después de 4 horas y es máxima a las 24 horas.  También se encuentra en forma soluble en fluidos biológicos  en enfermedades como artritis reumatoidea, cáncer, malaria, etc.  La expresión de ICAM-2 es más restringida, se encuentra principalmente en células endoteliales vasculares; también interactúa con CD11a/CD18 y a diferencia de ICAM-1 se expresa constitutivamente y su expresión no se incrementa por citoquinas.

La molécula VCAM-1 se expresa en las células endoteliales activadas por mediadores de la inflamación y su interacción con la integrina VLA-4 constituye un segundo mecanismo de adhesión de los linfocitos con el endotelio.

El PECAM-1 aumenta la fuerza de unión de las integrinas leucocitarias con otros miembros de la superfamilia de las inmunoglobulinas; además, regula la penetración de los leucocitos a través de la membrana basal endotelial y asiste el paso de neutrófilos y otros leucocitos a los tejidos extravasculares.

Son moléculas de adherencia celular dependientes de calcio; a esta familia pertenecen las caderinas “clásicas” y las subfamilias de proteínas estructuralmente relacionadas.  Son importantes en el desarrollo embriogénico, la formación de las capas epiteliales de la piel y el intestino, y en la formación axonal del sistema nervioso.  Además de mantener la integridad de la capa epitelial, son fundamentales en la organización de su arquitectura.

Si bien median interacciones celulares homotípicas por unión a sus homólogas en células adyacentes, se ha demostrado que algunas se pueden unir a miembros de otras familias; forman una especie de cremallera con puntos de ensamblaje para las uniones laterales entre las células.  También, los dominios citoplasmáticos de las caderinas interactúan con las placoglobinas y las cateninas que son proteínas citoplasmáticas unidas al citoesqueleto de actina (Figura 3).

Aunque las clásicas fueron identificadas inicialmente (N, P,  R, B y E), las más conocidas son la E que se encuentra en las células epiteliales, la N en el tejido nervioso y la P en la placenta.

Un defecto de interacción entre las moléculas de adhesión es importante en cáncer; la falta de expresión de las caderinas en algunas células tumorales facilita su desprendimiento dando origen a metástasis a distancia.

Son una superfamilia de proteínas pequeñas que juegan papel muy importante en las respuestas inmune e inflamatoria y en las infecciones virales.  La mayoría tienen propiedades quimioatractantes sobre los leucocitos pero también afectan la angiogénesis, la producción de colágeno y la proliferación de precursores hematopoyéticos.  Incluyen aproximadamente cincuenta proteínas diferentes que se dividen en cuatro familias según su estructura: C, CC, CXC  y  CX3C.

Probablemente casi todo tipo de célula puede producir quimoquinas luego de condiciones apropiadas, generalmente cuando está activada y casi siempre, debido al mismo estímulo, produce muchas quimoquinas.  Así, la célula endotelial activada por citoquinas inflamatorias produce MCPs (proteínas quimioatractantes de monocitos), MIPs (proteínas inflamatorias de macrófagos), RANTES (proteínas reguladoras expresadas y secretadas en la activación normal del LT), CC, fractalquina (CX3C) y varias moléculas CXC.

La mayoría se subdividen en dos subfamilias: la A (CXC) activa principalmente neutrófilos y linfocitos y la  B (CC) actúa sobre muchos subgrupos de células mononucleares, incluyendo monocitos, granulocitos, células NK y células dendríticas pero son inactivas sobre neutrófilos.  Las diferentes quimoquinas son específicas para determinado tipo de leucocitos:  la IL-8  atrae neutrófilos, las MIPs, monocitos y los RANTES, linfocitos de memoria.

Cuando los leucocitos son activados por quimioatractantes o quimoquinas (MIPs, IL-8, MCP, RANTES), el LFA-1 pasa a un estado de unión de alta afinidad por cambios en su conformación y aumento en su afinidad por el ICAM-1.{mospagebreak title=Relacion de la inflamacion y las moleculas de adhesion con la aterosclerosis}

Relación de la inflamación y las moléculas de adhesión con la aterosclerosis

Recientemente se ha demostrado que la inflamación puede ser importante en la iniciación y progresión de la aterosclerosis; se han encontrado niveles aumentados de proteína-C reactiva (PCR), citoquinas, expresión de moléculas de adhesión y evidencia de agentes infecciosos.  También células inflamatorias se encuentran en todos los estados de la placa aterosclerótica y estas células promueven la disrupción de la placa al estimular la degradación de la matriz inhibiendo la función de la célula muscular lisa y promoviendo la trombosis al facilitar la producción del factor tisular.

Se sabe que el endotelio desempeña un papel muy importante en el proceso aterogénico; la relación que existe entre la enfermedad coronaria y la disfunción endotelial ha demostrado que la disminución de la vasodilatación dependiente del endotelio es un disturbio funcional temprano en el desarrollo de las lesiones ateroscleróticas. 

Los altos niveles sanguíneos de PCR en pacientes con angina inestable son predictores de efectos adversos, incluyendo muerte cardíaca e infarto, lo que sugiere la importancia del evento inflamatorio y aunque la PCR es un marcador de inflamación, también induce la producción del factor tisular de los monocitos, lo que determina su efecto trombótico en la aterosclerosis.

Cuando la célula endotelial responde a una injuria de cualquier índole, también produce factores de crecimiento que inducen la proliferación de las células musculares lisas y es conocido que la aterosclerosis resulta de alguna injuria o disfunción endotelial.

El reclutamiento de los leucocitos es un evento temprano en la aterosclerosis; en sus lesiones se han identificado al menos tres moléculas de adhesión (ICAM-1, VCAM-1 y E-selectina).  Si bien las causas que median la expresión de las moléculas de adhesión en las placas ateroscleróticas no se conocen totalmente, se han sugerido las siguientes:  factores dietéticos como hipercolesterolemia, genéticos, citoquinas, lipoproteínas oxidadas y radicales libres, hiperhomocisteinemia, tabaquismo e infecciones virales o bacterianas. Un evento crítico en la inflamación es la llegada de los leucocitos al sitio de la inflamación; en este proceso es crucial la adhesión de los leucocitos al endotelio, seguida por su transmigración a través de él por sus uniones intercelulares y emigración hacia los quimioatractantes que surgen del sitio que ha experimentado la injuria. Como se ha mencionado,   las citoquinas, quemoquinas y las moléculas de adhesión son señales muy importantes en la inflamación.

La última década ha sido muy fructífera en el papel de la respuesta inflamatoria celular y humoral en la formación de la placa aterosclerótica.  En consecuencia, para inhibir ó disminuir la progresión de la aterosclerosis es fundamental el conocimiento de los eventos moleculares que ocurren en la vasculatura como consecuencia de la inflamación.

La localización de la respuesta inflamatoria celular y su regulación humoral son mediadas por la interacción de la serie de moléculas anteriormente descritas, colectivamente llamadas moléculas de adhesión celular.

La expresión en la superficie celular de estas moléculas como consecuencia de estímulos patofisiológicos, determina la interacción de las células endoteliales y las sanguíneas, aspecto fundamental en el desarrollo de la aterosclerosis en todas sus fases de evolución.

En resumen, la secuencia  de eventos por los cuales los leucocitos se adhieren al endotelio  es la siguiente (Figura 4).

La célula endotelial rápidamente responde a los mediadores inflamatorios y en consecuencia  la P-selectina migra de su almacenamiento interno a la superficie celular;  por lo tanto, la primera fase de rodamiento parece ser dependiente de las interacciones de la P y E selectinas con ligandos de carbohidratos en los leucocitos.  Además, el ligando para la L-selectina se induce en la superficie endotelial ocasionando mayor estancamiento de los leucocitos.  Este fenómeno de rodamiento ocasiona cambios en la conformación de las integrinas, lo que favorece la unión de alta afinidad con sus ligandos respectivos.  La adhesión firme es facilitada por la interacción entre VLA-4 y VCAM-1 y LFA-1 e ICAM-1.  La diapedesis y la transmigración dependen de un gradiente quimioatractante y de la activación de PECAM-1, localizado en las uniones intercelulares.

También los monocitos activados tienen la capacidad de adherirse al endotelio inactivado mediante la acción de la proteína -1 quimioatractante de monocitos    (MCP-1) por la regulación en la expresión de las integrinas independiente de la expresión de las selectinas.

Las terapias actuales y futuras dirigidas a inhibir estas interacciones adhesivas pueden ser útiles para suprimir el desarrollo de la placa ateromatosa, limitar su activación o atenuar la respuesta trombótica que acompaña su activación; también son de utilidad en el tratamiento de algunas enfermedades autoinmunes.{mospagebreak title=Lecturas recomendadas}

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