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TEMAS DE REVISiÓN

Rol de quimiocinas y sus receptores enla inflamación

Role of chemokines and its receptors in inflammation

LEZAMAASENCIO, Pedro'

RESUMEN

Las quimiocinas o citocinas quimiotácticas, son pequeñas proteínas ligadas a la heparina, secretadas por célulasendoteliales activadas y muchos otros tipos de célula en respuesta a daño tisular, de allí los estudios iniciales enprocesos inflamatorios, y ahora se conoce que desempeñan también un rol fundamental en direccionar elmovimiento de las células mononucleares por todo el organismo, generando una respuesta inmune adaptativa, ycontribuyendo a la patogénesis de una variedad de enfermedades. En esta revisión bibliográfica destacamos el rol deestos quimioatractantes en algunas alteraciones clínicas.Palabras clave: Quimiocinas. Inflamación

ABSTRACT

Chemokines are small structurally diverse heparin-binding proteins, that can be secreted by activated endothelialcells and by many other cell types in response to tissue distress, then had been originally studied because of their rolein inflammation, and their receptors are now knownto playa crucial part in directing the movement of mononuclearcells throughout the body, engendering the adaptive immune response and contributing to the pathogenesis of avariety of diseases. In this bibliographic review, we highlight the roles ofthese chemoattractants in some selectedclinical disorders.Key words: Chemokines. Inflammation

1 Profesor Principal. Departamento. Académico de Ciencias.Universidad Privada Antenor Orrego. Trujillo, PerúCorrespondencia: lezama_a@hotmail.comEscuela de MedicinaUniversidad César Vallejo. Telf 485000 - 5096. Trujillo-Perú.

Página 134. Rev. Med. Vallejiana. Vol. 3 N° 2., LezamaP

INTRODUCCIÓN

Las qUlmlOcinaso citocinas quimiotácticas, sonpequeñas proteínas ligadas a la heparina, quedireccionan el movimiento de los leucocitoscirculantes hacia los sitios de inflamación o lesión,por lo cual son consideradas citocinasproinflamatorias, por lo que inicialmente losestudios se centraban en su papel en la inflamación.Ahora se conoce que desempeñan también un rolfundamental en direccionar el movimiento de lascélulas mononucleares por todo el organismo,generando una respuesta inmune adaptativa, ycontribuyendo a la patogénesis de una variedad deenfermedades (1).Las quimiocinas son multifuncionales, regulan nosolo la quimiotaxis, sino también la adhesión,degranulación, angiogénesis, desarrollo de célulashematopoyéticas e inmunes, así como la génesis deórganos linfoides. Sin embargo, la mayoría tienenpoca o ningún efecto sobre la proliferación celular.Además de sus roles en la fisiología normal ydefensa del huésped, también están implicados enalgunas enfermedades auto inmunes einflamatorias, entre ellas: esclerosis múltiple,artritis reumatoidea, asma, y rechazo al transplantede órganos (2).Además de ello, algunos patógenoscomunes mimetizan o inhiben funciones de lasquimiocinas, para su propio beneficio o usan a susreceptores como medio de unión para invadir anuestras células (3).Estas observaciones, en la última década handesencadenado una serie de investigacionesincrementando el conocimiento sobre la biologíade las quimiocinas y sus receptores, las mismas queestán acopladas aproteínas Gi, puesto que se estánusando como dianas o blanco para tratamientosfarmacológicos tendientes a regular la inflamacióne inmunidad, y como virtualmente todas lascélulas son capaces de producir quimiocinas seestán desarrollando estudios clínicos queinvolucran antagonistas de sus receptores para eltratamiento de algunas enfermedades.

CLASIFICACIÓN

Actualmente, en humanos se conocen alrededor de50 quimiocinas, las que están agrupadas en cuatrosubfamilias (CC, CXC, CX3C, XC) en base a susdiferencias estructurales (secuencias deaminoácidos) y fisiológicas (Figuras N° 1Y2). Lacaracterística bioquímica común de estasmoléculas es la conservación generalmente de doso tres pares de residuos de cisteína que se unenformando dos puentes disulfuro, esenciales para laactividad de la molécula. Dependiendo de si las dosprimeras cisteínas están o no separadas por otro

aminoácido se han clasificado en: qUlmlOcinasCXC o a quimiocinas, quimiocinas CC o ~quimiocinas. Las otras dos subfamilias tienencaracterísticas paticulares, así la quimiocina XC,linfotactina,o y quimiocina, tiene solo un par decisteinas, y la quimiocina CX3C, fractalina o 8quimiocina es la más grande de la subfamilia tresresiduos interpuestos entre C1y C2 (1) .

S\.i:)h¡mi Da Reoe¡:tores

] =o,~CXC

00 CCRHI

~ ~R1

xc XCR1

Figura N° 1. Sub familia de Quimiocinas

RECEPTORES DE QUIMIOCINAS yTRANSDUCCION DE SEÑAL

Se han identificado dieciséis receptoresfuncionales de quimiocinas (Figuras N° 1 Y 2),todos ellos dentro de una superfamilia dereceptores con siete dominios transmembrana, queincluyen también a los receptores opiodes yolfatorios, así como receptores para otrassustancias quimioatractantes, tal como el péptidoformilmetionil y proteína C5a del complemento (1,4).Los dieciséis receptores funcionales incluyencinco CXCRs, nueve CCRs, uno CX3CR, y unoXCR. Cada uno de ellos se une solamente a lasubfamilia correspondiente, aunque algunos soncapaces de unirse hasta ocho diferentes miembrosde dicha subfamilia con alta afinidad. De la mismamanera, una quimiocina puede unirse y señalizar através diferentes receptores de quimiocinas de unsolo tipo. Por ejemplo, la quimiocina CC proteínainflamatoria de macrófago (MIP-l a), se une conalta afinidad con CCR1,CCR3, o CCR5. Aunque lamayor parte de quimiocinas pueden ser secretadasa partir de las células los producen, ellos tienden aadherirse de manera no específica a las superficiescelulares y componentes de la matriz extracelular,formando eventualmente un gradiente deconcentración relativamente fija de quimiocinasinmovilizadas dentro del tejido del huésped, siendoreconocidas por las células blanco mejor que en suforma libre.

L__- '- --Rdroé~rft1imio'cinas y sus receptoresen la inflamación. Página 135

Al igual que los demás receptores con sietedominios transmembrana, los receptores de lasquimiocinas están asociadas proteínas G,entonces su señalización depende de su interaccióncon guanosin trifosfato (GTP), de maneraespecífica interactuán con Proteínas Gi, compuestopor las subunidades polipeptídicas <Xi'~' y. Estáproteína, al unirse con la quimiosina, ocasionan uncambio conformacional en el receptor que conducea la hidrólisis de GTP en GDP, y la disociación de laproteína G en las sububidades <Xi,y ~/y. Estasúltimas activan entonces diversos efectores

enzimáticos citoplásmicos, incluyendofosfolipasas, los que originan la producción deinositol fosfato, incrementando la concentraciónde Ca2+ intracelular y la activación de proteínkinasas. Esta cascada de señales, permite laexpresión de las actividades biológicas de lasquimiocinas, entre ellas: locomoción actinadependiente, inducción de proteínas de adhesión,de" granulación, activación de leucocitos,y otrosprocesos (1,2) .

ACTIVIDADES BIOLOGICAS DE LASQUIMIOCINAS

Están determinadas por las condiciones bajo lascuales son secretadas, sus receptores y las célulasque los expresan.De manera general, se le asigna una de las dosamplias funciones siguientes:Quimiocinas proinflamatorias: producidas en eltranscurso de la reacción inmune o inflamatoria ysirve para movilizar las defensas del organismo,destacando las subfamilias CC, CXC, y CX3C.Casi todas ellas pueden ser secretados pormacrófagos activados, aunque con estimulaciónadecuada también por otras célulashematopoyéticas o no. Son diversos los estímuloque induce su liberación entre ellas loslipopolisacáridos (LPS) bacterianos, IL-1, TNF<X,IFNy, y otras señales específicas de daño tisular.Todas las quimiocinas de la subfamilia CXC seencuentran codificadas en el cromosoma 4, y soncapaces de promover angiogénesis, y las CC, en elcromo soma 17, promoviendo generalmenteinflamación crónica (1, 2, 4) .

T. I I I Quimiocinas homeostáticas o del.po ce u ardesarrollo: son producidas práctica-mente de manera continua, y ayudana controlar un adecuado desarrollo,mantener la homeostasis, o dirigir elmovimiento de células circulantes através de tejidos normales. Estafunción 10 ejercen de maneraindividual miembros de la subfamiliaCC, CXC, y Xc. Entre sus fuentescomunes se encuentran macrófagos,células T, células dendríticas, peroalgunas de ellas como factor 1derivado de celulas estromales (SDF-1), con genes codificados en cromo-soma 10, se originan principalmentede células estromáticas de origen nohematopoyético. Esta quimiocinainicialmente fue identificado comofactor de crecimiento para células preB, pero ahora es reconocido su rolpara la activación de linfocitos yangiogénesis. Otro ejemplo clásico esla quimiocina quimiotractante delinfocito B (BLC) de la subfamiliaCXC, es expresado constitutiva-mente a niveles altos por célulasdendríticas foliculares en folículolinfoide, en células B quimioatrac-tantes y un conjunto de céluas dememoria dentro de estos folículos, yes requerido para la formación de

Quimiocina .asófilo .

cxc

Figura N° 2. Quimiocinas, receptores y tipos celulares(Adaptado de Luster A. NEJM Vol 338(7): 436 - 445.

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centros germinales. Entre la subfamilia CCtenemos por ejemplo a quimiocina expresada portimo (TECK), codificado en el cromosoma 8, esexpresado por células dendríticas en bazo fetal,intestino delgado, y médula tímica. Parece ser quese produce en células dendríticas de origen linfoidepero no mieloide (1,4) .Defensinas como ligandos para receptores dequimiocinas. Además de su actividadantimicrobiana directa, las defensinas a y ~humanas funcionan como quimiotractantes paralos linfocitos T inactivos y para células dendríticasinmaduras (pero no maduras). Esto es un nexo muy

importante entre la inmunidad innata y adquirida,en la que la defensina a liberada a través de losneutrófilos en el transcurso de una respuesta innatamediada por células, podría servir como atrayentede tipos celulares necesarios para una respuestainmune adquirida (4).Pese a estos adelantos hay muchas funciones quecumplen las quimiocinas pero que no está muyclaro el mecanismo exacto, lo que sí se conoce es ladireccionalidad del movimiento leucocitario enprocesos inflamatorio s, de desarrollo yhomeostasis(FiguraN° 3)

...

...Quirniosina... Interleucina-1y Factor

de NecrosisTurnoral

Figura N° 3 Movimiento leucocitario regulado por quimiocinas(Adaptado de Luster A. NEJM Vol 338(7): 436 - 445.

Leucocito

Rol de quimiocinas en enfermedades inflama-toriasLas enfermedades inflamatorias se caracterizan

por una acumulación selectiva de subgrupos deleucocitos, un proceso controlado por la expresiónde ciertas quimiocinas. Cada enfermedad tiene uninfiltrado inflamatorio característico, en la cual elRNAm de la quimiocina o las concentracionesproteicas han sido reguladas adecuadamente(Figura N° 4). Por ejemplo, en muchos procesos

agudos como la neumonía bacteriana, y síndromede diestrés respiratorio agudo, hay un masivoinflujo de neutrófilos en el tejido, y laconcentración de interleukina 8 (IL-8), -unpoderoso quimioatractante- se incrementa enfluido broncoalveolar. En artritis reumatoidea seincrementan lo niveles de CCL2, CCL3 y CCL5 enarticulaciones, que coincide con el reclutamientode monocitos y células T entejido sinovial (3).

Sindromej~piratorioagu!!o

NeutrófiloInfiltrado

Interleucina-8;GRO-a, -13,y,

ENA-78

Eosinófilo,célula T,

monocito,basófilo

MCP-1, -4;MIP-1a;

eotaxina;RANTES

Neutrófilo Interleucina-8,ENA-78

Célula T,neutrófilo

MCP-1,IP-10,MIG,

GRO-p,interleucina-S

interleucina-S;GRO-a,MCP-1,

MIP-1a, -113

MCP-1,IP-10,

Neutrófilo,monocito

Célula T,monocito

Figura N° 4 Rol de Quimiocinas en algunasenfermedades inflamatorias

(Adaptado de Luster A. NEJM Vol 338(7): 436-445)

Rol de quimiocinas en enfermedades infecciosasDiversos organismos patogénicos se unen areceptors leucocitarios para ingresar al citoplasmao nucleo celular, por ejemplo el Virus Epstein Barrse une al receptor de complemento 3, y rinovirus ala molécula de adhesión intercelular l. Losreceptores de quimiocinas sirven comocorreceptores para dos importantes patógenoshumanos, Plasmodium y Virus de la

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inmunodeficiencia humana ((VIH). Plasmodiumvivax se une a receptores DARC (Antígeno deDuffy para los eritrocitos) sobre los eritrocitos (4).Para ingreso del HIV-I (5, 6), se requiere a losreceptores CD4 y quimiocinas comocorreceptores, para la línea celular T (cepa T-trófica), el correceptor es CXCR4, pero para lalinea de macrófagos y células T activadas (cepasM-tróficas), el correceptor es CCR5 (FiguraN°5)

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Figura N° 5 Correceptores para HIV(Tomado de Luster A. NEJM Vol 338(7): 436 - 445.

Rol de las quimiocinas en alteraciones metabólicasLas quimiocinas están involucradas en diversasenfermedades o alteraciones metabólicas, pero sepresenta solamente su rol en la ateroesclerosis yresistencia a la insulina y diabetes inducida porobesidad.Ateroesclerosis: las estrías grasas son marcadoresiniciales de lesión ateroesclerótica. Inicialmentelas lipoproteínas de baja densidad (LDL-c)atraviesan el endotelio muy poco oxidados, seoxidan y sirven como estímulo para que, losmonocitos circulantes se adhieren al endoteliovascular e ingresan al espacio subendotelial, -donde se acumulan los lípidos-, y se diferencian enmacrófagos, las que fagocitan a las LDL-caltamente oxidadas, dando lugar a las célulasespumosas (foam cell), que posteriormenteoriginarán el núcleo necrótico. Para que ocurra loanterior se ha inducido la producción de CCL2 encélula endotelial y de la musculatura lisa, que seráel nexo entre LDL oxidado y la formación decélulas espumosas. Paralelo a ello se produce ladetención de monocitos por CX3CLI y lapresentación de quimiocinas como CXCLl porproteoglucanos de la célula endotelial (4). Losmonocitos son también capturados por la unión deintegrinas

Sarcoidosis 1 Célula T, IP-10monocito

Monocito, MCP-1,Célula T, RANTES,

Neutrófilo IP-10

MIP-1a,

Monocito,MCP-1,

I interleucina-S,Neutrófilo ENA-7S

MIP-1p

Célula T, MCP-1, -4;monocito IP-10

Monocito, MCP-1,

neutrófilo MIP-1a,

célula T, eotaxina,

eosinófilo, IP-10,interleucina-S

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8IoocI-wssellurMn

Intima

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Resistencia a la insulina, y diabetes inducidapor la obesidad: Los adipocitos son célulasmetabólicamente activas, cuyo número en eltejido adiposo es relativamente fijo, por 10queen casos de mayor ingesta de calorías que lasrequeridas, conducente a la obesidad, lascélulas incrementan su volumen. Losadipocitos secretan una familia de citocinas,llamadas adipoquinas, una de estas es el factorde de necrosis tumoral ex (TNF-ex), queexacerba la resistencia a la insulina pordesensibilización de sus receptores. El tejidoadiposo contiene numerosos macrófagos queson fuente de TNF -exy IL-6 (4).

Citocinas y quimiocinas tienen un importanterol en la resistencia insulínica. Así tenemosque, niveles relativamente altos de proteína Creactiva e IL-6 se correlacionan con riesgo dediabetes mellitus 2 (DM 2). En ratones, ladeleción genética de TNF-exo sus receptoresdisminuye la resistencia insulínica mediadapro obesidad (7). Los adipocitos expresan laquimiocina CCR2, que al ser activado porCCL2, expresan genes inflamatorios e inhibenla captación de glucosa dependiente deinsulina (7, 8). Como los adipocitos sintetizan

......

~CIoMI ,.-",.........", -

CCL2, dan lugar a condicionesadecuadas para una retroalimen-tación autocrina generando

.\+ señales potentes para el recluta-miento de macróf~os (8).

Rol de las quimiocinas enmetastasisLa metastasis en un procesosecuencial y de múltiples pasosque implica el movimiento de lascélulas cancerígenas desde untumor primario a otros órganosespecíficos, proceso mediadopor quimiocinas. En el modeloque se presenta está referido alcáncer a la mama (Figura N° 7).Primero, hay una proliferaciónclonal de las células epitelialesmamarias, invaden tejido local,inducen angiogénesis, yexpresan el receptor dequimiocina CXC 4 (CXCR4).Sobre su superficie. Las célulasse separan del tumor primario,migran por sistema linfático yvascular en el tumor e ingresan ala circulación sistémica. Estascélulas son atraídas por órganosque producen altos niveles deligandos CXCR4 (CXXL12),que se expresan en la superficiedel endotelio vascular (9).

8IDod-..1 ---

Figura N° 7. Modelo de regulación de quimiocinasen la metastasis de cancer de mama

(Adaptado Murpby, P. NEJM Vol 345 (11): 833-835

Roldequimiocinasy susreceptoresenla inflamación. Página 139

La unión de CXCLl2 a CXCR4 induce lamigración de células cancerígenas hacia tejidonormal, donde proliferan, inducen angiogéneis, yforman tumor metastático. Usualmente las célulasde cáncer de mamas no migran a tejidos con bajaproducción de CXCL 12,como el riñón.

APLICACIONES TERAPEUTICAS DEQUIMIOCINAS y SUS INHIBIDO RES

Se han emprendido diversas investigaciones paraidentificar usos clínicos de fármacos que tienencomo blanco a la vía de quimiocinas. Se estáinvestigando a nivel de producción de quimicotas,anticuerpos antiquimiocinas, o deleciones de genesespecíficos en ratones, que en ratones se observaefectos antiinflamatorios muy marcados. Porejemplo inhibiendo IL-8, puede mejorarse elsíndrome de diestrés respiratorio en adultos yminimizar el daño que sigue a una oclusiónvascular. Últimamente se han descrito antagonistasnO'peptídicosmuy potentes y selectivos con blancoen CCR1, CCR2, CCR5, CXCR2 o CXCR4,explorándose suspotencialidades terapeúticas (1) .En la última década, se han desarrolaldo poderososagentes para el tratamiento de enfermedadadesautoinmunes. Por ejemplo, para el tratamiento deartritis reumatoidea, son eficientes anticuerposmonoclonales que neutralizan al TNF-ex,mediador

de muchas acciones involucradas en la migraciónde leucocitos e inflamación. En casos de esclerosismúltiple, el uso de anticuerpos monoclonales quebloquean la adhesión leucocitaria dependientes deintegrina, tal como anti-ex4~" reduce lainflamación en estos pacientes. De la mismamanera, hay un creciente interés en inhibir lainteracción antre las quimiocinas y sus receptorescomo un nuevo método para tratar la inflamación.En la práctica, los receptores de quimiocinas sonrealmente difíciles de ser antagonizadosprobablemente debido a su gran superficie deinteracción con el ligando. Uno de los primerosreceptores de qumiocina como blanco han sido loscorreceptores para el ingreso de VIH, CCR5,CXCR4. Por ello se están desarrollando fármacosque inhiban la entrada del VIH a las célulasbloqueando la actividad de estos correceptores,especialmente a CCR5 (5).Antagonistas de otros receptores de quimiocinasestán en su fase 2 ó 3, para el tratamiento de artritisreumatoidea (3), esclerosis múltiple, asma y rinitisalérgica. De la misma manera existe bastanteinterés en el uso de antagonistas de CCR2 para eltratamiento de ateroesclerosis, pero la carencia dede objetivos claros, o biomarcadores biendefinidos dificultan la síntesis de fármacos antiinflamatorias para dolencias vasculares (2, 9, 10).

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RECIBIDO: 27.10.2006 . ACEPTADO: 31.10.2006