Resumen
La esclerosis lateral amiotrófica (ELA) es una enfermedad mortal que provoca una parálisis progresiva y que hasta la fecha no tiene cura. Se sabe que las células microgliales y los macrófagos periféricos participan en la progresión de la enfermedad y la degeneración de las neuronas motoras. Al evaluar los tejidos postmortem de ratón con ELA , Aude Chiot,et.al. (Pro.Natl.Acad.Sci.2023.120 (32) e2306731120
https://doi.org/10.1073/pnas.2306731120) encontraron que la integrina α5, expresada por células microgliales y macrófagos, está altamente regulada en la médula espinal y los nervios periféricos durante la ELA. Los investigadores proponen apuntar a la integrina α5 como tratamiento inmunomodulador para ELA. Los autores demuestran que la administración de un anticuerpo monoclonal contra la integrina α5 a ratones SOD1G93A protege las funciones motoras, retrasa la progresión de la enfermedad y aumenta la supervivencia del ratón. Su trabajo demuestra el potencial de apuntar a las integrinas en el contexto neurodegenerativo.
La esclerosis lateral amiotrófica (ELA) es una enfermedad mortal que afecta a las neuronas motoras superiores e inferiores. La microglia interactúa directamente con las neuronas motoras y participa en la progresión de la ELA. El análisis de citometría de masa unicelular (CyTOF) reveló una expresión prominente de la integrina α5 en la microglía y los macrófagos en un modelo de ratón de ELA con mutación en el gene superóxido dismutasa-1 G93A (SOD1G93A). En tejidos post mortem de pacientes con ELA con diversos fenotipos clínicos de ELA y duración de la enfermedad, la integrina α5 es prominente en las vías motoras del sistema nervioso central y periférico y en las zonas perivasculares asociadas con la barrera hematoencefálica. En ratones SOD1G93A, la administración de un anticuerpo monoclonal contra la integrina α5 aumentó la supervivencia en comparación con un control de isotipo y mejoró la función motora en las pruebas de comportamiento. En conjunto, estos hallazgos en ratones y humanos sugieren que la integrina α5 es un objetivo terapéutico potencial en la ELA.
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En Detalle
La esclerosis lateral amiotrófica (ELA) es una enfermedad neurodegenerativa caracterizada por la pérdida progresiva de neuronas motoras en la corteza motora, el tronco del encéfalo y la médula espinal, lo que provoca una parálisis mortal. Actualmente, existen tres tratamientos modificadores de la enfermedad aprobados para la ELA en los Estados Unidos . Aunque la degeneración de la neurona motora es el sello distintivo de esta enfermedad, varios estudios indican que la neurodegeneración tanto en la ELA familiar como en la esporádica está influenciada por otros tipos de células, incluidas las células inmunitarias de la sangre y las células gliales del sistema nervioso central (SNC) y del sistema nervioso periférico, desafiando la teoría neurocéntrica en la patogénesis de la ELA .
La evidencia de estudios en animales y de pacientes con ELA ha demostrado que la degeneración y muerte de las neuronas motoras va acompañada de inflamación . Las formas genéticas de ELA, que representan del 10 al 20 % de los casos de ELA, se han relacionado con varios genes asociados con la inflamación, incluidos C9ORF72, TBK1 y OPTN . Los ratones que carecían de C9orf72, Tbk1 u Optn mostraron cambios en los perfiles inflamatorios de las células mieloides, incluida una mayor propensión a producir citoquinas proinflamatorias y una amplia desregulación del sistema inmunológico .
Se ha debatido si la inflamación tiene un papel correlativo o causal en la patogénesis de la ELA. Un estudio anterior utilizando un modelo de parabiosis en ratones SOD1 mutantes (mSOD1), un modelo animal de ELA, demostró que la inflamación en la médula espinal estaba mediada principalmente por células microgliales residentes en lugar de células mieloides derivadas periféricamente . Varios estudios sugieren un papel causal de la neuroinflamación. La eliminación selectiva de SOD1 en células CD11b+, que incluyen microglía y células mieloides periféricas, dió como resultado una mejor supervivencia de los ratones mSOD1 . De manera similar, cuando el compartimento microglial de ratones SOD1 mutantes se reconstituyó con microglía de tipo normal, se ralentizó la progresión de la enfermedad y se extendió la supervivencia . Además, el agotamiento de las células mieloides, incluida la microglía, mediante la administración de un inhibidor de la tirosina quinasa (GW2580) atenuó la muerte de las células de las neuronas motoras, ralentizó la progresión de la enfermedad y prolongó la esperanza de vida en ratones mSOD1 . Recientemente, se ha demostrado que la sustitución de macrófagos periféricos mutados endógenos por macrófagos neurotróficos aumentó la supervivencia de los ratones mSOD1 . Estos estudios demuestran que la modulación de la inflamación, tanto periférica como central, representa un enfoque terapéutico potencial para ELA.
La patología en la ELA y en el modelo SOD1G93A se acompaña de una fuerte activación de la microglía, que se considera involucrada en la progresión de la enfermedad . Un estudio reciente destacó que los macrófagos de los nervios periféricos también desempeñan un papel en el agravamiento de la degeneración de las neuronas motoras en la ELA . El papel causal de la inflamación, particularmente la microglía o los macrófagos de los nervios periféricos, en la patología de la ELA ha sido objeto de intensa investigación . Una barrera importante para dilucidar los mecanismos moleculares de la patología de la ELA inducida por inflamación ha sido la heterogeneidad de la microglía, lo que subraya la necesidad de estudios unicelulares. Al utilizar CyTOF, una plataforma de proteómica unicelular, Chiot,et.al., demostraron que la integrina α5 se expresaba en la microglía y los macrófagos de los nervios periféricos en ratones con ELA SOD1G93A. Además, los investigadores encontraron un aumento significativo de la integrina α5 en la microglía en la médula espinal de ELA en comparación con los controles normales y con otros trastornos neurodegenerativos. También demostraron que atacar la integrina α5 con un anticuerpo anti-integrina α5 extendió la supervivencia y mejoró el rendimiento motor en ratones con ELA SOD1G93A.
El análisis unicelular de la microglía de la médula espinal y los macrófagos de los nervios periféricos reveló una regulación positiva significativa de la integrina α5 a medida que la enfermedad avanzaba hasta la etapa final. Las células mieloides positivas para la integrina α5 demostraron un fenotipo proinflamatorio y produjeron niveles significativamente más altos de todas las citoquinas proinflamatorias, particularmente TNF-α (en la microglía de la médula espinal) e IL-6 (en macrófagos de los nervios periféricos), en comparación con las células mieloides α5 negativas o de baja expresión. Un estudio reciente demostró que la infiltración y activación de los macrófagos de los nervios periféricos desempeña un papel en la exacerbación de la degeneración de las neuronas motoras en ratones con ELA SOD1G93A . En el presente trabajo de Chiot,et.al. , demuestran que los macrófagos positivos para la integrina α5 produjeron niveles más altos de la citocina IL-6, que se sabe que participa en el reclutamiento de macrófagos hacia las neuronas . Paralelamente, los macrófagos de los nervios periféricos positivos a la integrina α5 también regulan altamente el TGF-β, un factor de crecimiento nervioso conocido por mediar la expresión de proteínas de la matriz extracelular como la fibronectina, un ligando primario de la integrina α5 . Teniendo en cuenta que las células mieloides positivas para la integrina α5 expresan proteínas estrechamente relacionadas con el reclutamiento y la migración de macrófagos, se propone que la presencia de macrófagos positivos para la integrina α5 en el nervio periférico puede participar en un mayor reclutamiento de macrófagos adicionales al nervio, exacerbando la inflamación y la degeneración axonal. Es intrigante que las neuronas motoras primarias y las raíces nerviosas motoras cuando abandonan el sistema nervioso central expresen selectivamente la integrina α5 en comparación con las neuronas sensoriales primarias y los haces de nervios sensoriales . Esto implica que incluso en la periferia hay una zonación espacial de la integrina α5 entre los sistemas motor y sensorial, lo que coincide con los hallazgos clínicos de neuronas sensoriales preservadas en la ELA.
El análisis in situ de tejidos postmortem humanos reveló que la microglía positiva para integrina α5 aumentó significativamente en las fibras nerviosas postmortem de ELA humana. Este aumento fue selectivo para los nervios motores y se asoció con una disminución de las fibras nerviosas motoras en comparación con las fibras nerviosas sensoriales. Además, en la médula espinal de ELA, la expresión de la integrina α5 también aumentó en los subtipos de ELA esporádica y genética (C9orf72, SOD1, TARDBP y TBK1) en comparación con los controles sin EMN. Curiosamente, el análisis CyTOF adicional de células mieloides del SNC humano postmortem reveló que las células positivas para la integrina α5 sobreexpresaban varios marcadores de la firma DAM. Si bien esta firma se ha identificado principalmente en modelos de ratón de la enfermedad de Alzheimer y ELA, hasta ahora los estudios en humanos solo han podido identificar firmas parciales en varias afecciones neurodegenerativas . Sin embargo, se sabe que las células DAM son metabólicamente activas y expresan genes implicados en diversas funciones, incluida la fagocitosis, las funciones lisosomales y la remodelación de tejidos . Curiosamente, se ha observado la presencia de microglía positiva para integrina α5, particularmente en la zona de neuronofagia activa y previa del asta anterior de la médula espinal del paciente con ELA post mortem. En conjunto, esto sugiere un papel importante de la integrina α5 en el daño continuo de las neuronas motoras.
Es importante destacar que los hallazgos de los estudios de tejido post mortem muestran que los pacientes con ELA, independientemente del sexo, la edad, la duración de la enfermedad, el genotipo o el tratamiento, tenían consistentemente un aumento de las células microgliales positivas para la integrina α5, específicamente en áreas motoras dañadas, lo que sugiere que la modulación de las células inmunes positivas para la integrina α5 puede resultar beneficioso para la ELA en una amplia gama de etiologías de ELA. Al comparar la distribución de la integrina α5 con la integrina α4, otra integrina α involucrada en la adhesión focal que se ha implicado en modelos animales experimentales de ELA , los autores encontraron que ninguno de los pacientes con ELA demostró células microgliales positivas para la integrina α4. Esto indica que es poco probable que la integrina α4 contribuya a la neuronofagia o la destrucción de tejidos en un grado significativo en la ELA. Estos hallazgos sugieren que la integrina α5 responde a señales específicas de la enfermedad aún no identificadas que probablemente impliquen activación microglial. Los hallazgos demuestran un vínculo entre la integrina α5 y la patobiología de la ELA y hacen de la integrina α5 un candidato atractivo para la modulación terapéutica en la ELA.
El tratamiento con anticuerpo contra la integrina α5 mejoró las funciones motoras de los ratones SOD1G93A, según lo evaluado mediante el ensayo de recorrido del haz y la puntuación de Vercelli. Además, las puntuaciones clínicas que evalúan los déficits motores generales y específicos relacionados con los ratones con ELA SOD1G93A fueron más bajas en los ratones tratados con integrina α5. Esto refleja una mejor condición general en los ratones tratados con la integrina α5. La mejora en la función motora después del tratamiento con integrina anti-α5 sugiere que el tratamiento protege a las neuronas motoras de la degeneración, lo que conduce a un mejor rendimiento motor. Aunque no detectamos ninguna diferencia en la microglía positiva para Iba1 y el número de células que expresan la integrina α5 en la médula espinal de ratones tratados con el anticuerpo de integrina α5 en comparación con el control , la disminución en la inmunorreactividad de Iba1 sugiere que el tratamiento con integrina anti-α5 ha desempeñado un papel en la mitigación de la neuroinflamación en ratones con ELA. La concentración de anticuerpos anti-integrina α5 fue significativamente menor en el SNC que en la sangre, lo que podría limitar el efecto directo de la integrina anti-α5 sobre las células microgliales. Sin embargo, se ha demostrado que la modulación de los monocitos y macrófagos sanguíneos en la periferia también puede inducir cambios significativos en los perfiles transcriptómicos de las células microgliales hacia un fenotipo más neurotrófico en ratones con ELA . Además, si bien se ha demostrado que los monocitos sanguíneos circulantes no infiltran en la médula espinal de ratones con ELA SOD1G93A durante la enfermedad , recientemente se han identificado rutas adicionales de posible migración de monocitos desde el cráneo y la médula ósea vertebral después de la inflamación del SNC . Teniendo en cuenta el papel conocido de la integrina α5 en el reclutamiento y la adhesión de leucocitos, atacar la integrina α5 podría perjudicar la migración de monocitos desde la médula ósea vertebral si tal fenómeno se aplicara a la ELA . Por lo tanto, el efecto del tratamiento con la integrina anti-α5 sobre la protección de las neuronas motoras puede deberse a moderar la inflamación tanto periférica como del SNC al influir en las células microgliales directa e indirectamente a través de la modulación de los monocitos y macrófagos periféricos en la ELA.
Los hallazgos de Chiot,et.al., combinados en este estudio que involucra el etiquetado unicelular usando CyTOF, perfiles transcriptómicos, estudios de tejido de ELA post mortem en humanos y un modelo de ratón de enfermedad de la neurona motora identificaron a la integrina α5 como un objetivo terapéutico potencial en pacientes con ELA. Los autores mostraron que la regulación positiva de la integrina α5 es una característica común tanto de las células microgliales del SNC como de los macrófagos del nervio ciático en la ELA. Al modular la integrina α5, se afectaría a ambas poblaciones de células y así mitigar una respuesta proinflamatoria que puede ser necesaria para proteger las neuronas motoras de la degeneración, así como de la degeneración axonal en la periferia. Estos hallazgos proporcionan un vínculo molecular entre la inflamación y la patobiología de la ELA y proporcionan una estrategia prometedora para la aplicación clínica en la ELA. Hay cinco medicamentos aprobados dirigidos a las integrinas para diferentes enfermedades. Valdría la pena realizar un ensayo clínico para probar la integrina α5 como objetivo farmacológico en la ELA.
Ronald Palacios Castrillo, M.D.,PhD.