5 Inducción de la autofagia para promover la supervivencia neuronal
La inhibición crónica de la autofagia acelera la tasa de envejecimiento; por lo tanto, es tentador especular que la autofagia sostenida puede preservar de la senescencia celular. No es de extrañar que la acumulación de pruebas sugiera que la inducción farmacológica de la autofagia puede ser un enfoque terapéutico potencial relevante para una serie de trastornos neurodegenerativos.106 Sin embargo, debe tenerse en cuenta la posibilidad de que la activación duradera de la autofagia pueda dar lugar a una digestión deletérea de los orgánulos, los componentes celulares críticos y la autoalimentación celular. Estas dudas se han disipado en cierta medida gracias a los datos recientes de una serie de sistemas experimentales. De hecho, se ha descubierto que la autofagia es bastante selectiva hacia la eliminación de agregados de proteínas en lugar de elementos celulares sanos. Los agregados de proteínas, así como toda la maquinaria necesaria para mantener la autofagia, quedan confinados en la región pericentriolar en un proceso que requiere el citoesqueleto de microtúbulos y la desacetilasa HDAC6.78 El logro de la activación terapéutica de la autofagia depende de un conocimiento profundo y una manipulación precisa de las vías de señalización ascendentes que regulan este proceso. El regulador principal de la autofagia es la concentración intracelular y extracelular de aminoácidos. La proteína quinasa EIF2AK4 es activada por los ARNt vacíos y, por tanto, controla el nivel de aminoácidos disponibles. La EIF2AK4 activada inicia la autofagia catalizando la fosforilación del factor de iniciación eucariota eIFα2.107 El contenido extracelular de nutrientes esenciales, como los aminoácidos, se monitoriza en cambio a través de un receptor transmembrana aún no definido108 que puede controlar la mTOR. La mTOR integra una serie de vías de señalización, como la insulina y los factores de crecimiento, el calcio intracelular y el inositol.109 El estado energético, en particular, el nivel de glucosa y de lípidos, es monitorizado también por la AMPK. La AMPK es una serina y/o treonina quinasa que se activa al aumentar el nivel de AMP/disminuir el de ATP. Específicamente, la AMPK se activa por la unión del AMP así como por la fosforilación en Thr172 por parte de LKB1.110 La AMPK inhibe la mTOR, induciendo así la autofagia. Las proteínas p53 también están implicadas en la modulación de la autofagia: mientras que la p53 citosólica bloquea la autofagia,111 la p53 translocada nuclearmente la desencadena.112 En particular, la p53 inhibe la actividad de la mTOR mediante la inducción de la AMPK. Por último, la presencia de agregados de proteínas intracelulares puede inducir directamente la autofagia.113 Todavía no se ha resuelto cuál de estas cascadas de señalización está implicada de forma central en la enfermedad neurodegenerativa. La rapamicina y sus análogos derivados, los rapalogos, inducen la autofagia a través de la inhibición de mTORC1.114 En particular, en los sistemas de mamíferos, la rapamicina inhibe específicamente mTORC1, aboliendo así la actividad quinasa de mTOR.115 Varios hallazgos experimentales independientes demuestran que los rapalogos protegen a las células del impacto citotóxico de las especies de huntingtina y alfa sinucleína.116 Además, los rapalogos disminuyeron la neurodegeneración y aumentaron la supervivencia en modelos animales de EH y ataxia espinocerebelosa.117,118 Para apoyar aún más el papel protector de la autofagia, la actividad prosupervivencia de la rapamicina y los rapalogos se perdió en el modelo celular de la enfermedad al inhibir la autofagia vía 3-MA.119,120 Se ha demostrado que la inducción de la autofagia promueve la supervivencia de las neuronas dopaminérgicas en varios modelos de EP. La sobreexpresión de beclina 1 redujo la muerte neuronal en un modelo de roedor de EP. Específicamente, la sobreexpresión de la beclina 1 mediada por lentivirales mediante la inyección estereotáxica en la corteza temporal y el hipocampo de ratones con sobreexpresión de alfa sinucleína activó la autofagia, redujo la acumulación de alfa sinucleína y mejoró la patología neuronal.121 Al apoyar la eliminación de agregados de proteínas y mitocondrias dañadas, la autofagia podría mitigar el estrés oxidativo. Por ejemplo, la rapamicina redujo de forma contundente no sólo la acumulación de agregados poliubiquitados, sino también la muerte neuronal en ratas expuestas a la rotenona.122 Aunque la rapamicina ya está en uso clínico (por ejemplo, en oncología), tiene efectos secundarios nocivos sobre la función pulmonar y el sistema inmunitario. Para limitar los eventuales efectos secundarios de la rapamicina en las células B y T y reducir el estrés oxidativo en las neuronas dopaminérgicas, se ha propuesto combinar dosis bajas de rapamicina o análogos con antioxidantes. Sin embargo, hay fuertes evidencias que apuntan a la necesidad de niveles basales de estrés oxidativo (en particular de especies de superóxido), para inducir una respuesta autofágica. En particular, la coadministración con antioxidantes tiólicos o no tiólicos, como la N-acetil cisteína o la vitamina E, no sólo bloqueó la acción proautofágica de la rapamicina en las neuronas primarias, sino que también deterioró la autofagia basal y precipitó la formación de depósitos tóxicos de alfa sinucleína.123 Se han observado resultados comparables en el tratamiento con diferentes moléculas antioxidantes, como el tocoferol y el ácido lipoico.124,125 Estos resultados tienen relevancia clínica: de hecho, varios compuestos con capacidades antioxidantes putativas o previstas son de uso común en la población sana. Teniendo en cuenta que más del 60% de los pacientes afectados por enfermedades neurológicas, en concreto la enfermedad de Huntington y la de Parkinson, toman este tipo de suplementos126,127 , se requiere urgentemente un conocimiento más profundo de la interacción entre la autofagia y el estrés oxidativo. Los esfuerzos por desarrollar compuestos clínicamente relevantes se beneficiarían de agentes capaces de amortiguar el estrés oxidativo sin perjudicar la autofagia. De hecho, algunos compuestos naturales, como el resveratrol, el kaempferol, la quercetina y la curcumina128 , demuestran estas propiedades. Por ejemplo, la curcumina, un compuesto obtenido de la especia comino (derivada del Cuminum cyminum), inhibe la mTOR, activa la autofagia y favorece la eliminación de los agregados A53T. Además, estudios independientes han demostrado que ciertas funciones de mTORC1 escapan a la inhibición de la rapamicina. Dadas estas limitaciones, junto con unas propiedades farmacocinéticas subóptimas, como una escasa biodisponibilidad, se han buscado estrategias farmacológicas alternativas. En la actualidad se han identificado varias moléculas pequeñas que suprimen la actividad de la quinasa mTOR compitiendo con el ATP por el bolsillo de unión de mTOR.129 Compuestos como PP242, Torin1, WYE-354 y Ku-0063794 inhiben tanto la actividad de mTORC1 como la de mTORC2 y son más eficaces y selectivos que la rapamicina en cuanto a la inducción de la autofagia.130,131 Además, se requiere un complejo macromolecular compuesto por beclina 1, PI3K, UVRAG y AMBRA1 para permitir la formación de autofagosomas y la posterior unión y escisión de LC3 a la membrana del fagosoma. Varias moléculas regulan tanto mTORC1 como PI3K, como PI-103 y NVPBEZ235. Estos compuestos son más eficaces que los agentes dirigidos a mTOR o PI3K.132 Recientemente, se ha descubierto que la metformina (N, N-dimetilbiguanida), una biguanida utilizada como terapia en la diabetes, perjudica la proliferación de las células de linfoma a través de la activación de AMPK.133 Por lo tanto, la metformina puede convertirse en un prometedor agente inductor de la autofagia. Otros fármacos ya en uso clínico han resultado ser capaces de inducir la autofagia. El litio, un agente estabilizador del estado de ánimo que actúa sobre varias vías, incluyendo el inositol y la GSK3B, favorece la eliminación de los agregados de huntigtina en modelos de EH a través de la inducción de la autofagia independiente de mTOR.134,135 Curiosamente, un régimen farmacológico que incluye el valproato y el litio protegió a las neuronas de la injuria del MPTP en un modelo de EP en roedores a través de la autofagia.136-138 Finalmente, la evidencia acumulada sugiere la potencial aplicación terapéutica de la trehalosa. La trehalosa es un disacárido que se encuentra en varios organismos, desde las bacterias hasta las plantas, pero no se sintetiza en los mamíferos. Por ejemplo, es el principal azúcar presente en la hemolinfa de los invertebrados. Diferentes fuentes de alimentación humana contienen una cantidad significativa de trehalosa (setas y miel, entre otros). La trehalosa tiene muchas propiedades interesantes: protege a las células de temperaturas altas o bajas, de la ausencia de agua y del estrés oxidativo.139 La trehalosa es una molécula importante para aplicaciones industriales y médicas. Estas aplicaciones incluyen su uso como aditivo alimentario para aumentar el dulzor y favorecer la conservación por liofilización. La trehalosa también se incluye en las preparaciones de anticuerpos para estabilizarlos durante la congelación o la desecación.140 Muchos efectos beneficiosos de la trehalosa surgen de su acción chaperona sobre las proteínas.141 Por ejemplo, la trehalosa previene la deposición de amiloides en un modelo de la enfermedad de Alzheimer,142 así como la agregación de proteínas mediada por poliglutaminas in vitro y en modelos de ratón de la EH.143 La trehalosa redujo con éxito la agregación de proteínas en modelos de ratón de EP144 y abolió la toxicidad de la alfa sinucleína.145-147 Estudios recientes han demostrado que la trehalosa aumenta el número de autofagosomas y promueve la mitofagia por un mecanismo aún no resuelto. Al parecer, la trehalosa actúa independientemente de la vía mTOR y aumenta la cantidad de mediadores proautofágicos como beclina 1, Atg12, Atg7 o Atg5.146 La trehalosa no atraviesa libremente las membranas celulares, sino que se introduce en las células de los mamíferos a través de la endocitosis y la pinocitosis.106 Una cuestión crucial es la farmacocinética de la trehalosa en el cuerpo humano. Curiosamente, aunque los vertebrados carecen de los genes biosintéticos de la trehalosa, sí expresan trehalasa, una enzima que hidroliza eficazmente la trehalosa en dos monómeros de glucosa.148 Así, tras la ingestión, la trehalosa se degrada rápidamente. La trehalasa se expresa como una glicoproteína anclada a la GPI en la membrana de la mucosa intestinal de las microvellosidades y en el borde en cepillo renal.149 En los humanos, se cree que la trehalasa intestinal es la principal enzima que metaboliza la trehalosa. La trehalasa intestinal cataliza la rápida degradación de la trehalosa dietética hasta tal punto que la trehalosa no se encuentra en el torrente sanguíneo, ni siquiera en niveles transitorios o bajos. A pesar de esto, la trehalosa en el agua potable indujo la autofagia y redujo la acumulación de proteínas en el SNC y en el fenotipo motor mejorado en varios modelos diferentes de ratón de EP.144,146,150 Esta evidencia sugiere que el metabolismo de la trehalosa es menos eficiente en los ratones. No se informó de efectos secundarios en los estudios de fase I en los que se expuso a los pacientes a dosis crecientes de trehalosa.151 Sin embargo, hay que tener en cuenta que las alteraciones de la actividad de la trehalasa dan lugar a problemas digestivos. De hecho, los sujetos deficientes en la actividad de la trehalasa muestran una fuerte intolerancia a la trehalosa y manifiestan dolor abdominal diarrea.152 En cualquier caso, teniendo en cuenta los efectos protectores complementarios de la trehalosa en varios modelos in vivo e in vitro de proteinopatías, la trehalosa es un tratamiento prometedor en las enfermedades neurodegenerativas, incluido el Parkinson.