Regulación por Nrf2 de la inflamación vascular y el estrés oxidativo inducidos por IL-1β en células de músculo liso vascular. Relación con TLR4

Abstract

La inflamación de la pared vascular es una característica clave de enfermedades cardiovasculares como la hipertensión, la aterosclerosis o la diabetes, las cuales son consideradas patologías inflamatorias crónicas y están asociadas con niveles elevados de citoquinas y enzimas proinflamatorias, como interleuquina-1 beta (IL-1β) o ciclooxigenasa-2 (COX-2), así como de especies reactivas de oxígeno (ROS), entre otras. Estudios recientes sugieren un importante papel de IL-1β en la respuesta inflamatoria de los vasos, así como en las alteraciones vasculares asociadas a estas patologías. Los receptores de membrana tipo toll (TLR), que pueden reconocer tanto patrones moleculares asociados a patógenos (PAMP), como patrones moleculares asociados a daños (DAMP), participan en la regulación de la respuesta inflamatoria. TLR4 es uno de los TLR más estudiados y se expresa en la membrana de varios tipos de células, entre ellas las células endoteliales y las células musculares lisas vasculares (CMLV) de la pared vascular. La activación de TLR4 conduce a la activación de factores de transcripción como NF-κB (factor nuclear activador de la transcripción de la cadena ligera κ de linfocitos B) y AP-1 (proteína activadora 1), que van a dar lugar a la transcripción de genes proinflamatorios, de diversas citoquinas y de COX-2. La activación de TLR4 está asociada al desarrollo de alteraciones vasculares como el remodelado vascular y la disfunción endotelial. Recientemente se ha descrito una posible relación entre este receptor y la citoquina proinflamatoria IL-1β, ya que se ha observado que esta citoquina puede inducir la activación de la vía de señalización mediada por TLR4. Tanto la inflamación como el estrés oxidativo contribuyen al desarrollo de alteraciones estructurales y funcionales en la pared vascular, entre las que destacan la rigidez vascular, el remodelado vascular o la disfunción endotelial. Por lo tanto, los mecanismos que participan en la regulación del equilibrio redox en el organismo podrían ejercer un efecto beneficioso frente a estos procesos. Uno de los principales mecanismos que participan en el mantenimiento del equilibrio redox en las células es el llevado a cabo por Nrf2 (factor 2 relacionado con el factor nuclear eritroide 2), un factor de transcripción sensible a estrés oxidativo y compuestos electrófilos que regula la transcripción de genes que codifican para proteínas con actividad antioxidante y antiinflamatoria. La hipótesis de este trabajo es que la vía de TLR4 podría participar en el efecto inflamatorio y en el estrés oxidativo inducidos por IL-1β y que la activación de Nrf2 actuaría reduciendo los efectos deletéreos causados por esta citoquina en la pared vascular, de manera que podría tener un efecto beneficioso en determinadas patologías cardiovasculares. El objetivo general de este trabajo ha sido estudiar si la vía de TLR4 participa en los efectos proinflamatorios y prooxidantes inducidos por IL-1β y el posible papel protector de la activación del factor de transcripción Nrf2 frente a estos efectos. Para llevar a cabo este objetivo se han realizado experimentos en una línea celular de CMLV de aorta de ratón y en segmentos de aorta de ratón, tras el tratamiento con IL-1β. Los principales resultados de este trabajo son: - IL-1β aumenta MyD88 y activa la NAD(P)H oxidasa, generando estrés oxidativo, el cual está implicado en la activación de la vía proinflamatoria de MAPK/AP-1/COX-2 en CMLV, así como en el aumento de la proliferación y la migración de estas células. Además, esta citoquina induce disfunción endotelial en aorta de ratón. La inhibición de TLR4 reduce estos efectos inducidos por IL-1β, indicando la participación de la vía de señalización TLR4/MyD88 en los efectos de la citoquina. - IL-1β, a través del estrés oxidativo y de TLR4, activa el factor de transcripción Nrf2 en las CMLV, induciendo un aumento de su translocación al núcleo y de la expresión de las proteínas diana HO-1, NQO1 y SOD. Además, IL-1β reduce la expresión de Keap1 y estimula la fosforilación de Nrf2 por JNK, mecanismos que pueden estar implicados en la activación del factor de transcripción. - La inhibición farmacológica de Nrf2 con brusatol potencia el efecto activador de IL-1β sobre las MAPK JNK y p38, y sobre la migración de las CMLV, lo que sugiere que la activación de Nrf2 por IL-1β actúa como mecanismo compensatorio frente a los efectos inflamatorios de la citoquina. - El activador de Nrf2 tBHQ revierte el estrés oxidativo, el aumento de expresión de los mediadores proinflamatorios MyD88, JNK, p38, AP-1 y COX-2, y la proliferación y la migración celular inducidos por IL-1β en CMLV. Además, tBHQ mejora la disfunción endotelial inducida por esta citoquina en aorta de ratón. De esta manera, la activación farmacológica del factor de transcripción Nrf2 protege frente a los efectos deletéreos de la citoquina proinflamatoria IL-1β, al menos en parte, mediante la interferencia con la vía de TLR4/MyD88 - LPS, principal ligando del receptor TLR4, activa la vía de Nrf2 en las CMLV, aumentando su translocación nuclear e induciendo la expresión de las proteínas diana HO-1, NQO1 y SOD. Además, LPS reduce la expresión de Keap1 y estimula la fosforilación de Nrf2, mecanismos que pueden contribuir a la activación del factor de transcripción. - El activador de Nrf2 tBHQ abole el estrés oxidativo, el aumento de expresión de los mediadores proinflamatorios MyD88 y COX-2, y la migración celular inducidos por LPS en CMLV, mostrando un papel protector de la activación de Nrf2 frente a los efectos deletéreos inducidos por la estimulación de la vía TLR4/MyD88. En resumen, los resultados mostrados en esta Tesis Doctoral muestran que TLR4 participa en los efectos prooxidantes y proinflamatorios de la citoquina IL-1β. Por otra parte, la activación farmacológica del factor de transcripción Nrf2 protege frente a los efectos deletéreos de IL-1β, al menos en parte, a través de la interferencia con la vía de TLR4/MyD88.