Inhibidores de las vías intracelulares nf-kb y jak/stat en el tratamiento experimental de la aterosclerosis y la nefropatía diabética

Resumen

La diabetes es una enfermedad crónica de gran impacto socio-sanitario debido a su elevada frecuencia y a las consecuencias de sus complicaciones crónicas. Entre ellas, la nefropatía y la aterosclerosis son principal causa de enfermedad renal crónica y morbimortalidad en los pacientes diabéticos, aunque en la actualidad no existen alternativas terapéuticas que frenen de forma efectiva la aparición de eventos cardiovasculares o la progresión a insuficiencia renal. La inflamación es un proceso clave en la patogenia del daño renal y vascular en la diabetes y en ella participan numerosas proteínas inflamatorias, cuya expresión está estrictamente regulada a nivel intracelular por diversos mecanismos. En esta tesis hemos estudiado el potencial terapéutico de dos vías intracelulares activadas durante el inicio y progresión de la nefropatía diabética y la aterosclerosis: NF-¿B (factor nuclear-¿B) y JAK/STAT (Janus quinasa/Transductor de la señal y activador de la transcripción). En la primera parte, analizamos las consecuencias funcionales de inhibir específicamente la ruta NF-¿B dependiente de la I¿B quinasa (IKK) en un modelo experimental de nefropatía y aterosclerosis asociadas a diabetes, inducido por inyección de estreptozotocina en ratones deficientes en apolipoproteína E (apoE-/-). Para ello, empleamos un péptido con permeabilidad celular y que bloquea la formación del complejo IKK. El tratamiento con el péptido inhibidor no afectó a la hiperglucemia ni al perfil lipídico de los ratones diabéticos pero mejoró su función renal, reduciendo significativamente las lesiones renales (expansión mesangial, fibrosis e infiltrado), la actividad NF-¿B y la expresión de genes proinflamatorios y profibróticos. El péptido también suprimió la actividad NF-¿B en la aorta de los ratones diabéticos, redujo el tamaño de las placas de ateroma y su contenido lipídico e inflamatorio (leucocitos y citoquinas) y aumentó los componentes de estabilización (colágeno y células de músculo liso vascular). In vitro, el péptido bloqueó la interacción entre las subunidades IKK¿ e IKK¿/ß y previno la translocación nuclear de NF-¿B y la expresión de genes controlados por este factor, así como la proliferación celular en condiciones de hiperglucemia e inflamación. En la segunda parte, investigamos el efecto ateroprotector de la inhibición de JAK/STAT en ratones apoE-/- mediante terapia génica con un adenovirus que codifica la proteína SOCS3 (supresora de la señal de citoquinas 3). La expresión del transgen SOCS3 atenuó la activación de STAT1 y STAT3 en aorta, redujo la expresión de sus genes dependientes (citoquinas, quimioquinas, moléculas de adhesión y receptores scavenger) y previno el desarrollo de aterosclerosis en fases tempranas. Además, la terapia con SOCS3 promovió un fenotipo de placa más estable, caracterizado por un menor contenido de lípidos, células T y macrófagos M1 y un incremento de macrófagos M2 y colágeno. Sin embargo, la expresión de SOCS3 no consiguió frenar la progresión de las lesiones ateroscleróticas en fases más avanzadas del modelo animal. A nivel sistémico, la terapia con SOCS3 redujo la expresión de citoquinas de respuesta linfocitaria Th1 y Th17 y el estado de activación de los monocitos circulantes. In vitro, SOCS3 inhibió la activación de STAT inducida por citoquinas en células vasculares y macrófagos, la expresión de genes proinflamatorios y la proliferación. En conclusión, nuestros estudios demuestran el efecto renoprotector y antiaterosclerótico de la inhibición selectiva de las vías NF-¿B y JAK/STAT en modelos experimentales y proporcionan las bases para el desarrollo racional de nuevas terapias, aportando así un enfoque viable contra las complicaciones inflamatorias de la diabetes Diabetes is a chronic disease with a high social and clinical impact because of its high frequency and the consequences of its chronic complications. Among them, nephropathy and atherosclerosis are the leading cause of chronic kidney disease and morbidity and mortality in diabetic patients, although currently there are no therapeutic alternatives that effectively stop the occurrence of cardiovascular events or the progression to kidney failure. The inflammatory response associated to diabetic complications is mediated by numerous inflammatory proteins, whose gene expression is strictly regulated by several intracellular mechanisms. In this thesis we have studied the therapeutic potential of two intracellular pathways activated during the initiation and progression of diabetic nephropathy and atherosclerosis: NF-¿B (nuclear factor-¿B) and JAK/STAT (Janus kinase/Signal transducer and activator of transcription). In the first part, we analyzed the functional consequences of inhibiting specifically the I¿B kinase (IKK)-dependent NF-¿B pathway in an experimental model of diabetic nephropathy and atherosclerosis, the streptozotocin-induced diabetic apolipoprotein E deficient mouse (apoE-/-). For that, we used a cell permeable peptide that blocks the formation of the IKK complex. Treatment with the inhibitory peptide did not affect hyperglycemia and lipid profile in diabetic mice but improved their renal function by attenuating renal lesions (mesangial expansion, fibrosis and infiltrate), NF-¿B activity and the expression of proinflammatory and profibrotic genes. Peptide administration also suppressed the NF-¿B activity in diabetic mouse aortas, reduced the size, lipid content and inflammation (leucocytes and cytokines) in atherosclerotic lesions, while increasing plaque stabilization markers (collagen and vascular smooth muscle cells). In vitro, the peptide blocked the interaction between IKK¿ and IKK¿/ß subunits, thus preventing nuclear translocation of NF-¿B, target gene expression, and cell proliferation induced by hyperglycemic and inflammatory conditions. In the second part, we investigated the atheroprotective effect of JAK/STAT inhibition in apoE-/- mice by gene therapy with recombinant adenovirus encoding the suppressor of cytokine signaling 3 (SOCS3). SOCS3 transgene expression in aorta attenuated STAT1 and STAT3 activation and the expression of STAT-dependent genes (cytokines, chemokines, adhesion molecules and scavenger receptors), therefore preventing the development of atherosclerosis in early phases. Furthermore, SOCS3 gene delivery promoted a more stable plaque phenotype characterized by lower content of lipids, T cells and M1 macrophages and higher content of M2 macrophages and collagen. However, SOCS3 expression was not able to halt the progression of advanced lesions in atherosclerotic mice. Systemically, SOCS3 gene therapy inhibited the expression of Th1 and Th17 cytokines and reduced the activation state of circulating monocytes. In vitro, SOCS3 prevented cytokine-induced STAT activation, pro-inflammatory gene expression and cell proliferation in vascular cells and macrophages. In conclusion, our studies demonstrate the renoprotective and antiatherosclerotic effect of the selective inhibition of NF-¿B and JAK/STAT pathways in experimental models and provide the basis for the rational development of new therapies, thus providing a feasible approach against the inflammatory complications of diabetes.