Implicaciones del factor de crecimiento transformante beta en la hipertrofia y remodelado del ventrículo izquierdo. Hallazgos en pacientes con estenosis aórtica esclerodegenerativa y en un modelo murino de sobrecarga de presión

Resumen

La estenosis valvular aórtica calcificada (EA) constituye la patología valvular del adulto que con mayor frecuencia requiere tratamiento quirúrgico en nuestro medio. Su prevalencia continua aumentando en nuestro país, al igual que la edad media de los pacientes intervenidos, como consecuencia del progresivo incremento de la expectativa de vida de la población española. En estos pacientes, como en otras enfermedades frecuentes que cursan con sobrecarga de presión ventricular izquierda (la hipertensión arterial sistémica por ejemplo), se produce un remodelado miocárdico caracterizado por la hipertrofia de la maquinaria contráctil del cardiomiocito y por un depósito excesivo de proteínas de la matriz extracelular. La hipertrofia ventricular, que se desarrolla inicialmente como un mecanismo adaptativo a la carga hemodinámica aumentada, termina convirtiendose en un problema en si misma y, cuando el paciente es operado, en predictor significativo independiente de mal pronóstico perioperatorio y tardío. A largo plazo, el remodelado miocárdico global (celular, metabólico, molecular, intersticial y estructural) provoca efectos deletéreos sobre el corazón que conducen a la insuficiencia cardiaca. Esta sucesión de fenómenos desfavorables, a pesar de ser secundaria a la anomalía valvular causante, tiene en último término mayor influencia pronóstica para estos pacientes que la propia restricción de la apertura valvular per se. A pesar de que la hipertrofia ventricular izquierda en la EA y su regresión tras el tratamiento quirúrgico son fenómenos bien documentados desde el punto de vista clínico, existen pocos estudios en la literatura acerca de los mecanismos moleculares que controlan estos procesos en pacientes. En los últimos años se han publicado estudios experimentales que implican a los factores de crecimiento transformante-ß (TGF-ß) en el desarrollo y mantenimiento del remodelado ventricular izquierdo por sobrecarga de presión. Los TGF-ßs actúan a través de un mecanismo autocrino/paracrino, produciendo crecimiento hipertrófico de los cardiomiocitos, síntesis de componentes de la matriz extracelular por los fibroblastos y transición endotelio-mesenquimal que recluta más fibroblastos para el miocardio. En humanos, existen muy pocos estudios que demuestren un papel similar para los TGF-ßs en la hipertrofia cardiaca provocada por patologías que cursan con sobrecarga de presión, incluida la EA. Sin embargo, el conjunto de datos experimentales y clínicos publicados sugiere que maniobras terapéuticas dirigidas a neutralizar las diversas vías de señalización de TGF-ß podrían constituir herramientas eficaces para interferir con el remodelado ventricular y facilitar su regresión tras el recambio valvular aórtico. Entre los posibles candidatos para interferir con la señal celular de TGF-ß se encuentra su antagonista fisiológico BAMBI (BMP and activin membrane bound inhibitor). Se trata de un pseudoreceptor incapaz de activar cascadas de señalización intracelular reduciendo, por tanto, la respuesta celular evocada por TGF-ßs. En los últimos años, se ha sugerido que el disbalance entre expresión de BAMBI y actividad de TGF-ß podría contribuir a la etiopatogenia de procesos fibróticos patológicos. Con el fin de analizar los mecanismos moleculares y genéticos implicados en el desarrollo y la regresión de la hipertrofia ventricular izquierda en respuesta a sobrecarga de presión crónica, se han desarrollado diversos modelos experimentales que resultan de gran utilidad. En nuestro laboratorio hemos puesto a punto en ratones un modelo experimental de hipertrofia ventricular izquierda, mediante la constricción controlada del arco aórtico. Este modelo pretende reproducir la situación hemodinámica de la estenosis valvular aórtica clínica por lo que, a pesar de sus limitaciones, constituye una herramienta eficaz en el estudio del desarrollo de remodelado miocárdico en este escenario. El control con ecocardiografía en estos animales permite hacer un seguimiento temporal de los cambios geométricos y de función que se producen durante el desarrollo del remodelado. El objetivo general de la presente Tesis Doctoral ha sido estudiar el papel del TGF-ß en la fisiopatología molecular del remodelado miocárdico por sobrecarga de presión desde una doble perspectiva: clínica y experimental. En la parte clínica, hemos analizado en biopsias de ventrículo izquierdo (VI) procedentes de pacientes con sobrecarga de presión secundaria a EA, la relación existente entre TGF-ß y la sobreexpresión de genes y proteínas que contribuyen al remodelado miocárdico, así como las vías de señalización implicadas y las alteraciones morfofuncionales derivadas. En la parte experimental, llevada a cabo en ratones, nuestro objetivo fue establecer una relación de causalidad entre TGF-ßs y remodelado ventricular izquierdo, subsiguiente a sobrecarga de presión inducida por constricción del arco aórtico, no basada en datos exclusivamente circunstanciales. Para ello nos hemos servido de ratones mutantes que, al carecer del gen que codifica el antagonista BAMBI, tienen aumentada la señalización por TGF-ßs y sus respuestas celulares, mientras que, el tratamiento con anticuerpos neutralizantes dirigidos contra TGF-ßs nos ha permitido analizar las modificaciones del remodelado derivadas del bloqueo de su señalización. Conclusiones: A lo largo de los últimos años, hemos reunido un amplio banco de biopsias de miocardio VI procedente de pacientes con estenosis aórtica y pacientes controles, que nos ha permitido aportar información relevante sobre los cambios inducidos por la sobrecarga de presión en el remodelado miocárdico y sus repercusiones morfológicas y funcionales. - En humanos con estenosis aórtica, TGF-ß1 contribuye al remodelado miocárdico regulando la transcripción de genes codificantes de proteínas fibrilares (colágeno I, colágeno III y fibronectina) por parte de los fibroblastos, y proteínas sarcoméricas (ß-MHC y MLC-2) por los cardiomiocitos. - En los varones con estenosis aórtica, la actividad transcripcional de genes que codifican colágeno I, colágeno III y fibronectina se ve incrementada de forma proporcionada. En las mujeres, se producen además cambios cualitativos en forma de activación preferencial de la transcripción de colágeno I sobre la de otros componentes de la matriz extracelular. Este fenómeno podría condicionar peor función diastólica del VI y mayor prevalencia de insuficiencia cardiaca con FEVI conservada en mujeres. - La expresión aumentada de genes codificantes de colágenos y fibronectina no se acompaña de un incremento proporcional en los niveles de expresión de MMP-2 o de la relación MMP-2/TIMP-2. Este desequilibrio, en favor de la síntesis de proteínas fibrilares frente a su degradación proteolítica, podría contribuir al acúmulo de proteínas de matriz extracelular en el miocardio sometido a sobrecarga de presión. - Al contrario de lo que sucede en ratones, en pacientes con estenosis aórtica el incremento de ß-MHC no aparece como alteración característica de la hipertrofia VI secundaria a sobrecarga hemodinámica. Sin embargo, los niveles de expresión de MLC-2 están incrementados de forma proporcional al gradiente transvalvular aórtico y, para un mismo nivel de compromiso hemodinámico, las mujeres sobreexpresan dicho gen en mayor proporción que los hombres. Este fenómeno podría aportar una explicación molecular a estudios recientes que describen una mejor función sistólica VI en mujeres que en hombres con estenosis aórtica, para cualquier grado de estenosis valvular o de dilatación de la cámara. - Las respuestas de las células miocárdicas tras la activación de la vía de señalización de SMADs por TGFß1 parecen estar moduladas por factores relativos al sexo. En las mujeres, pero no en los hombres, SMAD2 está relacionada con la expresión de proteínas sarcoméricas y con el grado de hipertrofia. - En hombres, TGFß, SMAD2 y TAK-1, modulan genes relacionados con fibrosis, contribuyendo al remodelado geométrico del VI (como refleja su correlación positiva con el DTD) y al deterioro de la función sistólica (como refleja su correlación negativa con la FEVI). - En ratones sometidos a sobrecarga de presión por constricción del arco aórtico se produce un incremento de la expresión génica miocárdica de las tres isoformas de TGF-ß que conduce a una activación correlativa de sus genes diana relacionados con el remodelado: colágenos I y III, fibronectina y ß-MHC. - La expresión miocárdica del pseudoreceptor BAMBI está regulada de manera coordinada con la de TGF-ß, tanto en ratones como en pacientes. Proponemos que BAMBI forma parte de un circuito de retroalimentación negativa que tiene como misión imponer restricción a las potentes señales hipertrofiante y profibrótica de estas citoquinas. - La eliminación del gen de BAMBI provoca el desarrollo de un remodelado miocárdico exacerbado y acelerado en respuesta al estrés biomecánico provocado por la constricción aórtica. Los ratones BAMBI-KO sometidos a sobrecarga de presión experimentan incrementos de la expresión miocárdica de genes y proteínas relacionados con el remodelado de la matriz extracelular (colágenos I y III y fibronectina) y sarcómericos (ß-MHC), que alcanzaron valores significativamente superiores a los observados en los ratones silvestres. - Las consecuencias de un remodelado más intenso en los ratones BAMBI-KO se manifiestan en el grado de hipertrofia VI desarrollada, la tendencia a dilatar los diámetros sistólico y diastólico del VI y el deterioro de la FEVI, que fueron más acusados que en los animales silvestres. - Nuestros resultados constituyen la primera prueba que identifica a BAMBI como un nuevo participante, y potencial diana terapéutica, en el remodelado del corazón sometido a sobrecarga de presión. - El tratamiento sistémico de ratones silvestres con un anticuerpo neutralizante que reconoce las 3 isoformas de TGF-ß reduce drásticamente la sobreexpresión de genes de proteínas fibrilares y el desarrollo de fibrosis miocárdica en respuesta a la sobrecarga de presión. Dicho tratamiento, sin embargo, fue totalmente inefectivo para prevenir el desarrollo de hipertrofia y la sobreexpresión de ß-MHC. - A pesar de la considerable reducción de la fibrosis que se observa en los animales sometidos a TAC y tratados con TGFß-Ab, no se observa en ellos mejoría hemodinámica alguna en comparación con sus controles. Estos resultados indican que las alteraciones cardiomiocitarias juegan un papel crítico en el deterioro funcional del VI sometido a sobrecarga de presión y ponen de manifiesto la necesidad de profundizar en su estudio, al que tradicionalmente se le ha prestado poca atención.