El papel de las metaloproteinasas de matriz en la fase aguda del ictus isquémico

Resumen

El ictus cardioembólico o embolia cerebral de origen cardíaco es la oclusión de una arteria cerebral por un émbolo procedente del corazón. Con frecuencia origina infartos cerebrales de tamaño importante, presenta elevadas tasas de recanalización espontánea y se asocia con transformación hemorrágica. Todo ello, lo convierte en el subtipo de ictus humano más parecido al de los modelos animales de isquemia focal transitoria/permanente. Las metaloproteinasas de la matriz (MMPs) son una familia de enzimas proteolíticas (Zn-dependientes) que se encargan del remodelado de la matriz extracelular (MEC) y que en conjunto pueden degradar todos los constituyentes de la misma. Entre las MMPs, la gelatinasa A (MMP-2) y la gelatinasa B (MMP-9), que serán objeto de nuestro estudio, son capaces de digerir la lámina basal endotelial, que juega un papel fundamental en el mantenimiento de la barrera hematoencefálica. En estudios de isquemia cerebral animal se ha demostrado el papel deletéreo de estas gelatinasas y cómo su bloqueo farmacológico o las cepas knock out de MMP-9 muestran infartos cerebrales de menor tamaño. Sin embargo no existen estudios in vivo en el ser humano que hayan analizado la expresión de estas moléculas en el ictus isquémico. Por ello nuestros objetivos son determinar el perfil temporal de la expresión de MMPs durante la fase aguda del ictus y relacionar los niveles plasmáticos de estas moléculas con la situación neurológica de los pacientes, con su evolución clínica, con la duración de la oclusión arterial y tamaño final de infarto asicomo con la aparición de transformación hemorrágica en el seno del mismo. Estudiaremos también la relación de estas moléculas con otras marcadores neuroinflamatorios. Los resultados más relevantes de estos estudios son: 1.- Hemos descrito por primera vez una sobreexpresión de MMP-9 en la fase aguda del ictus isquémico en humanos. 2.- Los niveles de MMP-2 son máximos en el momento basal y los de MMP-9 alcanzan su pico a las 24 horas. 3.- Existe una correlación estrecha entre la expresión de MMP-9 y la situación neurológica del paciente en la fase aguda. Niveles elevados de MMP-9 y MMP-2 se asocian con deterioro neurológico. 4.- La duración de la oclusión arterial y su localización influyen en la expresión de MMPs. Los pacientes con oclusiones proximales de la ACM durante todo el periodo del estudio son los que tienen niveles más elevados de MMPs. 5.- Además, la expresión de MMP-9 se correlaciona con el tamaño del infarto cerebral medido en la Tomografía Computarizada craneal. 6.- Las MMPs están implicadas en el desarrollo de transformación hemorrágica tras el ictus cardioembólico. Los niveles basales de MMP-9 influyen en la aparición de un infarto hemorrágico en fase tardía. Su pico a las 24 horas se asocia con la presencia de un hematoma parenquimatoso. 7.- Existen una relación estrecha entre la expresión de MMPs y la de citocinas proinflamatorias como la IL-6, tras la isquemia cerebral. Estos resultados son especialmente útiles ya que permitirán abrir nuevas vías terapéuticas en la patología cerebral isquémica. En la actualidad se ha aprobado el uso de t-PA en el tratamiento del ictus isquémico de <3 horas de evolución, por lo que este tipo de pacientes comenzarán a ser tratados con fármacos trombolíticos, que mejoran el pronóstico clínico del paciente recanalizando la arteria cerebral ocluida pero que tienen como principal efecto adverso la aparición de complicaciones hemorrágicas que a nivel cerebral conducen en muchas ocasiones a la muerte del paciente. Será relevante saber si los niveles de MMPs predicen estas complicaciones hemorrágicas y ayudan a mejorar la seguridad de dichos tratamientos trombolíticos. Cardioembolic stroke is due to the occlusion of a brain artery by an offending clot proceding from the heart. Usually, large cerebral infarctions with high rates of spontaneous recanalization and hemorrhagic transformations are observed in this subtype of ischemic stroke. Therefore, these patients are quite similar to the animal models of focal transient or permanent cerebral ischemia in which neuroinflammation has been studied. Matrix metalloproteinases (MMPs) are a family of zinc-binding proteolytic enzymes that normally remodel the extracellular matrix (ECM) and pathologically attack substrates as part of the neuroinflammatory response. MMP-2 (72-kDa, Gelatinase A) and MMP-9 (92-kDa, Gelatinase B) specifically attack type IV collagen, laminin and fibronectin, which are the major components of the basal lamina around cerebral blood vessels. MMPs participate in many physiologic tissue remodeling processes, including embryologic and bone remodeling, wound healing, angiogenesis, ovulation, and implantation. However, uncontrolled expression of MMPs can result in tissue destruction and inflammation. Recently, abnormal MMPs activity has been implicated in cerebral ischemia. In animal models, MMP-2 and MMP-9 expression has been shown to increase early after ischemic onset. Treatment with MMPs inhibitors and MMPs-neutralizing antibodies has also been shown to reduce both vasogenic edema formation and infarct size in a rat model of focal cerebral ischemia. In addition, reduced ischemic lesion volumes have been observed in MMP-9 knockout mice as compared with wild-type littermates. These studies suggest that the MMP family participates in the pathophysiology of cerebral ischemia. As this hypothesis has not been tested for humans in vivo, we aimed to determine the temporal profile of MMP expression in patients with acute ischemic stroke and to investigate its relationship with stroke severity, location of arterial occlusion and total infarct volume. We also evaluated the relationship of MMPs with other neuroinflammatory markers. The main results of these studies are: 1.- We have described for the first time an over expression of MMP-9 in the acute phase of human ischemic stroke. 2.- MMP-2 levels are higher in the baseline measurement. Peak levels of MMP-9 were found at the 24-hour determination. 3.- Stroke severity was correlated to MMP-9 levels at different time points after symptom onset. An association between MMP-9-MMP-2 levels and neurological deterioration was found. 4.- MMP expression was related to the time and location of MCA occlusion. Patients with a proximal MCA occlusion during the complete study period have the highest MMPs level. 5.- In addition, a positive correlation between mean MMP-9 and total infarct volume measured by means of CT scan was found. 6.- MMPs have shown to be involved in some subtypes of hemorrhagic transformation after human cardioembolic stroke. Baseline MMP-9 level predicts late-hemorrhagic infarctions and a 24h-peak precedes early-parenchymal hemorrhages. 7.- MMP expression correlates with the inflammatory cascade activation after acute cardioembolic stroke. From all measured timepoints, the best correlation was that of MMP-9 with IL-6 at 24 hours. These findings suggest a deleterious role for MMP-9 in the development of brain damage after human ischemic stroke and raise the possibility to modulate this molecule in a therapeutic manner. Because hemorrhagic infarction and hematoma are feared events that may follow ischemic stroke and thrombolytic agents that are beneficial for acute stroke treatment are increasingly used after approval even though increase the risk of hemorrhagic transformation, it is critical to identify the underlying mechanisms of this complication, to make tPA a safer stroke therapy.