El estr\u00e9s nitrooxidativo comprende los disturbios infligidos a c\u00e9lulas y org\u00e1nulos subcelulares por las especies reactivas del nitr\u00f3geno (ERN), fundamentalmente el peroxinitrito y los S \u2013 nitrosotioles. Los efectos delet\u00e9reos de estas ERN han sido mejor descritos sobre la membrana plasm\u00e1tica de las c\u00e9lulas endoteliales y las mitocondrias, por ser estas alteraciones las que fungen como resortes para diferentes estados patol\u00f3gicos.<\/p>\n
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Mecanismos moleculares involucrados en la fisiopatolog\u00eda del estr\u00e9s nitrooxidativo.<\/b><\/p>\n
Molecular mechanisms involved in the physiopathology of nitroxidative stress.<\/p>\n
Autor principal: Lic. Daniel Eugenio Ben\u00edtez Zequeira. Licenciado en Bioqu\u00edmica. Profesor Auxiliar.<\/p>\n
Coautores:<\/p>\n
Instituci\u00f3n: Universidad M\u00e9dica de La Habana. Facultad de Ciencias M\u00e9dicas \u201cJulio Trigo L\u00f3pez\u201d. Departamento de Morfofisiolog\u00eda.<\/p>\n
Resumen<\/b><\/p>\n
El estr\u00e9s nitrooxidativo comprende los disturbios infligidos a c\u00e9lulas y org\u00e1nulos subcelulares por las especies reactivas del nitr\u00f3geno (ERN), fundamentalmente el peroxinitrito y los S \u2013 nitrosotioles. Los efectos delet\u00e9reos de estas ERN han sido mejor descritos sobre la membrana plasm\u00e1tica de las c\u00e9lulas endoteliales y las mitocondrias, por ser estas alteraciones las que fungen como resortes para diferentes estados patol\u00f3gicos.<\/p>\n
En este trabajo de revisi\u00f3n se compilan los resultados de una d\u00e9cada, obtenidos por los autores consultados en cuanto a los mecanismos moleculares a trav\u00e9s de los cuales las especies reactivas del nitr\u00f3geno (ERN) desencadenan la disfunci\u00f3n endotelial, la disfunci\u00f3n mitocondrial, la inflamaci\u00f3n y los eventos vasculares de la aterosclerosis. Para ello, se realiz\u00f3 una b\u00fasqueda exhaustiva basada en dos criterios de exclusi\u00f3n: art\u00edculos publicados en el periodo 2000 \u2013 2010 y una selecci\u00f3n de las revistas cient\u00edficas que, a nuestro criterio, mejor hubiesen reflejado el contenido de inter\u00e9s.<\/p>\n
Palabras clave: estr\u00e9s nitrooxidativo, especies reactivas del nitr\u00f3geno, disfunci\u00f3n endotelial, disfunci\u00f3n mitocondrial, inflamaci\u00f3n, aterosclerosis.<\/p>\n
Abstract<\/b><\/p>\n
The undesirable effects of reactive nitrogen species (RNS) have been better described on cell membrane and mitochondria for these alterations act as triggering factors for different pathological states. A review has been carried out in which results obtained by the consulted authors in the matter of both endothelial and mitochondrial dysfunction, as well as inflammation and atherosclerotic vascular events, triggered by RNS within a whole decade have been compiled. The purpose of reviewing was based on two excluding criteria: articles published from 2000 to 2010 and a fine selection of the science magazines which better exposed the content.<\/p>\n
Mecanismos moleculares del Oxido N\u00edtrico en la funcionalidad endotelial<\/b>.<\/b><\/p>\n
La vasodilataci\u00f3n es la respuesta primaria del endotelio ante el est\u00edmulo provocado por el estr\u00e9s hemodin\u00e1mico. Y es el \u00f3xido n\u00edtrico (ON) el protagonista principal de este efecto en su calidad de segundo mensajero qu\u00edmico (1).<\/p>\n
El \u00f3xido n\u00edtrico (ON) es producido en el endotelio por la enzima \u00f3xido n\u00edtrico sintasa (NOS, del ingl\u00e9s nitric oxide synthase), de la cual se han identificado tres isoformas. Dos de ellas son constitutivas y dependientes de calcio \u2013 calmodulina: la propiamente endotelial (eNOS) y la neuronal (nNOS). Ambas enzimas producen \u00f3xido n\u00edtrico (ON) a concentraciones bajas o basales (2). La tercera isoenzima, tambi\u00e9n presente en macr\u00f3fagos, no depende de las concentraciones intracelulares de calcio y es inducida (iNOS) por diferentes factores patol\u00f3gicos cuya diana es la membrana endotelial o del fagocito; estos factores pueden ser mol\u00e9culas proinflamatorias, lipoprote\u00ednas oxidadas y agentes infecciosos (envolturas virales y exotoxinas y lipopolisac\u00e1ridos bacterianos) (3).<\/p>\n
Todas las isoenzimas de la enzima \u00f3xido n\u00edtrico sintasa (NOS) requieren de cofactores como flav\u00edn aden\u00edn mononucle\u00f3tido (FMN), flav\u00edn aden\u00edn dinucle\u00f3tido (FAD), tetrahidrobiopterina (BH4<\/sub>) y NADPH (4, 5).<\/p>\n La activaci\u00f3n de la enzima \u00f3xido n\u00edtrico sintasa endotelial (eNOS) se produce por fosforilaci\u00f3n dependiente de calcio: este cati\u00f3n se une a la prote\u00edna calmodulina y el complejo binario resultante activa prote\u00ednas quinasas que fosforilan la sintasa. Por otra parte, los factores inductores mencionados anteriormente pueden activar la v\u00eda que involucra a la enzima fosfatidil inositol 3 quinasa (PI \u2013 3K), lo cual a su vez activa factores de transcripci\u00f3n que incrementan la expresi\u00f3n y consecuente actividad de la enzima \u00f3xido n\u00edtrico sintasa inducida (iNOS) (6).<\/p>\n Cuando las NOS han sido activadas, se incrementa la concentraci\u00f3n intracelular del ON, este se une al grupo hemo de la enzima guanilato ciclasa soluble induciendo un cambio conformacional de la prote\u00edna, lo que activa el sitio catal\u00edtico de esta. La guanilato ciclasa cataliza entonces la conversi\u00f3n del guanos\u00edn 5\u2019 trifosfato (GTP) en guanos\u00edn 3\u20195\u2019 monofosfato c\u00edclico (GMPc) (7).<\/p>\n <\/p>\n En el m\u00fasculo liso vascular, el GMPc activa prote\u00ednas tipo ser\u00edn o treon\u00edn quinasas que fosforilan, respectivamente, a residuos de serina o de treonina en la estructura de prote\u00ednas canales para iones. De esta manera, se inhibe el flujo de calcio al interior celular, disminuye la sensibilidad de los miofilamentos al cati\u00f3n y se permite la relajaci\u00f3n muscular, produci\u00e9ndose la vasodilataci\u00f3n endotelial (8).<\/p>\n La secuencia informativa que fluye desde la producci\u00f3n de ON hasta la activaci\u00f3n de prote\u00ednas canales para calcio se conoce como V\u00eda o Ruta del ON\/GMPc (7, 8).<\/p>\n Ruta del ON\/GMPc<\/p>\n ESTR\u00c9S HEMODIN\u00c1MICO<\/p>\n \u2193<\/p>\n INCREMENTO DE CALCIO INTRACELULAR<\/p>\n \u2193<\/p>\n ACTIVACI\u00d3N DE eNOS<\/p>\n \u2193<\/p>\n PRODUCCI\u00d3N DE ON<\/p>\n \u2193<\/p>\n ACTIVACI\u00d3N DE GUANILATO CICLASA<\/p>\n \u2193<\/p>\n INCREMENTO DE GMPc<\/p>\n \u2193<\/p>\n ACTIVACI\u00d3N DE SER\u00cdN \u2013 TREON\u00cdN QUINASAS<\/p>\n \u2193<\/p>\n TRANSCONFORMACI\u00d3N DE PROTE\u00cdNAS CANALES PARA CALCIO<\/p>\n \u2193<\/p>\n RELAJACI\u00d3N DE MIOFILAMENTOS EN M\u00daSCULO LISO<\/p>\n \u2193<\/p>\n VASODILATACI\u00d3N ENDOTELIAL<\/p>\n Estr\u00e9s nitrooxidativo por depleci\u00f3n de <\/b>\u00f3xido n\u00edtrico (ON) en la disfunci\u00f3n endotelial.<\/b><\/p>\n El endotelio desarrolla diferentes funciones: actividad antitromb\u00f3tica (inhibe la adhesi\u00f3n plaquetaria, la coagulaci\u00f3n y regula el sistema fibrinol\u00edtico); controla la proliferaci\u00f3n de las c\u00e9lulas musculares lisas de la capa media vascular y modula el tr\u00e1nsito de lipoprote\u00ednas y leucocitos hacia la pared del vaso (9). En el desarrollo de estas funciones, el endotelio regula la interacci\u00f3n de los elementos formes y las prote\u00ednas de la sangre con las c\u00e9lulas del lecho vascular, ejerciendo un papel central como sensor y transmisor de se\u00f1ales (10): las c\u00e9lulas endoteliales son capaces de detectar cambios f\u00edsicos (estr\u00e9s mec\u00e1nico \u2013 hemodin\u00e1mico) y qu\u00edmicos (producci\u00f3n de mediadores qu\u00edmicos locales paracrinos), transducirlos y elaborar respuestas adaptadas, logrando con ello la homeostasis vascular y la protecci\u00f3n de la pared del vaso frente a lesiones (11).<\/p>\n La disfunci\u00f3n endotelial (DE) se define actualmente como una de las primeras manifestaciones de la enfermedad vascular y la arteriosclerosis; es un comportamiento anormal del endotelio, con una respuesta inapropiada frente a diferentes est\u00edmulos, caracterizada por la incapacidad endotelial para producir \u00f3xido n\u00edtrico y lograr una vasodilataci\u00f3n satisfactoria (12).<\/p>\n La alteraci\u00f3n o inhibici\u00f3n de la Ruta del ON\/GMPc conduce a una severa depleci\u00f3n del \u00f3xido n\u00edtrico (ON), con los resultados injuriosos consecuentes de la incapacidad vasodilatadora del endotelio, los cuales han sido reportados en entidades nosol\u00f3gicas como la aterosclerosis, la hipertensi\u00f3n arterial, los vasoespasmos cerebral y coronario, la hipercolesterolemia y la diabetes (13).<\/p>\n Alteraci\u00f3n de la permeabilidad del endotelio: factor desencadenante de la disfunci\u00f3n.<\/b><\/p>\n El endotelio de las arterias es una monocapa celular conectada por uniones intercelulares que restringen el tr\u00e1fico de macromol\u00e9culas entre la sangre y la pared vascular. El tr\u00e1nsito macromolecular se realiza a trav\u00e9s de un complejo sistema de membrana compuesto por caveolas revestidas por un glucoc\u00e1lix rico en glicosaminoglicanos sulfatados. Este sistema permite la absorci\u00f3n selectiva de diversas macromol\u00e9culas. La p\u00e9rdida paulatina de la capacidad del endotelio para controlar el tr\u00e1fico de macromol\u00e9culas hacia el interior de la pared permite un mayor dep\u00f3sito de mol\u00e9culas circulantes, tales como el fibrin\u00f3geno y las lipoprote\u00ednas de baja densidad (LDL): se inicia as\u00ed el proceso de la disfunci\u00f3n endotelial (14).<\/p>\n El incremento de la permeabilidad endotelial est\u00e1 vinculado con un proceso de contracci\u00f3n celular mediado por el calcio y con una desorganizaci\u00f3n del citoesqueleto. Estos cambios de la permeabilidad est\u00e1n relacionados con diversos est\u00edmulos protromb\u00f3ticos, inflamatorios o lip\u00eddicos, los cuales fungen como se\u00f1ales para la activaci\u00f3n de las NOS endoteliales, fundamentalmente la isoforma inducida, y la consecuente producci\u00f3n de elevadas concentraciones de \u00f3xido n\u00edtrico. Toda esta secuencia informativa ha sido descrita en los cambios vasculares asociados a la hipertensi\u00f3n arterial y a la Diabetes Mellitus (15).<\/p>\n La disfunci\u00f3n mitocondrial como resultado del estr\u00e9s nitrooxidativo.<\/b><\/p>\n El ON altera la estructura y la funci\u00f3n de prote\u00ednas asociadas a la membrana interna mitocondrial, las que participan en la transferencia de electrones. Tal es el caso de la NADH ubiquinona oxidorreductasa (NADH deshidrogenasa o Complejo I), la succinato ubiquinona oxidorreductasa (succinato deshidrogenasa o Complejo II) y la citocromo c oxidasa (Complejo IV). El \u00f3xido n\u00edtrico (ON) se une reversiblemente al grupo hemo de estas prote\u00ednas, provocando cambios conformacionales que compiten con la afinidad de estas enzimas por sus coenzimas, lo cual afecta el transporte de electrones (16).<\/p>\n Por otra parte, el metabolismo respiratorio genera una importante concentraci\u00f3n de ERO, tales como ani\u00f3n super\u00f3xido (O2<\/sub>_<\/sup>), per\u00f3xido de hidr\u00f3geno (H2<\/sub>O2<\/sub>) y radicales hidroxilo (OH_<\/sup>) que son fisiol\u00f3gicamente inactivados por enzimas antioxidantes como la super\u00f3xido dismutasa (SOD), la catalasa y la peroxidasa (17). Sin embargo, la disminuci\u00f3n del consumo de ox\u00edgeno por la<\/p>\n <\/p>\n mitocondria debido a alteraciones estructurales de la cadena respiratoria incapacita la c\u00e9lula para usar el ox\u00edgeno disponible en la s\u00edntesis de ATP, lo cual lo deriva a la mayor producci\u00f3n de ERO, fundamentalmente O2<\/sub>_<\/sup>, con la consiguiente reacci\u00f3n de este con \u00f3xido n\u00edtrico (ON) y formaci\u00f3n de peroxinitrito, radical de elevada reactividad oxidativa que ocasiona disrupci\u00f3n de la integridad mitocondrial, nitraci\u00f3n irreversible de prote\u00ednas y peroxidaci\u00f3n lip\u00eddica (18).<\/p>\n El peroxinitrito puede, adem\u00e1s, inducir apoptosis por activaci\u00f3n de la cascada enzim\u00e1tica de las caspasas (19).<\/p>\n Estr\u00e9s nitrooxidativo e inflamaci\u00f3n.<\/b><\/p>\n En los procesos inflamatorios en general se incrementan la cantidad y la concentraci\u00f3n de se\u00f1ales tales como interleuquinas (IL-1) y otras citoquinas, fundamentalmente, el factor de necrosis tumoral (TNF), que tributan a la membrana endotelial. El endotelio responde entonces con la expresi\u00f3n \u2013 secreci\u00f3n de IL-1, factor de crecimiento derivado de plaquetas (PDGF), fibroblasto b\u00e1sico, factores quimiot\u00e1cticos y una serie de prote\u00ednas de superficie que act\u00faan como mol\u00e9culas de adhesi\u00f3n vascular (VCAM) y de adhesi\u00f3n intercelular (ICAM), las cuales fungen como receptores endoteliales para las prote\u00ednas integrinas de las membranas celulares de macr\u00f3fagos y monocitos. El endotelio responde, adem\u00e1s, con el incremento en la expresi\u00f3n y actividad de la enzima \u00f3xido n\u00edtrico sintasa inducida (iNOS), que no se expresa bajo condiciones fisiol\u00f3gicas normales (20).<\/p>\n En la inflamaci\u00f3n grave en particular (como la sepsis), la actividad de la enzima \u00f3xido n\u00edtrico sintasa inducida (iNOS) est\u00e1 muy favorecida, lo cual es consecuente con una elevada producci\u00f3n de \u00f3xido n\u00edtrico (ON), lo que mantiene un estado de vasodilataci\u00f3n, fundamentalmente en la macrocirculaci\u00f3n. Sin embargo, la microcirculaci\u00f3n est\u00e1 afectada. A nivel de tejidos y \u00f3rganos, la vasodilataci\u00f3n se produce por los efectos del \u00f3xido n\u00edtrico (ON) sintetizado por la enzima \u00f3xido n\u00edtrico sintasa endotelial (eNOS). Ambas enzimas, enzima \u00f3xido n\u00edtrico sintasa inducida (iNOS) y enzima \u00f3xido n\u00edtrico sintasa endotelial (eNOS), dependen de la concentraci\u00f3n de su sustrato, la arginina. Durante la sepsis, disminuye tanto la s\u00edntesis de novo de arginina a nivel endotelial como la arginina que llega al endotelio procedente del ri\u00f1\u00f3n, resultando todo ello en bajas concentraciones de arginina en la c\u00e9lula endotelial. La arginina es consumida entonces por la enzima \u00f3xido n\u00edtrico sintasa inducida (iNOS), que es la isoenzima con mayor afinidad para el sustrato. La actividad de la enzima \u00f3xido n\u00edtrico sintasa endotelial (eNOS) disminuye considerablemente por poca disponibilidad de sustrato y con ello disminuye tambi\u00e9n la producci\u00f3n de ON a nivel tisular, por lo que se altera la reperfusi\u00f3n \u00f3rgano terminal.<\/p>\n Los problemas en la perfusi\u00f3n local alteran el equilibrio de \u00f3xido \u2013 reducci\u00f3n e incrementan la producci\u00f3n de radicales libres. Ello culmina en la mayor degradaci\u00f3n de \u00f3xido n\u00edtrico (ON), el que se metaboliza a peroxinitrito que induce a mayor estr\u00e9s nitrooxidativo local (21).<\/p>\n Durante la sepsis, la disminuci\u00f3n de la s\u00edntesis de \u00f3xido n\u00edtrico (ON) a partir de enzima \u00f3xido n\u00edtrico sintasa endotelial (eNOS) puede explicarse por:<\/p>\n 1) acoplamiento de la eNOS con otras enzimas, lo cual distorsiona su sitio catal\u00edtico y afecta el consumo de arginina.<\/p>\n 2) limitaci\u00f3n de la disponibilidad de calcio debido a los efectos de las citoquinas del hospedero y de las toxinas bacterianas sobre el transporte cati\u00f3nico intracelular: la enzima \u00f3xido n\u00edtrico sintasa endotelial (eNOS) es dependiente de calcio.<\/p>\n 3) inhibici\u00f3n de la eNOS por la dimetilarginina asim\u00e9trica, un metabolito producido por rutas alternativas de consumo de la acumulaci\u00f3n de arginina (22).<\/p>\n Otro efecto nocivo del \u00f3xido n\u00edtrico (ON) durante la inflamaci\u00f3n es que compite con el H2<\/sub>O2 <\/sub>por su sitio de uni\u00f3n al grupo hemo de la enzima catalasa. Cuando el \u00f3xido n\u00edtrico (ON) se une a la enzima la inactiva. Los incrementos del H2<\/sub>O2<\/sub> no metabolizado tienen poderosos efectos delet\u00e9reos sobre las c\u00e9lulas del tejido en cuesti\u00f3n (23).<\/p>\n Estr\u00e9s nitrooxidativo en la Aterosclerosis.<\/b><\/p>\n En la patolog\u00eda ateroscler\u00f3tica se encuentran niveles elevados de lipoprote\u00ednas de baja densidad (LDL) cuyas formas oxidadas (LDLox) se acumulan en el espacio subendotelial de la pared endotelial. La interacci\u00f3n de las LDL con ERO y especies reactivas del nitr\u00f3geno (ERN) consume \u00f3xido n\u00edtrico (ON) y desencadena estr\u00e9s nitrooxidativo, lo cual conlleva disfunci\u00f3n endotelial debido a la disminuci\u00f3n de la actividad de la eNOS. La disminuci\u00f3n del \u00f3xido n\u00edtrico (ON) promueve la adhesi\u00f3n plaquetaria, inflamaci\u00f3n, trombosis y proliferaci\u00f3n de c\u00e9lulas del m\u00fasculo liso, efectos exhibidos en la formaci\u00f3n de placas ateromatosas (24).<\/p>\n El estado ateroscler\u00f3tico puede acompa\u00f1arse por una triacilgliceridemia e hipertensi\u00f3n arterial; entonces hay un incremento de las ERO leucocitarias, fundamentalmente O2<\/sub>_<\/sup>, lo que posibilita el aumento de radicales peroxinitrito y sus efectos delet\u00e9reos (25). Al parecer, la angiotensina II puede estimular la NADPH oxidasa leucocitaria generadora de ERO. Todo ello, adem\u00e1s del aumento del inhibidor fibrinol\u00edtico PAI \u2013 1 (plasminogen activator inhibitor), favorece el estado protromb\u00f3tico en la aterosclerosis (26).<\/p>\n Referencias bibliogr\u00e1ficas.<\/b><\/b><\/p>\n <\/p>\n Mecanismos moleculares involucrados en la fisiopatolog\u00eda del estr\u00e9s nitrooxidativo. El estr\u00e9s nitrooxidativo comprende los disturbios infligidos a c\u00e9lulas y org\u00e1nulos subcelulares por las especies reactivas del nitr\u00f3geno (ERN), fundamentalmente el peroxinitrito y los S \u2013 nitrosotioles. Los efectos delet\u00e9reos de estas ERN han sido mejor descritos sobre la membrana plasm\u00e1tica de las c\u00e9lulas endoteliales y … <\/p>\n\n
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