Implicación de los receptores TLR4 en el daño cerebral causado por el consumo de alcohol
- Autores: Silvia Alfonso Loeches
- Directores de la Tesis: Consuelo Guerri Sirera (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat de València ( España ) en 2012
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: María Isabel Colado Megía (presid.), María Isabel Fariñas Gómez (secret.), Ulises Alfonso Gómez Pinedo (voc.)
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- Resumen
El abuso de alcohol puede causar daño cerebral y en ciertos casos cursa con neurodegeneración, aunque los mecanismos moleculares de estos efectos se desconocen. El Sistema Nervioso Central (SNC) ha sido considerado, hasta muy recientemente, como un sistema inmunológicamente privilegiado (Galea et al., 2007). Sin embargo, estudios de los últimos años indican que el cerebro coordina y regula numerosos aspectos de la respuesta inmune innata, y que la inflamación representa un factor crítico y esencial para muchas enfermedades del SNC, como son las enfermedades neurodegenerativas (Wild et al., 2008). Igualmente, la respuesta del sistema inmune innato también desempeña un papel crucial en el daño causado por numerosas enfermedades autoinmunes, y colabora en otras enfermedades tales como el cáncer, diabetes y daños cardiovasculares (Dalgleish and O'Byrne, 2006; Tedgui and Mallat, 2006). Los receptores TLRs (toll-like receptors), son los que fundamentalmente participan en la respuesta innata inmune, y responden ante procesos patogénicos. Recientemente, se ha demostrado que los TLRs se expresan en el SNC y que la neuroinflamación asociada a la activación de los receptores TLRs, participa en muchos procesos neuropatológicos y neurodegenerativos (Babcock et al., 2006; Chen et al., 2007). Además, se ha demostrado que la eliminación de los receptores TLR4 en ratones TLR4-KO, previene la isquemia y el daño cerebral (Cao et al., 2007). Es importante señalar, que aunque un incremento transitorio de dicha respuesta inmune puede ser beneficiosa para paliar condiciones patogénicas (Rivest, 2003), una activación exacerbada de la inmunidad innata puede conllevar a procesos implicados en neurodegeneración (Campbell, 2004). Aunque los procesos neuropatológicos por los que el etanol induce daño en cerebro no están esclarecidos, estudios de nuestro laboratorio ya habían demostrado que la administración crónica de alcohol en la rata, activaba vías de señalización asociadas a la respuesta de los receptores IL-1RI y TLR4 y causaba muerte neural en células gliales en cultivo (Valles et al., 2004). Estos resultados sugerían que el etanol puede causar daño a través de neuroinflamación (Blanco and Guerri, 2007). Además, datos del mismo laboratorio indicaban que el etanol, a concentraciones con relevancia a nivel fisiológico, y en ausencia de los ligando IL-1 o LPS, era capaz de activar la vía de señalización IL-1RI/ TLR4 no sólo en astrocitos (Blanco et al., 2005; Blanco et al., 2008) sino también en microglía y macrófagos de ratón (Fernandez-Lizarbe et al., 2008), sugiriendo que la activación de la respuesta de TLR4 inducida por etanol, podría ser de importancia en mecanismos de neuroinflamación (Blanco and Guerri, 2007). En base a los anteriores resultados y considerando el papel crítico de los TLR4 en la neuroinflamación, daño cerebral y neurodegeneración (Okun et al., 2009), el principal objetivo de este trabajo ha sido establecer el papel potencial de la respuesta de TLR4/IL1RI inducida por el etanol, tanto en la activación astroglial, daño cerebral y neurodegeneración causada por el consumo de alcohol, así como evaluar si éste daño cerebral causado por el consumo de alcohol se asociaba con alteraciones cognitivas tras la retirada del alcohol y los posibles mecanismos epigenéticos involucrados en dichas alteraciones. Por tanto, el presente trabajo se ha abordado la hipótesis de que los receptores TLR4 poseen un papel crucial en la neuroinflamación, daño cerebral y posible neurodegeneración inducida por el consumo de alcohol y que el inflamasoma participa en el daño neural causado por el consumo de alcohol. El inflamasoma, es una plataforma multiprotéica citosólica que permite la activación de las caspasas proinflamatorias, específicamente de la caspasa-1 que procesa el precursor de la interleucina-1beta (pro-IL-1beta) a la forma activa (IL-1) así como a otros miembros de la misma familia como la IL-18, conduciendo a una poderosa respuesta inflamatoria. Desconocemos cómo se produce la activación de los inflamasomas y los mecanismos por los cuáles se logra la respuesta inmunoprotectora, sin embargo, sabemos que el ensamblaje y la activación del inflamasoma es un proceso esencial en los mecanismos naturales de defensa inmune. El inflamasoma más estudiado ha sido el NLRP3 (criopirina), ya que se producen mutaciones en el gen que codifica algunas proteínas que lo conforman, participando en ciertas patologías autoinmunes. Los resultados obtenidos demuestran que el consumo crónico de alcohol en ratones, causa una activación en la señalización del TLR4 (MAPK, NF-kB/p65), estimula la microglía y astroglía, aumenta los niveles de citoquinas y mediadores proinflamatorios e incluso activa la actividad de la caspasa-3, causando degeneración y muerte neuronal en corteza cerebral de ratones. La deficiencia de la función de los receptores TLR4 en ratones (TLR4-KO) protege de la neuroinflamación y de gran parte de los efectos deletéreos que causa el consumo de alcohol en cerebro. Además, demostramos que los co-receptores del TLR4, CD14 y MD-2, participan en la activación del TLR4 por el etanol, ya que el silenciamiento de estos co-receptores, mediante el uso de siRNAs, bloquea la respuesta del TLR4 inducida por el etanol en astrocitos. Los resultados también demuestran que el inflamasoma NLRP3 participa en la neuroinflamación causada por el consumo de alcohol. De hecho, la administración de alcohol en ratones activa el complejo citosólico del inflamasoma NLRP3/Casp1, en astrocitos en cultivo y en la corteza cerebral e hipocampo de ratones TLR4+/+. Dicha activación es muy leve en animales TLR4-KO. Los resultados indican que los TLR4 potencian la respuesta neuroinflamatoria del complejo NLRP3/Casp1, y que los TLR4 son necesarios pero no suficientes para que el alcohol produzca una activación completa de este complejo citosólico. Además, también observamos que el consumo crónico de alcohol, causa una leve infiltración celular de polimorfonucleados (leucocitos, neutrófilos, etc.) y macrófagos en cerebro, que se conoce como infiltrado inflamatorio en cerebro. Es interesante resaltar que la activación de los receptores TLR4 y neuroinflamación se asocia con procesos de desmielinización, que se observan en alcohólicos con un abuso de alcohol. De hecho, demostramos que la activación del TLR4 tras el consumo de alcohol, causa una reducción en los niveles de diferentes proteínas de mielina, alteraciones morfológicas, cambios estructurales de las fibras mielínicas, notable reducción en la materia blanca, degeneración axonal y muerte neuronal asociada. La eliminación de la función de los TLR4, no sólo protege de gran parte de la neuroinflamación, sino que también de las alteraciones en la mielina y el daño neuronal asociado con el abuso de alcohol. En correlación con nuestros estudios, mediante técnicas de neuroimagen y en necropsias de cerebros de individuos alcohólicos, se ha observado una atrofia cerebral y agrandamiento ventricular, junto con una reducción del volumen de la sustancia blanca hemisférica cerebral. Finalmente, demostramos que la neuroinflamación y la neurodegeneración que induce el consumo crónico de alcohol, causa cambios epigenéticos en la acetilación de histonas y estos cambios, se correlacionan con alteraciones cognitivas y conductuales a largo plazo tras el consumo de alcohol. En resumen, aunque los mecanismos por los que el alcohol causa daño cerebral son complejos, la activación del sistema innato inmune y de los receptores TLR4 en el cerebro, desempeña un papel crucial en la neuroinflamación y en el daño cerebral que conlleva el abuso de alcohol. Por tanto, los receptores TLR4 pueden representar una nueva diana terapéutica para paliar o tratar ciertas patologías asociadas al consumo de alcohol, como la hepatopatía, la reducción en la materia blanca, el daño cerebral y las alteraciones cognitivas y conductuales asociadas con el abuso de alcohol.
