Glicosaminoglicanos en las enfermedades vasculares

GLICOSAMINOGLICANOS EN LAS ENFERMEDADES VASCULARES

En la primera mitad del siglo XX los azúcares se consideraron de interés por su química y metabolismo, como fuente de energía y como materiales de estructura (celulosa). En las últimas tres décadas con el desarrollo de la glicobiología se evidenció que numerosas macromoléculas en los tejidos poseen unidas moléculas de mono u oligosacáridos, llamados genéricamente glicanos. 1

ESTRUCTURA DE LOS GLICOSAMINOGLICANOS

Los glicosaminoglicanos o glucosaminoglucanos (GAGs) son una serie de compuestos formados por dímeros constituidos por un azúcar amino (D-glucosamina o D-galactosamina) y un ácido urónico (ácido D-glucurónico o ácido L-idurónico), con excepción del queratán sulfato que en vez del ácido contiene una galactosa. El grupo amino del azúcar está acetilado, por lo que no tiene carga positiva y así forma N-acetilglucosamina o N-acetilgalactosamina y se encuentran unidos en proporción variable a grupos sulfato. Los grupos sulfato y los radicales ácidos le confieren una fuerte carga negativa (Figura 1). En relación con los constituyentes del dímero se forman distintos GAGs (Cuadro I).

Los dímeros están unidos uno al otro, formando largas cadenas no ramificadas. Salvo el ácido hialurónico que es un GAG no sulfatado, todos los demás se unen se forma covalente a proteí-

CUADRO I

Composición de los glicosaminoglicanos. [2][3][4]

Glicosaminoglicano

Dímero repetido

Dermatán sulfato N-acetilgalactosamina Ácido L-idurónico *A diferencia del heparán sulfato, 80% de la N-acetilglucosamina está desacetilada y 70% del ácido urónico es idurónico. La heparina se produce en exclusiva por los mastocitos, mientras que el heparán sulfato puede producirse virtualmente en todas las células.

Figura 1.

Estructura química de los glicosaminoglicanos. Se ejemplifica un dermatán sulfato (A) y un heparán sulfato (B). Nótese las cargas negativas de los radicales ácidos (COO -) y de los radicales sulfato (SO 3 -).

A B

les se encuentran sobre todo el sindicano-1 y el sindicano-2; en las células nerviosas, el sindicano-3; mientras que el 4 domina en los fibroblastos y epitelios, junto con el 1. 5,6 El glipicano es otro proteoglicano de la superficie celular formado por una proteína de 62 kDa unida a heparán sulfato, se unen al VEGF (factor de crecimiento del endotelio vascular) e interactúan con la antitrombina III. 7 El perlecano es un gran proteoglicano con una proteína de 467 kDa unido a heparán sulfato y condroitín sulfato, se encuentra principalmente formando parte de membranas basales de muchos tejidos; a través del heparán sulfato tiene un papel clave en la regulación de FGF-2 (factor 2 de crecimiento de fibroblastos), controlando la replicación de las células musculares lisas en la vasculogénesis, representa una barrera al paso de macromoléculas catiónicas a través de la membrana basal glomerular renal e interviene en la protección de la matriz extracelular del cartílago. 8,9 FUNCIÓN DE LOS GLICOSAMINOGLICANOS Los GAGs y sus proteoglicanos retienen una gran cantidad de agua y sodio, formando geles que mantienen hidratada la matriz extracelular. En el cartílago contribuyen a dar una matriz capaz de soportar fuerzas de compresión. En la matriz extracelular pueden unirse a citocinas (ejemplo: IL-2, IL-7, IL-8, TNF-α), a quimiocinas (ejemplo: MIP-1β, SDF-1), a factores de crecimiento y morfógenos (ejemplo: FGFs, receptores de FGF, HGF, VEGF, TGF-β), protegiéndolos de enzimas proteolíticas; pueden actuar como receptores de proteasas y de inhibidores de proteasas y como reguladores de la migración celular. En las membranas celulares actúan como correceptores de varios factores de crecimiento tipo tirosina-cinasa y cooperan con integrinas y otros receptores de adhesión celular regulando las interacciones intercelulares y la motilidad celular. 4 En las membranas basales endoteliales, peritoneales y glomerulares los GAG contribuyen a formar poros de diferentes tamaños y actúan como filtros selectivos por tamaño y carga eléctrica (los GAG son fuertemente electronegativos), así regulan el tráfico de moléculas y de células. Son componentes esenciales del glicocáliz del endotelio vascular y del peritoneo, proveen una capa que protege contra la abrasión, la infección y la adhesión plaquetaria. Específicamente el heparán sulfato es importante en la acción de secuestrar factores de crecimiento y modular la permeabilidad selectiva de proteínas en el peritoneo. 10 Una estructura a la que en los últimos años se le ha dado una importancia creciente es el glicocáliz (o glicocálix) endotelial. Éste es una membrana formada por una malla de proteoglicanos, principalmente sindecanos y glipicanos, los cuales emergen desde el interior de las células endoteliales y GAGs sulfatados (en especial heparán sulfato, condroitin sulfato, dermatan sulfato y queratán sulfato, en ese orden), así como ácido hialurónico. Quizá se asocia por carga eléctrica con proteínas plasmáticas, así aumenta el espesor funcional de esta capa, llamada también capa de superficie endotelial. El espesor del glicocáliz es variable, depende del vaso estudiado y de la técnica utilizada para demostrarlo; se ha observado que se extiende intraluminalmente hasta 0.5-3 µm 11,12 (Figura 2).

Las funciones del glicocáliz son múltiples:

• Transforma el esfuerzo de tensión (shear stress) que actúa sobre el endotelio; regula la liberación de óxido nítrico (NO), actuando como mecanosensor a las fuerzas de tensión. • Mantiene la permeabilidad vascular; la degradación de los GAGs del glicocáliz produce aumento de la permeabilidad capilar y del hematocrito capilar y reduce la resistencia al flujo en la microcirculación. • Protege a la pared vascular contra el estrés oxidativo; la superóxido-dismutasa extracelular (que convierte a los radicales de oxígeno en peróxido de hidrógeno) está unida a los proteoglicanos-heparán sulfato en el glicocáliz, el daño del glicocáliz se acompaña de disminución de esta enzima. Luz vascular

Glicocáliz

Células endoteliales

• Interviene como regulador de la coagulación sanguínea, minimizando la generación de trombina; el dermatán sulfato presente en el glicocáliz endotelial tiene una acción antitrombótica al interactuar con el cofactor II de la heparina, el GAG antitrombótico es predominante en la pared vascular; [13][14][15] la lesión del glicocáliz tiene como resultado la generación de trombina y la adhesión plaquetaria en pocos minutos, esto explicaría por qué las citocinas proinflamatorias (ejemplo TFN-α) que lesionan el glicocáliz pueden inducir la coagulación en el interior de los vasos. • Atenúa la adhesión de leucocitos y plaquetas; las dimensiones del glicocáliz > 100 nm y aún mayores con la unión de glicoproteínas in vivo exceden por mucho las de las moléculas de adhesión (IAM-1, selectinas P y L, ICAMs, VCAMs, PECAM, integrinas, etc.) que tendrían alrededor de 10 nm de longitud; este impedimento físico previene la adhesión de leucocitos y plaquetas. En cambio, el daño del glicocáliz al reducir su es-pesor de manera sustancial permite la adhesión de leucocitos y plaquetas, mientras que la restauración del glicocáliz con infusión de GAG disminuye la adhesión leucocitaria a las paredes vasculares; así, los ratones carentes de sindecan-1 (knock out) aumentan la adhesión de leucocitos y la diapédesis. • En las arteriolas el glicocáliz indemne reduce la extravasación de partículas de LDL al espacio subendotelial. [10][11][12]16 La composición del glicocáliz se mantiene por el balance entre la biosíntesis de los GAGs y sus proteoglicanos, por las células endoteliales y su pérdida mediada por proteasas. Diversos factores acentúan la última: inflamación (TNF-α, endotoxinas, lipopolisacáridos bacterianos), isquemia como en el fenómeno isquemia/reperfusión, las LDL oxidadas y la hipervolemia. La hiperglucemia en la diabetes experimental en animales, así como en la diabetes humana, se acompaña de degradación y adelgazamiento del glicocáliz. [17][18][19] Figura 3. Esquema de la fisiopatología de la enfermedad venosa crónica. GAGs: glicosaminoglicanos. MMPs: metaloproteinasas. TIMPs: inhibidores tisulares de las metaloproteinasas. TGF-β 1 : factor de crecimiento transformador-β 1 . FGF-β 1 : factor de crecimiento de fibroblastos-β 1 (para mayor explicación consultar el texto).

Hipertensión venosa prolongada

Enfermedad venosa crónica

Al revisar la fisiopatología de la enfermedad venosa crónica es evidente la posible participación de los GAGs en varios procesos (Figura 3).

La hipertensión venosa prolongada, originada por cualquiera de los factores de riesgo o por su combinación, es la que inicia el proceso de daño a las venas. El grado de hipertensión venosa se correlaciona con la gravedad de la enfermedad venosa crónica. La presión venosa causa fuerzas de tensión (shear stress) sobre las paredes, directamente sobre el glicocáliz que modula la tensión y la transfiere al endotelio, 12,20 las condiciones normales promueven la liberación de factores protectores de inflamación y de estrés oxidativo, pero la disminución o el incremento de las fuerzas de tensión favorece la inflamación y la trombosis. 21 La inflamación y la isquemia inducen el desprendimiento de componentes del glicocáliz. 16 Con microscopia electrónica se ha observado en las venas varicosas una marcada degeneración de las células endoteliales y descamación de la capa endotelial. 22 Los estudios experimentales demuestran que las válvulas venosas toleran la hipertensión venosa por periodos limitados, pero cuando la hipertensión venosa se prolonga e induce inflamación hay remodelación y pérdida de las válvulas. 18 En las venas varicosas se ha encontrado infiltración por monocitos y macrófagos, aumento de citosinas, de factores quimiotácticos, de enzimas proteolíticas (proteinasas de serina) y una relación alterada de varias metaloproteinasas de la matriz extracelular y sus inhibidores tisulares (MMPs/TIMPs), niveles elevados de factor de crecimiento transformador β 1 (TGF-β 1 ) y de factor de crecimiento de fibroblastos β (FGF-β) que serían responsables de la degradación de las proteínas de la matriz extracelular, de la estimulación de síntesis de colágena y elastina, y de acciones quimiotácticas y mitogénicas en células musculares lisas. En las venas varicosas se ha encontrado una alteración en la proporción de GAGs de la matriz extracelular, 23 incremento de la producción de colágena I y disminución de la colágena III, así como disminución de la elastina. La inflamación produciría primero alteraciones estructurales de la pared venosa, seguidas de dilatación venosa y después, o simultáneamente, daño valvular. 18,[24][25][26] El daño valvular favorece el reflujo crónico y un ulterior aumento de la presión venosa, del esfuerzo de tensión y de los cambios mencionados. Además, las alteraciones estructurales de las venas se acom-pañan de un pobre efecto de la bomba músculovenosa para disminuir la presión venosa durante el ejercicio, empeorando el defecto inicial. 21 La hipertensión venosa se transmite a la microcirculación, especialmente a las vénulas poscapilares y a los capilares, en donde aparecen fenómenos similares a los descritos arriba, la adhesión de los leucocitos al endotelio (interacción de selectinas L y E y otras moléculas de adhesión como ICAM-1) podría ser un paso inicial en la diapédesis de leucocitos; 24 las alteraciones endoteliales facilitan la filtración de macromoléculas (fibrinógeno, α2-macroglobulina) y de eritrocitos al espacio intersticial. El espacio intersticial perivascular se rodea de proteínas de la matriz extracelular y forma un manguito perivascular. Los leucocitos, el exceso de TGF-β 1 que estimula a fibroblastos y la desproporción MMPs/TIMPs originan degeneración de la matriz extracelular y fibrosis. Los productos derivados de la degradación de los eritrocitos filtrados (Fe +++ , ferritina), además de hiperpigmentación de la piel, promueven mayor inflamación. 27,28 Los cambios inflamatorios de la piel y las distintas citosinas proinflamatorias, causarían apoptosis de queratinocitos, despegamiento dermoepidérmico con lesiones similares a ampollas que progresan a ulceraciones crónicas. 29 Entonces, los GAGs están involucrados en el deterioro del glicocáliz endotelial y del endotelio vascular, la filtración de células y de moléculas proinflamatorias y sus interacciones con la matriz extracelular.

Aterosclerosis

En la aterosclerosis la alteración fundamental es el engrosamiento de la íntima con depósito de lípidos subendoteliales (LDL en especial) que se oxidan y son fagocitados por macrófagos, formando células espumosas, este acúmulo se rodea de una capa fibrosa, dando lugar a la placa aterosclerosa que estrecha la luz arterial y eventualmente se rompe generando la formación intravascular de un trombo.

El proceso quizá inicie por alteraciones del glicocáliz, lo que se apoya por:

• Las dimensiones del glicocáliz son menores en las regiones de las arterias con alto riesgo de lesiones aterosclerosas como bifurcaciones y curvaturas, lo que coincide con engrosamiento de la íntima y de la capa subendotelial, 30 sitios en los que se incrementa el acúmulo de lípidos; 31 • La dieta aterogénica trastorna el glicocáliz en la rata 32 y la exposición a altas concentraciones de LDL oxidadas degrada la capa de superficie endotelial; 33,34 • Diversos experimentos señalan que las fuerzas de tensión (shear stress) adecuadas incrementan el contenido de hialuronano y de GAGs sulfatados en el glicocáliz; ocurre lo contrario si están alteradas, 35 la importancia de unas "buenas" fuerzas de tensión se demuestra por la asociación entre bajas fuerzas de tensión con el engrosamiento de la íntima-media y aterosclerosis carotídea en individuos con bajo riesgo cardiovascular; 36 • Las fuerzas mecánicas derivadas de la tensión se trasladan del glicocáliz a las células endoteliales, quizá a través del citoesqueleto de éstas; 37 • La reducción del ácido hialurónico del glicocáliz por acción de la hialuronidasa o del heparán sulfato por heparinasa III causan disminución de la liberación de óxido nítrico derivado del endotelio, inducido por fuerzas de tensión; 38,39 • Las alteraciones del glicocáliz se acompañan de disfunción endotelial, incrementan su permeabilidad a macromoléculas [40][41][42] y facilitan la adhesión de monocitos al endotelio, a través de selectina-L y su interacción con proteoglicanos-heparán sulfato. 43 Las alteraciones del glicocáliz serían las mediadoras de los trastornos del endotelio vascular.

En la aterosclerosis la disfunción endotelial tiene un papel importante, pues se ha demostrado que existe aun en sujetos asintomáticos y aumenta con los factores de riesgo cardiovascular, 44 aparece de forma temprana en el desarrollo de la enfermedad y se relaciona con la severidad y la extensión del daño ateroscleroso. 45 La función endotelial modificada por LDL y otros factores de riesgo incrementa la degradación de proteoglicanos de heparán sulfato de la matriz extracelular subendotelial, libera mediadores de inflamación como citosinas, factores de crecimiento derivados de plaquetas y factores quimiotácticos y disminuye los efectos vasoprotectores del óxido nítrico (vasodilatación, inhibición de adhesión de plaquetas y leucocitos, inhibición de activación de células musculares lisas, antioxidante). 46,47 En conjunto, estas alteraciones permiten el acúmulo de LDL, su oxidación, la inflamación y la fibrosis características de la placa de ateroma.

En animales de experimentación, la dieta rica en colesterol y la exposición a altas concentraciones de LDL oxidadas reducen el espesor del glicocáliz e incrementan la adhesión plaquetaria. Además, se ha observado una relación inversa entre el espesor del glicocáliz y el de la íntima, lo que se acentúa en las zonas propensas a las lesiones. 30 En los humanos la aterosclerosis se asocia con una disminución del volumen de la capa de superficie endotelial que se recupera parcialmente con el tratamiento con rosuvastatina. 48 En las arterias coronarias durante el desarrollo de la aterosclerosis y durante el envejecimiento existe aumento de tejido conectivo producido por células del músculo liso, engrosamiento de la íntima y un gran aumento de GAGs sulfatatados, especialmente condroitin sulfato y dermatan sulfato. 49 En cambio, la síntesis de heparán sulfato está disminuida en las arterias con lesiones ateroescleróticas y en diabéticos. 50 En experimentos se ha demostrado una asociación inversa entre el contenido de heparán sulfato y la hiperglucemia en monos diabéticos, así como con el contenido de colesterol de la aorta, mientras que el contenido de dermatán sulfato se asoció al incremento de colesterol. 32 La disminución de heparán sulfato promueve la unión de lipoproteínas a la matriz subendotelial, lo que puede ser fundamental en la aterogénesis. 51 Diversos estímulos aterogénicos (lipoproteínas, hiperglucemia) reducen la expresión de perlecano, y como éste es un inhibidor potente de la actividad de las células del músculo liso, de la trombogénesis y de la hiperplasia de la íntima, podría tener un papel importante en la aterogénesis. [52][53][54] Este conjunto de datos sugiere una participación importante de los GAGs en el proceso aterosclerótico y probablemente en su protección.

Microangiopatía

El padecimiento que típicamente causa microangiopatía es la diabetes mellitus. En individuos sanos la hiperglucemia aguda causa disminución del volumen del glicocáliz, incremento de los niveles circulantes de hialuronano, disfunción endotelial y activación de la coagulación con incremento significativo de dímero-d. 17 En la diabetes tipo 1 hay disminución del volumen del glicocáliz endotelial respecto a controles sanos, la que es más pronunciada en presencia de microalbuminuria. 19 En la actualidad muchas evidencias sugieren que la diabetes mellitus se acompaña de disfunción endotelial y que ésta se relaciona con aterosclerosis, con microalbuminuria y microangiopatía generalizada. 55 Se han explorado alteraciones de los GAGs en la microangiopatía diabética, en concreto en la nefropatía diabética, ya que las cargas altamente electronegativas de los proteoglicanos con heparán sulfato determinan la permeabilidad de la membrana basal glomerular. En humanos con nefropatía diabética se ha demostrado disminución de heparán sulfato de la membrana glomerular, 56 lo que concuerda con la presencia de heparanasa en los capilares glomerulares y en el epitelio tubular y su incremento en la orina de individuos con diabetes tipo 1 en relación con peor control glucémico. 57 Además, altas concentraciones de glucosa inducen una disminución en la producción de proteglicano-heparán sulfato por las células mesangiales y células epiteliales viscerales glomerulares en cultivos celulares. 58

GLICOSAMINOGLICANOS

EN LA TERAPÉUTICA Diversos GAGs se han utilizado en la terapéutica. Sin duda el más usado desde hace más de cincuenta años y con sólidas evidencias de su eficacia anticoagulante es la heparina. Sin embargo, las aplicaciones de la heparina y de sus fracciones de bajo peso molecular se han limitado a la terapéutica y a la profilaxis de las trombosis venosas y arteriales.

En los últimos años han aparecido otros GAGs con acción farmacológica, el más estudiado en padecimientos vasculares es la sulodexida. Ésta se constituye por 80% de heparán sulfato y 20% de dermatán sulfato que una vez administrado se une especialmente al endotelio vascular 59 (Figura 4) con acción antitrombótica y fibrinolítica, sin apreciable acción anticoagulante sistémica. El efecto deriva de una acción dual que cataliza la inhibición de trombina por la antitrombina III y el cofactor II de la heparina, así como de la marcada reducción de los niveles de PAI-1 y un aumento de la actividad de tPA. Además reduce la viscosidad sanguínea, los niveles de fibrinógeno y de triglicéridos séricos y la agregación plaquetaria durante la formación del trombo. También posee actividad antiproliferativa de las células musculares lisas, inhibe parcialmente la formación de placa ateromatosa y posee acción antiinflamatoria vascular, [60][61][62][63][64] así como sólidas evidencias en la protección del endotelio vascular, como son:

• In vitro. En cultivos de células endoteliales la sulodexida previene la producción intracelular de radicales libres y la liberación de MCP-1 (proteína quimiotáctica de monocitos-1) y de IL-6 (interleucina-6) inducidas por glucotoxicidad. 65 • In vivo. En ratas diabéticas mejora la disfunción endotelial y los trastornos de relajación arterial inducidos por acetilcolina que depende del endotelio vascular, pero no modifica la dilatación independiente del endotelio por nitroprusiato de sodio; corrige la disminución de sintasa de óxido nítrico que es un enzima de origen eminentemente endotelial; corrige el aumento de células endoteliales circulantes, y revierte las alteraciones morfológicas de la íntima y de la adventicia de la aorta. [66][67][68] • Mejoría flebodinámica demostrada con ultrasonografía-Doppler y con pletismografía: disminución de la hipertensión venosa tibial posterior, en especial la ortostática, disminución de la capacidad venosa y de la distensibilidad, aumento del tono venoso y mejoría de la microcirculación con disminución del coeficiente de filtración capilar y aumento de la perfusión valorada por oximetría cutánea. [70][71][72] • Mejoría clínica en la pesantez, prurito, dolor, edema y alteraciones cutáneas en comparación con el tratamiento convencional, incluyendo flebotónicos, 70-74 y • Curación de las úlceras venosas crónicas en un tiempo significativamente menor que con el tratamiento convencional [75][76][77] (Figuras 5 y 6), resultados concordantes con un gran estudio observacional. 78 También se ha utilizado con éxito en tromboflebitis y varicoflebitis, 79,80 además en la prevención a largo plazo de la recurrencia de trombosis venosa profunda. 81 El glicocáliz vascular se puede medir in vivo, por lo que se ha sugerido que su medición se incluya como uno de los factores para la estratificación del riesgo cardiovascular. 82 Se ha propuesto que el tratamiento de la aterotrombosis esté dirigido a cuatro objetivos: 83 • Glicocáliz.

• Endotelio.

• Formación de placa aterosclerosa. • Trombosis.

Por sus varios mecanismos farmacodinámicos, la sulodexida tiene acciones en los cuatro aspectos y se ha probado con éxito en la enfermedad arterial obstructiva periférica. En ésta se observó que el tratamiento con sulodexida por vía oral, con o sin un curso previo de aplicación intramuscular, va seguido de mejoría significativa de la claudicación intermitente, de la distancia caminada sin dolor y de la distancia máxima caminada, así como menor fre-cuencia de episodios de complicaciones aterosclerosas en otros territorios. 84,85 Resultados similares se han reportado en la macroangiopatía diabética sintomática de los miembros inferiores. 86 Se han descrito beneficios clínicos con sulodexida en el vértigo de origen vascular, 87 en la demencia vascular 88 y en un caso con ateromas carotídeos. 89 En los trastornos de los pequeños vasos, la administración de sulodexida ha sido útil en el tratamiento de la trombosis venosa retiniana parcial, [90][91][92][93] de la retinopatía diabética [94][95][96][97] y en la nefropatía diabética en fase de micro o macroalbuminuria. [98][99][100]

CONCLUSIONES

En las últimas décadas, los progresos en los conocimientos de la bioquímica, glicobiología, microscopia electrónica y de la fisiopatología en general, han llevado a conocer el papel fundamental de los glicosaminoglicanos en la estructura y en los procesos de regulación biológica en el organismo. Son importantes en los vasos los glicosaminoglicanos heparán sulfato y dermatán sulfato, los primeros sobre todo en la matriz extracelular, los segundos en el glicocáliz vascular y como anticoagulante local al actuar sobre el cofactor II de la heparina.

Los glicosaminoglicanos con actividad terapéutica en las enfermedades vasculares incluyen la heparina y sus fracciones de bajo peso molecular, con indudable utilidad preventiva y terapéutica de las trombosis. Otro glicosaminoglicano, del que ya se ha acumulado considerable experiencia terapéutica, Figura 5. Como parte del estudio multicéntrico SUAVIS (Sulodexide Arterial Venous Italian Study) 235 enfermos con úlceras venosas crónicas de las piernas recibieron tratamiento local convencional; al azar la mitad recibió además sulodexida y la otra, placebo durante 90 días. La proporción de úlceras curadas fue significativamente mayor con sulodexida a los dos y tres meses de observación. Con datos de Coccheri, et al. 76 Figura 6. Área de la úlcera. La administración de sulodexida se comparó con placebo, además del tratamiento convencional, hasta la curación de la úlcera venosa de las piernas. En el grupo con el medicamento, 100% de las úlceras curaron en diez semanas; en el grupo control, a las 17 semanas (p < 0.005). Con datos de es la sulodexida, especialmente útil en la enfermedad venosa crónica avanzada con úlceras venosas. También ha mostrado utilidad en trastornos arteriales (arteriopatía obstructiva) y microvasculares.