Acciones de la angiopoietina-1 en la regeneración vascular

La angiopoietina-1 (Ang1) es una proteína que se distingue en el numeroso grupo de factores de crecimiento pro-angiogénicos porque puede inducir la remodelación vascular  a partir de  las uniones de las  células endoteliales. La estructura de la Ang1  consiste en tres dominios: un dominio similar a fibrinógeno en el carboxilo terminal que se une al Tie2, un receptor tirosina quinasa que es expresado principalmente en las células endoteliales vasculares en crecimiento, un dominio central que induce la dimerización de los dominios similares a fibrinógeno y un dominio amino terminal corto que agrupa los dímeros en tetrámeros.  Para inducir la activación del Tie2, la Ang1 usa estructuras oligoméricas y multiméricas. La variante  dimérica de la Ang1  activa al Tie2  con menor afinidad que la Ang1 mientras que la variante monomérica es aún menos capaz  de unirse y activar al Tie2.  La angiopoietina 2  (Ang2), el segundo miembro de la familia de las angiopoietinas,  tiene una estructura similar a la de Ang1 con aproximadamente 60% de aminoácidos idénticos. Ambas angiopoietinas tienen afinidades similares por el Tie2. Originalmente se pensaba que la Ang2 actuaba antagonizando   la unión  de la Ang1con el Tie2 y bloqueando la autofosforilación del Tie2 inducida por la Ang1. Sin embargo, los datos acumulados  indican que, bajo ciertas condiciones, Ang2 se une y activa al Tie2 y a las integrinas, pero bajo  otras condiciones puede actuar inhibiendo al Tie2.

La Ang1, a diferencia de otros factores de crecimiento angiogénicos, puede generar neovascularización con mínimos efectos colaterales. Las primeras investigaciones establecieron que la Ang1 es un ligando agonista  del Tie2 en la regulación  de la remodelación, maduración y estabilización vascular durante la primera mitad del desarrollo embrionario murino.  Por ora parte, estudios recientes revelaron que la sobre expresión de Ang1  en la vasculatura normal induce un patrón único  de agrandamiento vascular, principalmente en vasos sanguíneos pequeños, a través del incremento de la proliferación circunferencial  de las células endoteliales, aparentemente por activación de la señal apelina-APJ. El agrandamiento vascular inducido por la Ang1 resulta en una bien arreglada arquitectura de células endoteliales y uniones intercelulares con adecuada adherencia  de pericitos que promueve la perfusión sanguínea. En las vasculaturas isquémicas y activadas, la sobre expresión de Ang1 no sólo induce el agrandamiento vascular sino  también la angiogénesis vía Tie2 vascular e integrinas vasculares y no vasculares. En este caso, la Ang1 induce la translocación del Tie2 a los contactos célula-matriz promoviendo la migración celular, una etapa primaria de la angiogénesis, a través  de la activación de las señales  Akt, ERK y Dok-R. Esta remodelación vascular inducida por la Ang1 puede estar acompañada por un incremento del reclutamiento de pericitos dependiendo de las condiciones y del tejido involucrado. En suma, la Ang1 promueve la perfusión vascular  que es crítica para aliviar las consecuencias de la isquemia y muchos estudios han demostrado que la sobre expresión de Ang1 tiene efectos beneficiosos  en la restauración de la función  de varios órganos, incluyendo extremidades, corazón, cerebro, pene, articulaciones y riñones.

La movilización, el reclutamiento y la adhesión  de células progenitoras circulantes derivadas  de la médula ósea  en los tejidos isquémicos promueven la neovascularización proporcionando una batería  de factores de crecimiento angiogénicos a los vasos isquémicos y facilitando la incorporación de esta población de células en el endotelio isquémico. En este sentido, la suplementación local de Ang1 regula positivamente al factor derivado de las células del estroma-1 (SDF-1), el principal regulador del tráfico de células progenitoras derivadas de la médula ósea en el endotelio isquémico, posiblemente mediante la activación del blanco de rapamicina de mamíferos (mTOR)  y el consiguiente incremento de los niveles del factor inducible por hipoxia-1α (HIF-1α). A través de estos eventos moleculares, la Ang1 podría facilitar la incorporación funcional de células progenitoras derivadas de la médula ósea en el endotelio isquémico y por tanto promover la neovascularización.

Estudios recientes han sugerido un rol angiogénico organotípico de la Ang1. En el intestino, durante el desarrollo prenatal, se forman las vellosidades las cuales maduran  y son conectadas autónomamente. Después del nacimiento, se desarrolla en las vellosidades un plexo de vasos interconectados en la medida que la microbiota coloniza el intestino. La maduración vascular y  la remodelación  de estos vasos presumiblemente son mediadas por la señal Ang1-Tie2 en el epitelio intestinal  en repuesta a factores desconocidos procedentes de la microbiota intestinal.  Por otra parte, el Drm, un miembro de la familia Dan de antagonistas de las proteínas morfogénicas del hueso, es un factor proangiogénico que actúa sobre las células endoteliales vía un receptor aún no identificado. La proteína Drm regula positivamente la expresión de Ang1 a través de la activación del factor de transcripción NF-κB en las células endoteliales, induciendo de una manera autocrina la actividad proangiogénica de Drm.

El concepto de interacciones entre Ang1 y las integrinas ha ganado amplia aceptación en los últimos años. La adhesión de Ang1 a la integrina α₅β₁ fue observada por primera vez en fibroblastos sin Tie2. La Ang1 promueve la supervivencia  de miocitos cardiacos y esqueléticos a través de mecanismos dependientes de las integrinas α_v y α₅. En células de la piel, la Ang1 promueve la señal de adhesión y supervivencia  (Akt y MAPK) a través de la integrina α_vβ₁. Las funciones neuronales de la Ang1 también pueden ser mediadas por la señal integrina. Más aún, un estudio reciente revela que la Ang2 se une directamente a -y activa – las integrinas α_vβ₃, α_vβ₅ y α_vβ₁.

Las células endoteliales controlan el paso de constituyentes del plasma y células circulantes de los vasos sanguíneos hacia los tejidos. El VEGF-A, una proteína glucosilada que actúa específicamente sobre las células endoteliales, es un potente factor que incrementa la permeabilidad de las células endoteliales, acción  que es contrarrestada por la Ang1 en múltiples niveles.  La permeabilidad de las células endoteliales es regulada en parte por la dinámica de apertura y cierre  de las uniones de adherencia célula-célula. Estas uniones  están compuestas  por caderinas endoteliales  y las rutas endógenas que incrementan la permeabilidad de las células endoteliales afectan la función y organización  de las caderinas y otras proteínas de las uniones de adherencia de diversas maneras.  Por ejemplo, el VEGF-A, vía Src,  induce la fosforilación de  tirosinas, la redistribución y la internalización de las caderinas a partir de los complejos de unión, lo cual resulta en el incremento de la permeabilidad de las células endoteliales y en la diapédesis de leucocitos.  La estimulación de la señal Tie2 por la Ang1 promueve el secuestro  de Src a través de los diáfanos, un blanco de la GTPaa RhoA,  y por consiguiente contrarresta la permeabilidad de las células endoteliales inducida por el VEGF-A.  Otro mecanismo anti-permeabilidad  de la Ang1 es vía fosfotirosina fosfatasa del endotelio vascular (VE-PTP). La VE-PTP es una fosfatasa tipo receptor expresada específicamente  en las células endoteliales y modula la permeabilidad de estas células interactuando con las caderinas y el Tie2. La VE-PTP ejerce primariamente su efecto anti-permeabilidad incrementando la asociación entre las caderinas de las células endoteliales y la placoglobina en el complejo caderina-catenina, el cual a su vez fortalece la integridad de contacto de las células endoteliales. Esta integridad se ve comprometida cuando los leucocitos entran en contacto  con las células endoteliales o en respuesta a la estimulación  por VEGF.  La estimulación por VEGF dispara la disociación  de la VE-PTP de las caderinas, lo cual desestabiliza  los contactos célula-célula en el endotelio. En presencia de contactos célula-célula, la Ang1 promueve la formación de complejos Tie2-VE-PTP y reduce la permeabilidad  de las células endoteliales.  

La Ang1 actúa como un importante mediador de la homeostasis de la célula endotelial controlando los niveles intracelulares  de Ca²⁺. La Ang1 inhibe el transito intracelular de Ca²⁺ inducido por trombina y bloquea la permeabilidad inducida por VEGF-A al interferir con la ruta IP₃ que estimula la entrada de Ca²⁺ extracelular a través de la membrana celular. Adicionalmente, la Ang1 inhibe la permeabilidad transendotelial al inhibir la liberación de óxido nítrico inducida por VEGF  a través de un incremento de la fosforilación inhibitoria de la eNOS.

La Ang1 también juega un rol sustancial en el mantenimiento  y la protección del vaso sanguíneo  a través de la estabilización vascular y contrarrestando la inflamación. La supervivencia de las células endoteliales es un prerrequisito para el mantenimiento de la integridad endotelial y la Ang1 actúa como factor de supervivencia de la célula endotelial pues previene la apoptosis, la formación de trombos, la inflamación vascular y el colapso.

En conclusión, los avances recientes que subyacen las implicaciones biomédicas de la  Ang1 en la neovascularización son: 1. La Ang1 promueve la angiogénesis de una manera altamente organizada, saludable y direccional a través de la señal Tie2 vascular y la señal integrina no vascular. 2. La Ang1 promueve la perfusión vascular y restaura la función de los órganos isquémicos. 3. La Ang1 contrarresta la permeabilidad de la célula endotelial inducida por VEGF en múltiples niveles. 4. La Ang1 juega un rol sustancial en el mantenimiento, la homeostasis y la protección vascular, promoviendo la estabilización y la supervivencia de la célula endotelial e inhibiendo la respuesta inflamatoria. 5. La Ang1 promueve la supervivencia de miocitos  cardiacos y esqueléticos a través de mecanismos dependientes de integrinas.

Fuente: Koh GY (2013). Orchestral actions of angiopoietin-1 in vascular regeneration.  Trends in Molecular Medicine 19: 31-39.