Inmunorregulación de la decidualización

Por muchos años se ha asumido que las células decidualizadas juegan un rol pasivo durante la implantación del embrión, asociado con cambios morfológicos en las células del estroma. Sin embargo, la evidencia experimental reciente indica que la inflamación inicial asociada con la implantación del embrión es una respuesta fisiológica que comienza durante el programa de decidualización. El proceso de decidualización en humanos ocurre en cada ciclo menstrual y, a diferencia de la decidualización en roedores, no requiere la presencia de un blastocisto. La propuesta actual es que la decidualización cíclica  en ausencia de embarazo podría contribuir a “precondicionar” el endometrio para la receptividad. Este concepto está basado en el hecho que la decidualización cíclica implica una respuesta inflamatoria repetitiva con un cierto grado de isquemia. La inflamación está profundamente involucrada en la fertilidad, desde la ovulación hasta la implantación y decidualización. La exposición cíclica al daño tisular sub-umbral podría proporcionar protección a través de la inducción de tolerancia materna.

   El programa de decidualización denota cambios en el perfil secretor asociados con la expansión de su retículo endoplásmico (RE), una respuesta fisiológica conocida como estrés  ER,  y la consiguiente respuesta de proteínas no plegadas (RPN) comúnmente descrita como la “respuesta integrada al estrés”. Esto permitirá a las células decidualizadas secretar factores “pro-implantación”. El punto más interesante es que las rutas de señalización involucradas en el estrés RE y la RPN están interconectadas con el inicio de una respuesta inflamatoria estéril, así como también con la angiogénesis. Los dos procesos tienen roles claves en la decidualización y placentación, y por tanto sus alteraciones podrían provocar complicaciones en el embarazo. Dependiendo de la severidad, estas alteraciones pueden ser reflejadas en fallas recurrentes en la implantación (FRI), pérdidas recurrentes de embarazo (PRE) o complicaciones asociadas con placentación deficiente o preeclampsia (PE).

   Como parte de la reprogramación de las células del estroma endometrial, las células deciduales adquieren la capacidad para secretar una gran variedad de proteínas. El incremento en los niveles  de secreción de proteínas induce la saturación de la maquinaria de plegamiento de proteínas en el RE, lo cual provoca una acumulación de proteínas mal plegadas. En consecuencia, las células entran en estrés RE, lo cual dispara la RPN para restaurar la homeostasis celular. Estos procesos han sido demostrados en humanos y modelos de roedores. La RPN involucra diferentes rutas de señalización intracelulares generando una red para sostener el plegamiento fisiológico y modificaciones post-traduccionales  de proteínas y alcanzar la homeostasis celular, pues de no ser así se podría  inducir autofagia y muerte celular. La RPN ocurre en un tiempo de minutos a horas para evitar una sobrecarga de traducción en el RE. Esta respuesta es mediada por la activación de tres sensores:

   PERK (protein kinase RNA-like endoplasmic reticulum kinase) activada por oligomerización y autofosforilación. El dominio citoplasmático activado causa la atenuación de la traducción por fosforilación directa de la subunidad alfa que regula el inicio de la traducción de mARN, elF2. Este evento inhibe la traducción de la maquinaria de proteínas involucradas en la progresión del ciclo celular, resultando en paro de la fase G1y traducción selectiva del factor de transcripción ATF4 que regula al alza los genes blancos de la RPN.

   IRE1α (inositol-requiring enzyme 1α) cuya dimerización y autofosforilación cataliza el empalme del mARN no convencional del factor de transcripción XBP1 (X-box Binding Protein 1), removiéndole un intrón a través de su actividad endonucleasa. La forma empalmada y activa de este factor de transcripción (sXBP1) activa genes que regulan la RPN.

   ATF6 (Activating Transcription Factor 6) es un factor de transcripción cremallera leucina básico que es transferido al aparato de Golgi donde es secuencialmente fragmentado  por las serina proteasas S1 y S2 para formar un factor de transcripción activo  que induce la expresión de genes que regulan la RPN.

   Después de la decidualización,  las células del estroma endometrial adquieren la capacidad para cambiar su secretoma de acuerdo con la calidad del embrión. Uno de los mecanismos involucrados en este control de calidad está basado en el hecho que los embriones humanos competentes disparan flujos de Ca²⁺ oscilatorios, mientras los embriones no competentes inducen una respuesta prolongada de Ca²⁺, la cual puede estar asociada con estrés RE y RPN en las células deciduales y autofagia.  

   La generación de una respuesta inflamatoria es crucial para la implantación exitosa del embrión, y está asociada con un incremento en la expresión de varias citoquinas inflamatorias y quimioquinas en las células endometriales y el blastocisto. En este contexto, se ha propuesto que la activación de los receptores de reconocimiento paterno (PRR) por moléculas intracelulares endógenas (DAMP: damage-associated molecular patterns) como ATP, HMGB1 (high-mobility group box 1), ácido úrico, ADN libre e IL-1α podría inducir una inflamación estéril en la interfase materno-placentaria que apoyará el reclutamiento selectivo de células inmunes maternas. Estas “señales peligrosas”, también conocidas como alarminas, podrían ser liberadas por células necróticas generadas durante la remodelación tisular asociada con la implantación del embrión. Sin embargo, hay otra manera de iniciar una respuesta inflamatoria estéril que involucra la inducción de estrés de RE y RPN asociada con la producción de IL-1β.

   La familia IL-1 incluye 11 miembros que regulan la respuesta inflamatoria provocada por lesiones y estresores. Los principales miembros, IL-1α e IL-1β, se unen al receptor IL-1R1 y disparan la expresión de numerosas citoquinas por activación de los factores de transcripción NF-κB (Nuclear Factor Kappa B) y AP-1 (Activator Protein 1). IL-1α e IL-1β, aunque tienen efectos biológicos similares, son codificadas por genes diferentes y difieren en su ruta de secreción. La IL-1α es expresada en el citoplasma y es trasladada al núcleo para regular la expresión de genes inflamatorios. Por el contrario, la IL-1β requiere la activación del inflamasoma para ser liberada en su forma activa. El inflamasoma es un complejo multi-proteina que es activado por un amplio rango de estímulos de diferentes fuentes, incluyendo estresores estériles. Esta activación finaliza con la secreción de las formas activas de IL1-β e IL-1δ. Principalmente, el complejo consiste de la molécula sensora de inflamasoma, la proteína adaptadora ASC y caspasa-1. Varias moléculas sensoras de inflamasoma pueden disparar la formación de inflamasoma. La mayoría de los inflamasomas que han sido descritos contienen un receptor similar a NOD (NLR), molécula sensora como NLRP3 (NOD-, LRR-, pyrin domain-containing). La IL-1α y la IL-1β contribuyen a la inflamación estéril con cinéticas diferentes. Mientras  IL-1α inicia la respuesta inflamatoria estéril, la IL-1β amplifica la respuesta inicial.

   El sistema IL-1 es expresado en el endometrio y en el blastocisto y participa en el diálogo bidireccional. La evidencia reciente indica que la IL-1β contribuye a la decidualización a través de varios mecanismos: inducción de integrinas, producción de factor inhibidor de leucemia (LIF) y leptina, y disociación del filamento de actina en las células del estroma humano. Particularmente, la remodelación del citoesqueleto es crítica para el inicio de la diferenciación de las células del estroma. Los cambios en la dinámica de la actina impactan negativamente sobre la decidualización y previenen la translocación de la proteína ligadora de actina, cofilina, al núcleo, una respuesta esencial para permitir la diferenciación de las células del estroma. Por otra parte, la IL-1β secretada por las células decidualizadas del estroma aumenta la migración del trofoblasto.

   El estrés RE está conectado con la respuesta inflamatoria, con el IRE1α actuando como un puente entre estos procesos. En un modelo de la progresión de la diabetes usando células INS-1 (Insulin-secreting β cell line 1) se demostró que el IRE1α incrementa la expresión de TXNIP (thioredoxin-interacting protein), la cual está relacionada con la producción de IL-1β en respuesta al estrés RE. Particularmente, está demostrado que la TXNIP se une y activa al NLRP3-inflamasoma. Por tanto, el estrés RE y la RPN también contribuyen a sostener la inflamación estéril asociada con la implantación. 

   Los micro ARN (miARN) son una clase de ARN cortos no codificantes que introducen un nivel adicional de regulación de la expresión de genes. El hecho que los miARN regulen selectivamente la expresión en el nivel post-transcripcional los convierte en una herramienta perfecta para la modulación de las rutas de señalización siguientes a la síntesis de ARN. Los miARN regulan la expresión de proteínas a través de dos mecanismos distintos: represión de la traducción de mARN y degradación de mARN. Los miARN participan en un gran número de procesos biológicos. Particularmente, la modulación de la RPN es un campo de estudio muy interesante: dado que la RPN disminuye los niveles de proteínas celulares sin modular los correspondientes mARN, la participación de los miARN en este proceso gana relevancia. El estrés RE y la RPN son dirigidos por miARN que regulan la expresión o estabilidad de los factores de transcripción involucrados en sus rutas. Los miARN involucrados en la RPN pueden ser clasificados en grupos pro-adaptativos y pro-apoptosis. El primer grupo ayuda a reducir la carga del RE incrementando su capacidad de plegamiento. El segundo grupo de miARN está involucrado en  procesos de  eventos de muerte celular programada, incluyendo disrupción del citoesqueleto, encogimiento celular y fragmentación del ADN, entre otros. Particularmente, la IRE1α puede degradar los siguientes miARN: miR-17, miR-34a, miR96a y miR-125b.

   Recientemente, los miARN han ganado relevancia en la reproducción. Por una parte, diferentes estudios han reportado que las hormonas afectan los patrones de expresión de miARN en las células del estroma endometrial. Más aún, varios miARN, como miR-21 y miR-30 son modulados significativamente durante la ventana de receptividad. Estos miARN están involucrados en la regulación de la transcripción, la proliferación celular y la apoptosis entre otros procesos. Por otra parte, la disminución de miR-542-3P es requerida para la decidualización de las células del estroma. El miR-199b-5p tiene como blanco   la SGK1 (serum/glucocorticoid regulated kinase), la cual regula el transporte, la liberación de hormonas, la proliferación celular y la apoptosis, y es importante para el mantenimiento del embarazo. En línea con estos datos, varios estudios reportan una significativa correlación inversa entre miR199b-5p y SGK1 in vivo e in vitro.

   En respuesta a una variedad de estímulos, los miARN pueden ser empacados y liberados por células epiteliales y del estroma del endometrio. En efecto, los miARN se pueden encontrar extracelularmente en el plasma y otros líquidos corporales y mediar la comunicación célula-célula. Durante el curso de la implantación del embrión, las vesículas extracelulares (VE) exhiben diferentes proteínas y miARN. Las VE endometriales potencialmente podrían controlar la fisiología del trofoblasto y promover la proliferación celular y la angiogénesis. Sin embargo, la relevancia de las alteraciones fisiológicas en las VE en las células endometriales inducidas por diferentes estímulos, incluyendo mediadores inflamatorios, estrés RE y RPN es aún desconocida. Estudios recientes reportan que el miR-141 es regulado al alza en placentas preeclámpticas, regulando la invasión del trofoblasto y la comunicación intercelular. Más aún, elevados niveles de miR-141 pueden ser transferidos del trofoblasto a células inmunes por liberación e internalización de VE, lo cual sugiere un rol en la regulación inmune en embarazos normales y patológicos. Todos estos estudios demuestran que los miARN están involucrados durante el proceso reproductivo y su potencial como biomarcadores para detectar complicaciones de la fertilidad y el embarazo.

   La implantación representa una etapa crítica de la fertilización in vitro. Aun considerando la calidad del embrión, se estima que el 50% de las implantaciones de embriones humanos resultan en embarazos fallidos, resaltando la contribución uterina. La evidencia reciente demuestra que los defectos en la decidualización podrían condicionar embarazos futuros. Los estudios En mujeres con PE severa demuestran la presencia de alteraciones en la decidua en el momento del parto, las cuales persisten por años. La decidualización defectuosa en la PE severa refleja la contribución materna a la etiología de este síndrome y está asociada con un perfil transcriptómico particular. Esta alteración transcripcional podría ser detectada antes (o después) de la concepción, lo cual podría contribuir al desarrollo de terapias destinadas a mejorar la decidualización del estroma.

   Es importante tener presente que si bien la implantación requiere inflamación, la inflamación excesiva causa patologías y un exceso de estrés RE podría también estar asociado con complicaciones del embarazo. Los hallazgos experimentales apoyan el concepto que los casos de PE de inicio temprano están asociados con la activación de estrés RE/RPN en la placenta. El incremento en la activación de las rutas estrés RE/RPN involucra a IRE1α, ATF6, XBP-1 y GRP78. En efecto, la hipoxia-reoxigenación puede inducir estrés RE en células trofoblástica con un impacto sobre la proliferación de células del  trofoblasto en la etiología del crecimiento intrauterino humano. La severidad de  la hipoxia-reoxigenación incrementa la activación de las rutas estrés RE/RPN, enlenteciendo la tasa de proliferación de células del trofoblasto. Otro punto interesante es la relación entre estrés RE/RPN y angiogénesis. La mayoría de estudios que relacionan la RPN con la angiogénesis se han ocupado del VEGF-A (vascular endothelial growth factor A), el factor pro-angiogénesis mejor caracterizado. Los factores de transcripción de las tres ramas de la RPN tienen sitios en el promotor de VEGF-A e inducen su producción. Particularmente, el sXBP1 se une al menos en dos regiones del promotor de VEGF-A y el ATF4 se une en la  región promotora caracterizada por cuatro elementos de respuesta aminoácidos  (AARE). Otros factores con propiedades vasomoduladoras son regulados por la RPN. Por ejemplo, el ATF4 puede modular transcripcionalmente a la IL-8, una citoquina pro-angiogénesis que estimula la proliferación de células endoteliales.

   Los tejidos de la decidua basal de pacientes con PRE contienen más vasos (arterias, venas y vasos linfáticos) que las mujeres fértiles, y esta alta densidad de vasos sanguíneos también ha sido identificada en pacientes con PRE no embarazadas. En línea con estos resultados, los factores angiogénicos expresados en el endometrio secretor y la decidua basal, también se encuentran elevados. Esto es consistente con la noción que un incremento de la angiogénesis en la fase secretora, la alta densidad de vasos en el endometrio podría comprometer la capacidad del trofoblasto endovascular para invadir las estructuras luminales del útero en pacientes con PRE.

   La capacidad del endometrio humano para generar una respuesta decidual adecuada basada en sucesivos eventos inflamatorios puede contribuir a una sensibilización de tejidos uterinos. Según esta hipótesis de eventos inflamatorios repetidos se requiere un control inmune homeostático previo a la implantación. Sin embargo, hay un buen número de preguntas sin respuestas en muchos aspectos de la decidualización, la naturaleza de las señales embrionarias que modulan el secretoma decidual, y la red intercelular entre decidualización, inflamación y angiogénesis. La posibilidad de profundizar en los mecanismos reguladores asociados con la decidualización podría contribuir a la identificación de biomarcadores y al desarrollo de nuevas estrategias terapéuticas. En particular, profundizar en los mecanismos inmunológicos involucrados en la implantación del embrión podría tener implicaciones para las pacientes con desórdenes reproductivos.

   En conclusión, la decidualización denota la reprogramación de células del estroma endometrial que incluye la secreción de diferentes mediadores como citoquinas, quimioquinas y el reclutamiento selectivo de células inmunes. Este proceso fisiológico involucra cambios en el secretoma de células del estroma endometrial que provocan la producción de factores inmunomoduladores. El incremento en la secreción de proteínas está asociado con estrés RE y RPN, lo cual permite la expansión del RE y la maquinaria para asistir al plegamiento de proteínas. Las rutas de señalización involucradas en el estrés RE y la RPN están interconectadas con el inicio de la respuesta inflamatoria estéril y con la angiogénesis. Estos dos procesos tienen un rol clave en la decidualización y la placentación. Las alteraciones en los procesos de estrés RE y RPN pueden ser reflejadas en fallas recurrentes en la implantación, pérdidas de embarazo recurrentes o complicaciones asociadas con placentación deficiente, como la preeclampsia.

 Fuente: Soczewski E et al (2020). Immunoregulation of the decidualization program: focus on the endoplasmic reticulum stress. Reproduction 159: R203-R211.