Trombospondina 1 en enfermedades metabólicas

La trombospondina 1 (TSP1) fue descubierta en 1971 como  una glucoproteína secretada por plaquetas activadas, sugiriendo que la principal función de la proteína podría estar asociada con la hemostasia. Sin embargo, estudios posteriores reportan una variedad de funciones de la TSP1, incluyendo la regulación de la migración celular, la apoptosis y la angiogénesis. La TSP1 puede unirse a receptores y proteínas específicas ancladas o secretadas en la matriz extracelular. La TSP1 es, por tanto, una proteína angiogénica que modula la migración y adhesión celulares, controla la deposición de colágeno y modula la inmunidad.

   La familia trombospondina comprende cinco glucoproteínas multifuncionales, cuyo miembro mejor estudiado es la TSP1. La TSP1 tiene una estructura trimérica (450 kDa) que incluye un dominio de unión con la heparina con un dominio homologo al procolágeno en el amino terminal y tipo I, II y III repetidos en el carboxilo terminal. El tipo I también es llamado trombospondina estructural repetida (TSR). En los TSR, la secuencia CSVTCG muestra afinidad por CD36 (también conocida como ácido graso translocasa, FAT). La CD36 es una proteína glucosilada, miembro de la familia del receptor rescatador clase B. A través de la unión con CD36, la TSP1 induce apoptosis en células endoteliales. La secuencia RFK está localizada entre la primera y la segunda TSR y media la activación de la forma latente del factor de crecimiento transformante beta 1 (TGFβ1). El tipo III de TSP1 contiene dominios para interactuar con la elastasa de los neutrófilos e inhibe el efecto angiogénico del factor de crecimiento de fibroblastos 2 (FGF2), El dominio carboxilo terminal de la TSP1 muestra afinidad por CD47, también conocida como proteína asociada a integrina (IAP), un importante receptor de TSP1. La CD47 regula los efectos del óxido nítrico (NO) en enfermedades metabólicas y tiene funciones en la inmunidad y la hemostasia. Este dominio también interactúa con integrinas modulando la adhesión celular.

   La TSP1 es débilmente expresada en el corazón normal. Sin embargo, los estudios en pacientes con condiciones cardiovasculares conocidas indican que la medición del nivel de TSP1 en plasma es útil para el diagnóstico y pronóstico de estas condiciones. Más aún, polimorfismos en el gen TSP1 están relacionados con propensión genética a infarto de miocardio. En un  modelo de infarto de miocardio, los ratones Thbs1^-/- mostraron más inflamación, intensa y difusa, alrededor del área infartada del corazón. Estos efectos de la TSP1 son sexo-dependientes. Un estudio pre-clínico en ratones usando modelo de infarto de miocardio demostró que las  hembras muestran menos inflamación cardiaca que los machos. Los leucocitos fueron aislados e identificados como neutrófilos. La menor concentración de TSP1 en los leucocitos de las hembras fue evidente así como también el menor nivel de IL-6 en plasma. Menos TSP1 y menos producción de ROS mejoran significativamente la inflamación y reducen la unión de TSP1 con el receptor de diferenciación CD36. Este receptor multifuncional tiene funciones relevantes en interacciones metabólicas e inmunes, incluyendo la captación de ácidos grasos circulantes en las células. El CD36 es altamente expresado en cardiomiocitos y su alteración reduce la captación y el almacenamiento de lípidos y la inducción de genes relacionados con el metabolismo de ácidos grasos. El CD36 regula a la baja la proteína quinasa activada por 5´adenosina monofosfato (AMPK). Sin embargo, el CD36 al  unirse con ácidos grasos promueve la activación de AMPK aumentando la oxidación de ácidos grasos.

   La TSP1 contribuye a  la rápida remodelación de la matriz extracelular. La TSP1, directa e indirectamente, regula al alza y se une a metaloproteínas de la matriz (MMP), promueve la activación de MMP a través de la inducción de genes pro-fibrosis o la activación del TGFβ1 latente. Este es un importante mecanismo en la patología cardiovascular. El TGFβ1 también acelera la diferenciación de fibroblastos inactivos en miofibroblastos e induce la transcripción de genes pro-fibrosis. Adicionalmente, este factor de crecimiento exacerba la respuesta inflamatoria. Un incremento en TSP1 ha sido detectado en adultos con cardiomiopatía dilatada donde la fibrosis es más profusa. Estos resultados sugieren que la TSP1 promueve la activación de TGFβ1 y MMP en el corazón adulto y aumenta la remodelación y fibrosis del músculo cardiaco, indicando un claro rol de la TSP1 en patología cardiovascular durante el envejecimiento.

   La hipoxia puede provocar estrés oxidativo y producción de especies reactivas de oxígeno (ROS) por las mitocondrias. El estrés oxidativo y la generación de ROS aceleran el envejecimiento. La TSP1, conjuntamente con CD47, contribuye al proceso de envejecimiento del músculo cardiaco y las células endoteliales. El CD47 es expresado en muchos tipos de células. La unión de CD47 a TSP1 es significativa en la fisiología cardiovascular. El corazón de ratones envejecidos con deficiencia de CD47 y TSP1 muestra elevada frecuencia cardiaca e incremento en el gasto cardiaco. Estos pueden ser cambios compensatorios, pero el nivel de cAMP es elevado después de la exposición a NO, sugiriendo actividad inotrópica y cronotrópica intrínseca en el músculo cardiaco.

   El rol de la TSP1 es bastante relevante en enfermedades vasculares como la ateroesclerosis. Esta enfermedad es disparada por daño endotelial e inflamación. El daño a las células endoteliales ocurre debido a cambios en el flujo sanguíneo, productos lípidos y mediadores inflamatorios que alteran la barrera endotelial. Ocurre una fibrosis gradual y acumulación de leucocitos y lípidos en la capa íntima de la pared vascular y las células de músculo liso (CML) migran de la capa media en respuesta a   citoquinas liberadas por células inmunes. La TSP1 es altamente expresada en la pared arterial en condiciones de daño endotelial, lo que favorece la adherencia y penetración de monocitos y macrófagos en la pared arterial. La TSP1 también aumenta la migración y adhesión de macrófagos, CML y fibroblastos en la pared vascular y promueve la migración y proliferación de CML.

   En condiciones inflamatorias como la ateroesclerosis, el factor inducible por hipoxia-1 alfa (HIF1α) aumenta la liberación de IL-6, factor de necrosis tumoral alfa (TNFα) y TSP1, los cuales actúan como factores pro-fibrosis y alteran la homeostasis vascular. En patologías como la hipertensión pulmonar, el HIF2α también es requerido para la regulación al alza de TSP1 en los vasos pulmonares bajo condiciones de hipoxia. La TSP1 también modula la vasodilatación y perfusión de los tejidos a través de la regulación de NO. La TSP1 disminuye los niveles de cAMP y cGMP inhibiendo al NO producido por las células endoteliales, limitando la respuesta de las CML y bloqueando la vasodilatación. Los ratones que carecen de TSP1 y CD47 exhiben hipotensión arterial y son más resistentes a la hipertensión inducida por estrés. 

   La carencia de TSP1 puede contribuir a la estabilización de la placa ateroesclerótica por inhibición de la eferocitosis. Esta función es mediada por la unión de TSP1 con CD47. El CD47 es una proteína de superficie que inactiva macrófagos a través de su unión con la proteína reguladora de señal alfa (SIRPα) y por inhibición de la activación de integrinas. El CD47 es regulado al alza durante el proceso aterogénico. Los ratones que carecen de CD47 son más susceptibles a la ateroesclerosis. La interacción entre TSP1 y CD47 es crítica para la migración y proliferación de CML. El CD47 puede afectar la eferocitosis de CML y, por tanto, promover su proliferación. Las CML desdiferenciadas de los ateromas sobre expresan CD47 y componente 3 del complemento (C3). El C3 es una proteína clave del sistema complemento cuyas subunidades C3a y C3b actúan como efectores en la opsonización, la fagocitosis y la inflamación. Es posible que las funciones de TSP1 dependan del tipo de vaso sanguíneo, el estado de las lesiones y la asociación  con obesidad, diabetes  u otras enfermedades metabólicas. Sin duda, la influencia de la TSP1 en las enfermedades cardiovasculares es aún más compleja debido a la variabilidad en la activación y funcionamiento de los co-receptores endoteliales. Por ejemplo, la TSP1 puede activar receptores endoteliales CD 36 o CD47 diferencialmente o ellos pueden inducir respuestas diferentes dependiendo del tipo de integrina expresado.

   La activación de TGFβ1 por la TSP1 aumenta la fibrosis y rigidez en arterias en condiciones anormales sin un flujo vascular laminar normal. Estos mecanismos pueden estar implicados en la disección aortica y otras patologías arteriales. Los péptidos capaces de bloquear la unión de TSP1 con receptores e inhibir su activación del TGFβ1 pueden ser agentes terapéuticos para enfermedades cardiovasculares y otras enfermedades metabólicas.

   La placa fibrosa provoca ulceración, hemorragia y depósitos de tejido cicatrizado. La activación de la cascada de coagulación juega un rol importante en la formación del ateroma provocando trombosis y embolismo. Estas complicaciones son causadas en primer lugar por el enlentecimiento y turbulencia del flujo sanguíneo. Las etapas siguientes involucran la adhesión de plaquetas al endotelio con la consiguiente activación y agregación de plaquetas. Hay evidencia que la TSP1 es un promotor de la activación y agregación de plaquetas. La TSP1 liberada por los gránulos alfa de las plaquetas activadas suprime la señal cAMP e incrementa la fosfodiesterasa 3  (PDE3A) favoreciendo la hemostasia. El CD36 es requerido, en parte, para estos procesos porque la TSP1 puede incrementar la expresión de fosfatidilserina interactuando con CD36, aumentando la estabilización del trombo. Estudios recientes demuestran que un péptido derivado de CD47, TAX2, inhibe la trombosis bloqueando la fosforilación de plaquetas en contacto con colágeno. La propiedad antitrombótica del TAX2 es mediada por la señal NO/cGMP.

   En una condición pre-diabética, los niveles de glucemia no son altos para establecer un diagnóstico de diabetes. Sin embargo, la inflamación crónica, el daño endotelial y la remodelación extracelular podrían provocar diabetes y sus complicaciones. La TSP1 está asociada con estos procesos y también está involucrada en el metabolismo de la glucosa. La relación entre la TSP1 y el metabolismo de la glucosa es evidenciada por el hecho que los ratones Thbs1^-/-  muestran tolerancia a la glucosa alterada. Estos ratones exhiben tejido pancreático hipertrófico que produce menos proinsulina. La tolerancia a la glucosa anormal podría ser causada por oxidación anormal de la glucosa y disfunción mitocondrial. Adicionalmente, el tejido pancreático de estos ratones muestra una alta expresión de proteína desacopladora 2 (UCP2), la cual es una proteína de la membrana interna mitocondrial involucrada en la oxidación y metabolismo de ROS. Los polimorfismos de UCP2 han sido relacionados con obesidad y diabetes en humanos. Los islotes pancreáticos de estos ratones también producen más lactato, indicando un desvío hacia la glucólisis, lo cual resulta en disminución de la producción de ATP y proinsulina. Estos resultados indican que la TSP1 es vital para el mantenimiento de la homeostasis pancreática en condiciones de glucemia normal.

   La perfusión vascular y la angiogénesis son cruciales para el funcionamiento del páncreas. Los islotes pancreáticos tienen más vascularización y flujo sanguíneo que el componente acinar. Adicionalmente, el endotelio de los islotes es altamente fenestrado y está involucrado en  la producción y secreción de insulina. Las células endoteliales de los islotes pancreáticos producen TSP1, pero también secretan VEGF. La reducción de VEGF en los islotes altera la liberación de insulina en el sistema vascular y los ratones con disminución de la producción de VEGF muestran tolerancia a la glucosa alterada. Por tanto, es necesario un balance entre TSP1 y VEGF para mantener una secreción de insulina saludable y niveles normales de glucosa sanguínea. En condiciones de glucemia normal, la proteína quinasa dependiente de cGMP (PKG) disminuye la expresión del gen TSP1 y por consiguiente la activación de TGFβ1 por la TSP1. Sin embargo, durante la hiperglucemia, la expresión del gen TSP1 es aumentada por la regulación a la baja de PKG. Este estatus provoca la regulación al alza de la proteína nuclear de transcripción factor estimulador 2 (USF2), el cual puede unirse a una región localizada en el promotor TSP1 y aumentar la transcripción de TSP1. Estudios recientes reportan que USF2 es un supresor de tumor que reduce la proliferación celular, la migración celular y el estrés oxidativo, funciones protectoras que también son ejercidas por la TSP1 en algunas enfermedades inflamatorias y canceres.

   Los altos niveles de glucosa promueven el estrés oxidativo. El estrés oxidativo, la resistencia a la insulina y los niveles aumentados de productos glucosilados provocan disfunción endotelial en la hiperglucemia. La glucosilación y la expresión de TSP1 en CML podrían ser mediados por la activación de la ruta hexosamina. Los azucares y los activadores  de esta ruta pueden aumentar directamente la proliferación de CML y promover la expresión transcripcional de TSP1. Alta expresión  de TSP1 ha sido observada en CML durante la hiperglucemia. El CD47 regula la migración de CML en condiciones de hiperglucemia interactuando con SIRPα. Esta unión bloquea la migración de CML mediada por la señal del receptor del factor de crecimiento similar a insulina 1 (IGF1R). Cuando el CD47 se une a la TSP1 o un péptido derivado del dominio CD47 de la TSP1, la unión de CD47 a SIRPα se reduce debido a la activación de la señal de IGF1R. Sin embargo, los altos niveles de glucosa protegen al CD47 de la degradación y promueven su asociación con SIRPα. Como la edad predispone al cuerpo a resistencia a la insulina e hiperglucemia, el CD47 inhibe la proliferación de CML y la angiogénesis. Estos resultados sugieren que la angiogénesis en diabetes puede ser regulada por el eje TSP1-CD47.

   El CD36 juega un rol significativo en el metabolismo de lípidos y glucosa y puede promover resistencia a la insulina e hiperinsulinemia. Sin embargo, sus funciones en estas condiciones son contradictorias. El CD36 es una proteína multifuncional con efectos que podrían ser independientes de su interacción con TSP1. El CD36 puede tener  efectos diferentes  dependiendo del tipo de célula y órgano donde es expresado. Por ejemplo, la pérdida de CD36 reduce la expresión de genes relacionados con el metabolismo de la glucosa en cardiomiocitos, pero aumenta su expresión en células endoteliales. Adicionalmente, los ratones que carecen de CD36 y son alimentados con dieta baja en grasas muestran aumento de la gluconeogénesis y disminución de los niveles de glucógeno hepático indicando un estado pre-diabético.

   Agregando más complejidad al rol de la TSP1 en hiperglucemia está el hecho que su expresión puede ser regulada por microARN. La sobre expresión de miR467 inhibe la secreción de TSP1 por células endoteliales durante la hiperglucemia y aumenta la angiogénesis en tumores de mama. Adicionalmente, los microARN pueden regular al alza a la TSP1 y los genes involucrados en la ruta TGFβ1.

   Una complicación común de la diabetes es la nefropatía. La TSP1 y el TGFβ1 están involucrados en esta condición. La TSP1 es altamente expresada en las células mesangiales del glomérulo renal a medida que progresa la nefropatía diabética.  Durante la hiperglucemia crónica, la activación de TGFβ1 mediada por TSP1  puede agravar la nefropatía diabética induciendo fibrosis.  El bloqueo de esta activación podría ser un mecanismo alternativo para prevenir esta complicación.

   El tejido adiposo es uno de los tejidos más altamente vascularizados del cuerpo y la angiogénesis está involucrada en su remodelación y metabolismo. Además del bien conocido rol de la TSP1 en la inhibición de la angiogénesis, varios estudios demuestran que la carencia de TSP1 podría disminuir la grasa abdominal sin cambios en la densidad vascular. La TSP1 es regulada al alza en la grasa visceral de ratones, resultados similares han sido reportados en estudios clínicos. La adipogénesis y el crecimiento y distribución del tejido adiposo están asociados con la angiogénesis. Las células endoteliales producen citoquinas y factores de crecimiento como VEGF que favorecen la lipogénesis y la expansión del tejido adiposo. Estos factores pro-angiogénesis también pueden promover la transdiferenciación de adipocitos blancos en adipocitos marrones. La TSP1 puede  estar involucrada en estos procesos interactuando con argonauta 1 (AGO1), una proteína requerida para silenciar genes. TSP1 y AGO1 son reguladas al alza  en células endoteliales de ratones obesos y con diabetes tipo 2, sugiriendo que la TSP1, reduciendo la angiogénesis,  puede promover obesidad y resistencia a la insulina.

   Ciertamente, la TSP1 contribuye al metabolismo del tejido adiposo de varias maneras, además de su función anti-angiogénesis.  La relevancia de la TSP1 en la inflamación y la obesidad es mediada principalmente por macrófagos. La deficiencia de TSP1 y una disminución de la activación de TGFβ1 podrían proteger contra la inflamación y la obesidad. Como la obesidad es considerada una condición inflamatoria crónica, la interacción entre macrófagos y adipocitos ocurre durante su desarrollo y progresión. El CD36 contribuye significativamente  al aumento de las funciones inflamatorias de los macrófagos en el tejido adiposo. La interacción entre CD36 con TSP1 también puede regular el daño  inducido por ácidos grasas saturados durante la obesidad y la dislipidemia. La evidencia reciente indica que la señal CD36 es dependiente de la activación del transductor de señal y activador de la transcripción 3 (STAT3) en el tejido adiposo. La dieta rica en grasas incrementa la fosforilación de la señal STAT3 a través de la activación de CD36. La STAT3 es un importante factor de transcripción en la inflamación y la inmunidad.

   El tejido adiposo es un órgano endocrino que produce varias hormonas (adipoquinas), incluyendo la leptina. Los receptores de leptina están involucrados en el apetito, la ingesta de alimentos y la secreción de insulina. Varios estudios clínicos y en animales demuestran que el incremento en los niveles plasmáticos de leptina está asociado con alta masa corporal y ateroesclerosis. La activación de las rutas de señalización JAK2 y MAPK está implicada en la regulación al alza de TSP1 por la leptina en CML vascular durante la aterogénesis.

   La TSP1 podría ser un marcador de pérdida de peso y alto metabolismo basal. En estudios clínicos, alta expresión de TSP1 ha sido detectada en la grasa visceral de pacientes sometidos a  un programa de pérdida de peso con baja ingesta de calorías e incremento de la actividad física. En estos pacientes, los niveles de TSP1 en suero fueron altos y se correlacionaron con obesidad abdominal, hipertensión arterial, hiperglucemia y altos niveles de leptina. Estas asociaciones fueron observadas particularmente en mujeres premenopáusicas. Sin embargo, estos resultados deben ser interpretados con precaución porque los niveles de TSP1 en suero pueden   resultar de la activación de plaquetas y no reflejar la alta concentración fisiológica  de TSP1 observada en muestras de plasma. 

   En conclusión, la TSP1 es un potente agente anti-angiogénesis que inhibe la migración y proliferación endotelial e induce apoptosis endotelial. Los estudios han demostrado un rol regulador de la TSP1 en la migración celular y en la activación de la forma latente del TGFβ1. Estas funciones de la TSP1 se manifiestan en la modulación de procesos inmunes. Mientras en el pasado, la mayoría de estudios se centraban en el rol de la TSP1 en el cáncer y la inflamación, los estudios recientes revelan nuevos roles en desórdenes fisiológicos y metabólicos, incluyendo obesidad, diabetes y enfermedad cardiovascular. La TSP1 regula al NO, activa al TGFβ1 e interactúa con receptores CD36 y CD47 para roles importantes en el metabolismo celular. Por tanto, la TSP1 y sus principales receptores pueden ser considerados potenciales blancos terapéuticos para enfermedades metabólicas.

Fuente: Gutiérrez LS, Gutiérrez J (2021). Thrombospondin 1 in metabolic diseases. Frontiers in Endocrinology 12: 638536.