Las células endoteliales y el sistema IGF

Los factores de crecimiento similares a insulina 1 (IGF1) y 2 (IGF2) tienen una significativa secuencia homologa entre sí  y con la proinsulina. En roedores, la expresión  del igf2 disminuye rápidamente  en la mayoría de tejidos después del nacimiento, mientras la expresión del igf1 se mantiene relativamente alta, lo cual ha llevado  a algunos autores a considerar al IGF2 como un “factor de crecimiento prenatal” y al IGF1 como un “factor de crecimiento postnatal”.  Sin embargo, la expresión del IGF2 persiste postnatalmente en humanos y sus niveles circulantes son mayores que los del IGF1, lo que sugiere que también tiene un rol postnatal.  El IGF1 es el mediador de muchos de los efectos promotores de crecimiento de la hormona de crecimiento (HC) y su expresión es regulada por la HC. Por el contrario, la expresión del IGF2 es bastante independiente de la HC. Los IGF promueven la proliferación y supervivencia de muchos tipos de células  e incrementan la diferenciación  celular. 

Los IGF también tienen efectos metabólicos similares a los de la insulina, disminuyen la glucosa plasmática en humanos y roedores e incrementan la captación de glucosa en las células. La mayoría de las acciones de los IGF son mediadas por el receptor IGF1 (IGF1R), un receptor tirosina quinasa compuesto por dos heterodímeros con una significativa homología  con el receptor de insulina (IR). La unión  de un IGF al IGF1R resulta en la activación  de diversas rutas de señalización como la Ras/Raf/ERK y la PI3K/Akt.  Algunas acciones metabólicas de los IGF son mediadas por el IR y  algunas acciones proliferativas del IGF2, pero no del IGF1, son mediadas por la isoforma A del IR. Los receptores híbridos IGF1/IR  han sido identificados en muchas células y contienen  un heterodímero  de cada receptor.  Estos receptores tienen más preferencia por  el IGF1 que por la insulina, pero su significado fisiológico permanece incierto. El receptor IGF2/manosa 6-fosfato media algunas acciones del IGF2, pero predominantemente actúa como un receptor de aclaramiento.

Las acciones  de los IGF son finamente reguladas por una familia de seis proteínas ligadoras (IGFBP) de alta afinidad. Estas proteínas  tiene tres dominios, con un alto grado  de homología en los dominios N y C terminales que contiene los determinantes de unión de los IGF.  El dominio ligador entre los extremos N y C no está muy conservado entre las IGFBP y contiene sitios para modificaciones post-translacionales (glucosilación y fosforilación) que confieren especificidad a las acciones de las IGFBP. El dominio ligador también contiene sitios para la proteólisis  por proteasas como  las metaloproteasas de matriz. Casi todos  los IGF circulantes están unidos a IGFBP como complejos binarios  o grandes complejos ternarios  con IGFBP3 o IGFBP5 y una subunidad ácido lábil, lo cual limita su biodisponibilidad.  Los complejos ternarios incorporan aproximadamente  80% de los IGF circulantes, pero no pueden cruzar las paredes capilares. Los IGF libres y los complejos binarios  dejan la circulación  y entran en los tejidos. Las IGFBP se localizan en diferentes compartimentos de los tejidos después que dejan la circulación. En la mayoría de situaciones, las IGFBP inhiben las acciones  de los IGF, pero también pueden potenciarlas bajo las mismas condiciones. Además de los IGF, las IGFBP pueden unir otras proteínas, especialmente a través  de los dominios ligador y C-terminal. Las IGFBP son expresadas por muchos tejidos con especificidad  por tipo de célula.

Las células endoteliales forman una monocapa  en la pared de los vasos sanguíneos que constituye una barrera que regula el paso  de biomoléculas y células como los leucocitos entre la circulación y los tejidos. El endotelio es metabólicamente activo y tiene un rol fisiológico esencial. Las células endoteliales regulan el tono vascular y el flujo sanguíneo mediante la síntesis de mediadores como el óxido nítrico, regulan la trombosis  a través de la síntesis  de proteínas claves e interacción con las plaquetas y regulan la respuesta inflamatoria modulando las interacciones de las células inflamatorias con las paredes de  los vasos sanguíneos.   Las células endoteliales juegan un rol clave en la formación de nuevos vasos  por angiogénesis y vasculogénesis. Las células endoteliales responden  al factor de  crecimiento del endotelio vascular (VEGF)  a través de receptores específicos como VEGFR1 y VEGFR2, componentes esenciales de estos procesos. Muchas acciones de las células endoteliales son mediadas por la síntesis  de proteínas de la matriz extracelular, factores anti-trombosis y pro-coagulantes, mediadores inflamatorios, proteasas y factores vasomotores. En particular, las células endoteliales sintetizan y/o responden a numerosos factores de crecimiento, incluyendo al factor de crecimiento derivado de las plaquetas (PDGF), el factor de crecimiento epidermal, el factor de crecimiento transformante β y los IGF.  Las células progenitoras endoteliales derivan  de la médula ósea o de las paredes de los vasos, promueven la reparación del vaso  y previenen la disfunción  endotelial.  Ellas pueden diferenciarse  para formar un nuevo endotelio o actuar como fuente paracrina  de citoquinas y factores de crecimiento para  facilitar la reparación endotelial. Los niveles de células progenitoras endoteliales disminuyen durante el envejecimiento y los niveles bajos se correlacionan con patologías vasculares. 

Las células endoteliales muestran considerable heterogeneidad  dependiendo del tipo de vaso,  el tamaño del vaso y el lecho vascular en el cual residen. Por ejemplo, las células endoteliales de los grandes vasos  están unidas por uniones estrechas y forman una capa continua, mientras el endotelio tiene “gaps” de diferentes tamaños en diferentes tejidos.  Hay también marcada variación inter-individual en las propiedades de las células endoteliales aún cuando deriven del mismo vaso. La heterogeneidad de las células endoteliales  se debe a una combinación de influencias del microambiente local, que son cambiantes, y a efectos epigenéticos, que son más estables.  Las células endoteliales se pueden encontrar  en estado de quietud o en estado activado.  Las células en estado de quietud contribuyen al mantenimiento del estado  no-trombótico con la secreción  de vasodilatadores como protaciclina y  NO, el cual difunde a las células de músculo liso adyacentes y producen su  relajación. Las células endoteliales son activadas por una variedad de estímulos como citoquinas que generan especies reactivas de oxígeno, lo cual resulta en un fenotipo pro-trombótico, pro-inflamatorio. 

Los niveles de expresión de los IGF en las células endoteliales  son bajos.  El IGF1R es expresado por células endoteliales de vasos grandes y pequeños en niveles mayores que el IR. Las células endoteliales también expresan  receptores híbridos IGF1/IR y sus niveles son regulados  por la abundancia de cada uno de los holoreceptores. El receptor IGF2/manosa 6fosfato también es expresado por las células endoteliales.  Las células endoteliales de  microvasos y vasos grandes  expresan IGFBP2, IGFBP3, IGFBP4, IGFBP5  e IGFBP6 con predominio de  IGFBP2 e IGFBP3  en las células de los microvasos y predominio de IGFBP3 e IGFBP4  en las células de los grandes vasos.

Las células endoteliales son metabólicamente activas y el IGF1 incrementa la captación de aminoácidos y glucosa  en las células endoteliales de microvasos. En las células endoteliales de retina las rutas MAPK, proteína quinasa C y PI3K están involucradas  en la captación de glucosa  mediada por IGF1.  El IGF1 estimula la migración  de células endoteliales en microvasos y vasos grandes, pero no tiene efecto sobre la proliferación de células endoteliales.  Las células endoteliales  forman tubos  que parecen  vasos cuando crecen en la matriz extracelular y el IGF1 aumenta este efecto. El IGF1 activa las rutas ERK y PI3k en las células endoteliales de aorta de bovino, pero  sólo la PI3K es requerida para inducir la formación  de tubos.  Hay evidencia de que el IGF1 actúa como vasodilatador  in vivo.  En adultos hipertensos no tratados, los bajos niveles plasmáticos de IGF1 están asociados a una función endotelial reducida. El IGF1  estimula la producción de NO  a través de la activación de la PI3K y la NO sintetasa endotelial.  Por otra parte, el IGF1 aumenta la respuesta inflamatoria inducida por TNF en células endoteliales de aorta, pero inhibe la misma respuesta   en células endoteliales de arterias coronarias. La aparente contradicción entre estos datos puede reflejar las diferencias en los fenotipos de  las células endoteliales de diferentes lechos vasculares. El envejecimiento de las células endoteliales está asociado con un fenotipo pro-inflamatorio, pero el IGF1inhibe el envejecimiento de células endoteliales de aorta inducido por el estrés oxidativo.

Similar al IGF1, el IGF2 promueve la migración  de células endoteliales y la formación de tubos, pero no tiene efecto sobre la proliferación celular. Adicionalmente, el IGF2 promueve la invasión de células endoteliales a través de la matriz extracelular e incrementa la expresión de la metaloproteasa de matriz 2 (MMP2).  La depleción del IGF1R puede contribuir a la apoptosis  de células endoteliales  inducida por la glicación de productos finales, la cual incrementa con la diabetes y el envejecimiento. Los microvasos contienen el microARN 223 (miARN223), el cual es tomado por las células endoteliales y provoca la disminución de los niveles de IGF1R.  El receptor IGF2/manosa 6 fosfato media la migración de células endoteliales  y la formación de tubos inducidas por el IGF2.  Este receptor, además de IGF2, une otros ligandos y su interacción con el mini-plasminógeno media la apoptosis de células endoteliales inducida por TGFβ.

La vasculogénesis  se refiere a la formación de nuevos vasos sanguíneos  a partir de células progenitoras durante la embriogénesis. Por el contrario, la angiogénesis  se refiere al desarrollo de nuevos vasos  pero a partir de otros pre-existentes.  La angiogénesis procede  a través  de varios estadios que comienzan con la movilización  de células endoteliales por señales pro-angiogénesis. Estas células endoteliales proliferan hasta formar un nuevo vaso. La anastomosis entre los vasos resulta en la formación de un asa  y, una vez que comienza el flujo sanguíneo,  los vasos se remodelan y maduran.  La hipoxia es uno  de los mayores estímulos angiogénicos y los factores inducibles por hipoxia (HIF) regulan la transcripción  de genes angiogénicos claves como el VEGF.  EL HIF1 contiene dos subunidades, HIF1A y ARNT. La subunidad HIF1A   incrementa en situación  de  hipoxia y es el principal determinante  de la actividad transcripcional.  HIF1 y HIF2 juegan importantes roles en el desarrollo de los vasos sanguíneos. La angiogénesis está involucrada  en el proceso de numerosas enfermedades. Por ejemplo,  la inadecuada formación de vasos sanguíneos  contribuye al daño isquémico del infarto de miocardio y la angiogénesis aumentada  está implicada en el desarrollo de las metástasis cancerosas.

Aunque las rutas VEGF son las mediadoras centrales de la angiogénesis, los IGF también juegan un rol importante. IGF1 e IGF2  estimulan la expresión de HIF1A e induce la síntesis de VEGF a través de rutas dependientes –e independientes- de HIF1.  Si bien la mayoría de acciones angiogénicas de los IGF son mediadas por el IGF1R, el IGF2 también promueve la angiogénesis vía IR.  Los IGF están involucrados en el desarrollo vascular temprano, los embriones humanos expresan IGF1, IGF2 e IGF1R a partir de la cuarta semana de gestación. Los roles de las IGFBP en la angiogénesis también han sido estudiado y, en general, IGFBP4 IGFBP5 e IGFBP6 inhiben la angiogénesis, mientras IGFBP2, la aumenta. La angiogénesis es alterada  en el corazón diabético y un estudio reciente demuestra que los cardiomiocitos  de ratas diabéticas  secretan exosomas  que contienen miARN 320, el cual es tomado por las células endoteliales. Este microARN  disminuye la expresión  de IGF1 e inhibe la migración de células endoteliales  y la formación de tubos.

En conclusión, las células endoteliales juegan un rol importante en el mantenimiento de la homeostasis y constantemente son expuestas a los IGF circulantes. Ellas expresan IR e IGF1R y responden a los IGF en concentraciones  suficientes para activar  estos receptores.  Sin embargo, la respuesta a los IGF es limitada por varios mecanismos. Un mecanismo es la unión de la gran mayoría  de IGF circulantes  a IGFBP  en complejos binarios y terciarios, lo cual restringe la accesibilidad  al receptor.  Los IGF circulantes acceden a los tejidos atravesando el endotelio de los capilares  mediante una ruta paracelular, es decir,  vía uniones gap entre las células endoteliales.  Los IGF juegan un significativo en la fisiología de las células endoteliales promoviendo la migración celular, la formación de tubos y la producción del vasodilatador NO. Estas acciones son moduladas por una familia de seis IGFBP. Los IGF también  incrementan el número y función  de células endoteliales progenitoras, lo cual puede contribuir  a la protección contra la ateroesclerosis. La evidencia  sugiere que los efectos  de los IGF pueden ser tanto protectores como patogénicos  en muchas enfermedades.  En general, la angiogénesis, a la cual contribuyen los IGF, es importante para la reparación  de tejido en situaciones  como el infarto de miocardio pero perjudicial en los canceres.  

Fuente: Bach LA (2015). Endothelial cells and the IGF system. Journal of Molecular Endocrinology 54: R1-R13.