Bases Moleculares de la Enfermedad de Alzheimer

UNIVERSIDAD DE SEVILLA FACULTAD DE FARMACIA DEPARTAMENTO DE BIOQUÍMICA Y BIOLOGÍA MOLECULAR TRABAJO FINAL DE GRADO Bases Moleculares de la Enfermedad de Alzheimer Autor: Juan Carlos Gutiérrez Antoñanzas Tutor: Consuelo Santa María Pérez Sevilla, 2018 2 Índice: RESUMEN ............................................................................................................................................. 3 LISTA DE ABREVIATURAS ............................................................................................................. 4 1. INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................. 5 1.1. Definición .................................................................................................................................... 5 1.2. Epidemiología ............................................................................................................................. 5 1.3. Manifestaciones Clínicas ............................................................................................................ 7 1.4. Alteraciones Morfológicas ......................................................................................................... 7 2. JUSTIFICACIÓN ........................................................................................................................... 10 3. OBJETIVO ...................................................................................................................................... 11 4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ..................................................................................................... 12 4.1. Susceptibilidad Genética .......................................................................................................... 12 4.2. Procesos Fundamentales: Acumulación de β-Amiloide y Proteína Tau .............................. 13 4.3. Efecto de la Temperatura en la Formación de los Ovillos Neurofibrilares ......................... 16 4.4. Alimentación, Actividad Física y Estrés Oxidativo .............................................................. 20 4.5. Autofagia, Envejecimiento y Neuroinflamación .................................................................... 23 4.6. Fallo en la Resolución de la Inflamación ................................................................................ 25 4.7. Papel de Microorganismos: La EA vista como una Neuroespiroquetosis ........................... 25 4.8. Resistencia a la Insulina ........................................................................................................... 29 4.9. Efecto Tóxico de Metales ......................................................................................................... 30 4.10. Dianas Moleculares y Nuevos Fármacos .............................................................................. 30 5. CONCLUSIONES ........................................................................................................................... 33 6. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .......................................................................................... 34 3 RESUMEN La enfermedad de Alzheimer es el tipo más frecuente de demencia senil y constituye un grave problema de salud pública desde hace varios años, con una importancia creciente conforme aumenta la edad media y la esperanza de vida de la población. Es una condición que supone un gran impacto en la calidad de vida de los pacientes y sus familiares y cuidadores, con enormes costes para los sistemas sanitarios a nivel mundial. El presente trabajo consiste en una revisión de actualización bibliográfica acerca de los mecanismos fisiopatológicos subyacentes, a nivel bioquímico y molecular, cuya comprensión profunda es necesaria para atender a las necesidades de la investigación y desarrollo de productos farmacéuticos orientados al diagnóstico precoz y tratamiento oportuno y eficaz de la Enfermedad de Alzheimer, mejorando las posibilidades del tratamiento actual, que es predominantemente sintomático y no curativo. Se expone el papel de la alteración en el metabolismo de la proteína β-Amiloide y de la hiperfosforilación de Tau, que son los actores principales en la formación de las lesiones neurodegenerativas características a nivel histopatológico. Este proceso fisiopatológico se acompaña de alteraciones en el estrés oxidativos, asociados a la perturbación de la respuesta inmunológica y el fallo de la resolución de la neuroinflamación. Destaca también un particular papel de ciertos microorganismos, principalmente espiroquetas, a través del mecanismo de la translocación bacteriana, las alteraciones de la resistencia a la insulina y los efectos tóxicos de metales en desequilibrio en el tejido encefálico. Estos mecanismos sientan las bases del futuro en la terapéutica de la Enfermedad de Alzheimer y de otros tipos de demencia senil, donde la inmunoterapia se posiciona como la estrategia terapéutica más prometedora. 4 LISTA DE ABREVIATURAS ApoE: Apolipoproteína E CNAP: Componente No Amiloide de las Placas CLU: Clusterina CR1: Receptor del Complemento 1 EA: Enfermedad de Alzheimer ELA: Esclerosis Lateral Amiotrófica FTDP-17: Demencia Frontotemporal con Parkinson Asociada al Cromosoma 17 HSV1: Virus de Herpes Simple Tipo 1 KPI: Dominio Inhibidor de la Proteasa de Kumitz MAPT: Proteína Asociada a Microtúbulos Tau MAP2: Proteína Asociada a Microtúbulos 2 NMDA: N-Metil-D-Aspartato PICALM: Proteína de Ensamblaje de Clatrina de Unión a Fosfatidilinositol PPA: Proteína Precursora de Amiloide PS1: Presenilina 1 PS2: Presenilina 2 SIRT1: Sirtuina 1 TREM2: Receptor Activador de las Células Mieloides 2 5 1. INTRODUCCIÓN 1.1. Definición La Enfermedad de Alzheimer (EA) es una patología neurodegenerativa consistente en la atrofia cortical, con predominio en las regiones temporal y parietooccipital. Este patrón de distribución característico de las lesiones lo diferencia del proceso de envejecimiento normal. Clínicamente se manifiesta en forma de demencia de establecimiento progresivo y gradual a lo largo del tiempo de evolución o historia natural de la enfermedad, con mantenimiento relativo de las capacidades motoras (Villar Rodríguez, 2000; Allegri y cols., 2011). Su etiología se ha mantenido en gran parte desconocida o poco comprendida, denotando un complejo proceso fisiopatológico subyacente. Los aspectos más básicos en este sentido incluyen la identificación de loci genéticos relacionados con la enfermedad, específicamente en el cromosoma 21, relacionado con la expresión del precursor de la proteína amiloide β; cromosomas 14 y 1, relacionados con la presenilina 1 (PS1) y presenilina 2 (PS2); y el cromosoma 19, relacionado con el genotipo APO-E (Villar Rodríguez, 2000). 1.2. Epidemiología La EA también es conocida como el tipo más común de demencia senil, aunque en realidad se le considera una enfermedad de aparición presenil, y alcanza su máxima incidencia entre la quinta y sexta décadas de la vida. La edad de aparición es muy variable, pero es más frecuente que se manifieste a partir de los 65 años, aumentando su incidencia y prevalencia con el avance de la edad (Villar Rodríguez, 2000). Es muy poco frecuente la identificación de síntomas antes de los 50 años. En la población general, las tasas de incidencia según los rangos de edades son 3% en individuos de 65 a 74 años de edad, 19% entre 75 a 84 años, y 47% a partir de los 85 años. Clásicamente se describe que la mayoría de los casos son de aparición esporádica, con un 5 a 10% de casos con agrupación familiar (De Girolami y cols., 2000). La EA corresponde a una proporción aproximada de 50 a 57% de todos los casos de demencia. Esta enfermedad es hoy en día una de las de mayor y más rápido crecimiento a nivel mundial, y se encuentra entre las 50 causas de mortalidad durante los últimos 25 años (Niu y cols., 2017). 6 Entre los principales factores de riesgo de tipo epidemiológico se encuentran el sexo femenino, la edad avanzada, el bajo nivel educativo, el genotipo APO-E4, el tabaquismo, la obesidad y la diabetes mellitus (Niu y cols., 2017). En la última década del siglo XX se registró una prevalencia de 4,4% en Europa entre los individuos mayores de 65 años. Sin embargo, la marcada tendencia al crecimiento y el envejecimiento de la población han posicionado a esta enfermedad como uno de los principales problemas de salud pública a nivel mundial. Así, en 2.006 se contabilizó un total de 26,6 millones de pacientes con EA en todo el mundo, más 35 millones actualmente y, según las predicciones estadísticas internacionales, se prevé que en el año 2.050 serán 106,8 millones, de los cuales 15,5% vivirían en Europa. Recientemente, según un metanálisis publicado en 2.017, se obtuvo una tasa de incidencia de EA de 11,08 por cada 1.000 personas al año, correspondiente a 7,02 por cada 1.000 personas al año en hombres, y 13,5 por 1.000 personas al año en mujeres, manteniendo la misma tendencia creciente en ambos sexos con la progresión de la edad. Específicamente, en Europa se espera un incremento de 87% en la prevalencia de EA en el período comprendido entre los años 2.010 y 2.050.Actualmente, en Estados Unidos de América, existen 5,3 millones de personas con EA(De Girolami y cols., 2000, Niu y cols., 2017). En España, según el estudio EURODEM la prevalencia de EA en personas de entre 70 y 74 años en 2001 fue del 3,2%, con una incidencia de 12.500 personas diagnosticadas de EA en 2001, correspondiendo a una tasa de 0,5% de personas entre los 70 y 74 años de edad (Crespo y cols., 2017). La EA, en conjunto con otras demencias menos frecuentes, fue la responsable del 0,73% de las muertes a nivel mundial en 2.005, aumentando dicho porcentaje a 81% en 2.015. Lo más alarmante es que se estima que el 0,92% de muertes en el año 2.030 (Crespo y cols., 2017)). El aumento de la esperanza de vida en la población general implica un envejecimiento inevitable de la población que aumenta la prevalencia de todas las enfermedades crónicas, las cuales tienen como uno de sus principales factores de riesgo la edad avanzada. Esto determina que, si no se establecen cambios importantes en la prevención y terapéutica de la EA y otras enfermedades neurodegenerativas, pueda descontrolarse la incidencia y con ella el aumento de la prevalencia de la enfermedad. Esto se ve particularmente acusado en los países en vías de desarrollo o con bajo producto interno bruto. Países con mayor tasa de crecimiento poblacional, como Brasil y China podrían registrar cifras epidemiológicas más representativas 7 en menos tiempo, ya que concentrarán una significativamente mayor cantidad de personas de la tercera edad en hasta un tercio del tiempo que otros países como Francia, Estados Unidos o Reino Unido (Crespo y cols., 2017). 1.3. Manifestaciones Clínicas Los síntomas y signos suelen aparecer de forma insidiosa y progresiva, y corresponden a un deterioro de las funciones cognitivas, afectando también el humor o estado de ánimo y otros aspectos de la conducta. Lo más característico en las fases de enfermedad completamente establecida es la desorientación en tiempo, espacio y persona, la pérdida de memoria que es reciente al principio, y la pérdida de las habilidades del lenguaje o afasia. Todas estas manifestaciones en el funcionamiento del sistema nervioso se corresponden con alteraciones anatómicas e histopatológicas específicas en la corteza cerebral. Después de una evolución variable, con duración de 5 a 10 años aproximadamente, la enfermedad tiende a progresar hasta que el paciente se encuentra en un estado de incapacidad y dependencia, incapaz de comunicarse verbalmente y de movilizarse efectivamente. En la práctica médica, el diagnóstico es principalmente clínico, aunque puede verse complementado con estudios radiológicos de alta sensibilidad y especificidad (De Girolami y cols., 2000). 1.4. Alteraciones Morfológicas Macroscópicamente, el cerebro se observa con atrofia de la corteza, lo que puede evidenciarse en el adelgazamiento de las circunvoluciones, que se acompaña de ensanchamiento de los surcos cerebrales, lo que suele ser más pronunciado en los lóbulos frontales, temporales y parietales. Si la atrofia cortical es muy pronunciada, puede verse compensada con la dilatación secundaria de los espacios ventriculares (De Girolami y cols., 2000).En la Figura 1 se observa la comparación entre el aspecto macroscópico de un corte coronal de un cerebro sano y un cerebro con EA. A nivel microscópico, se observan tres lesiones características de la EA. Éstas son los ovillos de degeneración neurofibrilar, las placas seniles o placas neuríticas, y la angiopatía amiloidea (Ver Figura 2). Dichos cambios o lesiones pueden estar presente, aunque en menor medida, en el encéfalo de personas sanas de edad avanzada (De Girolami y cols., 2000). 8 Figura 1: Aspecto macroscópico de un cerebro normal y un cerebro con Enfermedad de Alzheimer (EA). Los ovillos de degeneración neurofibrilar (Figura 2A y 2B) corresponden a una alteración en la citoarquitectura, específicamente en la organización del citoesqueleto. Son acúmulos de filamentos que se disponen en el citoplasma neuronal, dispuestos alrededor del núcleo o desplazándolo hacia un extremo, adoptando a menudo la forma de llama de fuego o de canasta alrededor del núcleo (ovillos globulares). Con frecuencia se observan en las neuronas de la corteza cerebral y en las células piramidales del hipocampo, las amígdalas, la región basal del prosencéfalo y en los núcleos del rafe medio. Molecularmente, estos ovillos están conformados principalmente por filamentos helicoidales y algunos rectos, y están compuestos principalmente por la proteína Tau, que es un componente estructural de los microtúbulos axonales y que participa en el proceso de ensamblaje de los microtúbulos. Otras proteínas asociadas a los microtúbulos y a los ovillos son la proteína asociada a los microtúbulos 2 (MAP2), la ubiquitina y el péptido β-amiloide. Los ovillos de degeneración neurofibrilar son característicos de EA, pero no son específicos de esta condición, ya que se observan en otros tipos de enfermedades neurodegenerativas como en ciertas formas de la Enfermedad de Parkinson y la Esclerosis Lateral Amiotrófica (ELA). De aquí se entiende que estas lesiones sean el resultado final de diferentes mecanismos fisiopatológicos (De Girolami y cols., 2000). 9 Figura 2: Signos histopatológicos de neurodegeneración en la Enfermedad de Alzheimer (De Girolami y cols., 2000). Las placas neuríticas (Figura 2C) son acúmulos redondeados, dispersos o focales, conformados por prolongaciones neuríticas dilatadas y tortuosas, correspondientes a neuritas distróficas, y que se disponen alrededor de un núcleo central de amiloide formado por diferentes proteínas anómalas, siendo el péptido β-amiloide el principal componente. Otras proteínas presentes en menor cantidad son la α1-antiquimotripsina, apolipoproteínas y una proteína denominada Componente No Amiloide de las Placas (CNAP). Estas placas pueden medir entre 20 y 200 µm de diámetro. Pueden estar rodeadas por una reacción de la microglía y de los astrocitos. Suelen situarse en el hipocampo, en las amígdalas, en el neocórtex y en las cortezas primarias motora y sensitiva. Existen lesiones equivalentes en el cerebro de otros primates envejecidos. Las neuritas distróficas albergan filamentos helicoidales, vesículas sinápticas y mitocondrias anormales. Existen lesiones denominadas placas difusas, las cuales carecen de la reacción neurítica a su alrededor, las cuales se sitúan en planos más superficiales de la corteza cerebral, en los ganglios basales y en el cerebelo. Estas placas difusas podrían corresponder a un estado incipiente de la alteración morfológica y funcional, y pueden estar presentes de forma aislada en personas sanas (De Girolami y cols., 2000). 16 También se describen mutaciones en el ADN mitocondrial como desencadenantes importantes en EA. Esto implica a dos proteínas estructurales, NEDD9 y CASS4, y la cinasa PTK2B que, además de sus efectos en la carcinogénesis, también intervienen en la inflamación, la hipoxia, cambios vasculares, estabilidad de los microtúbulos y en la señalización del calcio con relevancia en el desarrollo de la EA (Sen y cols., 2017). Las alteraciones en el proceso de modificación postraducción en la forma de autofosforilación de residuos de serina y treonina, bloquea la fosforilación de tirosina en la familia de proteínas sustratos del receptor de insulina 1 y 2, deteriorando la señalización de la insulina y conduciendo a las complicaciones típicas de la diabetes y de la EA. La O- glucosilación de estos residuos de serina y treonina previene la fosforilación de estos sitios, y podría ser una diana terapéutica en el futuro (Sen y cols., 2017). 4.3. Efecto de la Temperatura en la Formación de los Ovillos Neurofibrilares Además de las alteraciones cognitivas, en la EA se produce una pérdida característica del control normal de la temperatura. La presencia de péptido amiloide-β en el cerebro de pacientes con enfermedad de Alzheimer fue señalada inicialmente como la única o principal causa de la disfunción neurológica, aunque posteriormente se ha sugerido que estas placas podrían más bien corresponderse con una consecuencia de otros eventos patológicos previos, más que la causa o evento inicial desencadenante de la disfunción. Así, han sido propuestos diferentes mecanismos fisiopatológicos que son independientes de la acumulación de amiloide-β. Esto está en relación con el hecho de que estas placas anormales se presentan también en una cantidad importante de personas ancianas sin diagnóstico de demencia. Por este motivo, las terapias desarrolladas durante muchos años que apuntaban aisladamente a la formación de estas placas carecieron de eficacia, ya que estas placas no son un elemento aislado en la fisiopatología de la demencia senil. Incluso se ha llegado a sugerir que estas placas podrían tener un efecto neuroprotector secundario o paralelo al proceso fisiopatológico degenerativo subyacente (Carretiero y cols., 2015). Por otra parte, la severidad de la demencia se ha correlacionado específicamente con el número de ovillos neurofibrilares, al contrario de lo observado en relación a las placas. La presencia de mutaciones en la proteína Tau que conducen a Demencia Frontotemporal con Parkinson asociada al cromosoma 17 (FTDP-17) sugiere que la disfunción de Tau es 17 suficiente de forma independiente para causar disfunción neuronal, demencia y muerte neuronal. Además, la toxicidad del amiloide-β depende de la expresión de Tau y el knockout del gen Tau previene la mortalidad prematura en modelos murinos de enfermedad de Alzheimer (Carretiero y cols., 2015). La proteína asociada a microtúbulos Tau (MAPT) está codificada por el gen MAPT. En condiciones fisiológicas, la proteína Tau se une a los microtúbulos, promoviendo su correcto ensamblado y estabilidad estructural y funcional. Las interacciones entre Tau y los microtúbulos es un proceso dinámico con implicación importante en la remodelación del citoesqueleto durante los eventos de la plasticidad neuronal, que comprende la elongación de las neuritas, formación de sinapsis y espinas neurales y la memoria (Figura 4). La molécula Tau, una proteína asociada a los microtúbulos es una fosfoproteína (p-tau) y su función está directamente asociada con sus niveles de fosforilación. El balance entre la Tau altamente fosforilada o hiperfosforilada (hp-Tau) y la Tau con fosforilación baja o escasa (Tau) permite el modulación de la dinámica de los microtúbulos, conduciendo a una desestabilización o estabilización, respectivamente. El cerebro de los pacientes con demencia senil tipo Alzheimer presenta aproximadamente niveles 4 veces superiores en la fosforilación de Tau en comparación con cerebros de controles. Este incremento en hp-Tau podría ser el resultado de una desregulación del sistema de enzimas fosforilasas/cinasas de Tau o por una fallo en la maquinaria de degradación de esta proteína (Carretiero y cols., 2015). Figura 4: La fosforilación de la proteína Tau altera la dinámica microtubular (Carretiero y cols., 2015). 18 Recientemente, se ha propuesto una hipótesis metabólica para la etiología de las denominadas Taupatías. Según Whittington y colsaboradores, se proponen 5 factores de riesgo: el envejecimiento, la hipotermia, la diabetes mellitus, inanición y anestesia, todas los cuales conducen a la acumulación de Tau hiperfosforilada, lo que disminuye el potencial regenerativo o la plasticidad a nivel neuronal. Diversos estudios han demostrado que la temperatura corporal de personas sanas mayores de 60 años de edad es menor que en adultos jóvenes. El promedio de la temperatura corporal en mayores de 60 años es de 0,4 ºC menos en comparación con individuos sanos de entre 20 y 60 años. Es importante destacar que personas mayores presentan mayor riesgo de hipotermia cuando son sometidos a frío ambiental que los adultos jóvenes expuestos a condiciones similares. Estos cambios pueden deberse a una reducción en el control de la vasoconstricción periférica asociada al envejecimiento del sistema neurovegetativo, así como la reducción de la producción metabólica de calor, entre otros factores (Carretiero y cols., 2015). Además del deterioro cognitivo, los pacientes con enfermedad de Alzheimer presentan otros síntomas no cognitivos o conductuales, que incluyen disfunción autonómica, agitación, hiperactividad, ansiedad, pérdida de peso, depresión y disturbios del ritmo circadiano y del sueño. Estos pacientes también presentan un incremento en la amplitud y en la acrofase de la temperatura, cuyas causas probablemente estén relacionadas con la disfunción neuronal en los centros reguladores de la temperatura en el sistema nervioso central. Empleando un modelo de demencia en ratones se ha podido comprobar los cambios dependientes de la edad en la temperatura y el incremento de la temperatura corporal en el caso de enfermedad de Alzheimer. Las disfunciones en la termorregulación en este modelo animal se han identificado como uno de los cambios más tempranos que aparecen en el proceso fisiopatológico, incluso antes del establecimiento de los signos típicos de la enfermedad, lo que indica de forma contundente que esta alteración podría ser utilizada como un predictor o un evento temprano en el desarrollo de esta enfermedad, en vez de tan sólo una mera consecuencia de la misma. Así, se considera a la temperatura como un indicador de neuroinflamación (Carretiero y cols., 2015). La hipotermia induce un incremento en los niveles de Tau fosforilada. Por cada grado centígrado por debajo de la temperatura normal, se produce un incremento del 80% en la fosforilación de esta proteína. La inducción de la fosforilación de Tau por el frío también ocurre en animales que hibernan y en los que no. El efecto del frío en la fracción fosforilada de Tau se ha observado con modelos in vivo e in vitro en diferentes condiciones de 19 temperatura. Esto sugiere la existencia de una conexión entren los déficits en la homeostasis térmica asociada a la edad y la desregulación de Tau en varios tipos de demencia (Carretiero y cols., 2015). Si consideramos que la relación entre Tau fosforilada y la temperatura es lineal, una caída relativa de 0,4 ºC en la temperatura corporal en una persona sana de edad avanzada en comparación con adultos jóvenes podría representar un incremento aproximado del 30% en la Tau fosforilada en el cerebro anciano en comparación con el de adultos jóvenes. Esta posibilidad hace que el cerebro envejecido sea más vulnerable a desórdenes degenerativos, especialmente aquellos asociados a disfunción de Tau. También es posible asumir que el aumento de la temperatura corporal en los pacientes con enfermedad de Alzheimer podría representar un mecanismo compensatorio para contrarrestar el incremento de la fosforilación de Tau y prevenir el deterioro cognitivo. Se ha señalado también que el depósito de amiloideβ podría estar relacionado con este control térmico (Carretiero y cols., 2015). La formación y acumulación de la proteína tau hiperfosforilada depende de tres mecanismos reguladores: entrecruzamiento alternativo dando origen a seis isoformas de tau con variabilidad de formas de unión a los microtúbulos; modificaciones postraduccionales dentro y fuera de los dominios de unión a los microtúbulos; y degradación de la proteína Tau, en la que participan la ubiquitina y la proteína BAG2, ayudando a eliminar la tau fosforilada. En la EA se ha observado la pérdida de la asociación normal entre la expresión de BAG2 y la disminución de la Tau hiperfosforilada. Así se describe una asociación entre la disminución de la temperatura a nivel central y la mayor acumulación de tau fosforilada, como se explica con detalle según observaciones in vitro (Sen y cols., 2017). La Figura 5 expone el proceso de regulación de la fosforilación de Tau. El frío induce una disminución en la expresión de BAG2 en células indiferenciadas, mientras que el calor produce el efecto contrario en las células diferenciadas (como las neuronas maduras). Mientras que el descenso en BAG2 en las células indiferenciadas resulta en un incremento en los niveles de Tau fosforilada (p-Tau), el incremento de BAG2 en las células diferenciadas no cambia los niveles de p-Tau. En condiciones de frío, la diferenciación conduce a un descenso en la Tau fosforilada, lo cual coincide con el descenso en la actividad de la Tau fosfatasa (muy baja a baja) y el descenso en la actividad de la cinasa de Tau (muy alto a moderado). La inhibición de la actividad de la cinasa y la fosfatasa conlleva a una mayor razón de la actividad cinasa/fosfatasa en células indiferenciadas a diferenciadas. Las células 20 indiferenciadas sometidas a frío presentan una fosforilación aumentada de Tau debido a una mayor actividad de la cinasa y a la inhibición de la expresión del gen BAG2. En las células diferenciadas la atenuación por el frío de la actividad cinasa/fosfatasa no ocasiona efectos en los niveles de p-Tau, mientras que BAG, cuando está presente, puede depender de otras cinasas dependientes de la temperatura (Carretiero y cols., 2015). Figura 5: Regulación del nivel de fosforilación de Tau por la temperatura y diferenciación (Carretiero y cols., 2015). 4.4. Alimentación, Actividad Física y Estrés Oxidativo El estrés oxidativo es una condición propia durante el desarrollo de la enfermedad de Alzheimer. Esto ha sido determinado a través del análisis de los marcadores de estrés oxidativo, el cual está asociado de forma espiral a la disfunción mitocondrial, a manera de círculo vicioso en el que mayor estrés oxidativo conlleva a mayor disfunción mitocondrial. Así, el estrés oxidativo supone un agente importante a través de la producción de radicales libres que son críticos en la patogénesis de la enfermedad de Alzheimer, así como en otras enfermedades neurodegenerativas. Estudios recientes han encontrado una expresión aumentada de SIRT3 en modelos humanos y murinos de esta enfermedad (Ansari y cols., 2015). La apolipoproteína E4 es un factor genético principal en la enfermedad de Alzheimer de inicio tardío; y se sabe que este gen está regulado en baja en de la corteza frontal del cerebro humano en portadores de ApoE4 en comparación con los no portadores. El análisis del nivel de SIRT3 podría ayudar en el diagnóstico de enfermedad de Alzheimer. Además, el nivel de SIRT3 podría incrementarse en respuesta a la síntesis aumentada de radicales libres 21 de oxígeno. Esta sobreexpresión del SIRT3 indica la posibilidad de una respuesta mitocondrial orientada por el estrés oxidativo aumentado en la enfermedad de Alzheimer. Así, se concluye que el incremento de SIRT3 podría extender la supervivencia de las neuronas bajo condiciones de estrés oxidativo (Ansari y cols., 2015). También existen evidencias que apoyan los efectos beneficiosos atribuidos a la dieta mediterránea, rica en antioxidantes, en la función cognitiva en ancianos. Específicamente, Se ha determinado una asociación entre la dieta mediterránea y el deterioro cognitivo leve o enfermedad de Alzheimer indicando una disminución del riesgo de 33% del desarrollo de ambos tipos de alteraciones cognitivas, y reducción de la progresión de deterioro cognitivo leve a enfermedad de Alzheimer en los casos de mayor adherencia a la dieta mediterránea. Otras evidencias destacan la asociación entre la dieta mediterránea y una serie de condiciones neurológicas y psiquiátricas, como la isquemia cerebral, la depresión, y el deterioro cognitivo, sugiriendo que la mayor adherencia a la dieta mediterránea estuvo significativamente asociada con la reducción del riesgo de deterioro cognitivo leve, demencia y enfermedad de Alzheimer. Los diferentes componentes principales de la dieta mediterránea podrían tener un efecto positivo en la longevidad y en el envejecimiento saludable actuando sobre la vía de señalización de la Sirtuina 1 (SIRT1), que es una vía central en la regulación del envejecimiento. Particularmente, lo efectos beneficiosos del resveratrol, un polifenol contenido en las uvas, nueces y frutos secos, y en el vino tinto, se han visto asociados a la activación de la enzima SIRT1. Específicamente, los suplementos de resveratrol en un modelo murino de enfermedad de Alzheimer comprobaron ser eficaces en el incremento de la esperanza de vida de los animales y en los controles aumentó la actividad de la enzima AMPK y otras vías de supervivencia como la SIRT1. La neuroprotección por resveratrol requiere la actividad de SIRT1, en conjunto con la reducción de la acetilación de los sustratos de SIRT1: PGC-1α y p53 (Ansari y cols., 2015). Por su parte, el ejercicio, especialmente el de tipo aeróbico, es beneficioso para personas con EA, no sólo porque disminuye la dependencia física y psíquica de la persona afectada, sino que también permite obtener mejorías en varias características fisiopatológicas propias de este trastorno, incluyendo la regulación del estrés oxidativo, los sistemas de autofagia, la señalización neurotrófica, la biosíntesis de mitocondrias, la angiogénesis, la neurogénesis, y la modulación de las enzimas que degradan el péptido β-amiloide. En la Figura 6 se observa un esquema resumen con las vías presuntamente implicadas en estos beneficios (Ansari y cols., 2015). 22 Figura 6: Principales vías de señalización implicadas en los efectos del ejercicio en la neurodegeneración, especialmente en relación a la Demencia Senil o Enfermedad de Alzheimer. 4-HNE, 4-hidroxinonenal; 8- OHdG, 8-hidroxi-2’-desoxiguanosina; Aβ, péptido amiloide β; BACE, β-secretasa; BDNF, factor neurotrófico derivado del cerebro; IGF-1, factor de crecimiento insulinoide 1; LTP. Potenciación a largo plazo; MDA, malondialdehído; RCD, derivado carbonilo reactivo; ROS, especies reactivas de oxígeno; VEGF, factor de crecimiento endotelial vascular. El estrés oxidativo juega un papel importante en la etiología de la enfermedad de Alzheimer. El cerebro es más sensible al estrés oxidativo en comparación con otros órganos, esto debido a su alto índice metabólico, es decir, a su alto consumo de oxígeno, junto a su relativamente baja capacidad de defensas antioxidantes y a la presencia de gran cantidad de ácidos grasos y de metales. La elevación del estrés oxidativo en el cerebro es un fenómeno típico durante el envejecimiento, y este fenómeno se ve exacerbado en la enfermedad de Alzheimer debido a la presencia de fuentes adicionales de radicales libres como la acumulación de péptido amiloide β y por la disfunción mitocondrial. Se piensa que el ejercicio aeróbico estimula a los sistemas antioxidantes y limita el daño oxidativo en el cerebro según modelos murinos de la enfermedad. Así, el ejercicio es capaz de incrementar la actividad de las enzimas glutatión peroxidasa, superóxido dismutasa y catalasa en el encéfalo (Ansari y cols., 2015). 23 El ejercicio aeróbico incrementa la degradación de proteínas por los proteasomas y la neprilisina, una enzima específica de degradación del péptido β-amiloide. La activación de los proteasomas cerebrales es importante en la prevención de la enfermedad de Alzheimer debido a que la inhibición de los proteasomas produce acumulación del péptido amiloide β. Con respecto a la proteína tau, sus residuos de lisina son susceptibles de ubiquitinación, lo que explica las interacciones de la agregación de tau por oligomerización y degradación mediada por ubiquitinación a través del sistema proteasómico. Los proteasomas también podrían estar implicados en el proceso de aprendizaje, debido a que su inhibición en el hipocampo bloquea el establecimiento de la memoria a largo plazo (Ansari y cols., 2015). 4.5. Autofagia, Envejecimiento y Neuroinflamación La autofagia consiste en el secuestro o captura de porciones del citoplasma por parte de los autofagosomas, organelos citoplasmáticos vesiculares, y la posterior fusión con los lisosomas, los cuales añaden su contenido rico en enzimas que llevan a cabo la degradación de los elementos previamente auto-fagocitados. Este proceso complejo acopla las funciones de depuración o recambio de los componentes intracitoplasmáticos con la obtención de energía y sustratos metabólicos adicionales a partir del reciclaje de los mismos, permitiendo la adaptación a las condiciones de estrés celular (Plaza y cols., 2017). Hoy en día se sabe que la autofagia tiene un papel importante en las enfermedades neurodegenerativas. La autofagia es esencial para la supervivencia y funcionamiento normal de las neuronas, y en la neurodegeneración se han descrito alteraciones específicas de la autofagia a nivel neuronal. Sin embargo, en el contexto fisiopatológico de la demencia senil también es importante enfocar la atención en las células de la microglía, que son las células estromales del sistema nervioso central, derivadas del mesodermo y no del neuroectodermo, del cual derivan las neuronas. Las células de la microglía tienen la capacidad de desplazarse por medio del movimiento de sus prolongaciones citoplasmáticas, y llevan a cabo los procesos de fagocitosis en el sistema nervioso central, con lo que la autofagia es un proceso muy activo en estas células y la disfunción de este proceso conlleva a la degeneración neuronal y otras alteraciones histopatológicas que acompañan a la demencia senil (Plaza y cols., 2017). 24 Entre los elementos fagocitados normalmente por la microglía se encuentran las células muertas por apoptosis, el péptido amiloide β, material del espacio sináptico y restos de mielina. La microglía tiene un efecto regulador de la progresión neurodegenerativa asociada a la edad que está íntimamente relacionada con esta función y la implicación de la autofagia para la misma. Al mismo tiempo, ante la exposición a diferentes agentes agresores proinflamatorios inespecíficos se induce un estado proinflamatorio, y en este contexto las células de la microglía adoptan un fenotipo inflamatorio que se encuentra asociado a la disfunción neurológica asociada a la edad (Plaza y cols., 2017). La Figura 7resume el papel de la microglía y la autofagia en el envejecimiento y degeneración del sistema nervioso central. La autofagia es un proceso esencial en el funcionamiento normal de la microglía, implicado en la eliminación de diferentes productos de desecho en el sistema nervioso central; el fallo en estos procesos conlleva a la predisposición para el desarrollo de envejecimiento y neurodegeneración, concluyendo que dichas funciones normales tienen un efecto positivo o protector en contra de las enfermedades neurodegenerativas (derecha). Por otra parte, diferentes factores como el estrés, la alimentación poco saludable o deficiencias nutricionales, el sedentarismo, la obesidad, el estrés oxidativo, entre otros se asocian a un estado de inflamación crónica con establecimiento de un fenotipo pro-inflamatorio de la microglía, que son mediadores importantes de la respuesta inmunitaria; un descontrol de esta respuesta o la persistencia de estímulos proinflamatorios se asocia a un efecto negativo en el microentorno encefálico, lo que predispone a la disfunción neurológica asociada a la edad y a las enfermedades neurodegenerativas en general. Aunque en este diagrama se observan estos dos procesos por separado, resulta más probable que ambos fenómenos sean parte de un mismo proceso fisiopatológico (Plaza y cols., 2017). 25 Figura 7: Papel de la microglía y la autofagia en el envejecimiento y degeneración del sistema nervioso central (Plaza y cols., 2017). Brevemente se describe el papel de la autofagia en las funciones de fagocitosis e inflamación de la microglía, células especializadas para estas funciones en el Sistema Nervioso Central. En la microglía, los procesos de fagocitosis y autofagia confluyen en una vía común en los lisosomas, y ambos procesos están íntimamente regulados, de modo que alteraciones en estos procesos favorecen el desarrollo de envejecimiento y neurodegeneración. Por su parte, la autofagia es un mecanismo de regulación de la neuroinflamación, ya que puede eliminar por fagocitosis a las mitocondrias defectuosas o envejecidas que generan estrés oxidativo, además de impedir la formación del inflamosoma en dos niveles, mediando la degradación de la proteína adaptadora ASC y la pro-IL-1-β, y con ambas funciones inhibe la neuroinflamación implicada en el desarrollo de la neurodegeneración en EA (Plaza y cols., 2017). 4.6. Fallo en la Resolución de la Inflamación El proceso neurodegenerativo en la EA engloba un proceso de inflamación especial, conocido como neuroinflamación. El conjunto de factores de riesgo de tipo ambiental y genético determina una respuesta inflamatoria asociada a las alteraciones bioquímicas y estructurales en el tejido encefálico. Sin embargo, la activación de este proceso se considera una respuesta normal a las agresiones del medio ambiente. El fallo a este nivel radica en los procesos que regulan la resolución del proceso inflamatorio, de modo que se establece un proceso crónico que tarde o temprano conlleva a la muerte de una cantidad significativa de neuronas, dando paso a las manifestaciones clínicas de la EA (Whittington y cols., 2017) 4.7. Papel de Microorganismos: La EA vista como una Neuroespiroquetosis Al igual que sucede con el asma y la aterosclerosis, la enfermedad neurodegenerativa más importante en nuestros tiempos, la enfermedad de Alzheimer, ha demostrado estar relacionada con la infección bacteriana por Chlamydophila pneumoniae, la cual posee propiedades de mayor virulencia que otras especies del género Chlamydia, entre otras propiedades, codificadas en un genoma considerablemente más grande, lo cual ha 32 Figura 10: Posibles dianas para la inmunoterapia en EA (Lannfelt, 2014). La inactivación de la presenilina ha sido un método eficaz para la intervención de la enfermedad en modelos murinos (Arbor, 2016). Otra importante línea farmacológica gira en torno a la terapia antioxidante, la cual, aunque no es un mecanismo específico de EA, sí que podría suponer un factor adyuvante (Cheng y cols., 2015). Las terapias quelantes de metales serían otra línea prometedora para AD. Entre los metales diana en esta enfermedad, el hierro se ha posicionado como el mejor conocido. Su equilibrio homeostático se mantiene en el cerebro de forma diferenciada con respecto a su control en los tejidos periféricos. El diseño de mecanismos farmacodinámicos que favorezcan el mantenimiento de este delicado equilibrio podrían aportar beneficios terapéuticos a las personas afectadas por EA, o a la población general bajo riesgo de demencia senil con un abordaje quizás más preventivo (Belaidi y Bush, 2016). 33 También, además de los fármacos terapéuticos, hoy en día empiezan a cobrar importancia los fármacos para el diagnóstico de EA, tanto a nivel clínico como en el desarrollo preclínico y clínico del producto farmacéutico. Por ejemplo, la cuantificación de la proteína amiloide y tau fosforilada en el líquido cefalorraquídeo es un método altamente sensible y específico para la evaluación del estado fisiopatológico asociado a la demencia, incluso en personas asintomáticas (García Ribas y cols., 2014). 5. CONCLUSIONES La EA es una enfermedad degenerativa del sistema nervioso central. Esta demencia obedece a un conjunto muy complejo de mecanismos fisiopatológicos a nivel molecular y tisular. El péptido β-amiloide y la proteína tau hiperfosforilada son los elementos centrales que determinan la lesión histopatológica característica y que traduce la neurodegeneración causante de los síntomas. Sin embargo, son muchos los mecanismos que determinan la formación de las placas de amiloide y ovillos neurofibrilares. Entre ellos destaca el papel del estrés oxidativo, de microorganismos como las espiroquetas presentes de forma persistente en el intersticio encefálico y las alteraciones bioquímicas y bioenergéticas propias de la insulinorresistencia, como se observa en la Diabetes Mellitus. Estas dianas bioquímicas, en conjunto con estrés oxidativo, el fallo en la resolución de la inflamación crónica persistente y la alteración de la homeostasis de metales, principalmente el hierro, constituyen factores clave a tomar en cuenta para el desarrollo de nuevos fármacos para el tratamiento sintomático y curativo de esta enfermedad. 34 6. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Allegri RF, Arizaga RL, Bavec CV, Colsli LP, Demey I, Fernández MC et al. Enfermedad de Alzheimer. Guía de práctica clínica. Neurología Argentina; 2011:3(2); 120-137. DOI: DOI: 10.1016/S1853-0028(11)70026-X. Ansari A, Rahman S, Saha SK, Saikot FK, Deep A, Kim KH. Function of the SIRT3 mitochondrial deacetylase in cellular physiology, cancer, and neurodegenerative disease. Aging Cell. 2016; 16(1): PMC5242307. DOI: 10.1111/acel.12538. Arbor SC, LaFontaine M, Cumbay M. Amyloid-beta Alzheimer targets — protein processing, lipid rafts, and amyloid-beta pores. The Yale Journal of Biology and Medicine. 2016;89(1):5-21. Belaidi AA, Bush AI. Iron neurochemistry in Alzheimer's disease and Parkinson's disease: targets for therapeutics. J Neurochem. 2016; 139 Suppl 1:179-197. doi: 10.1111/jnc.13425. Carrettiero DC, Santiago FE, Motzko-Soares ACP, Almeida MC. Temperature and toxic Tau in Alzheimer’s disease: new insights. Temperature: Multidisciplinary Biomedical Journal. 2015;2(4):491-498. doi:10.1080/23328940.2015.1096438. Cheng X, Zhang L, Lian Y-J. Molecular Targets in Alzheimer’s Disease: From Pathogenesis to Therapeutics. BioMed Research International. 2015; 2015:760758. doi:10.1155/2015/760758. Crespo Puras C, Finkel L, Arroyo Menéndez M (Coordinadores). Las Enfermedades neurodegenerativas en España y su Impacto Económico y Social. Madrid: Universidad Complutense – Neuroalianza. Cummings J, Morstorf T, Lee G. Alzheimer’s drug-development pipeline: 2016. Alzheimer’s & Dementia : Translational Research & Clinical Interventions. 2016; 2(4), 222–232. http://doi.org/10.1016/j.trci.2016.07.001. De Girolami U, Anthony DC, Frosch MP. El Sistema Nervioso Central. En: Cotran RS, Kumar V, Colslins T. Robins: Patología Estructural y Funcional. 6ª edición. México: Mc Graw-Hill Interamericana; 2000. Capítulo 30. p.: 1339-1406. 35 García Ribas G, López-Sendón Moreno JL, García-Caldentey J. Biomarcadores e la enfermedad de Alzheimer. Rev Neurol. 2014; 58(7): 308-317. Jan AT, Azam M, Rahman S, et al. Perspective Insights into Disease Progression, Diagnostics, and Therapeutic Approaches in Alzheimer’s Disease: A Judicious Update. Frontiers in Aging Neuroscience. 2017; 9:356. doi:10.3389/fnagi.2017.00356. Lannfelt L, Relkin NR, Siemers ER. Amyloid-ß-directed immunotherapy for Alzheimer’s disease. Journal of Internal Medicine. 2014;275(3):284-295. doi:10.1111/joim.12168. Li Y, Jiao Q, Xu H, Du X, Shi L, Jia F Jiang H. Biometal Dyshomeostasis and Toxic Metal Accumulations in the Development of Alzheimer’s Disease. Frontiers in Molecular Neuroscience. 2017;10:339. doi:10.3389/fnmol.2017.00339. Lucey BP, Bateman RJ. Amyloid-β diurnal pattern: possible role of sleep in Alzheimer's disease pathogenesis. Neurobiol Aging. 2014; 35 Suppl 2:S29-34. doi: 10.1016/j.neurobiolaging.2014.03.035. Martínez MA. Chlamydia o Chlamydophila: las razones que apoyan la subdivisión del género Chlamydia. Rev. chil. infectol. [online]. 2009, vol.26, n.4 [citado 2016-09-13], pp.382-382. Mendiola-Precoma J, Berumen LC, Padilla K, Garcia-Alcocer G. Therapies for Prevention and Treatment of Alzheimer’s Disease. BioMed Research International. 2016; 2016:2589276. doi:10.1155/2016/2589276. Miklossy J. Alzheimer’s disease - a neurospirochetosis. Analysis of the evidence following Koch’s and Hill’s criteria. Journal of Neuroinflammation. 2011;8:90. doi:10.1186/1742-2094-8-90. Miklossy J. Bacterial Amyloid and DNA are Important Constituents of Senile Plaques: Further Evidence of the Spirochetal and Biofilm Nature of Senile Plaques. Journal of Alzheimer’s Disease. 2016; 53(4):1459-1473. DOI: 10.3233/JAD-160451. Miller MA. The Role of Sleep and Sleep Disorders in the Development, Diagnosis, and Management of Neurocognitive Disorders. Frontiers in Neurology. 2015;6:224. doi:10.3389/fneur.2015.00224. 36 Neth BJ, Craft S. Insulin Resistance and Alzheimer’s Disease: Bioenergetic Linkages. Frontiers in Aging Neuroscience. 2017; 9:345. doi:10.3389/fnagi.2017.00345. Niu H, Álvarez-Álvarez i, Guien-Grima F, Aguinaga-Ontoso I. Prevalencia e Incidencia de la Enferemdad de Alzheimer en Europa: metanálisis. Neurología. 2017; 32: 523-532. Olesen J, Gustavsson A, Svensson M, Wittchen HU, Jönsson B. The economic cost of brain disorders in Europe. Eur J Neurol. 2012; 19(1):155-62. doi: 10.1111/j.1468- 1331.2011.03590.x. Plaza Zabala A, Sierra Torre V, Sierra A. Autophagy and Microglia: Novel Partners in Neurodegeneration and Aging. Int. J. Mol. Sci. 2017; 18(3): 598. DOI: 10.3390/ijms18030598. Ritchie CW, Russ TC, Banerjee S, Barber B, Boaden A, Fox NC. Burns, A.. The Edinburgh Consensus: preparing for the advent of disease-modifying therapies for Alzheimer’s disease. Alzheimer’s Research & Therapy. 2017; 9, 85. Sen D, Majumder A, Arora V, Yadu N, Chakrabarti R. Taming Alzheimer’s disease: New perspectives, newer horizons. Iranian Journal of Neurology. 2017; 16(3):146-155. Whittington RA, Planel E, Terrando N. Impaired Resolution of Inflammation in Alzheimer’s Disease: A Review. Frontiers in Immunology. 2017; 8:1464. doi:10.3389/fimmu.2017.01464. U.S. Department of Health & Human Services. Genetics Home Reference. Alzheimer Disease. Bethesda: National Institutes of Health (NIH) - National Library of Medicine; 2017. Villar Rodríguez C (Editora). Diccionario Espasa de medicina. 13ª edición. Madrid: Espasa- Calpe, Universidad de Navarra; 2000.