Efectos de la hemo oxigenasa-1 en modelos celulares de patologías inflamatorias crónicas

Resumen

La actividad de la enzima hemo oxigenasa-1 (HO-1) cataliza la degradación del grupo hemo originando: monóxido de carbono (CO), biliverdina y hierro. La HO-1 se induce por estrés oxidativo o nitrosativo, citocinas y otros mediadores producidos durante los procesos inflamatorios. La HO-1 ha demostrado tener un papel protector en diferentes modelos de enfermedades inflamatorias, in vivo e in vitro. Nuestro objetivo fue estudiar los potenciales efectos protectores de esta enzima en dos modelos celulares relacionados con patologías inflamatorias crónicas como la enfermedad inflamatoria intestinal (EII) y la osteoartritis (OA). En este estudio, la HO-1 fue inducida por cobalto protoporfirina IX (CoPP). También empleamos una molécula liberadora de CO (CORM-2) para evaluar los efectos de este metabolito derivado de la actividad HO-1. Como modelo in vitro de inflamación intestinal se utilizó la línea celular enterocítica Caco-2 en dos condiciones experimentales diferentes: con estimulación por citocinas proinflamatorias y en condiciones de estrés celular, por incubación en medio de cultivo sin suero durante periodos de tiempo prolongados. En condiciones proinflamatorias, las células se estimularon con interleucina (IL)-1beta, factor de necrosis tumoral-alfa (TNF-alfa) e interferón-gamma a diferentes tiempos. El CORM-2 disminuyó la expresión de ARNm de la óxido nítrico sintasa-2 (NOS-2) y la producción de nitrito, así como la expresión de ARNm y proteína de IL-8, IL-6 y metaloproteinasa-7 (MMP-7). Los estudios de cinética y el uso de ARN de interferencia mostraron que la inhibición de IL-6 tiene un papel en la regulación de la expresión de MMP-7 por CORM-2. Estos efectos del CORM-2 podrían ser dependientes de la modulación de NF-kappaB, AP-1 y C/EBP; y de la fosforilación de IkappaBalfa, JNK1/2, p38 y ERK1/2. Estos hallazgos muestran las propiedades antiinflamatorias de los CORM y sus posibles aplicaciones en la EII. En condiciones de estrés celular, las células se incubaron en medio sin suero durante 168 horas. La privación de suero indujo apoptosis, redujo la fosforilación de Akt y p38, e incrementó los niveles de p21Cip/WAF1. La inducción de HO-1 por tratamiento con CoPP aumentó la resistencia a la apoptosis, activó al Akt, redujo los niveles de p21Cip/WAF1 y modificó la razón Bcl-2/Bax hacia la supervivencia. Por el contrario, el CORM-2 no produjo efectos significativos. La cronificación de la inflamación intestinal puede provocar cáncer colorrectal. Nuestros resultados apoyan una función antiapoptótica de la HO-1 en estas células. De este modo, la expresión aumentada de HO-1 podría favorecer la resistencia de los enterocitos al estrés inducido por limitación de nutrientes. Como modelo in vitro de OA, se utilizaron cultivos primarios de condrocitos osteoartríticos. En la OA, la elevada expresión de enzimas catabólicas y la producción endógena de mediadores inflamatorios implica la pérdida de la homeostasis del cartílago. La IL-1beta, un inductor catabólico e inflamatorio importante en la OA, se empleó como estímulo en nuestros ensayos. El aumento de la expresión de HO-1 por la CoPP y la liberación de CO por el CORM-2 redujeron significativamente la degradación de glicosaminoglicanos provocada por la IL-1beta en explantes de cartílago OA e incrementó su síntesis en condrocitos primarios OA. Estos efectos fueron acompañados por la inhibición en la expresión de las colagenasas MMP-1 y MMP-13 y un incremento en el contenido de agrecano y colágeno II. Además, el CORM-2 redujo la actividad agrecanasa y disminuyó la expresión de MMP-3, MMP-10 y ADAMTS-5, mientras que la inducción de HO-1 por CoPP incrementó el factor anabólico IGF-1. Tanto la CoPP como el CORM-2 fueron capaces de reducir la apoptosis, el estrés oxidativo y la producción de mediadores inflamatorios en nuestro modelo. Ambos disminuyeron la producción de PGE2 por inhibición de la expresión de mPGES-1, aunque sin efectos notables sobre la COX-2. De hecho, sólo el CORM-2 mostró un leve efecto sobre la expresión de COX-2. Además, el CORM-2 disminuyó la producción de NO al inhibir la NOS-2, redujo la expresión de TNF-alfa y aumentó la producción de IL-1Ra. El CORM-2 y la CoPP redujeron la activación de NF-kappaB y de HIF-1alfa, y la CoPP también redujo la activación de EGR-1. La inhibición de la activación de ERK1/2 y p38 por CoPP y CORM-2 podría mediar los efectos observados en condrocitos OA. Estos resultados confirman el efecto protector de la inducción de HO-1 y de la liberación de CO en condrocitos OA, lo cual tiene un interés potencial en el desarrollo de nuevas estrategias terapéuticas para el tratamiento de enfermedades inflamatorias y degenerativas de la articulación.