Las microglias son células representantes del sistema inmunológico en el SNC. Si bien pueden permanecer en estado quiesciente durante largos periodos de tiempo, pueden modificar su comportamiento en respuesta a diversas señales provenientes del entorno celular. La transformación desde un estado inactivo hasta macrófagos fagocíticos cerebrales, está estríctamente controlada y acompañada por la producción de varios productos de secreción.
Éstos incluyen citokinas, aminoácidos excitatorios, y radicales libres por medio de los cuales las microglias activadas se comunican con otras células del cerebro y del sistema inmunológico. De éste modo, representan una defensa esencial del huésped, también un sistema de reparación, pero pueden ser responsables de la destrucción de tejidos y de la muerte neuronal, según cuál sea el balance entre señales activadoras e inhibitorias. Por esta razón, los macrófagos cerebrales son considerados hoy, como un elemento importante en la patogenia de neuropatologías agudas, crónicas y neurodegenerativas. Además, representan un sitio posible de acción de futuros fármacos neuroprotectores.
Activación de la microglias en diferentes condiciones patológicas.
Se reconoce que las microglias tienen origen en los monocitos sanguíneos e invaden el cerebro muy tempranamente durante el desarrollo, constituyendo el 20% de la población de células gliales en roedores. Luego, en la etapa postnatal cambian su morfología y se diferencian en células altamente ramificadas con poca actividad fagocítica y enzimática. La función de éstas microglias residentes en cerebros sanos es desconocida.
Cuando sobreviene un estímulo fisiológico o patológico, las microglias se activan constituyendo macrófagos cerebrales. Este proceso de activación se caracteriza por proliferación, aumento en la expresión de moléculas propias de los macrófagos (por ejemplo del número de antígenos del complejo de histocompatibilidad (MHC), y finalmente, por cambios morfológicos (adoptando un fenotipo similar a los macrófagos ameboides con propiedades fagocíticas y migratorias). Las microglias activadas cumplen un rol clave en los procesos inmunológicos del SNC; actúan como células fagocíticas, pueden presentar antígenos a linfocitos-T y tienen capacidades citotóxicas que se llevan a cabo por varios mecanismos .
La activación de microglias en el SNC puede ser estimulada experimentalmente, in vivo, en respuesta a lesiones isquémicas, inflamatorias, químicas y mecánicas. Finalmente, la activación ha sido comprobada en diversos trastornos neurológicos humanos, incluyendo daños agudos (trauma e isquemia cerebral), y enfermedades crónicas, (Esclerosis múltiple, encefalopatía por HIV, Enfermedad de Alzheimer y Enfermedad de Parkinson). Las relaciones entre microglias y enfermedades neurodegenerativas son complejas pués incluyen signos de activación y toxicidad de macrofagos cerebrales en regiones del cerebro pero también la potencialidad de que las microglias puedan cumplir funciones de sostén trófico para neuronas.
Similitud entre los macrófagos cerebrales y los monocitos que invaden el parénquima del SNC. En la mayor parte de los estudios experimentales, las microglias residentes se activan, y los monocitos provenientes de la sangre invaden el parénquima cerebral. La contribución individual de los dos tipos de células en la respuesta inflamatoria no se conoce con certeza. Usando quimeras de médula ósea irradiada , se comprobó que no sólo los monocitos sanguíneos responden a la inflamación inducida por virus, sino también las microglias residentes. En ambos casos, aumenta la expresión del receptor C3 del complemento, el receptor CD4 y los antígenos MHC de clase I.
Las microglias son los principales fagocitos cuando el grado de daño tisular es menor y cuando no hay destrucción de la organización parenquimal. Cuando el daño es masivo, las microglias residentes son asistidas por un aflujo de monocitos sanguíneos, los cuales adoptan rápidamente un fenotipo microglial cuando penetran en el parénquuima del SNC. De ésta forma, no es posible descriminar las microglias activadas de los monocitos sanguíneos, en base a su morfología o propiedades inmunocitoquímicas.
Se reconoce que las microglias tienen origen en los monocitos sanguíneos e invaden el cerebro muy tempranamente durante el desarrollo, constituyendo el 20% de la población de células gliales en roedores. Luego, en la etapa postnatal cambian su morfología y se diferencian en células altamente ramificadas con poca actividad fagocítica y enzimática. La función de éstas microglias residentes en cerebros sanos es desconocida.Cuando sobreviene un estímulo fisiológico o patológico, las microglias se activan constituyendo macrófagos cerebrales. Este proceso de activación se caracteriza por proliferación, aumento en la expresión de moléculas propias de los macrófagos (por ejemplo del número de antígenos del complejo de histocompatibilidad (MHC), y finalmente, por cambios morfológicos (adoptando un fenotipo similar a los macrófagos ameboides con propiedades fagocíticas y migratorias). Las microglias activadas cumplen un rol clave en los procesos inmunológicos del SNC; actúan como células fagocíticas, pueden presentar antígenos a linfocitos-T y tienen capacidades citotóxicas que se llevan a cabo por varios mecanismos .
La activación de microglias en el SNC puede ser estimulada experimentalmente, in vivo, en respuesta a lesiones isquémicas, inflamatorias, químicas y mecánicas. Finalmente, la activación ha sido comprobada en diversos trastornos neurológicos humanos, incluyendo daños agudos (trauma e isquemia cerebral), y enfermedades crónicas, (Esclerosis múltiple, encefalopatía por HIV, Enfermedad de Alzheimer y Enfermedad de Parkinson). Las relaciones entre microglias y enfermedades neurodegenerativas son complejas pués incluyen signos de activación y toxicidad de macrofagos cerebrales en regiones del cerebro pero también la potencialidad de que las microglias puedan cumplir funciones de sostén trófico para neuronas.Similitud entre los macrófagos cerebrales y los monocitos que invaden el parénquima del SNC. En la mayor parte de los estudios experimentales, las microglias residentes se activan, y los monocitos provenientes de la sangre invaden el parénquima cerebral. La contribución individual de los dos tipos de células en la respuesta inflamatoria no se conoce con certeza. Usando quimeras de médula ósea irradiada , se comprobó que no sólo los monocitos sanguíneos responden a la inflamación inducida por virus, sino también las microglias residentes. En ambos casos, aumenta la expresión del receptor C3 del complemento, el receptor CD4 y los antígenos MHC de clase I.
Las microglias son los principales fagocitos cuando el grado de daño tisular es menor y cuando no hay destrucción de la organización parenquimal. Cuando el daño es masivo, las microglias residentes son asistidas por un aflujo de monocitos sanguíneos, los cuales adoptan rápidamente un fenotipo microglial cuando penetran en el parénquuima del SNC. De ésta forma, no es posible descriminar las microglias activadas de los monocitos sanguíneos, en base a su morfología o propiedades inmunocitoquímicas.
Mecanismos de la activación de las microglias.
De una manera general, las células microgliales se activan en respuesta al daño celular y están involucradas en procesos autoinmunes del sistema nervioso mediados por células T. La reacción microglial se puede observar incluso si la lesión inicial es lejana (como por ejemplo en el sistema nervioso periférico) y es de inicio rápido (luego de algunas horas del daño cerebral). Los cambios estructurales observados en el parénquima cerebral en todos los modelos son precedidos por alteraciones moleculares tempranas, tal como la inducción de la expresión de antígeno MHC. En estadios más tardíos de la enfermedad, la respuesta microglial es mantenida debido a la presencia de detritos celulares relacionados a la degeneración axonal y la desmielinización.
La activación microglial parece ser independiente de la forma del estímulo patológico, ya que en todos los modelos, ocurren cambos uniformes, incluyendo:
De una manera general, las células microgliales se activan en respuesta al daño celular y están involucradas en procesos autoinmunes del sistema nervioso mediados por células T. La reacción microglial se puede observar incluso si la lesión inicial es lejana (como por ejemplo en el sistema nervioso periférico) y es de inicio rápido (luego de algunas horas del daño cerebral). Los cambios estructurales observados en el parénquima cerebral en todos los modelos son precedidos por alteraciones moleculares tempranas, tal como la inducción de la expresión de antígeno MHC. En estadios más tardíos de la enfermedad, la respuesta microglial es mantenida debido a la presencia de detritos celulares relacionados a la degeneración axonal y la desmielinización.La activación microglial parece ser independiente de la forma del estímulo patológico, ya que en todos los modelos, ocurren cambos uniformes, incluyendo:
- 1. Proliferación
- 2. Transformación en células fagocíticas con morfología macrofágica
- 3. Estimulación de la expresión de moléculas de la superficie celular, tales como el receptor C3 para el complemento o el determinante MUC102 ; o los antígenos MHC.
Microglias en lesiones traumáticas del SNC.
Una barrera hematoencefálica intacta tiende a favorecer la participación de las microglias, mientras que la ruptura de la misma favorece la invasión de derivados monocíticos. Por ejemplo, una herida penetrante del SNC que cause un daño directo de los vasos sanguíneos con ruptura de la barrera hematoencefálica y destrucción neuronal aguda, resulta en la diferenciación de las microglias en un fenotipo activado y en una activación en la expresión de moléculas antigénicas de superficie, (CD4 y antígeno MHC clase I). En cierto modo, la respuesta inflamatoria aguda frente a un daño focal traumático es similar al observado en otros tejidos, con reclutamiento de neutrófilos y monocitos en los bordes de la herida. Sin embargo, comparado con el sistema nervioso periférico y otros tejidos corporales, el número de células reclutadas en las lesiones del SNC es mucho menor, y la activación microglial es más retardada. Esta diferencia, que se observa luego del daño en el nervio óptico comparado
con el nervio ciático y en la degeneración Walleriana luego de una axotomía, puede atribuirse a diferencias en la barrera endotelial y a diferentes señales quimiotácticas involucradas.
La degeneración retrógrada de los cuerpos neuronales que transmiten el trauma a sus axones es una forma común de muerte neuronal. Un modelo estudiado por Kreutzberg y colegas es la respuesta de las motoneuronas frente a un daño en el nervio facial. Como los cuerpos celulares de las motoneuronas en el núcleo facial están sometidas a cromatolisis, las microglias residentes proliferan rápidamente y se activan. Éstas últimas se localizan muy cerca de las neuronas comprometidas y se ha sugerido que están involucradas en la eliminación de las sinapsis.
Participación de las microglias en las enfermedades autoinmunes Debido a que son células que presentan antígenos de superficie, las microglias tienen muchas posibilidades de participar activamente en la patogénesis de las enfermedades autoinmunes del cerebro. En ratas sometidas a encefalopatías alérgicas experimentales (EAE), un modelo para enfermedades desmielinizantes, la inyección intravenosa de células T dirigidas contra de la proteína básica de la mielina, da por resultado la inflamación del parénquima cerebral. En el infiltrado celular que se produce como consecuencia se encuentran macrófagos, linfocitos T y algunos linfocitos B. El proceso se iniciaría por la liberación de citokinas provenientes de células T, incluyendo interferon g (IFN-g ) con capacidad de activar in vitro las microglias induciendo la expresión de antígeno MHC clase I y II.
Por tanto, las células microgliales interactúan con células T de diferentes maneras, pudiendo adoptar diferentes fenotipos. El papel central de las células macrofágicas en la EAE está evidenciada en que la respuesta inflamatoria desaparece cuando se eliminan los macrófagos. En las neuritis alérgicas experimentales del PNS, el contacto directo de células microgliales con células T invasoras no tiene lugar. Sin embargo, se observa una activación temprana de las células microgliales que rodean las motoneuronas en el SNC. Esto sugiere que la respuesta de las microglias centrales en las enfermedades autoinmunes está mediada por células T.
Las microglias en la isquemia focal del cerebro. En la isquemia cerebral focal , la activación microglial ocurre incluso cuando no hay infiltración de linfocitos T. En algunas regiones cerebrales suceptibles al daño celular, la aparición de microglias activadas parece ser un proceso rápido, que precede incluso la degeneración inminente de las neuronas, para lo cual la presencia de la microglias pueden representar un maracador sensible y temprano. En otras regiones cerebrales, como las regiones CA3 del hipocampo, la reacción microglial se observa incluso en ausencia de daño neuronal concomitante luego de una isquemia transitoria. Debido a que los aminoácidos excitatorios juegan un papel crucial en la toxicidad neuronal, es interesante el hecho de que los agonistas del glutamato, el ácido Kaínico) o el ácido Iboténico inducen la activación microglial cuando son administrados dentro del parénquima cerebral.
Una barrera hematoencefálica intacta tiende a favorecer la participación de las microglias, mientras que la ruptura de la misma favorece la invasión de derivados monocíticos. Por ejemplo, una herida penetrante del SNC que cause un daño directo de los vasos sanguíneos con ruptura de la barrera hematoencefálica y destrucción neuronal aguda, resulta en la diferenciación de las microglias en un fenotipo activado y en una activación en la expresión de moléculas antigénicas de superficie, (CD4 y antígeno MHC clase I). En cierto modo, la respuesta inflamatoria aguda frente a un daño focal traumático es similar al observado en otros tejidos, con reclutamiento de neutrófilos y monocitos en los bordes de la herida. Sin embargo, comparado con el sistema nervioso periférico y otros tejidos corporales, el número de células reclutadas en las lesiones del SNC es mucho menor, y la activación microglial es más retardada. Esta diferencia, que se observa luego del daño en el nervio óptico comparado
con el nervio ciático y en la degeneración Walleriana luego de una axotomía, puede atribuirse a diferencias en la barrera endotelial y a diferentes señales quimiotácticas involucradas.
La degeneración retrógrada de los cuerpos neuronales que transmiten el trauma a sus axones es una forma común de muerte neuronal. Un modelo estudiado por Kreutzberg y colegas es la respuesta de las motoneuronas frente a un daño en el nervio facial. Como los cuerpos celulares de las motoneuronas en el núcleo facial están sometidas a cromatolisis, las microglias residentes proliferan rápidamente y se activan. Éstas últimas se localizan muy cerca de las neuronas comprometidas y se ha sugerido que están involucradas en la eliminación de las sinapsis.
Participación de las microglias en las enfermedades autoinmunes Debido a que son células que presentan antígenos de superficie, las microglias tienen muchas posibilidades de participar activamente en la patogénesis de las enfermedades autoinmunes del cerebro. En ratas sometidas a encefalopatías alérgicas experimentales (EAE), un modelo para enfermedades desmielinizantes, la inyección intravenosa de células T dirigidas contra de la proteína básica de la mielina, da por resultado la inflamación del parénquima cerebral. En el infiltrado celular que se produce como consecuencia se encuentran macrófagos, linfocitos T y algunos linfocitos B. El proceso se iniciaría por la liberación de citokinas provenientes de células T, incluyendo interferon g (IFN-g ) con capacidad de activar in vitro las microglias induciendo la expresión de antígeno MHC clase I y II.Por tanto, las células microgliales interactúan con células T de diferentes maneras, pudiendo adoptar diferentes fenotipos. El papel central de las células macrofágicas en la EAE está evidenciada en que la respuesta inflamatoria desaparece cuando se eliminan los macrófagos. En las neuritis alérgicas experimentales del PNS, el contacto directo de células microgliales con células T invasoras no tiene lugar. Sin embargo, se observa una activación temprana de las células microgliales que rodean las motoneuronas en el SNC. Esto sugiere que la respuesta de las microglias centrales en las enfermedades autoinmunes está mediada por células T.
Las microglias en la isquemia focal del cerebro. En la isquemia cerebral focal , la activación microglial ocurre incluso cuando no hay infiltración de linfocitos T. En algunas regiones cerebrales suceptibles al daño celular, la aparición de microglias activadas parece ser un proceso rápido, que precede incluso la degeneración inminente de las neuronas, para lo cual la presencia de la microglias pueden representar un maracador sensible y temprano. En otras regiones cerebrales, como las regiones CA3 del hipocampo, la reacción microglial se observa incluso en ausencia de daño neuronal concomitante luego de una isquemia transitoria. Debido a que los aminoácidos excitatorios juegan un papel crucial en la toxicidad neuronal, es interesante el hecho de que los agonistas del glutamato, el ácido Kaínico) o el ácido Iboténico inducen la activación microglial cuando son administrados dentro del parénquima cerebral.
Señales de activación de las microglias
El interferón-g (IFN-1). Aunque poco se sabe acerca de la regulación in vivo de la proliferación y activación microglial, tanto experimentos in vivo como in vitro sugieren la participación de citokinas en éste proceso. El IFN-g derivado de las células T es la citokina más ampliamente utilizada para activar las microglias. La larga lista de eventos que ocurren luego del tratamiento con IFN-g incluyen la producción de intermediarios reactivos del oxígeno (radicales libres), aumento en la expresión de antígenos MHC clase II, y la síntesis de componentes del complemento.
El interferón-g (IFN-1). Aunque poco se sabe acerca de la regulación in vivo de la proliferación y activación microglial, tanto experimentos in vivo como in vitro sugieren la participación de citokinas en éste proceso. El IFN-g derivado de las células T es la citokina más ampliamente utilizada para activar las microglias. La larga lista de eventos que ocurren luego del tratamiento con IFN-g incluyen la producción de intermediarios reactivos del oxígeno (radicales libres), aumento en la expresión de antígenos MHC clase II, y la síntesis de componentes del complemento.
Factores estimulantes de colonias (CSF). De acuerdo con el concepto de que las microglias tienen un origen monocítico, los factores estimulantes de colonias (CSF) han sido identificados como potentes mediadores de activación para las células microgliales. Los astrocitos pueden ser inducidos a expresar (M-CSF) de macrófagos, (G-CSF) de granulocitos y (GM-CSF) de granulocitos y macrófagos (9,28). Además, las neuronas secretan in vitro (M-CSF). Esto permite al SNC controlar la expansión de las células microgliales por medio de un camino independiente del sistema inmune. Además de su efecto promotor del crecimiento, GM-CSF y M-CSF potencian varias funciones de los macrófagos, tal como sus actividades fagocíticas, citotóxicas y microbicidas y, la expresión de antígeno MHC clase II. La importancia funcional de la activación microglial in vivo mediada por M-CSF se muestra en ratones deficientes de M-CSF, los cuales carecen de proliferación microglial postraumática.
Qimiokinas.
Los efectos quimiotácticos en microglias residentes y en monocitos sanguíneos son ejercidos por TGF-b y quimiokinas-beta, un grupo de proteínas de 8-10 kDa que presentan cisteínas ligadas a enlaces disulfuro altamente conservadas. Las infecciones virales provocan la producción del IP-10 humano, el cual tiene efectos quimiotácticos sobre linfocitos y monocitos y fue detectado en astrocitos que lo expresan en EAE. Otras quimiocinas-b , como la proteína-1 qimioatrayente de monocitos (MCP-1/JE) o la proteína-1a inflamatoria de macrófagos (MIP-1a ) son producidas por astrocitos activados IL-1b y y por células microgliales TNF-a activadas.
Los efectos quimiotácticos en microglias residentes y en monocitos sanguíneos son ejercidos por TGF-b y quimiokinas-beta, un grupo de proteínas de 8-10 kDa que presentan cisteínas ligadas a enlaces disulfuro altamente conservadas. Las infecciones virales provocan la producción del IP-10 humano, el cual tiene efectos quimiotácticos sobre linfocitos y monocitos y fue detectado en astrocitos que lo expresan en EAE. Otras quimiocinas-b , como la proteína-1 qimioatrayente de monocitos (MCP-1/JE) o la proteína-1a inflamatoria de macrófagos (MIP-1a ) son producidas por astrocitos activados IL-1b y y por células microgliales TNF-a activadas.
Péptido b -amiloide.
También están involucrados en la activación microglial un gran número de polipéptidos provenientes del cerebro incluyendo el péptido b-amiloide y el leucotrieno B4, el cual se demostró que es producido por astrocitos en cultivo. La proteína b-amiloide, un fragmento del proteína precursora del b-amiloide, actúa como un potente factor quimiotáctico para fagocitos mononucleares y activa directamente las microglias residentes in vitro como lo sugiere el brusco incremento en la actividad respiratoria y la producción de óxido nítrico (NO) y TNF-a.
También están involucrados en la activación microglial un gran número de polipéptidos provenientes del cerebro incluyendo el péptido b-amiloide y el leucotrieno B4, el cual se demostró que es producido por astrocitos en cultivo. La proteína b-amiloide, un fragmento del proteína precursora del b-amiloide, actúa como un potente factor quimiotáctico para fagocitos mononucleares y activa directamente las microglias residentes in vitro como lo sugiere el brusco incremento en la actividad respiratoria y la producción de óxido nítrico (NO) y TNF-a.
Otros estímulos.
Sin embargo, en la isquemia, parecen operar otros caminos estimulantes más rápidos precedentes al daño neuronal y a la respuesta inmune. Alteraciones metabólicas y ultraestrucurales tempranas, incluyendo la desintegración de proteínas del citoesqueleto o cambios sinápticos en las membranas, disminución en la síntesis proteica, y/o metabolismo alterado de poliaminas han sido propuestos como estimulos determinantes para la activación microglial. Aún antes de éstos cambios, la liberación de potasio por parte de neuronas comprometidas eleva las concentraciones de potasio en el espacio intercelular, lo cual puede depolarizar las microglias por medio de un canal de potasio entrante. Debido a que carecen de corrientes salientes rectificadoras, incluso una pequeña corriente entrante conduce a la despolarización de la membrana con consecuencias metabólicas desconocidas.
Sin embargo, en la isquemia, parecen operar otros caminos estimulantes más rápidos precedentes al daño neuronal y a la respuesta inmune. Alteraciones metabólicas y ultraestrucurales tempranas, incluyendo la desintegración de proteínas del citoesqueleto o cambios sinápticos en las membranas, disminución en la síntesis proteica, y/o metabolismo alterado de poliaminas han sido propuestos como estimulos determinantes para la activación microglial. Aún antes de éstos cambios, la liberación de potasio por parte de neuronas comprometidas eleva las concentraciones de potasio en el espacio intercelular, lo cual puede depolarizar las microglias por medio de un canal de potasio entrante. Debido a que carecen de corrientes salientes rectificadoras, incluso una pequeña corriente entrante conduce a la despolarización de la membrana con consecuencias metabólicas desconocidas.
Participación de las microglias activadas en la reparación e injuria.
En el tejido cerebral, las células microgliales activadas representan un sistema de defensa del huésped esencial, fagocitando y matando las bacterias, parásitos y hongos. Este proceso es potenciado por la citokina IFN-aderivada del linfocito T, la cual permite que las microglias actúen como células presentadoras de antígenos. La supervivencia y expansión de los linfocitos T y B en el SNC depende de la producción de interleukina 1 (IL-1) e IL-6 por parte de las células microgliales luego de la estimulación, ya sea por infección de las células por el virus o por los restos neuronales debido a la lisis por efectos citopáticos causados por virus neurotrópicos. IL-6
actúa en células B y promueve la diferenciación de las mismas en células plasmáticas secretoras de inmunnoglobulinas. La producción de anticuerpos antivirales desencadenda por la IL-6 puede ser esencial para la liberación de los virus en las neuronas afectadas. La dependencia de las células microgliales y linfocitos en señales de activación permite una reacción inmune espacialmente específica y temporalmente controlada, lo cual limita la reacción economizando lo máximo posible el sistema neuronal vital.
En el tejido cerebral, las células microgliales activadas representan un sistema de defensa del huésped esencial, fagocitando y matando las bacterias, parásitos y hongos. Este proceso es potenciado por la citokina IFN-aderivada del linfocito T, la cual permite que las microglias actúen como células presentadoras de antígenos. La supervivencia y expansión de los linfocitos T y B en el SNC depende de la producción de interleukina 1 (IL-1) e IL-6 por parte de las células microgliales luego de la estimulación, ya sea por infección de las células por el virus o por los restos neuronales debido a la lisis por efectos citopáticos causados por virus neurotrópicos. IL-6
actúa en células B y promueve la diferenciación de las mismas en células plasmáticas secretoras de inmunnoglobulinas. La producción de anticuerpos antivirales desencadenda por la IL-6 puede ser esencial para la liberación de los virus en las neuronas afectadas. La dependencia de las células microgliales y linfocitos en señales de activación permite una reacción inmune espacialmente específica y temporalmente controlada, lo cual limita la reacción economizando lo máximo posible el sistema neuronal vital.
Citokinas y reparación del SNC.
La producción elevada de ciertas citokinas estaría también potencialmente involucrada en la reparación de tejidos. Esta hipotésis es apoyada por descubrimientos de que la IL-1, IL-6 y TGF-b potencian la síntesis in vivo ein vitro del mRNA para el NGF. IL-1 y TNF-a también regulan positivamente la expresión de moléculas de adhesión (ICAM-1, VCAM-1) y molécula-1 asociada al funcionamiento leucocitario (LFA-1) en microglias activadas, las cuales junto con las integrinas b 1 y b 2 y antígenos tardíos (VLA) potencian la interacción de las células cerebrales con la matriz extracelular y leucocitos.
La producción elevada de ciertas citokinas estaría también potencialmente involucrada en la reparación de tejidos. Esta hipotésis es apoyada por descubrimientos de que la IL-1, IL-6 y TGF-b potencian la síntesis in vivo ein vitro del mRNA para el NGF. IL-1 y TNF-a también regulan positivamente la expresión de moléculas de adhesión (ICAM-1, VCAM-1) y molécula-1 asociada al funcionamiento leucocitario (LFA-1) en microglias activadas, las cuales junto con las integrinas b 1 y b 2 y antígenos tardíos (VLA) potencian la interacción de las células cerebrales con la matriz extracelular y leucocitos.
Microglias y gliosis reactiva.
Los astrocitos responden vigorosamente frente a una infección y frente a enfermedades del SNC mediadas inmunológicamente. Aumentan en número y en tamaño y expresan nuevas moléculas indetectables en astroglías inactivas, que incluyen antígeno MHC clase I. Además de los astrocitos reactivos, tanto las microglias activadas como los monocitos sanguíneos están presentes en gran número en el tejido glial del SNC. Existen evidencias de que la gliosis resulta de la comunicación entre astrocitos y microglias por medio de factores solubles. Los astrocitos provenientes del cerebro humano y de roedores en cultivo secretan G-, GM-CSF, y IL-8, los cuales producen una extensión y aumento en la función de las células microgliales. Por otra parte, las células microgliales secretan IL-1, TNF-a , y TGF-b los cuales activan por sí mismos la proliferación y diferenciación de astrocitos. Esta interacción da por resultado astrocitos completamente armados que destoxifican aminoácidos excitatorios; producen antioxidantes, tal como superóxido dismutasa; y producen factores neurotróficos, incluyendo (NGF).
Los astrocitos responden vigorosamente frente a una infección y frente a enfermedades del SNC mediadas inmunológicamente. Aumentan en número y en tamaño y expresan nuevas moléculas indetectables en astroglías inactivas, que incluyen antígeno MHC clase I. Además de los astrocitos reactivos, tanto las microglias activadas como los monocitos sanguíneos están presentes en gran número en el tejido glial del SNC. Existen evidencias de que la gliosis resulta de la comunicación entre astrocitos y microglias por medio de factores solubles. Los astrocitos provenientes del cerebro humano y de roedores en cultivo secretan G-, GM-CSF, y IL-8, los cuales producen una extensión y aumento en la función de las células microgliales. Por otra parte, las células microgliales secretan IL-1, TNF-a , y TGF-b los cuales activan por sí mismos la proliferación y diferenciación de astrocitos. Esta interacción da por resultado astrocitos completamente armados que destoxifican aminoácidos excitatorios; producen antioxidantes, tal como superóxido dismutasa; y producen factores neurotróficos, incluyendo (NGF).
Mecanismos de la toxicidad.
La comprobación que la inhibición del proceso de multiplicación de monocitos por medio de la irradiación corporal o inactivación de macrófagos con colchicina o cloroquina, reduce la muerte celular (o neuronal) que se observa en la isquemia y en el daño cerebral inducido por excitotoxinas, ha llevado a postular que las microglias participan en los mecanismos de muerte neuronal. En algunas circunstancias patológicas las microglias pueden ser capaces de liberar diversas moléculas citotóxicas, incluyendo citokinas, NO, radicales libres del oxígeno, los aminoácidos citotóxicos glutamato y ácido quinolínico, y factores de complemento. Cuando son activadas con endotoxinas, las microglias producen TNF-a, el cual se encuentra en niveles altos en EAE. Debido a que los oligodendrocitos son vulnerables a los efectos citotóxicos provocados por el TNF-a provenientes de las microglias, se ha sugerido que las microglias activadas tendrían un papel patogénico en las enfermedades desmielinizantes, incluyendo esclerosis múltiple y encefalitis viral.
Las microglias activadas tienen la capacidad de generar diferentes especies reactivas del oxígeno, como radical superóxido, peróxido de hidrógeno, NO, y en forma indirecta el radical hidroxilo. La liberación de superóxido al espacio extracelular, por la actividad de la enzima de membrana NADPH oxidasa, parece estar bajo el control de citokinas: M-CSF aumenta y TGF-b suprime la activación de esta enzima. La producción de NO en microglias activadas está a cargo de la enzima NOS. Hay dos tipos de NOS: constitutiva e inducible. Esta última se encuentra en células fagocíticas y puede ser inducida por varias endotoxinas y citokinas. El NO reacciona con superóxido, generando peroxinitrito, el cual tiene la capacidad de reaccionar directa o indirectamente a pH fisiológico con aminoácidos, proteínas, desoxinucleósidos, desoxinucleótidos, ADN intacto, etc. Las propiedades tóxicas de estas especies han sido observadas en múltiples tipos celulares incluyendo oligodendrocitos y neuronas.
Los activadores de la proteína quinasa C, tal como PMA, las cuales se unen a receptores del complemento, pueden aumentar además la liberación de radicales libres del oxígeno, sugiriendo una contribución significante a la citotoxicidad microglial in vivo. La toxicidad del O2- proviene fundamentalmente de su conversión espontánea a peróxido de hidrógeno el cual da origen al radical hidroxilo por medio de la reacción Haber-Weisscatalizada por hierro. Los radicales peroxinitrito e hidroxilo son conocidos por iniciar múltiples lesiones celulares, que incluyen peroxidaciones de los lípidos de la membrana, ruptura de la hebra de DNA, alteraciones proteicas, inactivación de enzimas las cuales pueden conducir al la muerte celular. En términos generales, los radicales libres juegan un papel central en la patogenia de la hinchazón (swelling) cerebral y en la muerte neuronal inducida por isquemia.
Sin embargo, la causa primaria de toxicidad de las microglias activadas sobre las células granos del cerebelo que expresan el receptor NMDA para el glutamato, es la estimulación por las excitotoxinas liberadas y no por los radicales libres. Por tanto, en cocultivos de ambos tipos celulares el glutamato es un producto de secreción de la microglia e interacciona con los receptores NMDA neuronales provocando la muerte neuronal, la que es bloqueada a su vez por antagonistas para éste receptor. Estos datos indican un papel impotante de la microglia en el daño cerebral mediado por receptores NMDA en la enfermedad cerebrovascular y traumática. La liberación de citotoxinas por las celulas microgliales puede jugar también un papel importante en el desarrollo de la demencia asociada al SIDA. Los macrófagos afectados por el virus HIV secretan neurotoxinas incluyendo glutamato, que actúan sinérgicamente con la proteína viral gp120-b provocando neurotoxicidad. Este efecto puede ser bloqueado por antagonistas NMDA.
La comprobación que la inhibición del proceso de multiplicación de monocitos por medio de la irradiación corporal o inactivación de macrófagos con colchicina o cloroquina, reduce la muerte celular (o neuronal) que se observa en la isquemia y en el daño cerebral inducido por excitotoxinas, ha llevado a postular que las microglias participan en los mecanismos de muerte neuronal. En algunas circunstancias patológicas las microglias pueden ser capaces de liberar diversas moléculas citotóxicas, incluyendo citokinas, NO, radicales libres del oxígeno, los aminoácidos citotóxicos glutamato y ácido quinolínico, y factores de complemento. Cuando son activadas con endotoxinas, las microglias producen TNF-a, el cual se encuentra en niveles altos en EAE. Debido a que los oligodendrocitos son vulnerables a los efectos citotóxicos provocados por el TNF-a provenientes de las microglias, se ha sugerido que las microglias activadas tendrían un papel patogénico en las enfermedades desmielinizantes, incluyendo esclerosis múltiple y encefalitis viral.
Las microglias activadas tienen la capacidad de generar diferentes especies reactivas del oxígeno, como radical superóxido, peróxido de hidrógeno, NO, y en forma indirecta el radical hidroxilo. La liberación de superóxido al espacio extracelular, por la actividad de la enzima de membrana NADPH oxidasa, parece estar bajo el control de citokinas: M-CSF aumenta y TGF-b suprime la activación de esta enzima. La producción de NO en microglias activadas está a cargo de la enzima NOS. Hay dos tipos de NOS: constitutiva e inducible. Esta última se encuentra en células fagocíticas y puede ser inducida por varias endotoxinas y citokinas. El NO reacciona con superóxido, generando peroxinitrito, el cual tiene la capacidad de reaccionar directa o indirectamente a pH fisiológico con aminoácidos, proteínas, desoxinucleósidos, desoxinucleótidos, ADN intacto, etc. Las propiedades tóxicas de estas especies han sido observadas en múltiples tipos celulares incluyendo oligodendrocitos y neuronas.
Los activadores de la proteína quinasa C, tal como PMA, las cuales se unen a receptores del complemento, pueden aumentar además la liberación de radicales libres del oxígeno, sugiriendo una contribución significante a la citotoxicidad microglial in vivo. La toxicidad del O2- proviene fundamentalmente de su conversión espontánea a peróxido de hidrógeno el cual da origen al radical hidroxilo por medio de la reacción Haber-Weisscatalizada por hierro. Los radicales peroxinitrito e hidroxilo son conocidos por iniciar múltiples lesiones celulares, que incluyen peroxidaciones de los lípidos de la membrana, ruptura de la hebra de DNA, alteraciones proteicas, inactivación de enzimas las cuales pueden conducir al la muerte celular. En términos generales, los radicales libres juegan un papel central en la patogenia de la hinchazón (swelling) cerebral y en la muerte neuronal inducida por isquemia.
Sin embargo, la causa primaria de toxicidad de las microglias activadas sobre las células granos del cerebelo que expresan el receptor NMDA para el glutamato, es la estimulación por las excitotoxinas liberadas y no por los radicales libres. Por tanto, en cocultivos de ambos tipos celulares el glutamato es un producto de secreción de la microglia e interacciona con los receptores NMDA neuronales provocando la muerte neuronal, la que es bloqueada a su vez por antagonistas para éste receptor. Estos datos indican un papel impotante de la microglia en el daño cerebral mediado por receptores NMDA en la enfermedad cerebrovascular y traumática. La liberación de citotoxinas por las celulas microgliales puede jugar también un papel importante en el desarrollo de la demencia asociada al SIDA. Los macrófagos afectados por el virus HIV secretan neurotoxinas incluyendo glutamato, que actúan sinérgicamente con la proteína viral gp120-b provocando neurotoxicidad. Este efecto puede ser bloqueado por antagonistas NMDA.
Inhibición de la activación de las microglias.
Además de los mecanismos de activación descritas más arriba, también existen circuitos químicos y metabólicos de carácter autócrino y parácrino que inactivan los macrófagos. Las citokinas pueden inhibir la activación, la liberación de radicales libres y la expresión de antígenos MHC clase II. El TGF-b también disminuye la producción de NO. In vivo se puede observar que la administración de TGF-b atenúa el daño cerebrovascular y el edema cerebral que se observa en la meningitis por neumococo. En éste modelo los corticoides tienen el mismo efecto posiblemente reduciendo la producción de glutamato . La citokina IL-13 suprime el desarrollo de la EAE. La interleukina-6 disminuye la desmielinización que se observa en la encefalomielitis viral de roedores.
Además de los mecanismos de activación descritas más arriba, también existen circuitos químicos y metabólicos de carácter autócrino y parácrino que inactivan los macrófagos. Las citokinas pueden inhibir la activación, la liberación de radicales libres y la expresión de antígenos MHC clase II. El TGF-b también disminuye la producción de NO. In vivo se puede observar que la administración de TGF-b atenúa el daño cerebrovascular y el edema cerebral que se observa en la meningitis por neumococo. En éste modelo los corticoides tienen el mismo efecto posiblemente reduciendo la producción de glutamato . La citokina IL-13 suprime el desarrollo de la EAE. La interleukina-6 disminuye la desmielinización que se observa en la encefalomielitis viral de roedores.
Importancia de las microglias activadas en patología humana.
Como se indica más arriba, existen evidencias que sugieren que las microglias activadas juegan un papel crucial en la patogénesis de las lesiones cerebrales agudas y crónicas. En las enfermedades humanas, la relación causal entre la activación microglial y las neurotoxicidad todavía no ha sido demostrada formalmente.
Claramente, la activación y diferenciación de las microglias en macrófagos es un proceso notorio en las enfermedades inflamatorias del SNC, tanto agudas (meningoencefalitis) como crónicas (enfermedades desmielinizantes y encefalopatía del SIDA). Mientras que en las meningitis bacterianas la citokinas detectadas en el LCR provienen principalmente de los macrófagos y leucocitos meningeos es claro que las citokinas detectadas en el LCR en las encefalitis provienen del parénquima cerebral. En la esclerosis múltiple, las microglias y los monocitos están localizados en los bordes de las placas. Ellos expresan el antígeno de MHC clase II y son capaces de producir NO y TNF-a con capacidad de dañar los oligodendrocitos y fagocitar mielina. El daño cerebral en neuro-SIDA incluye características de encefalitis, leucoencefalopatía y mielitis. Como la microglia es el lugar primario de la infección del retrovirus, sus formas activadas estan diseminadas a lo largo de la sustancia gris y blanca. La anatomía patológica muestra que la encefalitis por HIV está caracterizada por la formación de nódulos microgliales (en la sustancia blanca y sustancia gris profunda), y por la presencia de células gigantes multinucleadas. El daño neuronal se atribuye a proteínas virales y también a toxinas derivadas de las microglias (glutamato y ácido quinolínico), que se encuentran elevados en el LCR de los pacientes infectados con HIV.
En las enfermedades neurodegenerativas como la enfermedad de Alzheimer, ALS, enfermedad de Parkinson, es posible observar una respuesta inflamatoria estrechamente asociada al sitio de degeneración neuronal, en dónde participan los tipos celulares mononucleares fagocítico, macrófagos y microglias. Esta activación se acompaña de un aumento en la expresión de receptores de superficie CD43, FC-receptores, antígenos MHC clase I y II y E-integrinas b 2. En la enfermedad de Alzheimer las microglias no sólo se acumulan alrededor de los depósitos amiloides, sino que también pueden ser responsables de la secreción del mismo.
En suma, el balance entre los efectos benéficos y destructivos de las microglias depende del grado de activación y de la efectividad de los mecanismos de desactivación. Cuando éstos mecanismos regulatorios están alterados, por ejemplo la recaptura de glutamato por los astrocitos, puede llevar a que los mecanismos efectores de los macrófagos sean neurotóxicos aún cuando exista un grado de activación de menor importancia.
Como se indica más arriba, existen evidencias que sugieren que las microglias activadas juegan un papel crucial en la patogénesis de las lesiones cerebrales agudas y crónicas. En las enfermedades humanas, la relación causal entre la activación microglial y las neurotoxicidad todavía no ha sido demostrada formalmente.
Claramente, la activación y diferenciación de las microglias en macrófagos es un proceso notorio en las enfermedades inflamatorias del SNC, tanto agudas (meningoencefalitis) como crónicas (enfermedades desmielinizantes y encefalopatía del SIDA). Mientras que en las meningitis bacterianas la citokinas detectadas en el LCR provienen principalmente de los macrófagos y leucocitos meningeos es claro que las citokinas detectadas en el LCR en las encefalitis provienen del parénquima cerebral. En la esclerosis múltiple, las microglias y los monocitos están localizados en los bordes de las placas. Ellos expresan el antígeno de MHC clase II y son capaces de producir NO y TNF-a con capacidad de dañar los oligodendrocitos y fagocitar mielina. El daño cerebral en neuro-SIDA incluye características de encefalitis, leucoencefalopatía y mielitis. Como la microglia es el lugar primario de la infección del retrovirus, sus formas activadas estan diseminadas a lo largo de la sustancia gris y blanca. La anatomía patológica muestra que la encefalitis por HIV está caracterizada por la formación de nódulos microgliales (en la sustancia blanca y sustancia gris profunda), y por la presencia de células gigantes multinucleadas. El daño neuronal se atribuye a proteínas virales y también a toxinas derivadas de las microglias (glutamato y ácido quinolínico), que se encuentran elevados en el LCR de los pacientes infectados con HIV.
En las enfermedades neurodegenerativas como la enfermedad de Alzheimer, ALS, enfermedad de Parkinson, es posible observar una respuesta inflamatoria estrechamente asociada al sitio de degeneración neuronal, en dónde participan los tipos celulares mononucleares fagocítico, macrófagos y microglias. Esta activación se acompaña de un aumento en la expresión de receptores de superficie CD43, FC-receptores, antígenos MHC clase I y II y E-integrinas b 2. En la enfermedad de Alzheimer las microglias no sólo se acumulan alrededor de los depósitos amiloides, sino que también pueden ser responsables de la secreción del mismo.
En suma, el balance entre los efectos benéficos y destructivos de las microglias depende del grado de activación y de la efectividad de los mecanismos de desactivación. Cuando éstos mecanismos regulatorios están alterados, por ejemplo la recaptura de glutamato por los astrocitos, puede llevar a que los mecanismos efectores de los macrófagos sean neurotóxicos aún cuando exista un grado de activación de menor importancia.
Revisión preparada por Luis Barbeito en base a los trabajos de Spranger & Fontana (1996) "Activation of microglia: a dangerous interlude in inmune function in the brain" The neuroscientist; 2: 293-299 y Mc Geer et al. (1993) "Microglia in degenerative neurological disease" Glia; 7: 84-92.http://www.chasque.apc.org/gunn/exp/microgl.htm
Pathways in neurons, astrocytes and microglia that are implicated in -amyloid toxicity. The figure serves to illustrate the idea that many cellular elements are involved in more than one function or pathway, and are dynamic in that their use in one direction might have an impact on other functions. The development of models of this type, with an ever-increasing degree of sophistication, will foster our understanding of brain function as a dynamic process. See Ref. 9 for details of the elements included in this model of -amyloid toxicity. Reproduced with permission from Ref. 8 © 2001 Macmillan Magazines Ltd. http://www.nature.com/nrn/journal/v3/n4/slideshow/nrn787_F2.html
TSU
Pathways in neurons, astrocytes and microglia that are implicated in -amyloid toxicity. The figure serves to illustrate the idea that many cellular elements are involved in more than one function or pathway, and are dynamic in that their use in one direction might have an impact on other functions. The development of models of this type, with an ever-increasing degree of sophistication, will foster our understanding of brain function as a dynamic process. See Ref. 9 for details of the elements included in this model of -amyloid toxicity. Reproduced with permission from Ref. 8 © 2001 Macmillan Magazines Ltd. http://www.nature.com/nrn/journal/v3/n4/slideshow/nrn787_F2.html
TSUEl origen de los macrófagos cerebrales o por qué hay que investigar con embriones.
Las microglías, o células de Hortega, tienen su origen en el saco vitelino y se autorrenuevan, y no proceden de precursores de la médula ósea como los otros macrófagos del cuerpo. Esta es la conclusión de un estudio publicado en Science por un equipo dirigido por Miriam Merad, de la Escuela de Medicina Monte Sinaí (EE.UU.). Este resultado viene a resolver un debate sobre el origen de los macrófagos del cerebro que tiene profundas implicaciones en el estudio y tratamiento de las enfermedades neurodegenerativas.
Los macrófagos son células que forman parte del sistema inmunitario que se dedican a fagocitar residuos y patógenos. Las microglías son los macrófagos del sistema nervioso central. Son importantes a la hora de mantener un cerebro sano y se han asociado con muchas enfermedades inflamatorias y neurodegenerativas, pero su origen, tanto inicial como a lo largo de la vida, era un misterio.
Algunos estudios con ratones habían sugerido que podían reemplazarse por células progenitoras de la médula osea, pero un par de artículos publicados en Nature Neuroscience en 2007 sugirieron que estos experimentos, que implicaban la irradiación de los animales, no eran representativos de la fisiología normal. Desde entonces la contribución de la médula ósea a la población de microglías del cerebro no ha estado clara, de la misma forma que tampoco lo estaba el origen inicial de estos macrófagos.
Para encontrar una respuesta a estas cuestiones el equipo de Merad creó ratones con proteína verde fluorescente asociada al receptor neurotactina (CX3CR1, llamado fractalquina en humanos) que se encuentra en los progenitores primitivos de la médula ósea y en las microglías. La monitorización del desarrollo embrionario de estos ratones permitió detectar la presencia de microglías cuando los embriones tenían diez días y medio, y el fenotipo sugería que no procedían de la médula ósea sino que derivaban del saco vitelino.
Para confirmar esto los investigadores marcaron las células del saco vitelino con la proteína amarilla fluorescente en varios momentos del desarrollo, y controlaron a dónde iban. Encontraron que algunas células progenitoras mieloides del saco vitelino se convertían en microglías, y que la ventana temporal en la que esto se producía era muy limitada, entre los días 7 y 8 del desarrollo embrionario. No sólo eso, sólo un pequeño porcentaje de los macrófagos circulantes y de los tejidos no cerebrales portaban el marcador amarillo, sugiriendoque se derivaban de otra fuente.
Los autores también consiguieron demostrar que las células progenitoras de la médula ósea no contribuyen a la población de microglías en el cerebro adulto sano, a diferencia con lo que ocurre cuando el cerebro se irradia. Esto apoya la idea de que las microglías residentes (es decir, la población de células derivadas del embrión) se mantienen independientemente por autorrenovación.
Este resultado puede verse también desde otra perspectiva: los macrófagos originados en la médula ósea, en determinadas circunstancias (irradiación), tienen la capacidad para entrar en el cerebro y adoptar la morfología de la microglía.
Estos resultados tienen implicaciones en el estudio y tratamiento de las enfermedades neurológicas. La estrategia terapéutica para enfrentarse a la activación de los macrófagos durante una enfermedad neurológica dependerá de dónde pensemos que provienen. Si las células vienen de la médula ósea, una solución sería bloquearlas antes de que lleguen al cerebro. Por otra parte, si el problema son las microglías residentes, que ya están en el cerebro, la solución pasaría por compuestos que atacasen la activación de las células.
Esta investigación pone de manifiesto una vez más la importancia de la investigación con embriones. Este estudio prueba que existen procesos, cuya comprensión es fundamental para el tratamiento de enfermedades, que sólo ocurren durante las primeros días de la vida embrionaria. Y sólo sabremos a ciencia cierta lo que ocurre en los humanos investigando en humanos.
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