El argumento: insuficiencia renal aguda

Las células tubulares son las más abundantes del parénquima renal. Su pérdida caracteriza tanto a la insuficiencia renal aguda como a la insuficiencia renal crónica (1). Las células tubulares se pueden perder por que se mueran, se desprendan o se diferencien hacia fibroblastos. En estudios humanos la muerte celular es el mejor correlato histológico de la pérdida de función renal en la insuficiencia renal aguda (IRA) (2,3). Las células gravemente dañadas secretan citoquinas proinflamatorias que contribuyen a agravar la IRA. Sin embargo, los factores que modulan el daño en las células tubulares así como la interrelación entre distintos factores son mal conocidos. De hecho, se puede decir que la IRA es una situación paradigmática en la cual el mal conocimiento de los mecanismos patogénicos impiden la aplicación de medidas terapéuticas efectivas basadas en los procesos fisiopatológicos implicados. Se han identificado numerosos elementos que contribuyen a la lesión renal y algunos de ellos son dianas de actuación efectivas en modelos animales (4). Sin embargo, los pocos intentos para trasladar esta información a la práctica clínica han fracasado. Revisaremos la evidencia concerniente a una nueva citoquina, TWEAK y a su receptor Fn14 en la IRA (5-7). Pensamos que estas moléculas podrían convertirse en importantes elementos para el tratamiento de la IRA por que son actores que se comportan como facilitadores que amplifican la respuesta lesiva iniciada previamente por otros estímulos. Desde este punto de vista, la actuación sobre esta citoquina podría amortiguar la lesión inducida por un amplio rango de estímulos.

Los protagonistas: TWEAK y Fn14

La citoquina Tumor necrosis factor-like weak inducer of apoptosis (TWEAK, Apo3L, TNFSF12) pertenece a la superfamilia del TNF (TNFSF) (8)(figura 1). El gen de TWEAK humano esta localizado en el cromosoma 17 y codifica para una secuencia de 248 aminoácidos que corresponde a una glicoproteina transmembrana tipo II de 30 kDa. El dominio intracelular contiene un sitio de fosforilación con una serina. El dominio extracelular contiene el sitio de unión con su receptor. TWEAK se expresa como una proteína de membrana y como una proteína soluble de 168 aminoácidos (18kDa) que resulta de la proteolisis de TWEAK de membrana (9-11).

Inicialmente se comunicó, de manera errónea, que el receptor de TWEAK era DR3(12). En 2001 se clonó el receptor de TWEAK que resultó ser una proteína previamente conocida como Fn14, TNFRSF12A (13-15)(Figura 1). El gen humano para Fn14 se encuentra en el cromosoma 16 y codifica para una proteína transmembrana de tipo I de 129 aminoácidos (14kDa). Fn14 se procesa a una proteína madura de tan solo 102 aminoácidos (9,16). El dominio extracelular de Fn14 contiene el sitio de unión para TWEAK (18). El dominio intracelular (29 aa) contiene un sitio de unión para TRAF con 3 treoninas potencialmente fosforilables. Se ha demostrado que la unión de TRAF participa en señales de transducción (18-21).

Aunque el único receptor conocido de TWEAK es Fn14, algunas de las acciones de esta proteína pueden llevarse a cabo independientemente de Fn14 (22). CD163 funciona como un receptor de TWEAK en condiciones patológicas y también como un receptor alternativo en células que carecen de Fn14 (23).

Las proteínas TWEAK de humano y de ratón son muy similares, con un 93% de similitud en el sitio de unión para el receptor. Además coinciden en el 90% de todas sus secuencias. La citoquina TWEAK humana puede unirse al receptor de TWEAK de ratón y viceversa (24). De hecho estas secuencias están muy conservadas a lo largo de la evolución y se encuentran en especies tan antiguas como el pez cebra (25) lo que sugiere que deben tener un importante papel.

TWEAK está ampliamente distribuida en el organismo, y se encuentran niveles altos en tejidos como el páncreas, intestino, corazón, cerebro, pulmones, ovario y músculo esquelético y niveles más bajos en hígado y riñón (8,26). Inicialmente se comunicó que el ARNm de TWEAK disminuye en el ratón tanto en situaciones agudas (inyección de lipopolisacárido) como crónicas (patologías autoinmunes como el lupus eritematoso o la anemia hemolítica) en numerosos tejidos y en macrófagos (27). Las arterias humanas sanas liberan TWEAK soluble, pero en las dañadas por la aterosclerosis la liberación de TWEAK disminuye (28). De hecho, los niveles séricos de TWEAK son un marcador de aterosclerosis subclínica. Sin embargo se encuentran niveles elevados de TWEAK en otras situaciones inflamatorias, como la encefalitis autoinmune (29).

Por el contrario, expresión tisular de Fn14 es baja en condiciones de salud. Por ejemplo, en las arterias sanas es indetectable (28). En un principio se identifico al gen de Fn14 como un gen de expresión temprana cuya síntesis era inducida por FGF-1 en fibroblastos (14). Numerosos estudios realizados in vitro e in vivo han demostrado incrementos en la expresión de Fn14 ante numerosos estímulos en varios tipos celulares. Por ejemplo, la expresión de Fn14 aumenta in vivo durante la lesión hepática, vascular, del sistema nervioso central o renal (19,16,13,30,31). Cuando existen bajos niveles de expresión de Fn14 las células responden peor a TWEAK y la acción de TWEAK sobre tejidos sanos es escasa. Una expresión aumentada de Fn14 aumenta la respuesta a TWEAK (28,32)(Figura 2). De esta manera, durante la inflamación, los tejidos serían más sensibles a pequeños incrementos en los niveles de TWEAK.

Durante la lesión renal experimental (tanto lesión renal aguda tóxica como de causa autoinmune) aumenta la expresión renal de TWEAK, y, de manera más notoria, la de Fn14 (31,33). Tanto los linfocitos como los macrófagos infiltrantes pueden secretar TWEAK (34,35). En particular, las células T de los pacientes con lupus expresan TWEAK. Además las células tubulares y las mesangiales expresan tanto TWEAK como Fn14.

Reparto de papeles: héroes y villanos

Existen datos que indican que TWEAK juega un papel importante en la patogenia de enfermedades humanas como la aterosclerosis, artritis reumatoide y enfermedades autoinmunes que afectan al riñón (5-7,37,38,25). Las acciones TWEAK varían con el tipo celular y el microambiente e incluyen proliferación celular (39-43), supervivencia (44), migración (41,45,46), y apoptosis (8,47-51). TWEAK puede promover (22) o inhibir (54-52) la diferenciación celular. Finalmente, TWEAK induce la expresión de moléculas proinflamatorias (8,27,36,41,45,55-58). In vivo, TWEAK puede estimular la angiogénesis (40,59) y regula la permeabilidad neurovascular (60).Por lo tanto TWEAK y Fn14 se podrían comportar como héroes (supervivencia y proliferación que contribuyan a la regeneración tubular) o como villanos (inflamación y muerte celular) durante el daño renal.

Un lugar concurrido: TWEAK y la inflamación

TWEAK activa NFkB en las células tubulares renales. Así, aumenta la unión al DNA de NFkB, la transcipción dependiente de NFkB, la fosforilación de IkBa y la translocación nuclear de RelA (32). Como consecuencia, TWEAK induce la expresión de ARNm y la secreción de MCP-1, IL-6 y RANTES, de una forma dependiente de RelA. El efecto de TWEAK sobre las quimioquinas (previamente conocidas como intercrinas) (61) como MPC-1 y RANTES es particularmente interesante por el posterior reclutamiento de células inflamatorias y la amplificación de la inflamación.



El patrón de complejos NFkB unidos al DNA difiere entre TNF-alfa ¿y TWEAK (32). Esto sugiere que TWEAK induce otras respuestas biológicas, también dependientes de NFkB, que difieren de las inducidas por TNF-alfa. Por lo tanto, TNF-alfa y TWEAK parecen ser citoquinas no redundantes en la lesión renal. En ese sentido, TWEAK activa NFkB de forma mantenida en células tubulares, lo que sugiere activación de NFkB por la vía no canónica, que no es activada por TNF-alfa(62).

La administración sistémica de TWEAK activa NFkB y tiene un efecto proinflamatorio en el parénquima renal que consiste en el incremento de los ARN mensajeros de MCP-1, RANTES e IL-6 (32). La inmunohistoquímica mostró que RelA se transloca al núcleo en las células tubulares y que esas células son el principal sitio donde se expresaban MCP-1 y RANTES. La expresión de quimiocinas por las células tubulares se seguía de un incremento de la expresión renal de ARNm del receptor para MCP-1, CCR2, expresado por macrófagos, así como de un incremento en el número de macrófagos. Esto demuestra que in vivo TWEAK induce respuesta inflamatoria. Sin embargo TWEAK no modifica por sí mismo los niveles de creatinina en suero. Recientemente se ha demostrado que TWEAK incrementa la expresión de MCP-1 en células mesangiales cultivadas (36). Sin embargo no observamos aumento de la expresión mesangial de MCP-1 ni infiltración glomerular de macrófagos tras inyectar TWEAK por vía ip, lo que sugiere que en el riñón sano TWEAK induce inflamación túbulointe rsticial pero no glomerular (32).

El campo de batalla

La apoptosis contribuye a la pérdida de células renales (63). Tanto nefrotoxinas como otras formas de estrés celular (64,65), y algunos miembros de la superfamilia de los TNF inducen muerte celular por apoptosis (66-68). De hecho, el nombre de TWEAK hace referencia a su débil capacidad para inducir apoptosis. En ese sentido, TWEAK a menudo necesita coestímulos, como IFN-gamma , para inducir apoptosis (35). Sin embargo, TWEAK por sí mismo induce apoptosis en neuronas y células mesangiales (36,48). TWEAK también participa, con otros factores, en la inducción de apoptosis de monocitos por células T (69). Por el contrario las células tubulares no estimuladas son resistentes a la inducción de apoptosis por parte de TWEAK aislado y el efecto letal solo se hace patente ante la presencia de varios mediadores inflamatorios liberados durante la IRA, como IFNg y TNF-alfa(31,70,71). Este requerimiento de dos citoquinas (IFN-gamma y TNF-alfa) para la inducción de muerte celular es novedoso. TNF-alfa/IFN-gamma  incrementan la expresión de Fn14 en las células tubulares. La regulación de la expresión de Fn14 podría explicar la mayor susceptibilidad hacia la apoptosis. Sin embargo, el nivel de expresión de Fn14 no sería el único mecanismo implicado, ya que IFN-gamma  o TNF-alfa por separado también incrementan la expresión de Fn14 pero no aumentan la susceptibilidad a la muerte celular. Estudios funcionales de inhibición sugieren que la activación autocrina del sistema FasL/Fas contribuirían también a la muerte celular en presencia de varias citoquinas inflamatorias (31,72).

Las vías de señalización intracelular que conducen desde Fn14 a la muerte celular son poco conocidas y existe evidencia de que difieren para cada tipo celular y para un microambiente celular determinado. La carencia de dominio de muerte (death domain: DD) sugiere que Fn4 no recluta directamente proteínas que contienen este dominio. Estudios con inhibidores de caspasas también apuntan a la existencia de varios caminos para la muerte celular. En células tubulares, la combinación de TWEAK, TNF-alfa y IFN-gamma  promovió la activación de la caspasa-8, la proteolisis de Bid, la liberación del citocromo c al citosol y la activación de la caspasa-9 y de la caspasa-3, lo que sugiere la activación de un receptor clásico de muerte celular con el reclutamiento posterior de la vía mitocondrial de la apoptosis. Sin embargo, no existe evidencia de la participación del retículo endoplasmático, que, sin embargo, si participa en la apoptosis de células tubulares inducida por paracetamol o la tunicamicina. (64).

La mayoría de los estímulos extracelulares no son procesados de forma aislada, sino que las células integran los múltiples estímulos a los que están expuestas (73). De ese modo, es difícil asignar el resultado final a un estimulo concreto entre los diversos que están presentes en el ambiente. En este sentido, se podría pensar TNF-alfa y TWEAK en presencia de IFN-gamma  reclutarían vías moleculares similares de la apoptosis que se potenciarían en presencia de las tres citoquinas. Sin embargo, TNF-alfa induce una apoptosis tardía en las células tubulares, pero por una vía que difiere de la reclutada por TWEAK/TNF-alfa/IFN-gamma (31). Así, el inhibidor de caspasas zVAD previene la apoptosis inducida por TWEAK/TNF-alfa/IFN-gamma  (31). Sin embargo, zVAD transformó la forma de muerte celular en necrosis e incluso incremento la proporción de muerte celular. Aunque ya se había observado previamente la inducción de necrosis en células expuestas a miembros de la superfamilia de los TNF cuando se inhiben las caspasas (74), zVAD no promueve la necrosis de células tubulares en presencia de TNF-alfa aislado o asociado a IFN-gamma  (31). Esta respuesta es específica del tipo celular y sugiere que la inhibición de las caspasas podría no ser la mejor diana terapéutica en el daño renal, en el cual la inflamación contribuye a la muerte celular. En las células tubulares la necrosis inducida por la inhibición de caspasas en presencia del cocktail de citoquinas requiere el receptor Fn14 y la producción de especies reactivas del oxigeno.

El resultado: protección

Para resumir, los datos obtenidos en medios celulares sugieren que TWEAK puede ser lesivo en el riñón inflamado. Sin embargo, las funciones de TWEAK sobre la proliferación de células tubulares o de células madre o el reclutamiento de macrófagos que participan en la reparación tisular podrían conferirle un papel protector (25). Desde ese punto de vista, una primera interpretación de los bajos niveles séricos de TWEAK en pacientes con aterosclerosis sería que la ausencia de TWEAK contribuiría al daño tisular. A fin de comprender el resultado integrado final de las diversas acciones potenciales de TWEAK durante la lesión renal aguda, se utilizaron anticuerpos neutralizantes in vivo. La IRA inducida por una sobredosis de ácido fólico es un modelo animal que tiene un equivalente humano en los casos raros en los que se administran grandes dosis parenterales de ácido fólico (75). Además, comparte los procesos básicos de la IRA humana: muerte de células tubulares, inflamación, proliferación que culmina con la recuperación espontánea y fibrosis residual (70,76). En este modelo, la expresión renal de TWEAK y Fn14 aumentó a nivel de ARNm y de proteína. (31). El ARNm de Fn14 aumentó 13 veces y la proteína 2,5 veces, localizándose en las células tubulares (31). El pico de expresión de Fn14 fue a las 24h, y el de TWEAK a las 72 horas. Además, la expresión renal de IFN-gamma y TNF-alfa está incrementada en diversos modelos de IRA, originado la combinación de citoquinas que resultaba letal en cultivo (70,32). Un anticuerpo anti-TWEAK neutralizante redujo el pico de creatinina sérica y no interfirió con la recuperación (32). La neutralización de TWEAK también mejoró la lesión histológica. TWEAK no participó en la respuesta inflamatoria temprana (primeras 24 horas) que fue independiente de TWEAK. Sin embargo amplificó la inflamación tardía y la neutralización de TWEAK redujo la expresión tubular MCP-1 y RANTES, y la inflamación intersticial por macrófagos. El efecto in vivo de TWEAK sobre los mediadores inflamatorios fue selectivo. Por ejemplo, durante la IRA la expresión de IL-6 fue independiente de TWEAK. De esta forma, aunque TWEAK podría modular la expresión de IL-6 en los cultivos celulares, otros estímulos regulan su expresión de modo predominante in vivo.

Epilogo

El diccionario de OXFORD define el vocablo inglés TWEAK como ¿realizar ajustes finos¿. Esta definición se ajusta bastante al papel de TWEAK en el daño renal. TWEAK regula un amplio rango de procesos celulares que están implicados tanto en la generación como en la recuperación del daño renal. El efecto preciso de TWEAK sobre las células renales esta modulado por el microambiente celular, ajustando la respuesta al daño producido (Figure 3). TWEAK interactúa con el ambiente celular para obtener respuestas celulares específicas. En el contexto de inflamación en la insuficiencia renal aguda el efecto global de TWEAK es negativo para el riñón, promoviendo inflamación y muerte celular. En este contexto, el antagonismo de TWEAK mejora la función renal. En vista de las múltiples acciones de TWEAK, que incluirían la proliferación de células progenitoras (77), merece la pena abordar la modulación de TWEAK en diversos contextos clínicos. Además, el posible papel de TWEAK como biomarcador debería ser estudiado ya que se han encontrado niveles elevados en orina en pacientes con lupus y nefritis activa (78) y también bajos niveles séricos resultan ser marcadores de aterosclerosis en fase subclínica (28).

AGRADECIMIENTOS

Este trabajo se ha llevado a cabo con subvenciones del FIS 06/0046 y ISCIII-RETICS REDINREN RD 06/0016, MEC (SAF 03/884) y Sociedad Española de Nefrologia. JAM, AR y ABS fueron subvencionados por FIS, MDSN y ACU del MEC, ACU, MCI, SB y BS por la Fundacion Conchita Rabago, CB por becas para la colaboración de alumnos de pregrado universitario en proyectos de investigación de la Agencia Lain Entralgo y AO por el Programa de Intensificación de la Actividad Investigadora in the Sistema Nacional de Salud of the Instituto de Salud Carlos III y la Agencia Lain Entralgo de la Comunidad de Madrid y CIFRA S-BIO 0283/2006.