Una lipoxina ( LX o Lx ), un acrónimo de producto de interacción de lipoxigenasa , es un metabolito autacoide bioactivo del ácido araquidónico producido por varios tipos de células. Se clasifican como eicosanoides no clásicos y miembros de la familia de mediadores pro-resolución especializados (SPM) de metabolitos de ácidos grasos poliinsaturados (PUFA). Al igual que otros SPM, las LX se forman durante, y luego actúan para resolver, las respuestas inflamatorias . Inicialmente, se identificaron dos lipoxinas, lipoxina A 4 (LXA 4 ) y LXB 4 , pero estudios más recientes han identificado epímeros de estas dos LX: las epi-lipoxinas , 15-epi-LXA 4 y 15-epi-LXB 4 respectivamente.
LXA 4 y LXB 4 fueron descritas por primera vez por Serhan, Hamberg y el premio Nobel Samuelsson en 1984. [1] Informaron que los neutrófilos de la sangre humana , cuando se estimulan, producen estas dos lipoxinas y que los neutrófilos, cuando son estimulados por cualquiera de las LX, generan respuestas de generación y desgranulación de aniones superóxido (O 2 − ) . Se considera que ambas respuestas son proinflamatorias porque, si bien tienen como objetivo neutralizar patógenos invasores y digerir material extraño, pueden contribuir a dañar los tejidos del huésped y, por lo tanto, prolongar y promover una mayor inflamación. Sin embargo, estudios posteriores encontraron que estas lipoxinas, así como sus epímeros, epi-LXA 4 y LXB 4 , actúan principalmente para amortiguar y resolver la inflamación, es decir, son agentes de señalización celular antiinflamatorios .
Las lipoxinas se derivan enzimáticamente del ácido araquidónico , un ácido graso ω-6 . Estructuralmente, se definen como metabolitos del ácido araquidónico que contienen tres residuos de hidroxilo (también denominados residuos hidroxi) y cuatro enlaces dobles . Esta definición estructural las distingue de otros SPM como las resolvinas , neuroprotectinas y maresinas , que son metabolitos de los ácidos grasos omega 3 , ácido eicosapentaenoico o ácido docosahexaenoico , así como una variedad de metabolitos derivados de otros PUFA (ver Mediadores pro-resolución especializados ). Todos estos otros SPM tienen actividades y funciones similares, aunque no necesariamente idénticas, a las lipoxinas. [2] [3]
La formación de LX se conserva en una amplia gama de especies animales, desde peces hasta humanos. [4] La biosíntesis de los LX requiere dos ataques enzimáticos separados sobre el ácido araquidónico (AA). Un ataque implica la unión de un residuo de hidroperoxi (-O-OH) al carbono 15, la conversión de esta especie a un 14,15- epóxido y la resolución de este epóxido para formar productos 14,15-dihidroxi-eicosatetraenoato o 15-hidroxi-eicosatetraenoato. Este paso es catalizado por enzimas con actividad 15-lipoxigenasa que en humanos incluye ALOX15 , ALOX12 , ciclooxigenasa 2 tratada con aspirina y citocromo P450 de las subclases microsomal, mitocondrial o bacteriana. ALOX15B también puede conducir este metabolismo. El otro punto de ataque enzimático forma un epóxido 5,6 que se resuelve en productos 5,6-dihidroxi-eicosatetraenoato o 5-hidroxi-eicosatetraenoato; este paso catalizado por la 5-lipoxigenasa (ALOX5). En consecuencia, estas oxigenaciones dobles producen 5,6,15-trihidroxi- o 5,14,15-trihidroxi-eicosatetraenoatos. [5] [6] Las oxigenaciones dobles pueden llevarse a cabo dentro de un solo tipo de célula que posee ALOX5 y una enzima con actividad 15-lipoxigenasa o, alternativamente, por dos tipos de células diferentes, cada uno de los cuales posee una de estas actividades enzimáticas. En la última vía biosintética transcelular , un tipo de célula forma el 5,6-dihidroxi-, 5-hidroxi-, 14,15-dihidroxi- o un 15-hidroxi-eicosatetraenoato, y luego pasa este intermedio a un segundo tipo de célula, que lo metaboliza al producto LX final. [7] Por ejemplo, las LX son formadas por plaquetas que, al carecer de ALOX5, no pueden sintetizarlas. En cambio, los neutrófilos forman el 5,6-epóxido, leucotrieno A4 (LTA 4 ), a través de ALOX5 y lo pasan a las plaquetas que luego lo reducen a un producto 5,6-dihidroxi-eicosateteraenoato y lo metabolizan a través de ALOX12 para formar el producto 15-hidroxi, LXA 4 . [5] Las dos LX se distinguen de sus epímeros 15-epi-LTX por sus fórmulas estructurales:
Nótese que los dos LX tienen sus residuos 15-hidroxilo en la configuración de quiralidad S porque todas las enzimas ALOX forman productos 15 S -hidroxi AA. Por el contrario, los residuos 15-hidroxi de los dos epi-LX son productos quirales 15 R porque son sintetizados por la ciclooxigenasa 2 tratada con aspirina o los citocromos P450 microsomales, mitocondriales o bacterianos ; estas enzimas forman casi total o parcialmente productos 15 R -hidroxi. [5] (15-Epi-LTA4 4 y 15-epi-LTB4 4 a veces se denominan AT-LxA 4 y AT-LxB 4 , respectivamente, al reconocer su formación por la ciclooxigenasa 2 tratada con aspirina, es decir, por la ciclooxigenasa 2 activada por aspirina A ).
Además de las vías citadas anteriormente, se ha demostrado que otras rutas metabólicas transcelulares producen LX. Por ejemplo, la 5-lipoxigenasa (es decir, (ALOX5) en los neutrófilos y la 15-lipoxigenasa -1 (es decir, ALOX15) en los eritrocitos y reticulocitos inmaduros operan en serie para formar LxA4 4 y LxB4 4 ; esta vía también ocurre en interacciones seriales entre neutrófilos y eosinófilos; entre el epitelio o macrófagos M2 /monocitos y neutrófilos; y el endotelio o músculo esquelético y neutrófilos. [5] [6] [7]
Las lipoxinas se forman comúnmente como consecuencia de la estimulación de la producción de metabolitos proinflamatorios del ácido araquidónico. Sin embargo, ciertas citocinas como el IFN-γ y la IL-1β aumentan aún más la producción de lipoxinas (así como otros metabolitos y proteínas antiinflamatorios de PUFA, por ejemplo, IL4 ). [8]
Las LX se metabolizan rápidamente, principalmente por los macrófagos, a productos inactivos al ser oxidadas en el carbono 15 para formar productos LX 15- ceto (también denominados 15-oxo) por una 15-hidroxiprostaglandina deshidrogenasa ; la 15-oxo-LXA 4 puede ser metabolizada aún más a 13,14-dihidro-LXA 4 por una oxidorreductasa . La 15-Epi-LXA 4 y la 15-epi-LXB 4 son más resistentes a la enzima de deshidrogenación que sus epímeros LX. [4] Como consecuencia del funcionamiento de esta vía anabólica , las LX tienen vidas medias muy cortas in vivo , las epi-LX tienen vidas medias in vivo más largas y, por lo tanto, mayores potencias que sus epímeros LX, y se han preparado lipoxinas sintéticas que son metabólicamente resistentes a esta vía, se han utilizado en modelos animales para estudiar las actividades de la LX y se han probado como posibles agentes terapéuticos en animales y humanos. [5] [7]
De manera similar a varios otros metabolitos AA como LTA4 y ácido 5-oxo-eicosatetraenoico , las células y los tejidos pueden convertir LX en productos 20-hidroxi mediante oxidación omega ; también se ha demostrado que ligan LXA 4 al glutatión para formar cisteinil-lipoxinas , inicialmente LXC 4 , que luego se metaboliza secuencialmente a LXD 4 y LXE 4 . [9] El papel de estas vías en la limitación o contribución a la actividad de las LX no se ha evaluado completamente.
El lípido antiinflamatorio lipoxina A 4 es un potenciador alostérico endógeno del receptor cannabinoide CB1 . La lipoxina A 4 mejora la afinidad de la anandamida en este receptor para ejercer efectos cannabimiméticos en el cerebro , al mejorar alostéricamente la señalización de AEA y, por lo tanto, potenciar los efectos de este endocannabinoide tanto in vitro como in vivo . Además de esto, la lipoxina A 4 muestra un efecto protector dependiente del receptor CB1 contra el deterioro de la memoria espacial inducido por β-amiloide en ratones. [10]
Los análogos sintéticos relativamente estables, es decir, metabólicamente resistentes, de los LX y los 15-epi-LXA 4 activados por aspirina pueden imitar muchas de las acciones antiinflamatorias y "pro-resolución" deseables de los LX nativos y se están probando para uso clínico. [11] [12] Estructuralmente, estos análogos de LX a menudo imitan a los LX al ser o parecerse mucho a un ácido graso trihidroxi de 20 carbonos, pero son resistentes a la inactivación metabólica de la 15-hidroxiprostaglandina deshidrogenasa al tener una modificación estructural voluminosa u otra cerca de sus residuos 15-hidroxi. [5] Por ejemplo, ciertos análogos simplemente alteran la estructura de un LX al: reemplazar un átomo de hidrógeno con un residuo de metilo en el carbono 15 en LXA 4 para formar 15-metil-LXA 4 ; cambiando los últimos 4 carbonos de LXA 4 o 15-epi-LXA 4 a un residuo de 1-fenoxi o un residuo de 1-fenoxi-4-fluoro para formar 16-fenoxi-LX 4 , 15-epi-15-fenoxi-LXA 4 , 16-(para-fluoro-fenoxi-LXA 4 o 15-epi-16-(para-fluoro-fenoxi-LXA 4 ; y formando un enlace entre el carbono 9 y el carbono 14 de LXA 4 para formar un análogo de anillo de fenilo interno denominado LXA 4 aromático ; otros análogos estructurales más complejos en desarrollo incluyen análogos de 15-epi-LXA 4 denominados ZK-142 y ZK994. [5]
En las fases iniciales de muchas respuestas inflamatorias agudas, los tejidos dañados, los patógenos invasores y otros eventos locales hacen que las células cercanas produzcan y liberen metabolitos proinflamatorios derivados del ácido araquidónico, como: leucotrienos (LT), p. ej. , LTB 4 , LTB 4 , LTC 4 , LTD 4 y LTE 4 ; ácidos hidroxieicosatetraenoicos (HETE), p. ej., 5-HETE y 12-HETE ; y oxoeicosanoides (oxo-ETE), p. ej., ácido 5-oxo-eicosatetraenoico (5-oxo-ETE) y 12-oxo-ETE. Estos metabolitos proceden a actuar directa o indirectamente para reclutar leucocitos circulantes, macrófagos tisulares y células dendríticas tisulares al sitio del tejido alterado. La congregación consecuente de los diversos tipos de células promueve vías transcelulares en la formación de mediadores pro-resolución especializados (SPM), incluidos los LX, que luego proceden a estimular respuestas celulares y tisulares que tienden a revertir las acciones de los mediadores proinflamatorios, amortiguar y revertir la respuesta inflamatoria e iniciar la reparación tisular. [13]
LXA 4 y 15-epi-LXA 4 son ligandos de receptores de alta afinidad y activadores del receptor FPR2 . FPR2, que ahora se denomina receptor ALX, ALX/FPR o ALX/FPR2, es un receptor acoplado a proteína G identificado inicialmente como un receptor para el factor quimiotáctico leucocitario , N-formilmetionina-leucil-fenilalanina (FMLP), basado en su similitud de secuencia de aminoácidos con el receptor FMLP conocido, FPR1 . Al menos seis homólogos de este receptor se encuentran en ratones. ALX/FPR es un receptor promiscuo (es decir, que interactúa con diversos ligandos) que se une y es activado por otros ligandos que incluyen: a) varios oligopéptidos N-formilo que, como FMLP, son liberados por microbios y mitocondrias o son análogos de los liberados por microbios y mitocondrias; b) oligopéptidos no formilados derivados de microbios; c) ciertos polipéptidos que están asociados con el desarrollo de amiloidosis crónica y/o inflamación, incluyendo proteínas amiloide sérica A (SAA), una forma peptídica de 42 aminoácidos de la beta amiloide denominada Aβ42, humanina y un fragmento soluble escindido (aminoácidos 274-388) del receptor de uroquinasa ; y d) otros SPM, incluyendo resolvinas RvD1, RvD2, RvD5, AT-RvD1 y RvD3 (ver Mediadores especializados pro-resolución ). [5] [7] [14]
LXA 4 y 15-epi-LXA 4 inhiben la quimiotaxis , la transmigración , la generación de superóxido, la activación de NF-κB y/o la generación de citocinas proinflamatorias (p. ej. IL8 , IL13 , IL12 e IL5 ) por neutrófilos, eosinófilos, monocitos , células linfoides innatas y/o macrófagos , así como suprimen la proliferación y producción de anticuerpos IgM e IgG por los linfocitos B. Estas acciones parecen implicar la estimulación de las vías de señalización antiinflamatoria, pero también el bloqueo de las acciones de otros ligandos ALX/FPR que simulan las vías proinflamatorias. [5] [6] [13] [15] Los ratones transgénicos hechos para sobreexpresar ALX/FPR exhiben respuestas inflamatorias marcadamente reducidas a diversas agresiones. [4] La LXA 4 y la 15-epi-LXA 4 , cuando se introducen por administración intratecal en roedores, suprimen la percepción del dolor inflamatorio; esta acción puede involucrar al receptor ALX/FPR que se ha demostrado que está presente en los astrocitos espinales del animal de prueba y, según estudios que utilizan 15-epi-LXA, la inhibición del complejo de señalización del inflamasoma NALP1 . [6] [16]
Por mecanismos que aún no se han identificado claramente, los dos LX también: a) estimulan la capacidad de los leucocitos y las células epiteliales de las vías respiratorias para matar bacterias; b) bloquean la producción de la citocina proinflamatoria, TNFα , mientras que aumentan la producción de la citocina antiinflamatoria, CCR5 por los linfocitos T ; c) mejoran la capacidad de los monocitos y macrófagos para fagocitar (es decir, ingerir) y, de ese modo, eliminar los neutrófilos y eosinófilos apoptóticos potencialmente dañinos de los sitios inflamatorios (véase Eferocitosis ), ya sea afectando directamente a estas células o estimulando a las células NK para que lo hagan; d) hacen que varios tipos de células reduzcan la producción de especies reactivas de oxígeno proinflamatorias y la expresión de moléculas de adhesión celular y aumenten la producción del inhibidor de plaquetas, PGI2 , y el vasodilatador, óxido nítrico ; e) inhiben la producción de citocinas proinflamatorias por las células mesangiales , los fibroblastos y otros tipos de células proinflamatorias; y f) reducir la percepción del dolor debido a la inflamación. [5] [6] [13] [15]
LXA 4 y 15-epi-LTA 4 también actúan movilizando factores de transcripción que regulan la expresión de varios genes reguladores de la inflamación. LXA 4 estimula varios tipos de células para promover la entrada de Nrf2 al núcleo y, por lo tanto, aumentar la expresión de genes como la hemooxigenasa-1 (HMOX1), que aumenta la producción del agente de señalización gaseoso antiinflamatorio, monóxido de carbono, y genes involucrados en la síntesis de glutatión , un producto que neutraliza el estrés oxidativo y el daño tisular inducido por oxidantes. [17] [18] Los análogos estructurales metabólicamente resistentes de LXB 4 y 15-epi-LXA 4 inhiben la formación de peroxinitrito (es decir, ONOO − ) para atenuar la movilización de los factores de transcripción NFκB y AP-1 al reducir su acumulación en el núcleo de neutrófilos, monocitos y linfocitos; NFκB y AP-1 aumentan la expresión de genes proinflamatorios. Los dos LXB también desencadenan la activación de las proteínas supresoras de señalización de citocinas (ver proteínas SOCS ) que, a su vez, inhiben la activación de los factores de transcripción de la proteína STAT que regulan positivamente muchos genes que producen productos proinflamatorios. [7]
LXA 4 y 15-epi-LXA 4 también son antagonistas de alta afinidad del receptor 1 de leucotrienos cisteinílicos, para el cual los leucotrienos (LT) LTC4 , LTD4 y LTE4 son agonistas , es decir, los tres leucotrienos se unen y, por lo tanto, estimulan la contracción del músculo liso, la quimiotactaxis de los eosinófilos, la secreción de las glándulas mucosas y varias otras respuestas proalérgicas en las células de los pulmones, la piel y otros tejidos. [4] [19] (CysLT1 y ATX/FPR2 tienen una identidad de secuencia de aminoácidos del 47%. [19] ) La capacidad de estos LX para bloquear las acciones de los tres LT puede contribuir a su capacidad para resolver las reacciones alérgicas; Por ejemplo, LXA4 relaja la contracción del músculo liso causada por los leucotrienos cisteinílicos en el ensayo de la bolsa de la mejilla del hámster y un análogo de 15-epi-LXAA 4 metabólicamente resistente inhibe potentemente la hipersensibilidad y la inflamación de las vías respiratorias impulsadas por alérgenos en un modelo de ratón. [4] [19] [20]
En concentraciones más altas (>30 nmol/litro), LXA 4 se une a AHR , el receptor de arilhidrocarburos; después de esta unión, AHR entra en el núcleo, donde se une con el translocador nuclear AhR (ARNT). El complejo AHR/ARNT se une a elementos de respuesta xenobiótica para activar la transcripción de genes, la mayoría de los cuales están involucrados principalmente en el metabolismo xenobiótico . Estos genes incluyen SOCS2 (es decir, supresor de la señalización de citocinas 2), CYP1A1 , CYP1A2 , CYP1B1 , subunidad Ya de glutatión S-transferasa , quinona oxidorreductasa, UDP-glucuronosiltransferasa y familia de aldehído deshidrogenasa 3, miembro A1 . Esta actividad de LXA 4 se ha demostrado solo en células murinas. [21] [22]
La LXA 4 se une al receptor de estrógeno alfa y lo activa , con una CI50 de 46 nM. Se ha demostrado que la LXA 4 y la ATLa activan las respuestas transcripcionales y funcionales (fosfatasa alcalina y proliferación) a través de ERa en células epiteliales endometriales humanas in vitro y en tejido uterino de ratón in vivo . Curiosamente, la LXA 4 también demostró potencial antiestrogénico, atenuando significativamente la actividad inducida por E2. En un modelo de ratón de endometriosis, concentraciones fisiológicamente relevantes de ATLa provocaron una reducción del tamaño de la lesión e impactaron en la producción de mediadores inflamatorios. Las moléculas reguladas a través de ERa también se vieron afectadas, lo que implica que la Lipoxina A 4 y sus análogos, que inhiben las vías proliferativas e inflamatorias, podrían considerarse como posibles agentes terapéuticos. [23] [24]
Las acciones de LXB 4 y 15-epi-LXB 4 han sido mucho menos bien definidas que las de sus análogos LXA 4. Su mecanismo de estimulación de las células diana (por ejemplo, receptores) no se conoce. Se ha demostrado que uno o ambos de estos análogos inhiben el reclutamiento de neutrófilos a sitios de inflamación, inhiben la citotoxicidad de las células NK , estimulan el reclutamiento de monocitos a sitios inflamatorios, mejoran la fagocitosis de los macrófagos y suprimen la percepción del dolor inflamatorio en roedores. [5] [6] [25]
Se ha demostrado que una o más de las lipoxinas o sus análogos metabólicamente resistentes suprimen, limitan la gravedad y/o aumentan la supervivencia en una amplia gama de enfermedades inflamatorias y alérgicas, según se evaluó en estudios con modelos de ratones y ratas. Estos estudios incluyen modelos de evocación experimental: endometriosis [26] , colitis , peritonitis , pancreatitis , inflamación renal y glomerulonefritis , asma pulmonar , lesión pulmonar inducida por ácido, fibrosis quística , pleuresía , inflamación cerebral y el componente inflamatorio de la enfermedad de Alzheimer , lesiones por isquemia-reperfusión vascular en varios órganos, incluido el corazón y las extremidades traseras, rechazo de trasplantes de corazón, riñón y médula ósea , artritis , dermatitis , periodontitis , inflamación de la córnea y dolor e hiperalgesia basados en la inflamación . [5] [7] [4]
Las lipoxinas tienen efectos protectores en modelos animales de inflamación basada en infecciones: a) LXA 4 y un análogo de LXA 4 disminuyeron la inflamación sistémica y mejoraron la supervivencia en modelos de rata de sepsis bacteriana gramnegativa ; [13] [27] b) 15-epi-LXA 4 suprimió la lesión pulmonar (es decir, pulmón de choque o síndrome de dificultad respiratoria aguda ) causada por la inyección intraperitoneal de Escherichia coli en ratones; c) los ratones transgénicos deficientes en la síntesis de lipoxina por la eliminación de su gen Alox5 fueron más susceptibles a los efectos inflamatorios y letales de Toxoplasma gondii y fueron rescatados de estos defectos por LXA4 4 ; [28] d) LXA 4 restauró la función de los macrófagos causada por el virus respiratorio sincitial en ratones transgénicos deficientes en la síntesis de lipoxina por la eliminación del gen Alox5 ; [13] e) LXA 4 mejoró la periodontitis infecciosa en modelos de conejo y porcino; [13] f) 15-epi-LXA 4 disminuyó los niveles sanguíneos de parásitos, disminuyó la inflamación cardíaca y aumentó la supervivencia en un modelo de ratón de enfermedad de Chagas inducida por Trypanosoma cruzi ; [28] f') 15-epi-LXA 4 prolongó la supervivencia en un modelo de ratón de malaria cerebral inducida por Plasmodium berghei ; [28] y g) LXA 4 acorta la duración de la respuesta alérgica a la infestación parasitaria, Angiostrongylus costaricensis . [13]
Sin embargo, las lipoxinas también tienen efectos nocivos en estos modelos: la infección por aerosol con Mycobacterium tuberculosis en ratones transgénicos defectuosos en ALOX5, que contribuye a la síntesis de LX, exhibió una inflamación mucho menos severa y una mejor supervivencia que los ratones de control; [28] y el tratamiento de los ratones transgénicos con LXA 4 oral revirtió el efecto protector de la eliminación de ALOX5. [28]
Se han detectado LX y epi-LX en diversos tejidos humanos que experimentan una amplia gama de reacciones inflamatorias, reacciones alérgicas y otras afecciones, como en la sangre de pacientes sometidos a angioplastia coronaria o ejercicio extenuante. [5] [6] [25] LXA 4 inhibe la acción de contracción bronquial de LTC4 y relaja los bronquios precontraídos en individuos asmáticos. [4]
El herpesvirus asociado al sarcoma de Kaposi (KSHV) causa la transformación maligna de células humanas y es responsable del sarcoma de Kaposi y del linfoma de efusión primaria , dos cánceres que afectan en particular a humanos infectados con VIH . Estudios en células humanas de sarcoma de Kaposi y linfoma de efusión primaria encuentran que: a) KSHV promueve la producción de citocinas proinflamatorias, lipoxigenasas, ciclooxigenasa y metabolitos de las dos últimas clases de enzimas mientras suprime la producción de agentes de señalización antiinflamatoria como LXA 4 , aparentemente como una estrategia para promover su latencia y capacidad de transformación maligna; b)' Las células de sarcoma de Kaposi y linfoma de efusión primaria expresan el receptor ALX/FPR; y c)' el tratamiento de estas últimas células con LXA 4 o 15-epi-LXA 4 revierte este perfil pro-malignidad de señalización proinflamatoria por un mecanismo dependiente de ALX/FPR. Estos estudios sugieren que los dos LX o sus análogos deberían probarse en modelos animales para determinar si podrían ser útiles para tratar las dos neoplasias malignas humanas. [7] [29]
En un ensayo controlado aleatorio , la aplicación tópica de 15-epi-LXA4 o un análogo comparativamente estable de LXB4, 15 R/S -metil-LXB4, redujo la gravedad del eczema en un estudio de 60 bebés. [30] [31]
Actualmente, BLXA4, un análogo de lipoxina, se encuentra en la fase 1 de ensayos clínicos y actualmente se están reclutando voluntarios para el tratamiento de la gingivitis oral (ver: Seguridad y eficacia preliminar del enjuague bucal análogo de lipoxina BLXA4-ME para el tratamiento de la gingivitis (BLXA4) en https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT02342691?term=Lipoxin&rank=3). [7]