• Fisiopatología de la Enfermedad de Alzheimer

    Aunque la fisiopatología del la Enfermedad de Alzheimer (EA) sigue sin conocerse en su totalidad, en las últimas décadas los estudios moleculares han revelado diversos mecanismos genéticamente determinados, que se han unido a las teorías oxidativas y tóxicas, para completar el actual espectro de lo que comprendemos y conocemos sobre la génesis de esta devastadora dolencia. Esto ha hecho avanzar de modo notable las posibilidades de encontrar marcadores biológicos que permitan un diagnóstico precoz de la enfermedad (Barabash, 2009) y vías de tratamiento etiológico.

    Como muchas otras enfermedades neurodegenerativas, la EA se considera el resultado de la formación de depósitos de agregados no solubles, plegamiento anómalo o agregación de proteínas. La EA se caracteriza por depósitos proteínicos en forma de Beta Amiloide (A) y de ovillos neurofibrilares (ONF). Los primeros son agregados del péptido que tiene entre 39 a 43 aminoácidos, y llega a ser de un tamaño entre 4 a 6 kDa, situándose en el espacio extracelular del neuropilo y en arteriolas meníngeas y corticales. Los segundos están formados por filamentos pareados helicoidalmente (FPH) de un polímero hiperfosforilado de la proteína asociada a los microtúbulos (MAP, en sus siglas en inglés) tau. Ambos tipos de agregados van a producir efectos tóxicos por alterar el funcionamiento neuronal y destruir progresivamente el tejido nervioso.

    En este capítulo repasamos, desde la perspectiva de la bioquímica y la genética, la teoría actual sobre el modelo patogénico que lleva a la degeneración neuronal en la EA. Dado que parece que las hipótesis del A y de la tauopatía no son puestas en duda, el mayor interés radica en cómo se conectan ambas y qué otros elementos se les unen, para producir la cascada que lleva desde la producción de la pérdida de memoria episódica declarativa inicial hasta la demencia profunda de múltiples esferas cognitivas de las fases finales de la enfermedad.

     

       PATOGENIA: LA CASCADA AMILOIDE.

    Los primeros indicios sobre las causas de la EA vienen de estudios analíticos epidemiológicos, que mostraron los factores de riesgo de la misma, y que han sido completados en los últimos años con los hallazgos de biología molecular. Así, hay creciente evidencia de que la enfermedad es heterogénea en su origen y está influida por factores genéticos y del entorno. De hecho, y aunque la EA se considera una enfermedad de herencia no mendeliana, con sólo una proporción variable de casos ligados a herencia autosómica dominante, cada vez un mayor número de autores consideran que si pudiéramos valorar tiempos de evolución mayores, virtualmente todos los casos estarían asociados a factores de riesgo genético polimórficos (Selkoe, 2008).

    Se ha sugerido que diversos mecanismos juegan un papel predominante en el origen de la EA, desde los estudios de Goedert sobre la hiperfosforilación de la proteína tau (Goedert, 1992), pasando por la hiperproducción y acúmulo de amiloide (Checler, 1994), la apoptosis (Smale, 1995), la inflamación (Breinert, 1996), las alteraciones en la homeostasis del calcio (Holscher, 1998), la recurrente influencia de factores vasculares (Pasquier, 1998), diversos factores tóxicos (McKee, 1998), el estrés oxidativo (Raina, 1999), la influencia de determinados metales (Takemoto, 2010), o distintos factores de predisposición favorecidos por la edad avanzada (Moro, 2010).

    Pero sin duda el ámbito que más datos ha aportado al conocimiento de las causas de la EA es la neuropatología. Sin adentrarnos con el detalle con el que se abordará el tema en su respectivo capítulo [Ver ANATOMÍA PATOLÓGICA] es obvio que el mayor conocimiento sobre su patobiología ha partido del análisis de la composición de las placas de amiloide y de los ovillos neurofibrilares. Aunque inicialmente el papel de estas lesiones se consideró secundario, por parecer producto de las fases finales de la enfermedad, su implicación es cada vez más tenida en cuenta por llevar al conocimiento de su mecanismo subyacente.

    La hipótesis de la cascada amiloide sugiere que la producción y acúmulo de  en el cerebro es el evento primario que lleva a la formación de filamentos helicodales pareados, de filamentos rectos y posteriormente de ONF (Hardy, 1992, 1998) [Ver NEUROBIOLOGÍA DEL DETERIORO COGNITIVO]. Aunque recientemente se han descrito lesiones por amiloide intracelulares (Muirhead, 2010), las placas neuríticas o seniles (PS) contienen depósitos extracelulares de , rodeada de neuronas y dendritas distróficas, microglía activada y astrocitos reactivos, y su acúmulo parece jugar un papel predominante en la patogenia de la EA. La principal parte del  está en forma insoluble con fibrillas de 8 a 10 n, y mezclada con redes de filamentos más pequeños y con formas no fibrilares de la proteína. Pero en el cerebro de pacientes con EA también hay gran cantidad de placas que varían de formas neuríticas o maduras hasta formas más difusas, y dependiendo de su grado formadas sobre todo por depósitos granulares, no fibrilares de , y sin las alteraciones distróficas neuriticodendríticas, ni alteración micro ni astrogliar (Tagliavini, 1988) (Kang, 1987). Las placas más difusas están compuestas sobre todo por formas muy amiloidogénicas de , el 42, que es también la forma predominante en la angiopatía amiloide (Verbeek, 2000), mientras que las PS maduras, tienen mezcla de  42 y  40. Las placas difusas, ausentes a su alrededor de los fenómenos citopatológicos anteriormente mencionados, son frecuentemente encontradas en cerebros de ancianos normales y en regiones no implicadas en la sintomatología de cerebros con EA, como en cerebelo. Y se ha descrito (Cummings, 1996) una estrecha asociación cuantitativa entre la carga y localización de las placas neuríticas y el grado de afectación cognitiva.

    La Proteína Precursora de Amiloide (PPA) comprende un heterogéneo grupo de péptidos transmembrana que se expresan en la mayoría de células de nuestra economía y tiene funciones variadas, actuando como un receptor ligado a proteínas de membrana enviando señales químicas al interior celular. También se le han atribuido funciones como la inhibición del factor XIa de la coagulación, formar parte de la matriz extracelular, ser factor trófico autocrino, o regular el crecimiento axonal (Pérez, 1997). Tras su síntesis en el retículo endoplásmico, la PPA pasa al aparato de Golgi, se glicosila y empaqueta y se inserta en la membrana neuronal. Desde allí su proteolisis secuencial por dos puntos por proteasas (secretasas) produce el una proteína de 40-42 aminoácidos. En los casos en que en la proteolisis predomina la acción de las  y  secretasas se produce un péptido amiloidogénico, el 1-42, siendo la acción inicial sobre la PPA, todavía situada transmembrana, producida por  secretasa, la cual es seguida de la acción de  secretasa (o BACE). En caso de predominar la acción de la secretasa, se obtienen dos fragmentos no agregables ni patogénicos, que son depurados por el aparato de Golgi o eliminados de la célula (Sinha, 1999) (Selkoe, 2001). Estas dos vías metabólicas distintas están reguladas por fenómenos de fosforilación del segmento intracelular de PPA, catalizados por una proteína quinasa C, y estimulada probablemente por receptores muscarínicos, el estrés, las hormonas sexuales y los niveles de colesterol (Muruyama, 1996). Lo que todavía sigue sin clarificar son las consecuencias funcionales del procesamiento de la PPA, ya que aunque se han atribuido a su ectodominio funciones como la inhibición de ciertas proteasas de serinas, adhesión celular, y propiedades neurotróficas o de crecimiento de neuritas, la correlación entre los depósitos de amiloide y el grado de demencia o de pérdida neuronal no está totalmente demostrada (Robakis, 2010),

    Por otro lado, gran parte del valor que damos actualmente a la hipótesis del amiloide radica en que se han objetivado formas genéticamente determinadas de EA por mutaciones del gen de su Proteína Precursora (PPA), pareciendo la acumulación de A un evento precoz, invariable y necesario para producción de la EA familiar [Ver GENÉTICA DE LA ENFERMEDAD DE ALZHEIMER]. Otro dato a favor de esta evidencia viene de observar la sobreexpresión con efecto dosis dependiente del gen de PPA en pacientes con trisomía del 21, que parece apoyar la hipótesis de que el fenotipo de EA en la misma es producido por una copia extra del gen de PPA. Pues bien, al depósito patogénico de A parece que podemos llegar al menos por tres distintas vías: 1) Los pacientes con mutaciones del gen de la PPA muestran fenotípicamente aumento de producción de A o A42, que conlleva un incremento de sus niveles en áreas cerebrales relacionadas con cognición y memoria (Haass, 1994). En concreto el gen de PPA parece afectado por una mutación “missense” que aumenta la rotura amiloidogénica de PPA mediada por  secretasa (que produce exceso de producción de A40 o 42) o  secretasa (que aumenta selectivamente la de A42); 2) En el caso del polimorfismo del gen de APOE 4, pacientes con una o dos copias del mismo presentan aumento de densidad del A en las placas y en vasos, por incremento de su agregación o disminución de su depuración celular (Ma, 1994), incrementando la formación de placas neuríticas, no difusas (Holtzman, 2000); y 3) Con respecto a las Presenilinas 1 y 2, estas producen la patología por un mecanismo de ganancia de función. Se ha visto en pacientes y modelos animales con mutaciones de las mismas aumento mediado por secretasa de la producción de A42, con desarrollo precoz de placas maduras o difusas (Lemere, 1996). Probablemente esto ocurre al ser las presenilinas el componente catalítico de la  secretasa y por el papel facilitador de la vía de señalización intercelular mediada por el receptor de superficie celular Notch, que interfiere el paso de proteínas como PPA a través de membranas (Naruse, 1998).



      PATOGENIA: LA IMPLICACIÓN DE TAU Y SU RELACIÓN CON LA CASCADA AMILOIDE.

    La hipótesis de la tauopatía postula que el evento esencial en la patogenia de la EA es la hiperfosforilación de una proteína asociada a los microtúbulos, la proteína tau, con la posterior formación de los ONF (Goedert, 1999), principalmente sugerido por los estudios neuropatológicos de Braak y Braak (1991) sobre su presencia en el área entorrinal, hipocampo, amígdala y córtex de asociación fronto-temporo-parietal. Los ONF son masas intracitoplasmáticas de fibrillas finas y tortuosas, con ultraestructura compuesta por FPH de 10 n, a veces interpuestos con filamentos rectos (Wisniewski, 1976). Los FPH están formados por una proteína asociada a los microtúbulos, tau, y se encuentran también en algunas neuritas distróficas de la PS, e incluso dispersas en el neuropilo cortical. La proteína madura contiene dos regiones diferenciadas, una para unirse a los microtúbulos y la segunda para su adhesión a proteínas del citoesqueleto neuronal y de membrana. La proteína tau presente en los ONF está en una forma parcialmente insoluble, hiperfosforilada (Goedert, 1992) (Grundke-Iqbal, 1986), y frecuentemente mezclada con ubiquitina. [Ver NEUROBIOLOGÍA DEL DETERIORO COGNITIVO] En el proceso de fosforilación (De Ture, 2002) intervienen varias quinasas, y está en equilibrio con los fenómenos de defosforilación. La polimerización de tau es un fenómeno pluricausal en el que intervienen distintos factores, aumentando la velocidad o la distribución de su agregación, bien sea por hiperfosforilación (lo principal en la EA), por mutaciones de la misma (como ocurre en la DFTP-17), por cambios en la composición del medio intracelular, por modificaciones postraduccionales como oxidación o glicosilación, o por factores añadidos como la influencia de APOE o ubiquitina.



    Aunque la patogenia de la EA parece unir ambas lesiones, PS y ONF, lo cierto es que cualquiera de ellas puede ocurrir en cerebros normales o en otras enfermedades neurodegenerativas en ausencia de la otra. Incluso en la EA existen formas con escasos ovillos o escasas placas, habiendo casos entre el espectro continuo de unas a otras formas, en los cuales habitualmente aparecen otras lesiones para cubrir la falta de las previas, como los cuerpos de Lewy. El hecho de que existan enfermedades en que los ONF estén presentes sin depósito de  (Kufs, PSP) sugiere que los ovillos pueden surgir como consecuencia de distintos daños neuronales, siendo lo más plausible en la EA que la formación de ovillos y de neuritas distróficas ricas en FHP representa la respuesta neuronal que lleva a la agregación y posterior acúmulo de  (Selkoe, 2008). Sin embargo un dato en contra de la conexión entre la vía anómala de tau y la de A es el hecho de que formas de demencia devastadoras como la Frontotemporal con Parkinsonismo Asociada al Cromosoma 17 (DFTP-17), en las que existe extensa formación de ONF y alteraciones bioquímicas de los microtúbulos, sin Amiloidosis. Y de ello surge igualmente un recurrente tema de debate sobre la patogenia de la EA, si los ONF o las PS son las primeras lesiones en aparecer, y por tanto tendrían un papel causal sobre las posteriores. Tanto las mutaciones de tau en la DFTP-17 como las de APP y Presenilinas (Goedert, 2000), como la reciente implicación de la activación de calpaina (Garg, 2010) orientan a que el acúmulo de tau sigue al de A.

    Y con lo anterior, lo que parece más consensuado sobre la cascada patogénica en la EA, es que las mutaciones del gen de PPA y de presenilinas y el fallo en los mecanismos de aclaramiento celular de A llevan al aumento de producción o al acúmulo de A42 en tejido cerebral. Tras un proceso de oligomerización y fibrilización de parte de sus péptidos y paralelamente a la formación de placas, se produciría una pérdida de la eficacia sináptica, activación microgliar y astrocítica, liberación de citoquinas con aumento de respuesta inflamatoria (Atwood, 2001), alteración de la homeostasis neuronal y daño oxidativo con aumento de radicales libres (Perry, 2001). Esto llevaría a alterar la función de kinasas y fosfatasas, que disociaría a tau de los microtúbulos, promovería su hiperfosforilización y su ensamblaje en FHP, que darían lugar a los ONF y finamente al daño sináptico y neuronal que produciría la demencia (Ávila J, 2001) (Selkoe, 2008).

    De forma más detallada, el efecto tóxico del amiloide parece debido a su unión con receptores celulares específicos tipo basurero o scavangers y con receptores de productos terminales de la glicosilación. Dado que estos receptores se encargan de digerir proteínas extracelulares alteradas, su unión al amiloide produciría formación de radicales libres y muerte celular por apoptosis (Yamazaki, 1996). Además, la unión de A a las células de la microglía libera y forma igualmente radicales libres y productos citotróficos que atraen y activan nuevas células de glía, implicando a las células de la serie blanca en procesos inflamatorios y amplificando el daño celular local. Por su parte, la hiperfosforilación de tau recoloca la proteína desde los axones al compartimento dentrítico, dificulta su unión a los microtúbulos y altera el trasporte axonal y la estructura del citoesqueleto. Además se induce la síntesis de COX2 y prostaglandinas, iniciando la cascada del complemento, aumentando el proceso inflamatorio.

    Todas estas vías fisiopatogénicas abiertas son actualmente el sustrato para el intento de una terapéutica etiológica que realmente cambie el curso de esta devastadora enfermedad de nuestro tiempo. Pero también quedan sin resolver dudas como el papel de la apoptosis neuronal, la diferente implicación del A intra o extracelular, o porqué parece haber individuos, e incluso poblaciones de neuronas en individuos concretos, con mayor susceptibilidad al daño patogénico. Para encontrar las respectivas contestaciones necesitaremos todavía esperar un tiempo.

     

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