B. Tipos de calcificación
3.3. PROMOTORES E INHIBIDORES DE LA CALCIFICACIÓN
La CV es un proceso precisamente regulado que comparte similitudes con la mineralización y remodelación ósea, con la desdiferenciación fenotípica de CML maduras en un fenotipo
36 osteogénico que es un evento clave en la CV. Las alteraciones en la respuesta de los genes, incluyendo la proteína morfogenética ósea -2 (BMP2), el factor de transcripción 2 relacionado con runt (RUNX2), la osteopontina (OPN), la osteoprotegerina (OPG), la proteína GLA de la matriz fosfoproteína específica de hueso (MGP) y la fosfatasa alcalina, la inflamación, el estrés oxidativo, altos niveles de calcio y fosfato están involucrados en la transición de las CVML maduras a un fenotipo osteogénico (Jianghua 2017) (Figura 8).
Figura 8. Una descripción general de los factores e inhibidores relacionados con la calcificación en la célula del músculo liso vascular.
El calcio, el fosfato, el activador del receptor del ligando del factor nuclear kB (RANKL) y la proteína morfogenética ósea (BMP) 2/4 contribuyen a la calcificación en las regiones ateroscleróticas ricas en inflamación y apoptosis. La proteína del ácido g-carboxiglutámico (MGP), osteoprotegerina (OPG), Klotho, fetuina-A, pirofosfato (PP) y osteopontina (OPN) actúan a varios niveles en la cascada de calcificación para prevenir la calcificación. El PP es generado por la nucleótido pirofosfatasa/fosfotransferasa-1 (ENPP1) a partir del nucleótido trifosfato o por la transferencia por la proteína anquilosa transportadora de PP (ANK); El PP es escindido por la fosfatasa alcalina específica de tejido (TNAP). El fosfato soluble entra intracelularmente a través del co-transportador de fosfato dependiente del sodio 1 (Pit-1), se une al calcio y crea cristales de fosfato de calcio; el cristal de fosfato de calcio favorece las vesículas de la matriz y la calcificación vascular. Por el contrario, el activador del receptor para la interacción del factor nuclear kB (RANK) - RANKL induce la diferenciación y activación de los osteoclastos para promover la calcificación vascular. La apoptosis produce cuerpos apoptóticos deficiency predisposes SMCs to transform into
osteoblast-like cells and initiate mineralization in response to phosphate uptake. OPG is a regulatory factor with roles in bone turnover, inhibiting osteo-clast differentiation, and serving as a decoy for the receptor activator of nuclear factorkB (RANK) ligand (86). The differentiation and activation of osteoclasts are regulated by RANK ligand binding to RANK; OPG blocks the receptor activator of nuclear factor kB ligand (RANKL)–RANK interaction. The OPG/RANKL/
RANK system expressed both in clinical and experi-mental atherosclerosis and enhanced T-cell expres-sion of RANKL is an important feature of unstable
angina(87). OPG treatment reduced both intimal and medial calcification in LDL–/–mice and rats receiving vitamin D and warfarin(88,89).
In human specimen analysis, MGP was observed in both intimal and medial SMCs, and BMP4 was observed in early lesions (type I and II). In advanced lesions, BMP2, BMP4, and OPG in intimal SMCs located at the shoulder of fibroatheroma were observed, whereas MGP, OPN, and BMP4 were expressed in foam cells in the lipid core(90). OPG, OPN, and MGP at sites of microcalcification were observed in early coronary plaque from individuals experiencing sudden cardiac death(54). The balance
F I G U R E 2 An Overview of Calcification-Related Factors and Inhibitors in Vascular Smooth Muscle Cell
Vascular Calcification
Calcium, phosphate, receptor activator for nuclear factorkB ligand (RANKL), and bone morphogenetic protein (BMP)2/4 contribute to calcification in the atherosclerotic regions rich in inflammation and apoptosis. Matrixg-carboxyglutamic acid protein (MGP), osteoprotegerin (OPG), Klotho, fetuin-A, pyrophosphate (PP), and osteopontin (OPN) act at various levels in the calcification cascade to prevent calcification.
PP is generated by nucleotide pyrophosphatase/phosphotransferase-1 (ENPP1) from nucleotide triphosphate or from transfer by the PP transporter ankyloses protein (ANK); PP is cleaved by tissue-specific alkaline phosphatase (TNAP). Soluble phosphate enters intracellularly via sodium-dependent phosphate co-transporter 1 (Pit-1), binds to calcium and creates calcium-phosphate crystal; calcium-phosphate crystal promotes matrix vesicles and vascular calcification. Conversely, the receptor activator for nuclear factorkB (RANK)–RANKL interaction induces differentiation and activation of osteoclasts to promote vascular calcification. Apoptosis produces apoptotic bodies and provides a nidus for vascular calcification.(a)MGP binds to and inhibits BMP. Vitamin K (Vit K), which is inhibited by warfarin, is required for activation of MGP and BMP2/4 inhibition.(b)PP inhibits precipitation of calcium phosphate.(c)Fetuin-A prevents calcium phosphate growth and reduces calcium-induced apoptosis in vascular smooth muscle cells.(d)OPN inhibits calcification when phosphorylated.(e)Klotho suppresses Pit1/2 expression and inhibits phosphate uptake by vascular smooth muscle cells.(f)OPG is a decoy for RANKL and blocks the RANK–RANKL interaction.
J A C C : C A R D I O V A S C U L A R I M A G I N G , V O L . 1 0 , N O . 5 , 2 0 1 7 Nakaharaet al.
M A Y 2 0 1 7 : 5 8 2–9 3 Coronary Artery Calcification
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37
y proporciona un nido para la calcificación vascular. (a) La MGP se une e inhibe la BMP. La vitamina K (Vit K), que es inhibida por la warfarina, se requiere para la activación de la inhibición de MGP y BMP2/4. (b) PP inhibe la precipitación de fosfato de calcio. (c) Fetuina-A previene el crecimiento de fosfato de calcio y reduce la apoptosis inducida por calcio en las CVML. (d) OPN inhibe la calcificación cuando se fosforila. (e) Klotho suprime la expresión de Pit1/2 e inhibe la captación de fosfato por las células del músculo liso vascular. (f) OPG es un señuelo para RANKL y bloquea la interacción RANK-RANKL. (Tomada de Nakahara 2017).
En general, el desarrollo de la calcificación tisular requiere una lesión preexistente como inductor, mientras que la progresión adicional requiere la presencia de otros factores promotores (como hipercalcemia y/o hiperfosfatemia) y/o una deficiencia en los factores represores de calcificación (Inhibidores de la cristalización y mecanismos de defensa celular) (Grases 2007).
Una vez que el equilibrio entre la capacidad total de los inhibidores y los inductores se inclina, la CV puede ocurrir (Figura 9). Varios de estos inductores de calcificación aumentan y, simultáneamente, los inhibidores activos disminuyen, lo que probablemente explica la prevalencia extremadamente alta de la calcificación de la íntima vascular, medial y valvular (Yamada 2017).
Figura 9. Desequilibrio entre inductores activos e inhibidores de la calcificación vascular.
Los vasos y las válvulas se mineralizan cuando los inductores activos exceden la capacidad de los inhibidores activos. Los inductores activos aumentan y los inhibidores activos disminuyen con el envejecimiento, la diabetes mellitus y la ERC. AGEs, productos finales de glicación avanzada; BMP, proteína morfogenética ósea; ERC, enfermedad renal crónica; LDL, lipoproteínas de baja densidad; MGP, proteína matriz Gla; OPG, osteoprotegerina; OPN, osteopontina; PTH, hormona paratiroidea (Tomada de Yamada 2017).
38 3.3.1. Productos finales de glicación protéica avanzada no enzimática
(AGEs)
La glicación no enzimática, descrita por primera vez por Louis Camille Maillard a principios del siglo XX (y ahora conocida como reacción de Maillard) (Engelen 2013), puede darse sobre la mayoría de biomoléculas, como son las proteínas, las bicapas lipídicas o sobre el ADN, la mayor parte de patologías asociadas a la DM aparecen debido a la glicación no enzimática de proteínas (GP) que presentan una baja velocidad de recambio. La glicación de proteínas implica una serie de condensaciones, reordenamientos, fragmentaciones y modificaciones oxidativas que resulta en la generación de AGEs. Estos productos poseen una gran cantidad de variaciones estructurales a nivel secundario y terciario y, en consecuencia, alteran las propiedades funcionales de las proteínas (Ahmer 2005, Goldin 2006).
Hay tres rutas para la formación de AGEs: 1) vía autooxidativa en la cual los azúcares dan lugar a productos reactivos por autooxidación, 2) reordenamiento de amadori, y 3) desde la base de Schiff. Además, los humanos también están expuestos a AGEs exógenos que se ingieren con alimentos. Se han detectado más de una docena de AGEs en los tejidos y se pueden dividir en tres categorías: 1. AGEs de reticulación fluorescentes, como pentosidina y líneas cruzadas (crossline). 2. AGEs de reticulación no fluorescentes, tales como reticulaciones de imidazol dilisina, de alquilformilglicosilpirrol (AFGP) y de imidazol arginina-lisina (ALI). 3. AGEs no reticulantes, tales como pirralina y N-carboximetil-lisina (CML) (Singh 2014).
La GP se inicia con la condensación, en el grupo amino libre de reacción de glucosilación, de una estructura protéica y un monosacárido reductor (por ejemplo: glucosa), también, están involucrados varios compuestos de carbonilo. La reacción de glucosilación es lenta, reversible en las primeras etapas. Los productos de Amadori, formados a través de la reacción entre un aldehído y un grupo amino protéico, pueden ser oxidados (por ejemplo, por especies reactivas del oxígeno (ROS)), generando así AGEs (Radoi 2012).
De forma paralela, tanto la glucosa, la base de Schiff y el compuesto de Amadori pueden sufrir reacciones de auto-oxidación, las cuales producen radicales libres y pequeños compuestos carbonílicos altamente reactivos. Estos, pueden reaccionar nuevamente con otros aminoácidos,
39 induciendo la formación de nuevos AGEs, e incrementando el daño proteico iniciado en primera instancia por la glucosa (Fu 1996, Thornalley 1999) (Figura 10).
Figura 10: Vías endógenas de formación de AGEs.
Las reacciones no enzimáticas del grupo aldehídico de azúcares reductores con grupos amino de proteínas producen las correspondientes bases de Schiff, que se someten a un reordenamiento de Amadori para dar cetoaminas. Además, la ruta del poliol, la glicoxidación y la inflamación producen compuestos carbonílicos altamente reactivos, que reaccionan con proteínas y forman diferentes AGEs (Tomada de Del Turco 2012).
El estrés carbonilo es un mecanismo de producción de especies reactivas (RCS) que se originan por una multitud de vías mecánicamente relacionadas, como la glicación, autooxidación de azúcares, metabolismo del ácido amino, la peroxidación lipídica, y los rayos ultravioleta (UV). Un paso importante en las reacciones de glicación es la generación de productos intermedios reactivos en el curso de todas las etapas y las vías de glicación. Estos compuestos son conocidos como dicarbonilos (a-oxaloaldehído) e incluyen productos tales como 3-desoxiglucosona (3-DG), glioxal (GO) y metilglioxal (MGO). La 3-DG está formada por un reordenamiento no oxidativo e hidrólisis del producto de Amadori y por fructosa-3-fosfato, un intermedio de la vía de los polioles;
3-DG reacciona rápidamente con grupos amino de proteínas para formar AGEs como imidazolona, pirralina, y carboximetil lisina (CML). MGO puede ser producido por vías no enzimáticos de descomposición espontánea de fosfatos de triosa, autooxidación de hidratos de carbono y la degradación de la glucosa, y también por varias rutas metabólicas menores, incluyendo la reacción patients, the conditions needed to promote AGE formation
are all present and are further accentuated by accompanying renal failure [7]. AGEs trigger proinflammatory, profibrotic, and procoagulant cellular responses that are capable of damaging tissues, often targeting particular organs. AGEs are implicated in the atherosclerotic process through at least two mechanisms: by direct tissue deposition and by interac-tion with the receptor for AGEs (RAGE); as a consequence of tissue deposition, AGEs directly crosslink to proteins of the extracellular matrix (ECM), leading to artery stiffness and
‘‘trapping’’ of other macromolecules [8]. The second mecha-nism by which AGEs exert their detrimental effects is through receptor-mediated pathways, and RAGE is the most extensively studied receptor [9]. The AGE-RAGE interaction alters cellular signaling, promotes gene expression and enhances the release of proinflammatory molecules [10]. The RAGE may interact not only with AGEs but also with a diverse repertoire of ligands, including S100/calgranulins and amphoterin, proinflammatory ligands that like AGEs amplify the atherosclerotic process [11]. During atherogene-sis, this multiligand receptor is highly expressed in activated endothelial cells (ECs), vascular smooth muscle cells (SMCs), and inflammatory cells, and through interaction with its ligands initializes and sustains the pathological processes leading to atherosclerotic lesions in the arterial intima [11].
Experiments that have used transgenic mouse models, pharmacological blockade of RAGE, or genetic deletion or modification of RAGE indicate that modulation of RAGE expression or function affects the atherosclerotic process [12].
The purpose of this review is to provide an overview of this understanding of AGEs and RAGE, their plausible role in the development, progression, and instability of
atheroscler-otic lesions, and the potential therapeutic implications of modulating this biological system.