INTRODUCCION

La hipertrofia cardiaca (HC) se define macroscópicamente como un incremento del grosor de la pared y/o el septo interventricular1; en la célula se caracteriza por un incremento del tamaño del cardiomiocito, con aumento de la síntesis proteínica y un cambio en la organización de la estructura sarcomérica2. Aunque inicialmente la HC constituye una respuesta compensatoria que normaliza transitoriamente el estrés biomecánico y optimiza la función de la bomba cardiaca, la hipertrofia miocárdica prolongada es un factor de riesgo de gran importancia para el desarrollo de insuficiencia cardiaca3,4. La dicotomía entre hipertrofia adaptativa e inadaptativa se ha descrito desde hace más de un siglo (Osler, 1892), pese a lo cual los mecanismos que determinan la progresión de hipertrofia a insuficiencia cardiaca aún están poco claros.

Desde un punto de vista fenotípico se distinguen 2 formas de HC, una concéntrica, secundaria a sobrecarga de presión y caracterizada en la célula por la adición en paralelo de sarcómeros con crecimiento lateral de los cardiomiocitos, y otra excéntrica, debida a sobrecarga de volumen, caracterizada por adición de sarcómeros en serie con un crecimiento celular longitudinal5. En las moléculas, estos cambios en el fenotipo celular se acompañan de una reinducción del así llamado «programa fetal», cuyo patrón de expresión, como se expondrá más adelante, presenta algunas similitudes con el observado durante el desarrollo embrionario2.

La HC acompaña a muchas formas de cardiopatía, incluida la enfermedad isquémica, la hipertensión arterial (HTA), la insuficiencia cardiaca y las valvulopatías. Desde un punto de vista patogénico, estos distintos procesos patológicos inducen un crecimiento del cardiomiocito, ya sea por un incremento en la tensión mecánica o en respuesta a un aumento de la estimulación neurohormonal. Esta distinción, sin embargo, obedece a razones didácticas, pues en condiciones fisiopatológicas, ambos tipos de estímulos están presentes simultáneamente y las vías intracelulares que se activan presentan diversas interconexiones entre sí6-8. Estos procesos, finalmente, conducen a la activación de los genes tempranos (c-jun, c-fos, c-myc) y de los genes fetales (factor natriurético atrial [ANF], cadena pesada de la miosina β [β-MHC] y alfa-actina esquelética [SKA], entre otros), que son considerados y utilizados como los marcadores de la respuesta hipertrófica8 (fig. 1).

Fig. 1. Esquema general de los eventos que tienen lugar en el proceso hipertrófico del cardiomiocito.

Si bien la concepción del corazón como un órgano posmitótico ha sido puesta en duda de manera reciente9-11, se acepta ampliamente que el cardiomiocito no reentra en el ciclo celular, por lo que muchas de las vías de señalización intracelular que en otros tipos celulares regulan la proliferación celular, en el miocito cardiaco, en cambio, modulan el crecimiento hipertrófico12,13. Este efecto es llevado a cabo a través de la convergencia de señalizaciones y cascadas citoplasmáticas en el núcleo donde, entre otras cosas, activan o inhiben proteínas capaces de regular la expresión génica, conocidas como factores de transcripción. Hay una variedad considerable de factores de transcripción que parecen desempeñar un papel en la regulación de los eventos que conducen a la activación del programa genético de HC14-16. Durante los últimos años se ha hecho cada vez más evidente que los distintos factores de transcripción que participan en la respuesta hipertrófica no actúan de forma independiente, sino que presentan diversas interacciones estructurales y/o funcionales entre sí, eventos que en el músculo cardiaco están comenzando a comprenderse en su magnitud real y que parecen bastante más complejos que los que tienen lugar en otros tipos celulares, como el miocito esquelético17,18.

La noción tradicional de que la HC tiene un papel compensador ha sido cuestionada recientemente2, lo que ha estimulado la investigación en torno a los eventos moleculares implicados en sus aspectos inadaptativos, como la arritmogenicidad y la evolución a insuficiencia cardiaca. También es necesario, para avanzar en la comprensión de esta condición, identificar en detalle las similitudes y diferencias que tienen lugar en los sistemas de señalización encargados de promover la generación de una respuesta hipertrófica patológica frente a una fisiológica. En conjunto, estas nuevas líneas de investigación podrían permitir la modulación del crecimiento hipertrófico, de manera que se podría conseguir un beneficio clínico sin provocar un compromiso hemodinámico.

A continuación describiremos sinópticamente los eventos que ocurren en las moléculas en la respuesta hipertrófica patológica, con especial énfasis en las nuevas líneas y caminos que se han abierto en la investigación básica de los últimos años.

EL ESTÍMULO HIPERTRÓFICO Y SUS RECEPTORES

El estrés biomecánico del miocardio puede producirse por 2 tipos de noxas: el estiramiento mecánico y la liberación de factores neurohumorales7. El estrés mecánico inducido por estiramiento físico de cardiomiocitos adultos y neonatales es suficiente para inducir una respuesta genética y fenotípica hipertrófica, incluso en ausencia de factores humorales y neuronales8. Pese a su importancia fisiopatológica, poco se sabe acerca de cómo es percibido este estrés biomecánico por el cardiomiocito y cómo esto es traducido en señales intracelulares prohipertróficas. Aunque el estímulo mecánico activa múltiples mensajeros y vías de señalización intracelulares, no se sabe con seguridad cuáles se activan directamente y cuáles son estimuladas a través de otros agentes. Tampoco está clara la secuencia temporal de los eventos, pues el momento temprano de activación de los segundos mensajeros no se ha determinado de manera sistemática.

Tradicionalmente se asume que una molécula mecanosensible debe tener algún tipo de interacción con la membrana plasmática para poder cuantificar la tensión de ésta. La tensión ha sido largamente reconocida como un regulador bioquímico de la actividad de muchos tipos de células como, por ejemplo, el miocito esquelético19, donde la fuerza generada sobre la membrana es suficiente para alterar una variedad de actividades enzimáticas20. Debido a esto, se han propuesto diversos tipos de moléculas candidatas para cumplir este papel, entre las que destacan los canales iónicos21,22, las integrinas23 y las tirosincinasas24. Desde hace algunos años, el disco Z del sarcómero ha acaparado un interés creciente como candidato para cumplir el papel de mecanotransducción25,26. Los cardiomiocitos derivados de ratones que carecen de la proteína MLP (muscle LIM protein), normalmente presente en el disco Z, presentan una ausencia selectiva de respuesta frente al estiramiento mecánico, pero responden normalmente a agonistas de receptores unidos a proteína G; por otra parte, en humanos, una mutación en el gen de MLP que redunda en una disrupción de la unión teletonina/T-cap conduce a cardiomiopatía dilatada26. Recientemente, Frey et al27 describieron una nueva familia de proteínas específicas del disco Z del sarcómero de músculo estriado, denominadas calsarcinas, capaces de interactuar tanto con teletonina/T-cap como con calcineurina, lo que indica un posible papel como vínculo entre la captación del estímulo mecánico y la señalización hipertrófica27.

Pese a lo incompleto de nuestro conocimiento respecto a sus receptores y vías de transducción, la importancia del estímulo mecánico en el desencadenamiento del proceso hipertrófico se encuentra avalada por gran cantidad de evidencias provenientes de estudios de diversa índole8, y hoy día se acepta que la tensión mecánica actúa como el estímulo inicial en la serie de eventos que conducen al crecimiento miocitario in vivo6. Esto ha llevado a la búsqueda de mejores modelos experimentales que permitan simular con fidelidad la situación en la que se encuentra el cardiomiocito in vivo, por lo que la oferta de aproximaciones metodológicas para estimular mecánicamente a estas células es hoy día considerable.

El miocardio de un paciente hipertenso está alterado, no sólo en el ventrículo izquierdo expuesto directamente a la sobrecarga hemodinámica, sino también en el septo interventricular y en el ventrículo derecho7. Por otra parte, en un miocardio infartado se observan modificaciones fenotípicas en regiones distales a la necrosada. Estas evidencias indican que, junto con el componente mecánico que actúa en la región miocárdica que recibe directamente el estrés, intervienen factores humorales que ejercen su acción de manera más difusa7. Diversos son los factores humorales que pueden actuar como un estímulo hipertrófico en el cardiomiocito, y distintas son las consecuencias de su activación. Un primer grupo está compuesto por los factores de crecimiento (factor de crecimiento transformante tipo β [TGF-β], factor de crecimiento fibroblástico [FGF], factor de crecimiento análogo a la insulina [IGF], entre otros)28,29 que, por medio de su acción en receptores de membrana con actividad tirosincinasa, activan una cascada de segundos mensajeros intracelulares que, finalmente, conduce a un patrón de crecimiento normal, característico del crecimiento miocitario posnatal (también denominado eutrofia) y del crecimiento hipertrófico fisiológico o adaptativo.

Un segundo tipo de estímulo humoral para el crecimiento del cardiomiocito procede de la estimulación de receptores heptahelicoidales unidos a proteína G, entre los que destacan los receptores α1-adrenérgicos para epinefrina y norepinefrina, el receptor AT1 para angiotensina II (Ang II) y el receptor ET para endotelina-1, todos los cuales han sido relacionados con el desarrollo de HC patológica y su eventual progreso a insuficiencia cardiaca12,30. En modelos experimentales y síndromes clínicos de insuficiencia cardiaca, los antagonistas o inhibidores de síntesis de estos receptores han modulado la respuesta hipertrófica y mejorado el pronóstico31. De todos éstos, el más estudiado ha sido la Ang II. En efecto, hoy día se acepta que, junto con sus acciones reguladoras del tono vasomotor y del líquido extracelular, la interacción de Ang II con sus receptores tipo 1 (AT1) media la respuesta de las células miocárdicas al estrés biomecánico, tanto las que conducen a su hipertrofia32 como las implicadas en su remodelado33. Cabe señalar que, si bien los distintos agonistas de receptores heptahelicoidales comparten un patrón de señalización común, hay importantes diferencias en la respuesta cardiaca a estos agentes, y que el papel individual de las catecolaminas frente a la renina-angiotensina en la respuesta hipertrófica aún debe ser definido34.

Tanto los cardiomiocitos como los vasos sanguíneos poseen receptores para mineralocorticoides, cuya estimulación puede activar importantes mecanismos fisiológicos y patológicos. La infusión periférica de aldosterona en ratas con una dieta rica en sodio conduce a hipertrofia y fibrosis cardiaca, efecto que es independiente del aumento de la presión arterial35. El mecanismo causante de la HC secundaria a la administración de aldosterona es materia de investigación. Se ha notificado que la aldosterona incrementa la densidad del receptor AT1, tanto del ARNm como de la proteína del tejido cardiovascular36, y que el tratamiento con losartán previene parcialmente la HC y la fibrosis miocárdica inducidas por aldosterona en ratas37. Por otra parte, la aldosterona parece estar también relacionada con un aumento en la actividad de la fosfatasa calcineurina que, como se comentará más adelante, está implicada en el proceso hipertrófico; el tratamiento de ratas con FK506, un inhibidor de la calcineurina, previene parcialmente los efectos prohipertróficos de la aldosterona37. Además, diversos estudios señalan que la aldosterona tiene un efecto profibrótico directo, que estaría relacionado con la activación de mediadores inflamatorios y cambios necróticos38-40. Estos eventos parecen ser los causantes, al menos en parte, del efecto clínico de la eplerenona, un antagonista selectivo del receptor de mineralocorticoides, en pacientes con insuficiencia cardiaca y disfunción ventricular izquierda secundaria a infarto agudo de miocardio41.

Las citocinas inflamatorias han sido motivo de un creciente interés para la investigación cardiovascular. A través de su acción local desempeñan un papel no sólo en la patogenia de la aterosclerosis, sino también en la disfunción cardiaca que acompaña a la sepsis sistémica, la miocarditis viral y otras enfermedades42,43. Una de las que más atención ha acaparado es interleucina-6 (IL-6) (también conocida como cardiotropina 1), un polipéptido de 185 aminoácidos que desempeña numerosas funciones biológicas, tanto proinflamatorias como antiinflamatorias, mediadas por su unión a su receptor (IL-6R) y la glucoproteína 130 (gp130)44. Desde hace algunos años se han publicado resultados que relacionan la IL-6 con el desarrollo de HC. Así, se ha notificado que los cardiomicitos neonatales cultivados in vitro, al ser expuestos a dosis crecientes de IL-6, muestran un aumento de tamaño, y que la sobreactivación de la vía de señalización de gp130 conduce a HC en ratones45. Estos resultados han sido ampliados en trabajos posteriores en los que, además, se ha descrito un aumento de la expresión de IL-6 en el miocardio de pacientes con HC que fallecieron por infarto al miocardio, aumento que al parecer se relacionaría con la patogenia de la hipertrofia observada46.

Es imprescindible recalcar que la aparente separación de estímulos, que aquí se ha realizado con fines explicativos, no se produce en la situación fisiopatológica real, en la que hay una intrincada red de interconexiones entre estos elementos, lo que dificulta considerablemente su estudio y llama a la cautela a la hora de interpretar los fenómenos comunicados. Por otra parte, cabe recordar que dos tercios de la población celular del corazón normal está compuesta por células no musculares, en su mayoría fibroblastos47,48, cuya importancia en la patogenia de diversos procesos patológicos, como la HC y el remodelamiento miocárdico, parece ser crucial, de acuerdo con numerosas evidencias49,50. En respuesta a diversos tipos de estrés, estas células presentan una modificación fenotípica, con expresión de marcadores característicos de la célula muscular lisa, por lo que se las denomina miofibroblastos, que producen y liberan sustancias como factores de crecimiento, citocinas, proteínas de la matriz extracelular (MEC) y proteasas51,52. Tanto los fibroblastos como los miofibroblastos desempeñan un papel importante en la regulación de la síntesis y la degradación de la MEC, cuya composición y cantidad es el resultado de un fino balance entre la síntesis de colágeno (y otras proteínas en menor medida) y la actividad de metaloproteasas e inhibidores tisulares de metaloproteasas53. La rotura de este delicado equilibrio puede conducir a cambios fibróticos que, junto con la HC, la proliferación fibroblástica y la muerte celular, constituyen el fenómeno de remodelamiento54.

El «diálogo cruzado» entre fibroblastos y cardiomiocitos parece desempeñar un papel tanto en la situación fisiológica como en la patogenia de la HC y otras enfermedades. Por ejemplo, el estiramiento mecánico de cardiomiocitos induce la liberación de Ang II, la cual a su vez provoca la liberación de múltiples factor es de crecimiento y citocinas por parte de los fibroblastos y miofibroblastos, que los afectan a ellos mismos por mecanismos autocrinos y a otros tipos celulares de modo paracrino, entre ellos, los cardiomiocitos. De este modo, las evidencias disponibles indican que, así como los agentes paracrinos liberados por los fibroblastos cardiacos son relevantes en la inducción de la respuesta hipertrófica del cardiomiocito, las actividades paracrinas de estos últimos son también importantes para la regulación de la función fibroblástica55,56. Además, el corazón posee otros tipos celulares, como células endoteliales, pericitos, células musculares lisas y células del sistema inmunitario, que también participan en esta red de comunicaciones y que probablemente desempeñan un papel en la patogenia del remodelado miocárdico, que a su vez puede afectar al curso y la progresión de la HC a insuficiencia cardiaca57.

Señalización intracelular en el cardiomiocito hipertrófico

La transducción de señales en respuesta al estrés mecánico se caracteriza por la multiplicidad de vías que son activadas de forma simultánea58. Así, en cardiomiocitos en cultivo, el estrés mecánico produce la activación de fosfolipasas C, D y A2 (PLC, PLD y PLA2), tirosincinasas, p21ras, Raf-1, proteincinasas activadas por mitógenos (MAPK) y sus activadores, JNK-cinasas, proteincinasa C (PKC) y probablemente otras moléculas6,8. Éste es uno de los temas que más atención ha acaparado en los últimos años y cabe esperar que con los nuevos avances aumente el ya gran número de segundos mensajeros que se sabe que forman parte del proceso.

El estrés mecánico en los cardiomiocitos activa la PLC, así como la PLD y la PLA2, lo que genera varios segundos mensajeros derivados de lípidos, como el inositol-1,4,5-trifosfato (IP3), el diacilglicerol (DAG), el ácido araquidónico y el ácido fosfatídico8. Se han propuesto varios posibles mecanismos e intermediarios para la activación de fosfolipasas en respuesta al estímulo mecánico, entre los cuales destaca c-src, Ang II24 y el aumento del calcio intracelular a través de la activación de canales catiónicos permeables a calcio y sensibles a gadolinio59. Si bien estas alternativas resultan sumamente atractivas, ninguna de ellas ha demostrado ejercer efectivamente el papel de intermediaria entre el estiramiento de la membrana y la activación de las fosfolipasas12. También se ha señalado que el estímulo mecánico podría favorecer la accesibilidad de las fosfolipasas asociadas con la membrana a su sustrato. En sistemas de bicapas lipídicas, la actividad de PLC puede incrementarse a través de la elevación de la presión sobre l a monocapa, lo que expande el espacio entre los fosfolípidos y permite el acceso de las fosfolipasas a la porción hidrofóbica de sus sustratos58. Pese a lo interesante de esta hipótesis, hasta la fecha no hay una evidencia sólida que la soporte.

La activación de la PLC determina una liberación de IP3 (que a su vez produce liberación de calcio desde los depósitos intracelulares) y de DAG, lo que finalmente conduce a la activación de la PKC, la cual desempeña un importante papel en la expresión de genes tempranos frente a estrés mecánico, tales como c-fos y Erg-16. De las diversas isoformas de PKC, las funcionalmente más relevantes en el corazón de mamíferos son la PKCα y β (pertenecientes al grupo convencional y activadas en respuesta al aumento de calcio intracelular y al DAG), y la PKCδ y ε (activadas por DAG sin requerimientos de calcio)60. El papel que estas isoformas desempeñan en la patogenia de la hipertrofia cardiaca adaptativa e inadaptativa en el corazón humano no está del todo claro y es materia de discusión, debido a la gran redundancia funcional entre las distintas isoformas y a las variaciones interespecies que se han detectado en su expresión y actividad34. Pese a estas limitaciones, el consenso actual es que, de estas isoformas, probablemente sea la PKCβ la que desempeñe un papel más significativo en la HC inadaptativa, en tanto que las restantes tendrían funciones relacionadas con la regulación de fenómenos tales como la contractilidad miocárdica, la respuesta a la isquemia y/o el crecimiento fisiológico del cardiomiocito, y una menor participación en la patogenia de la hipertrofia patológica61-64.

Diversas evidencias señalan que el estímulo de crecimiento celular miocitario, así como varios estrés ambientales, incluidos la radiación ultravioleta, el estrés osmótico y el daño al ADN, activan cascadas de proteincinasas, las cuales a su vez activa MAPK, tales como ERK, JNK y p3865. Estas cinasas son serina-treonina cinasas y fosforilan diversos sustratos celulares importantes para los procesos de crecimiento y diferenciación celular, incluida la HC. En los últimos años se ha estudiado con bastante detalle la contribución de las distintas cascadas de proteincinasas a los eventos que determinan el desarrollo de una HC adaptativa o patológica. Un creciente número de evidencias apoya la noción de que la vía compuesta por el subgrupo Iα de la fosfo-inositol-3-cinasa (PI3Kα), proteincinasa-dependiente de fosfoinositol (PDK1) y la proteincinasa AKt (también conocida como PKB), característicamente activada en respuesta a factores de crecimiento como la hormona de crecimiento y la insulina, participa en la transducción de señales intracelulares de la HC adaptativa o fisiológica66-69 (fig. 2). Una cuestión interesante es que la hipertrofia miocárdica observada en ratones al sobreexpresar una forma activa de PI3Kα no progresó a hipertrofia inadaptativa y, por el contrario, la expresión cardiaca de una forma mutante dominante negativa de PI3Kα limitó el crecimiento normal del corazón de los animales, y previno el desarrollo de hipertrofia fisiológica en respuesta a ejercicio66.

Fig. 2. Principales vías activadas en respuesta a estímulos hipertróficos. FGF: factor de crecimiento fibroblástico; IGF: factor de crecimiento de tipo insulina; Ang II: angiotensina II; Et: endotelina; G: proteína G; PLC: fosfolipasa C; IP3: inositol 1,4,5-trifosfato; DAG: diacilglicerol; PKC: proteincinasa C; NFAT: factor nuclear y activador de células T; RAS: GTP asa monomérica; RAF: proteína MAP cinasa-cinasa-cinasa; MEK: proteína MAP cinasa-cinasa; MAPK: protencinasa activada por mitógenos.

Por otra parte, la estimulación de receptores heptahelicoidales unidos a proteína G por la unión de angiotensina, endotelina, catecolaminas y otras neurohormonas conduce a la activación de PKC y a la liberación de calcio desde los depósitos intracelulares, con activación paralela de la fosfatasa calcineurina y del factor nuclear de células T activadas (NFAT). Cabe mencionar que la HC observada al sobreexpresar la proteína Gq en el corazón de ratones corresponde a una hipertrofia excéntrica, y pese a que la función ventricular basal estaba dentro de límites normales, la contractilidad de los cardiomiocitos ventriculares individuales estaba disminuida; más aún, bajo distintos tipos de estrés genéticos y ambientales, los animales presentaban rápidamente insuficiencia cardiaca, fenómenos que, en conjunto, indican que este crecimiento podría corresponder a una HC inadaptativa y, a su vez, da ciertas pistas respecto a los mecanismos causantes de la transición entre hipertrofia e insuficiencia70-72. Pese a lo sugerentes y atractivas que resultan estas evidencias a favor de vías de señalización diferentes para el proceso hipertrófico fisiológico y patológico, debe recalcarse que en el contexto celular hay una amplia interconexión de cascadas y segundos mensajeros, por lo que los fenómenos señalados deben ser interpretados cuidadosamente y teniendo este hecho en mente34 (fig. 2).

En el último tiempo se han multiplicado los estudios que notifican un aumento de las especies reactivas de oxígeno (ROS) en el miocardio de pacientes y de animales con insuficiencia cardiaca73-75, lo que podría deberse a dos posibles mecanismos: una menor capacidad antioxidativa o una mayor producción de ROS. Si bien la importancia del primero es controvertida76, hay consenso en que la insuficiencia cardiaca se acompaña de un aumento de radicales libres, que provendrían en su mayor parte de las mitocondrias de los cardiomiocitos77. Sin embargo, también hay fuentes citoplasmáticas de ROS, entre las que destacan los complejos oxidativos intracelulares como NADPH-oxidasa, xantino-oxidasa y óxido nítrico-sintasa78. Diversos grupos han notificado que Ang II, endotelina-1, TNF-α y agonistas alfa-adrenérgicos producen hipertrofia del cardiomiocito a través de una vía dependiente de especies reactivas de oxígeno (ROS)73. Si bien se desconoce el detalle del mecanismo por el cual los radicales libres están involucrados en la acción de estos agonistas, hay una cantidad significativa de evidencias que indican la participación del complejo NADPH-oxidasa en el proceso. En efecto, a diferencia de lo que ocurre en células del sistema inmunitario, donde las NADPH-oxidasas producen grandes cantidades de anión superóxido79, en el cardiomiocito estos complejos producen pequeñas cantidades de dichos compuestos, que funcionan como segundos mensajeros en las vías de señalización de crecimiento celular, incluida la respuesta hipertrófica80 (fig. 3). Así, se ha comunicado que la administración de un inhibidor del complejo NADPH-oxidasa en miocardiocitos de rata previene completamente la activación de ERK1 y 2 en respuesta a la administración de endotelina-1 o agonistas alfa-adrenérgicos81.

Fig. 3. Papel de las especies reactivas de oxígeno (ROS) en la señalización intracelular en el cardiomiocito. Ang II: angiotensina II; TNF-α: factor de necrosis tumoral tipo α.

Otro aspecto que ha acaparado considerable atención en el ámbito de la investigación cardiovascular es el papel que las GTP asas monoméricas parecen llevar a cabo en distintos procesos patológicos82. Parte de este interés ha sido el resultado de evidencias recientes respecto a la relación de los hipolipidemiantes de la clase de las estatinas (inhibidores de la HMG-CoA reductasa) con la inhibición de la señalización de esta familia de proteínas83-85. Ras, el primer miembro de esta familia en relacionarse a la patogenia de la HC, induce un incremento significativo de la masa miocárdica cuando una forma mutante activa es sobreexpresada en el corazón de ratones transgénicos86. De manera concordante, la expresión de esta forma mutante en cardiomiocitos neonatales de rata resultó en una expresión génica hipertrófica87, en tanto que mutantes dobles negativos para Ras bloquean los incrementos dependientes de fenilefrina en el tamaño celular y la síntesis proteínica88.

La subfamilia Rho de GTP asas monoméricas, que agrupa a RhoA, Rac1 y Cdc42, ha sido motivo de interés en los últimos años, pues además de su participación en la patogenia de la HTA, parece llevar a cabo un papel relevante en el proceso de señalización que conduce a la HC89. RhoA activa varias proteincinasas, tales como ROCK (Rho-associated kinase), y potencia la actividad del factor de transcripción GATA-4, induciendo el fenotipo hipertrófico en cardiomiocitos neonatales de rata90. La sobreexpresión de RhoA en el miocardio de ratones transgénicos, sin embargo, no es suficiente para inducir una respuesta hipertrófica del ventrículo, pero, en cambio, conduce a anomalías de la conducción, bradicardia, dilatación de cavidades e insuficiencia cardiaca91. Recientemente se descrito una nueva proteína denominada «activadora en el músculo estriado de la señalización de Rho» (STARS), que se encuentra unida a la banda I del sarcómero de miocitos cardiacos y esqueléticos de diversas especies, y es capaz de activar a RhoA y la polimerización de la actina, lo que a su vez lleva a cambios en la actividad de factores de transcripción92. Esto resulta interesante, pues se podría especular que esta vía constituiría un puente entre los cambios mecánicos en el sarcómero y la expresión génica.

Se ha comunicado que la actividad del intercambiador Na+/H+ está aumentada en variados modelos in vivo e in vitro de HC93. Este fenómeno conduce a una depleción del gradiente transmembrana de Na+, lo que lleva a un incremento del Ca++ mediado por el intercambiador Na+/Ca++, y a una activación de varias cascadas de señalización94. De manera coherente, la inhibición del intercambiador Na+/H+ por el inhibidor específico carporide ha demostrado rescatar distintos modelos de HC in vivo95,96. Si tenemos en gunos la han propuesto como un eventual blanco de terapias antihipertróficas2. También se ha puesto bastante atención en las anomalías en el ciclo del Ca++ en la HC. En la insuficiencia cardiaca se observa un menor aumento del Ca++ intracelular en la etapa SERCA2a (sarcoplasmic reticulum Ca++ pump) y de la mayor fosforilación de fosfolamdano, que aumenta su acción tónica inhibitoria en SERCA2a. Interesantes aproximaciones terapéuticas se han dirigido a restaurar las concentraciones de Ca++ en el retículo sarcoplásmico, ya sea a través de la disminución de la actividad del receptor alfaadrenérgico, la sobreexpresión de SERCA2a97 o la eliminación de fosfolamdano98.

Hay una variada gama de agentes que también parecen desempeñar un papel en la transducción de señales durante el proceso hipertrófico, entre los que se cuenta la familia de IL-6 y sus receptores43, la fosfatasa calcineurina y el factor nuclear y activador de la transcripción (NFAT)99, factores de crecimiento (FGF, TGF-β, IGF-1)12 y el ciclo de la actina100. Las evidencias disponibles a favor y en contra de cada una de ellas son numerosas y en la actualidad constituyen temas de intensa investigación, pues varias de ellas, además de estar implicadas en la patogenia de la HC, parecen desempeñar papeles centrales en otros procesos patológicos.

Expresión génica en el cardiomiocito hipertrófico

Las señalizaciones intracelulares desencadenadas por los diversos mediadores inducidos por el estímulo hipertrófico se traducen finalmente en mensajes que acceden el núcleo de los cardiomiocitos, proceso que a su vez dará lugar a cambios en la transcripción de numerosos genes. A diferencia de lo que ocurre con los mecanismos que controlan la expresión génica en el músculo esquelético, que han sido estudiados con considerable detalle, los procesos que subyacen al control de los genes del músculo liso y cardiaco están aún mal definidos101.

Independientemente de la especie, se sabe que el cardiomiocito responde frente al estímulo hipertrófico patológico con una sucesión característica de cambios en la expresión génica. El primer grupo de genes activados durante el estrés mecánico son los genes de respuesta temprana, tales como c-fos, c-jun y c-myc, cuya transcripción ocurre a los 30 min y alcanza un máximo dentro de la primera hora102. Hay evidencias que señalan que la expresión cardiaca de los genes c-fos y c-myc se activa en ratas con constricción aórtica102,103 y que la expresión de c-fos es proporcional al estiramiento mecánico experimentado por la pared ventricular en corazones perfundidos en forma extracorpórea104. La mayoría de estos genes se transcriben en exceso de manera transitoria, normalizándose la transcripción a las pocas horas a pesar de persistir el estímulo7. Al parecer, esta respuesta transitoria corresponde a un patrón general de inducción del crecimiento en células que han perdido su capacidad de replicar su material genético32.

La HC está, además, asociada con la sobrerregulación del programa fetal, en el que destacan los genes ANF, β-MHC y SKA, entre otros105-107. Éstos se expresan con más lentitud, habitualmente en las 6-12 h posteriores a la producción del estímulo, requieren una activación de la síntesis proteínica105 y codifican para proteínas contráctiles que normalmente están presentes en cardiomiocitos embrionarios y que se reexpresan durante la HC102,106,107. Se han identificado varios elementos reguladores que pueden inducir la expresión de genes fetales tales en respuesta a agentes alfaadrenérgicos o endotelina-1. Sin embargo, estos elementos reguladores no han sido totalmente caracterizados en el caso del estrés mecánico103. Numerosos experimentos con construcciones de genes reporteros controlados por promotores de alguno de los genes fetales han mostrado escasa o nula respuesta frente al estiramiento108,109. Se ha argumentado que esto podría ser consecuencia de errores de tipo metodológico: en estos experimentos se habría utilizado promotores de escaso tamaño, lo que privaría a la construcción artificial del dominio capaz de responder al estrés mecánico8. Sin embargo, la mayoría de los investigadores coincide en que estos resultados son válidos y parecen indicar que la señalización inducida por el estiramiento celular puede utilizar un mecanismo distinto y particular8.

Los agentes causantes de los cambios en la expresión génica son proteínas con capacidad de unión a determinadas secuencias de ADN, denominadas factores de transcripción. En el caso del tejido cardiovascular, éstos actúan como reguladores de la expresión de genes cardiacos que codifican para proteínas estructurales o funcionales características de los cardiomiocitos. En los últimos años se ha descrito un número creciente de estos agentes, y la comprensión detallada de las regiones promotoras esenciales para la transcripción génica, así como la identidad de los diversos factores de transcripción implicados en la activación de dichas señales promotoras serán desafíos científicos para la investigación cardiovascular durante los próximos años y un requisito para el diseño de futuras terapias, tanto convencionales como génicas. Entre estos factores, cabe mencionar los factores GATA-4, GATA-5, GATA-6110, Nkx2,5111, TEF-1112, MEF-2, miocardina112,113, SRF114,116, HOP113,117, Sp118,119, HCB 1 y 2120 y HAND121, entre otros. Es interesante que muchos de estos agentes presenten interacciones entre sí, tanto de tipo sinérgico como antagónico, lo que sin duda contribuye a hacer aún más complejo este intrincado proceso.

Durante la progresión de la HC patológica en modelos animales y en humanos, el corazón presenta un cambio en su metabolismo, de modo que la principal fuente para la generación de ATP, que en condiciones normales es la oxidación de ácidos grasos, pasa a ser la utilización de glucosa122,123. Los llamados PPAR (peroxisome proliferator activated receptors) corresponden a un grupo de factores de transcripción que ha cobrado gran interés en el último tiempo, dada su importancia clínica y el papel central que desempeñan en la regulación del metabolismo lipídico en diversas especies, incluida la humana124,125. Las 3 isoformas conocidas (α, β, γ) se expresan en el corazón de mamíferos y se activan en respuesta a ácidos grasos, uniéndose como heterodímeros con el receptor de ácido retinoico (RXR) y a secuencias de consenso en las regiones reguladoras de diversos genes126. Evidencias recientes han relacionado la desactivación de la vía de señalización de PPARα con la menor expresión génica de las enzimas implicadas en la oxidación de ácidos grasos en el corazón hipertrófico127,128. Un aspecto interesante es que en ratas tratadas con fenofibrato, un agonista PPARα, se observó una inhibición de la HC secundaria a una sobrecarga de presión129, resultados que han sido ampliados en estudios en pacientes hipertensos con HC130. La isoforma γ de PPAR, por otra parte, no sólo parece llevar a cabo un papel protector en la HC, sino también en el remodelado vascular producto de HTA, que al menos en parte estaría mediado por una m ayor liberación de sustancias vasodilatadoras, como óxido nítrico131-133. El efecto antihipertrófico de los PPARs α y γ probablemente está relacionado con la regulación de la oferta de ácidos grasos al miocardio y con una aceleración de su oxidación, que resulta en un incremento en la síntesis de ATP134,135. Este tema ha sido tratado con detalle en recientes publicaciones136,137.

Otro fenómeno de particular importancia en la expresión génica es la acetilación de las histonas. Esta reacción, mediada por la histona acetil transferasa (HAT), modifica la estructura de la cromatina, lo que resulta en una descondensación de ésta y en la activación de la transcripción. La reacción inversa es catalizada por las histonas deacetilasas (HDAC), que a través de la deacetilación inducen una compactación de la cromatina y represión de la transcripción138-140. Por lo tanto, el balance entre HAT y HDAC parece desempeñar un papel especialmente importante en el control de la expresión génica, lo que según recientes evidencias también afectaría al proceso hipertrófico del cardiomiocito141-143. Se han descrito al menos 9 genes de HDAC de mamíferos que se agrupan en dos categorías mayores: clase I y II. Según las evidencias disponibles, los papeles de estas enzimas en el proceso hipertrófico parecen ser opuestos. Así, mientras HDAC I tendría como papel inhibir genes antihipertróficos y, por tanto, favorecería el crecimiento miocitario, HDAC II actuaría «secuestrando» al factor de transcripción MEF-2 y, así, inhibiría el fenómeno hipertrófico144 (fig. 4). Si bien esta línea de investigación está aún poco explorada en sus detalles, ha suscitado un gran interés por sus potenciales aplicaciones clínicas, que no se limitan al área de las enfermedades cardiovasculares. En efecto, se han identificado y sintetizado inhibidores químicos de HDAC, y estudios recientes indican que estos compuestos tendrían un papel en promover la diferenciación de tumores mieloides, que han mostrado su potencial uso como fármacos antineoplásicos145. Estos fármacos son sorprendentemente bien tolerados y en la actualidad hay varios ensayos en fase I y II en curso146.

Fig. 4. Modelo del papel de las dos clases de histonas deacetilasas (HDAC) en la patogenia de la hipertrofia del cardiomiocito.

Recientemente se ha aplicado la tecnología del microarray para identificar genes alterados durante la HC. Para ello, se utilizó un modelo de hipertrofia farmacológica en ratón (isoproterenol o Ang II),y se analizó el perfil de expresión para más de 4.000 genes durante la inducción y regresión de la respuesta hipertrófica. Así, se confirmó la participación de 25 genes o vías previamente descritas como relevantes en el proceso hipertrófico, pero además se identificaron 30 genes que previamente no habían sido relacionados con la hipertrofia del cardiomiocito. De los 55 genes que globalmente muestran un cambio en su expresión, 32 se alteraron sólo durante la inducción y 8 durante la regresión, en tanto que los 15 restantes mostraron cambios en su expresión en ambas fases147. Si tenemos en cuenta que este estudio sólo comprendió un 3% del genoma de ratón, cabe esperar que muchos otros genes relevantes en el proceso hipertrófico aún no estén identificados, lo que da una idea de lo complejo de los eventos que aquí tienen lugar y de lo parcial de nuestro conocimiento al respecto.

La regulación de la síntesis proteínica representa un punto crucial en todas las formas de HC. En este proceso pueden distinguirse dos componentes: el control global de la síntesis proteínica y la regulación de la síntesis de ARNm específicos. A su vez, el control global de la síntesis proteínica implica la biogénesis ribosomal y la activación de la maquinaria de traducción34. Tanto la biogénesis ribosomal como la activación de la maquinaria de traducción dependen, al menos en parte, de la proteincinasa mTOR. Tanto los factores de crecimiento como los factores neurohormonales pueden conducir a una activación de mTOR en células de mamífero, pero mientras los primeros lo hacen a través de PI3Kα, sustancias como angiotensina II, endotelina o norepinefirna conducen a una activación de esta proteína por medio de PI3Kγ y la vía de las MAPK. Según este modelo, mTOR podría representar una vía final común para las diversas señales conducentes al crecimiento hipertrófico del cardiomiocito. En apoyo de esta hipótesis, se ha demostrado que rapamicina, un inhibidor de mTOR, bloquea e incluso revierte la HC secundaria a sobrecarga de presión66. Entre los agentes efectores de la respuesta hipertrófica desencadenada por mTOR cabe señalar a las proteincinasas S61 y S62, reguladoras centrales de la biogénesis ribosomal, traducción, progresión del ciclo celular e hipertrofia148,149 y a factores reguladores de la maquinaria de traducción, tales como el factor de iniciación de la traducción eIF4E y el factor de elongación de la traducción eEF2, las cuales son desinhibidas en respuesta a la acción de mTOR y permiten la traducción35 (fig. 2).

La disposición de las proteínas sintetizadas desempeña un importante papel en el crecimiento miocitario, especialmente en el llamado proceso de sarcomerogénesis, por el cual se da lugar a la formación de la compleja estructura proteínica propia del sarcómero (fig. 5). Mientras la adición lineal de sarcómeros conduce a un crecimiento longitudinal del cardiomiocito, el ensamblaje en paralelo aumenta su diámetro transversal, lo que puede tener importantes consecuencias para la arquitectura y la función ventriculares. La dirección del crecimiento está controlada por mecanismos postranscripcionales poco comprendidos en sus detalles150. Al respecto, una de las hipótesis propuestas sostiene que el control de la adición de nuevos sarcómeros se basa en la capacidad de la célula para enviar ARNm a sitios específicos del aparato contráctil, que luego serían traducidos y ensamblados in situ. Esta hipótesis se encuentra avalada por estudios en miocitos esqueléticos y cardiacos, en los que se ha observado una localización diferencial de ARNm citoesqueléticos y sarcoméricos en períodos de rápido crecimiento celular y/o intensa actividad muscular151,152. Parece ser, sin embargo, que la disposición y el ensamblaje de nuevos sarcómeros no depende exclusivamente de este mecanismo de traducción local, sino que responde a una serie coordinada y regulada de procesos, que involucra la interacción de múltiples proteínas y señalizaciones intracelulares153-157, muchos de los cuales se vinculan directa o indirectamente al crecimiento hipertrófico del cardiomiocito.

Fig. 5. Representación esquemática de la estructura sarcomérica con sus principales proteínas. AFCP: actin filament capin protein.

CONCLUSION

De la lectura de estas páginas queda bastante claro que el proceso de hipertrofia patológica del miocardio, como la mayoría de los fenómenos biológicos, es un evento de elevada complejidad en el que intervienen distintos tipos celulares y en el que toda una gama de estímulos, receptores de membrana, cascadas de señalización intracelulares, factores de transcripción, genes y efectores, son los que en conjunto determinan el cambio en la arquitectura y funcionamiento del órgano. La aproximación científica a este problema no sólo es posible sino necesaria, y constituye una tarea del más alto interés, tanto por sus características biológicas peculiares como por la importancia que reviste para la salud pública de numerosos países.

Es indudable que las proyecciones prácticas del estudio de los mecanismos moleculares causantes en último término de la consecución del programa hipertrófico parecen aún lejanas. Sin embargo, creemos que el trabajo y la investigación sistemática y cooperativa en este campo puede resultar en consecuencias beneficiosas por ahora insospechadas. Así, la promesa de una futura terapia génica, que permita limitar el desarrollo de la HC y su evolución a insuficiencia cardiaca sigue siendo para muchos un norte eventualmente alcanzable. Pero los frentes de batalla no se reducen solamente a esta posibilidad. También se abren perspectivas interesantes en otros campos, tales como el estudio de polimorfismos y mutaciones en factores de transcripción que den cuenta de una mayor susceptibilidad frente a estímulos hipertróficos cardiacos, lo que nos permitiría conocer factores de riesgo moleculares para esta enfermedad y separar a la población en distintos segmentos según su impronta genética y sus hábitos de vida, lo cual a su vez permitiría una evaluación y destinación de recursos más dirigida y eficiente.

Financiamiento parcial: Fondecyt 1030181.



Correspondencia: Dr. J.E. Jalil.

Departamento de Enfermedades Cardiovasculares.

Pontificia Universidad Católica de Chile.

Lira, 85, piso 2. Santiago. Chile.

Correo electrónico: jjalil@med.puc.cl