Mitofagia en isquemia cerebral y lesión por isquemia/reperfusiónⅡ

FISIOPATOLOGÍA DE LA LESIÓN POR ISQUÉMICO-REPERFUSIÓN (FIGURA 2)

Clasificación clínica del accidente cerebrovascular isquémico

El accidente cerebrovascular isquémico, también conocido como isquemia cerebral, es un tipo importante de todos los casos de accidente cerebrovascular. Esta enfermedad ocurre cuando los coágulos de sangre o las placas bloquean o estrechan las arterias del cerebro. Dependiendo de la condición patológica, el accidente cerebrovascular isquémico se puede dividir en varios subtipos: estenosis arterial intracraneal, oclusión arterial aguda y oclusión arterial crónica. La estenosis arterial intracraneal se refiere al estrechamiento de las arterias causado por la formación de depósitos grasos llamados placas ateroscleróticas y el engrosamiento simultáneo de las paredes de los vasos.

Haga clic para cistanche tubulosa Australia para accidente cerebrovascular isquémico

En las arterias intracraneales, incluidas las arterias cerebrales medias, la arteria basilar, las arterias carótidas y las arterias vertebrales intracraneales, los vasos sanguíneos estrechados pueden reducir significativamente el flujo sanguíneo y provocar un evento isquémico (Chimowitz et al., 2005; Banerjee y Chimowitz, 2017). Un análisis sistemático centrado en el papel de la aterosclerosis intracraneal en el accidente cerebrovascular isquémico indica que la estenosis inductora de aterosclerosis con un grado superior al 30 por ciento puede ser una causa de infarto cerebral fatal (Mazighi et al., 2008). La placa aterosclerótica es trombogénica. Una vez que se rompe su tapa, se puede formar un coágulo inestable para estrechar u ocluir completamente las arterias. El coágulo de sangre que bloquea el sitio afectado puede formarse localmente u originarse en otro lugar, como en el corazón, y embolizarse a través del sistema circulatorio.

La ruptura de placas y embolias de coágulos suele estar relacionada con la oclusión arterial aguda, que manifiesta síntomas de accidente cerebrovascular en cuestión de horas (Malhotra et al., 2017). La oclusión también puede ser crónica (durar más de 4 semanas) si el cerebro altera la hemodinámica cerebral y compensa el flujo sanguíneo creando circulación colateral en respuesta al suministro sanguíneo arterial reducido (Sundaram et al., 2017). En ese caso, con suficiente compensación colateral, la enfermedad puede ser asintomática y benigna (Powers et al., 2000); La oclusión crónica sin suficiente compensación de la circulación colateral aún puede resultar en hipoperfusión cerebral crónica, lo que lleva a un infarto isquémico. En algunos casos, los pacientes con oclusión crónica pueden recanalizarse espontáneamente durante un tiempo prolongado (más de 3 meses) (Delgado et al., 2015).

Manejo del accidente cerebrovascular isquémico

Los agentes trombolíticos y los procedimientos de recanalización se desarrollan como estrategias de reperfusión para recuperar el flujo sanguíneo en las arterias afectadas. Por lo general, se dan diferentes enfoques terapéuticos a estos tres subtipos de accidente cerebrovascular en el entorno clínico. Debido a los límites técnicos, la estenosis grave y la oclusión aguda de las arterias son difíciles de distinguir con precisión (Clevert et al., 2006). Aún así, el diagnóstico correcto puede ser beneficioso para un tratamiento óptimo y un mejor pronóstico. La trombólisis intravenosa es la única terapia aprobada para pacientes con AIS y puede administrarse dentro de las 3 h del inicio de los síntomas. Sin embargo, los resultados clínicos del tratamiento médico trombolítico solo para pacientes con estenosis y oclusión graves han mostrado un pronóstico peor de lo esperado y menos eficacia (Mokin et al., 2012).

Los ensayos clínicos que se centran en la lisis de los coágulos sugieren que la terapia trombolítica intravenosa sola tiene una tasa de recanalización baja de solo 30 a 40 por ciento entre los pacientes (Chen et al., 2012). Otro análisis de los resultados clínicos de la trombólisis intravenosa para la oclusión de la arteria carótida interna sugiere que la tasa de resultados favorables es de 25% (Mokin et al., 2012). Los tratamientos de revascularización, incluida la colocación de stents o la endarterectomía, por lo tanto, se han recomendado para pacientes con estenosis moderada o severa. En comparación con la trombólisis intravenosa, los receptores de trombectomía tienen una incidencia significativamente menor de accidente cerebrovascular ipsilateral, lo que significa un mejor pronóstico. Las terapias arteriales también logran un mejor resultado en pacientes con oclusión aguda (Mokin et al., 2012). Sin embargo, en el entorno clínico, muchos no consideran la endarterectomía como una opción para tratar la oclusión completa de la ACI, ya que esta operación sigue siendo técnicamente difícil de realizar para prevenir la generación de trombos posoperatorios y mantener un buen pronóstico (Kao et al., 2007; Chen et al. ., 2012; Faggioli et al., 2013).

Hasta ahora, continúa la búsqueda de tratamientos efectivos para la oclusión crónica. Se pueden administrar a los pacientes tratamientos médicos como fármacos antiagresivos plaquetarios o activadores del plasminógeno tisular por vía intravenosa para disminuir el riesgo de accidente cerebrovascular. Los enfoques quirúrgicos como la endarterectomía y la colocación de stents también se pueden usar para tratar la oclusión crónica, aunque todavía muestran algunos inconvenientes aparentes. Al igual que en la oclusión aguda, la endarterectomía puede fallar en casos con una organización compleja del coágulo, y la tasa de éxito de la recanalización solo alcanza el 40 % en pacientes con oclusión crónica (Thompson et al., 1986; Xu et al., 2018). La hipoperfusión todavía ocurre en pacientes que no han podido restaurar el flujo sanguíneo en las terapias de recanalización, lo que se supone que resulta en la recurrencia de eventos isquémicos (Grubb et al., 1998). Además, en el proceso de colocación del stent, el coágulo puede desprenderse cuando se libera el stent, bloqueando la arteria intracraneal y, por lo tanto, puede causar complicaciones posoperatorias (Xu et al., 2018).

Lesión por isquemia-reperfusión

En pacientes que reciben terapias de recanalización, la restauración repentina del flujo sanguíneo a veces puede ser dañina, lo que lleva a la llamada "lesión por reperfusión". La lesión por I/R se refiere a la lesión por reoxigenación tisular causada por el retorno repentino del suministro de sangre a tejidos anteriormente isquémicos o anóxicos. Durante la fase de isquemia, el suministro de sangre por debajo de los requisitos funcionales estándar provocará deficiencias de oxígeno y nutrientes, lo que provocará alteraciones metabólicas (Irie et al., 2014) y una respuesta inflamatoria (Jin et al., 2013) en las áreas afectadas. Por lo tanto, la restauración del flujo sanguíneo se ha considerado un tratamiento fundamental para preservar la función de los tejidos. Un montón de investigaciones y ensayos clínicos sobre tratamientos de reperfusión han demostrado que las terapias de reperfusión, incluidos los agentes trombolíticos intravenosos y las intervenciones endovasculares como la trombectomía mecánica, son relativamente seguras y pueden ayudar con la recuperación de los pacientes con accidente cerebrovascular isquémico agudo (AIS) cuando se administran dentro de un margen de tiempo estrecho. (Kwiatkowski et al., 1999; Lees et al., 2010; Berkhemer et al., 2014; Jovin et al., 2015).

Sin embargo, la reperfusión también podría causar una lesión secundaria en los tejidos previamente isquémicos, ya que el reabastecimiento de nutrientes y oxígeno puede desencadenar una producción y acumulación considerables de ROS y, mientras tanto, altera la homeostasis del calcio, lo que resulta en un estrés oxidativo excesivo e inflamación local. Tales cambios celulares causan daño celular y pueden activar la ruta de muerte celular en los tejidos isquémicos anteriores.

Pproceso y mecanismos de daño I/R (Figura 2)

El estrés oxidativo excesivo juega un papel crítico en la lesión por I/R

El estrés oxidativo es una alteración en el equilibrio entre los radicales libres y la capacidad antioxidante, y a menudo ocurre cuando la producción de ROS supera la defensa antioxidante. En la etapa isquémica, el flujo sanguíneo obstruido con menos suministro de oxígeno y nutrientes induce un cambio en el metabolismo mitocondrial de aeróbico a anaeróbico, lo que produce una menor concentración de ATP y agentes antioxidantes en las células. El retorno posterior del flujo sanguíneo al tejido isquémico puede provocar la reactivación de la respiración aeróbica mitocondrial y así aumentar la producción de ROS. Debido a la disminución del nivel de agentes antioxidantes, la oxidación supera a la antioxidación durante el período de reperfusión, lo que provoca un aumento del estrés oxidativo.

Los sistemas enzimáticos, incluidos el sistema de xantina oxidasa, el sistema de NADPH oxidasa, el sistema de óxido nítrico (NO) sintasa y la cadena de transporte de electrones de las mitocondrias, están implicados principalmente en la aparición del estrés oxidativo. En las células normales, el metabolismo de las purinas se inicia a partir de la conversión de ATP en inosina con la participación de desaminasas y nucleotidasas, seguido de su posterior transformación en hipoxantina. Posteriormente se produce la oxidación de hipoxantina a xantina y de xantina a ácido úrico, y la xantina deshidrogenasa (XDH) y la xantina oxidasa (XOD) funcionan por separado en estos dos procesos de oxidación. XDH utiliza NAD plus como aceptor de electrones para producir NADH, y el estado de isquemia puede inducir su cambio a XOD que usa O2 como aceptor (Kinuta et al., 1989). La restauración del flujo sanguíneo y el oxígeno puede estimular el proceso de oxidación en el metabolismo de las purinas. Dado que el nivel de XOD está previamente promovido, la formación de ácido úrico en la fase de reperfusión se acompaña de la producción de anión superóxido (O2−) altamente reactivo. El superóxido se puede convertir más tarde en peróxido de hidrógeno (H2O2) y el radical hidroxilo (OH•), que estimula aún más el estrés oxidativo y causa daños. Las NADPH oxidasas son la principal fuente de ROS. Oxidan NADPH a NADP plus y entregan electrones a O2, generando así superóxido o H2O2.

Se ha informado que la familia Nox/Duox de NADPH oxidasas participa en la producción de ROS durante la lesión por I/R mediante su actividad facilitada (Wang et al., 2006; Simone et al., 2014). Nox2 ha sido un foco en la lesión I/R que ocurre en el accidente cerebrovascular. Los ratones con deficiencia de la subunidad Nox y los ratones con pretratamiento con apocinina (un inhibidor de Nox2) muestran una disminución notable del volumen del infarto y un mejor resultado clínico del accidente cerebrovascular (Chen et al., 2009; Jackman et al., 2009), lo que sugiere que las ROS inducidas por Nox juegan un papel importante. papel considerable en la lesión I/R. Además de producir ROS de inmediato, las NADPH oxidasas también regulan la producción de ROS al estimular el sistema de NO sintasa. El NO, también conocido como factor relajante derivado del endotelio, se produce a partir de la L-arginina por la óxido nítrico sintasa (NOS) de tres fuentes: NOS neuronal (nNOS), NOS inducible (iNOS) y NOS endotelial (eNOS). El papel del NO es variable: generalmente funciona como un agente antioxidante, pero su interacción con el anión superóxido puede conducir a la formación de peroxinitrito (ONOO-) (Marla et al., 1997). Las ROS creadas por las NADPH oxidasas pueden oxidar la tetrahidrobiopterina (BH4), un cofactor esencial que media la actividad de la eNOS. La oxidación de BH4 luego induce el desacoplamiento de eNOS, lo que resulta en una disminución de la producción de NO y un aumento en la producción de ONOO− a partir de eNOS (Landmesser et al., 2003).

Las mitocondrias son el sitio principal de generación, acción y lesión del estrés oxidativo. ROS se puede generar desde ETC. En la isquemia, el estrés celular puede inducir modificaciones postraduccionales de las proteínas de fosforilación oxidativa en ETC, haciéndolas más sensibles a la reoxigenación (Prabu et al., 2006). Los complejos ETC interrumpidos pueden resultar en potenciales de membrana mitocondrial más altos, asociados positivamente con una mayor generación de ROS (Prabu et al., 2006). El estrés oxidativo mejorado puede apuntar a las mitocondrias y dañar aún más el ETC, causando una mayor generación de ROS (Indo et al., 2007) posteriormente. Las ROS de origen exógeno y la generación de ROS mitocondriales pueden provocar daños en el ADN de las mitocondrias (Indo et al., 2007). Además, demasiado estrés oxidativo puede causar daño o muerte celular (Figura 2).

Sobrecarga de calcio: otra alteración en la lesión por isquemia-reperfusión

Además del estrés oxidativo causado por diferentes fuentes, la sobrecarga de calcio y el aumento anormal del nivel de Ca2+ intracelular son otras patologías importantes que juegan un papel importante en la lesión por reperfusión. La respiración anaeróbica en la isquemia disminuye el pH intracelular; por lo tanto, el intercambiador Na+/H+ (NHE) permite la entrada de Na+ para mantener el pH. Por lo general, el NHE se inactiva durante la isquemia, pero su actividad puede aumentar durante la reperfusión, lo que da lugar a un gran flujo de entrada de Na+ (Allen y Xiao, 2003). Un nivel más bajo de ATP en la isquemia también debilita la actividad de las bombas de Na+ dependientes de energía, lo que da como resultado un nivel más alto de Na+ intracelular.

Un estudio realizado en 1987 sugirió que el desequilibrio de sodio precedente sería una causa de la sobrecarga de calcio utilizando un modelo de carga de Na+ repleto de energía (Grinwald y Brosnahan, 1987). Si no se vuelve al equilibrio normal de Na+ tras la restauración del oxígeno, se puede promover la función del intercambiador Na+/Ca2+ (NCX) que es sensible al nivel intracelular de Na+, lo que conduce a una mayor entrada de Ca2+. La sobrecarga de calcio también es inducida por una liberación elevada de Ca2+ y una captación limitada de Ca2+ de una fuente interna, incluido el retículo endoplásmico (ER) o el aparato de Golgi (Chami et al., 2008). La captación promovida de Ca2 plus por las mitocondrias ocurre después de la sobrecarga de calcio citosólico (Brookes et al., 2004). La sobrecarga de calcio citosólico y mitocondrial puede causar daño celular de varias maneras, incluida la alteración de la función mitocondrial (Wang M. et al., 2015), la promoción de la producción de ROS (Zhu et al., 2018) y la inducción de la muerte celular (Boehning et al., 2004; Zhu et al., 2018) (Figura 2).

Mitocmuerte celular dependiente de hondria en lesiones I/R

Las alteraciones celulares, incluido el aumento del estrés oxidativo y la sobrecarga de calcio, pueden conducir a la apoptosis con la participación de las mitocondrias. Este proceso es iniciado por cambios en la permeabilidad de la membrana mitocondrial controlada por el poro de transición de permeabilidad mitocondrial (mPTP). Es probable que la actividad de mPTP esté mediada por el nivel de Ca2+ de la matriz mitocondrial, y la sobrecarga de calcio mitocondrial resultante de la sobrecarga de calcio citosólico puede facilitar la apertura de mPTP (Qian et al., 1999). También se ha encontrado que la producción de ROS durante la lesión por I/R, especialmente los radicales hidroxilo y el peróxido de hidrógeno, son indispensables en la apertura de mPTP (Assaly et al., 2012). La membrana permeabilizada permite la activación e inserción de los miembros BAX y BAK proapoptóticos de la familia Bcl-2 en la membrana mitocondrial (Wei et al., 2000; Kirkland et al., 2002).

Esto ayuda con la transferencia de proteínas mitocondriales, incluido el citocromo c de las mitocondrias al citosol, seguido de la interacción entre el citocromo c y dos cofactores, el factor activador de la proteasa apoptótica 1 (APAF-1) y la procaspasa-9, para forman el apoptosoma, que finalmente activa la vía de señalización de muerte celular de caspasa–9-caspasa-3 con eventos proteolíticos y fragmentación del ADN (Broughton et al., 2009). Esta vía se conoce como vía apoptótica dependiente de caspasa. Otra vía de muerte celular, la apoptosis independiente de caspasa, puede activarse cuando la energía celular se está agotando (Daugas et al., 2000). La poli(ADP-ribosa) polimerasa-1 (PARP-1) es una enzima nuclear que se localiza aguas arriba de la ruta (Yu et al., 2002).

El daño del ADN inducido por ROS puede desencadenar la sobreactivación de PARP-1, en la que se usa NAD plus, lo que agota el almacenamiento de energía. Yu et al. (2002) también encontraron que la activación de PARP-1 puede conducir a la liberación de su factor inductor de apoptosis objetivo aguas abajo (AIF, una flavoproteína mitocondrial) desde la intermembrana mitocondrial hasta el núcleo, lo que provoca la condensación de la cromatina y la fragmentación del ADN a gran escala. . Los estudios han indicado que AIF no tiene un efecto directo de fragmentación del ADN (Susin et al., 1999; Wang et al., 2002). Por lo tanto, probablemente necesite un efector aguas abajo durante este proceso. Los estudios han sugerido que la endonucleasa G podría interactuar con AIF y causar la fragmentación del ADN (Wang et al., 2002; Lee et al., 2005), aunque su interacción aún no está clara. La muerte celular inducida por PARP-1-es una vía única de muerte celular. Generalmente exhibe características de apoptosis, y algunos investigadores también la consideran necrótica ya que la apoptosis clásica es dependiente de energía (Ha y Snyder, 1999).

TEl cerebro es susceptible a lesiones I/R

La lesión por I/R puede ocurrir en muchos órganos y tejidos, incluidos el cerebro, el corazón, los músculos esqueléticos y los riñones. Algunas características comunes son compartidas por la lesión I/R en estas áreas, incluida la producción elevada de ROS, la sobrecarga de calcio, la inflamación y la apertura de mPTP. Sin embargo, las características específicas de los órganos pueden afectar la gravedad de la lesión por I/R en diferentes órganos. El cerebro, el órgano donde se produce un daño irreversible dentro de los 20 minutos posteriores a la isquemia y donde se puede administrar una ventana de tiempo estrecha (generalmente de 3 a 4,5 h) para la terapia de reperfusión, se considera muy susceptible a la lesión por I/R (Ordy et al., 1993) .

Las ROS en el cerebro se generan principalmente a partir de las mitocondrias en lugar de otras fuentes enzimáticas de ROS como un área metabólicamente activa. El cerebro representa más del 20 por ciento del consumo total de oxígeno del cuerpo, pero tiene un nivel de agente antioxidante relativamente bajo en comparación con otros órganos, lo que lo hace vulnerable al estrés oxidativo (Markesbery y Lovell, 2007; Damle et al., 2009; Kalogeris et al. , 2012). Además, el hierro lábil acumulado en el cerebro puede reaccionar con H2O2 para producir •OH altamente reactivo. Esta reacción estimula la oxidación y peroxidación de ácidos grasos poliinsaturados acumulados masivamente en el cerebro, provocando aún más estrés oxidativo (Ferretti et al., 2008). Debido a la susceptibilidad del cerebro a la lesión por I/R, encontrar objetivos para prevenir la lesión por reperfusión en el cerebro es importante en el tratamiento del accidente cerebrovascular.

Ampliación de la ventana de tiempo terapéutica en el ictus isquémico: recanalización retardada

La recanalización exitosa del vaso ocluido lo antes posible ha sido ampliamente aceptada como el principio vital del tratamiento AIS. Desafortunadamente, durante muchos años, a la mayoría de los pacientes con AIS se les impidió recibir una terapia de recanalización efectiva debido a una ventana terapéutica estrecha. En los últimos años, una serie de ensayos clínicos han indicado que la recanalización tardía aún puede tener beneficios en los cerebros isquémicos durante una ventana terapéutica ampliada, hasta más de 24 h, varios días e incluso más de 1 mes después del inicio de los síntomas [Revisado por Kang et al. (2020)]. Clínicamente, los avances en las técnicas de imagen han permitido una mejor caracterización del tejido cerebral y el estado de los vasos en AIS. Los marcadores de isquemia cerebral son instruidos por el desajuste de imágenes ponderadas por perfusión/imágenes ponderadas por difusión (PWI/DWI) y el desajuste de DWI/recuperación de inversión atenuada por líquido (DWI/FLAIR) en imágenes de resonancia magnética (IRM).

La resonancia magnética con PWI o la tomografía computarizada (TC) de perfusión (CTP) muestra diferentes niveles de hipoperfusión. Dados estos desarrollos, junto con los avances en dispositivos de intervención intravascular, es posible ampliar la ventana de tiempo de recanalización en ciertos pacientes. Cada vez más estudios aleatorizados han demostrado que la recanalización retrasada tiene efectos beneficiosos sobre los resultados de 90-días. Dos ensayos clínicos controlados aleatorios de alta calidad (DAWN y DEFUSE 3) de trombectomía mecánica endovascular informaron que la recanalización diferida selectiva basada en el desajuste de las imágenes mejoró los resultados del 90-día de los pacientes, incluso cuando se realizó entre 16 y 24 horas después del inicio de los síntomas. (Ragoschke-Schumm y Walter, 2018). En resumen, a pesar del riesgo de lesión por I/R, que podría aumentar con el punto de tiempo retrasado para la recanalización, la recanalización retrasada sigue siendo beneficiosa para cierto subtipo de pacientes.

Cistanche efecto neuroprotector

Cistanche es un extracto de planta conocido por sus propiedades neuroprotectoras, y se cree que su mecanismo de acción implica efectos antioxidantes, antiinflamatorios y antiapoptóticos. Hay varias pruebas relevantes y casos de aplicación relacionados con los efectos neuroprotectores de Cistanche, que incluyen:

1. Estudios in vitro: los estudios in vitro han demostrado que el extracto de Cistanche protege a las neuronas del daño inducido por el estrés al reducir el estrés oxidativo y la inflamación.

2. Estudios en animales: Los estudios en animales han demostrado que Cistanche puede proteger contra el daño neuronal causado por isquemia cerebral, lesión cerebral traumática y exposición a neurotoxinas.

3. Estudios en humanos: existe evidencia clínica limitada sobre los efectos neuroprotectores de Cistanche en humanos, pero algunos estudios han sugerido que puede mejorar la función cognitiva y reducir el deterioro de la memoria relacionado con la edad.

Luoan Shen1†, Qinyi Gan1†, Youcheng Yang1, Cesar Reis2, Zheng Zhang1, Shanshan Xu3, Tongyu Zhang4* y Chengmei Sun1,3*

1 Instituto de la Universidad de Zhejiang-Universidad de Edimburgo, Facultad de Medicina, Universidad de Zhejiang, Haining, China,

2 VA Loma Linda Healthcare System, Loma Linda University, Loma Linda, CA, Estados Unidos,

3 Instituto de Estudios Avanzados, Universidad de Shenzhen, Shenzhen, China, 4 Departamento de Neurocirugía, Hospital Xuanwu, Universidad Médica Capital, Beijing, China