(Parte I) Biomarcadores y mecanismos del estrés oxidativo: últimos 20 años de investigación con énfasis en el daño renal y el trasplante renal
Mar 20, 2022
Resumen:El estrés oxidativo es un desequilibrio entre pro y antioxidantes que influye negativamente en el organismo en varios mecanismos y en muchos niveles. El daño oxidativo que ocurre concomitantemente en muchas estructuras celulares puede causar un deterioro de la función, incluyendo apoptosis y necrosis. El daño deja una "huella" molecular, que puede ser detectada por una metodología específica, utilizando ciertos biomarcadores de estrés oxidativo. Existe una íntima relación entre el estrés oxidativo, la inflamación y el deterioro funcional, dando como resultado diversas enfermedades que afectan a todo el cuerpo humano. En la revisión narrativa actual, fortalecemos la conexión entre los mecanismos de estrés oxidativo y sus compuestos activos, enfatizandoDaño en el riñónytrasplante renal.Un análisis de especies reactivas de oxígeno (ROS), antioxidantes, productos de peroxidación y, finalmente, vías de señalización brinda muchos datos prometedores que potencialmente modificarán las respuestas celulares en muchos niveles, incluida la expresión génica. El daño oxidativo, el estrés y las ROS siguen siendo temas de investigación intensamente explotados. Discutimos los compuestos mencionados anteriormente como biomarcadores del estrés oxidativo y presentamos su papel documentado durante los últimos 20 años de investigación. En la búsqueda se utilizaron las siguientes palabras clave y términos MeSH: estrés oxidativo, riñón, trasplante, lesión por isquemia-reperfusión, IRI, biomarcadores, peroxidación y tratamiento.
Palabras clave:estrés oxidativo; biomarcadores; antioxidantes; Peroxidación lipídica; peroxidación de proteínas; peroxidación de ADN; vía de señalización; riñón; trasplante renal; lesión por isquemia-reperfusión
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IntroducciónEl estrés oxidativo es un fenómeno complejo que influye negativamente en el organismo en varios mecanismos y en muchos niveles. Se define como un desequilibrio entre los prooxidantes y un sistema de red de defensas antioxidantes. En la evaluación, podemos medir biomarcadores específicos a nivel molecular y celular, observar cambios microscópicos característicos en los tejidos y finalmente diagnosticar ciertas patologías en órganos que influyen en todo el organismo. La tríada constante de estrés oxidativo, inflamación y deterioro funcional se ha informado en la patogénesis de muchas enfermedades y condiciones clínicas. El estrés oxidativo influye en el envejecimiento, la carcinogénesis y el síndrome metabólico, incluida la diabetes y las enfermedades cardiovasculares [1,2]. Durantetrasplante renal,El estrés oxidativo es un mecanismo crucial que afecta negativamente a lariñónaloinjerto en la fase isquémica de preservación de órganos y durante la reperfusión cuando la oxidación repentina hace que el injerto sea propenso a daño adicional. Este fenómeno, ampliamente descrito como lesión por isquemia-reperfusión (IRI), da como resultado el agotamiento de la energía celular y un desequilibrio a favor de los prooxidantes con deterioro de la microcirculación, inflamación y apoptosis [3-5]. IRI fue la base de esta revisión. Sin embargo, a pesar del contexto del trasplante, tratamos de presentar una imagen más amplia de los conceptos básicos, el conocimiento actual y los enfoques modernos. Desde el punto de vista del trasplante, el estrés oxidativo es un mecanismo clave en la IRI, donde tanto la IRI como el rechazo agudo (RA) son las principales causas de disfunción y pérdida del injerto [6,7]. Las intervenciones y soluciones adecuadas a nivel celular podrían mejorar los resultados después del trasplante y ayudar a superar el creciente número de pacientes en listas de espera para trasplante. En general, los estudios sobre los mecanismos del estrés oxidativo y sus vías de señalización brindan muchos datos prometedores. Es posible que en el futuro, los investigadores y los médicos puedan modificar las respuestas celulares en muchos niveles, incluida la expresión génica. En la revisión narrativa actual, tratamos de acercar los mecanismos del estrés oxidativo y sus principales contribuyentes: las especies reactivas de oxígeno (ROS), que también sirven como biomarcadores. El vínculo entre el estrés oxidativo y el IRI, la inflamación yDaño en el riñónes presentado. Además, presentamos antioxidantes y productos de peroxidación y su papel como biomarcadores. Finalmente, discutimos un vínculo entre el estrés oxidativo, las vías de señalización y las posibles opciones terapéuticas. En la búsqueda se utilizaron las siguientes palabras clave y términos MeSH: estrés oxidativo, riñón, trasplante, lesión por isquemia-reperfusión, IRI, biomarcadores, peroxidación y tratamiento.
estrés oxidativoEl estrés oxidativo se define con frecuencia como un desequilibrio entre prooxidantes y antioxidantes [8]. Surge cuando la producción de especies reactivas de oxígeno (ROS) supera a los antioxidantes intrínsecos. Las células vivas están bajo un constante ataque oxidativo de ROS, lo que lleva a un "daño oxidativo", y el complejo sistema de defensa antioxidante generalmente mantiene este ataque en equilibrio [9]. La regulación del estado redox (reducción y oxidación) es fundamental para la viabilidad, activación, proliferación y función de los órganos de las células. Un cambio patológico en ese equilibrio conduce a concentraciones crecientes de ROS, lo que resulta en modificaciones adversas de los componentes celulares, como lípidos, proteínas y ADN [10]. El equilibrio lo mantienen los antioxidantes enzimáticos, que se discutirán más adelante debido a su papel como biomarcadores, o los antioxidantes no enzimáticos, que componen la capacidad antioxidante total (TAC) e indican la capacidad de las células para contrarrestar el daño inducido por el estrés oxidativo. El TAC está muy respaldado por formas reducidas y oxidadas de glutatión GSH/GSSG. Sin embargo, el equilibrio es mantenido por muchas otras sustancias químicas y parece estar regulado a través de vías redox discretas más que a través de una respuesta directa a tóxicos químicos y estímulos fisiológicos. Por lo tanto, el estrés oxidativo también puede definirse como una interrupción de la señalización y el control redox [8]. Las perturbaciones menores conducen a adaptaciones homeostáticas, mientras que las perturbaciones significativas pueden provocar daños irreparables y muerte celular [9]. El estrés oxidativo activa múltiples señales intracelulares, lo que induce la apoptosis o el crecimiento excesivo de células, lo que lleva a la disfunción de los órganos del corazón, páncreas,riñones, y los pulmones, causando además hipertensión, diabetes,enfermedad del riñony trastornos pulmonares [11]. Varias vías están involucradas, incluidos los genes apoptóticos: caspasa-3, -8, -9, Bim, Bcl-2, Bak y Bax; y genes de estrés oxidativo: CYGB (citoglobina), GSTP1 (glutatión S-transferasa pi 1), NCF1 (factor citosólico de neutrófilos 1), GPX1 (glutatión peroxidasa 1), SOD1 (superóxido dismutasa 1), SOD2, CCS (chaperona de cobre para superóxido dismutasa) y NOS2 (óxido nítrico sintasa 2) [12]. La expresión de GSTP1 y la señalización apoptótica a través de la activación de la quinasa N-terminal c-Jun (JNK) parecen ser mecanismos que vinculan el estrés oxidativo y la hipertensión en ratas espontáneamente hipertensas [13].
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El estrés oxidativo se reconoce como un factor de riesgo de varios eventos adversos, incluida la aterosclerosis y la mortalidad en pacientes crónicos.enfermedad del riñon(ERC) pacientes. Desde las primeras etapas de la enfermedad, el estrés oxidativo acompaña al deterioro defunción renal, que se agrava aún más con la hemodiálisis [14-16]. Los datos sugieren que las complicaciones cardiovasculares en pacientes sometidos a hemodiálisis se ven agravadas por el desequilibrio oxidativo, que puede ser un objetivo potencial para la terapia [17]. Más tarde, los destinatarios ingresan altrasplante de riñón(KTx) con alteración de la homeostasis, alterada aún más por factores preoperatorios y postoperatorios. Se reconoce que el estrés oxidativo y el daño oxidativo son factores importantes en el desarrollo de diversas enfermedades: enfermedad de Alzheimer [18], aterosclerosis [19], infertilidad masculina [20], EPOC [21], glaucoma [22], inflamación crónica y amiloidosis [23] , la enfermedad de Parkinson [24], la obesidad [25–28] y la diabetes [29], así como el envejecimiento [30]. Si el daño oxidativo contribuye significativamente a la patología de la enfermedad, entonces las acciones que lo disminuyan deberían ser terapéuticamente beneficiosas. Algunos de ellos se discuten más adelante. El estrés oxidativo es causado directamente por ROS. En equilibrio normal, desempeñan un papel importante como segundos mensajeros en muchas cascadas de señalización intracelular destinadas a mantener la célula en homeostasis con su entorno inmediato. Causan daño indiscriminado a las moléculas biológicas en niveles más altos, lo que lleva a la pérdida de función y muerte celular. Las biomoléculas en los organismos vivos están muy expuestas al estrés oxidativo. Las ROS se producen a partir del oxígeno molecular debido al metabolismo celular normal; sin embargo, muchos otros factores alteran este proceso. Algunos de ellos se presentan en la Figura 1.
Figura 1. Estrés oxidativo y daño renal. DT: tirosina, NY: 3-nitrotirosina, DiBrY: dibromotirosina, ACR: acroleína, CRA: crotonaldehído, HHE: 4-hidroxi-trans-2-hexenal, 4- HNE:{ {6}}hidroxinonenal, 7-KC—7-cetocolesterol, HEL—aducto de hexanoil-lisina, 8OHdG—8-hidroxi-20 -desoxiguanosina
Las ROS se pueden dividir en dos grupos: radicales libres y no radicales. Los radicales libres son moléculas que contienen uno o más electrones desapareados (•), lo que les confiere una alta reactividad. Las ROS que comparten sus electrones desapareados son formas no radicales. Tienen diferencias químicas importantes pero comparten mecanismos similares para el daño a nivel de biomoléculas [31]. Las principales ERO del primer grupo que son de importancia fisiológica son el anión superóxido (O2 más e → O2 •−), el radical hidroxilo (H2O2 más e → OH– más OH• ) y el radical hidroperoxilo (O2•− más H2O→H2O• ); del segundo grupo: peróxido de hidrógeno (H2O• más e más H → H2O2) [10]. Todos los radicales de oxígeno son ROS, pero no todos los ROS son radicales de oxígeno. A pesar de que son partículas de una vida media generalmente corta, se han reconocido durante mucho tiempo como sustancias químicas con funciones duales importantes. Causan daño celular al reaccionar con biomoléculas, pero también funcionan como agentes de señalización celular [32]. Las especies reactivas (RS) derivadas del oxígeno molecular (ROS) y nitrógeno (RNS) han sido profundamente estudiadas; sin embargo, también se han identificado nuevas especies de radicales como el cloro (RCS), el bromo (RBS) y las especies derivadas del azufre [33].
Las principales ROS se presentan en la Tabla 1. Las características descriptivas se ampliaron mediante histogramas que representan el interés de la investigación en la base de datos PubMed. El interés "general" se determinó mediante la fórmula de búsqueda: {"ROS"[Título]}. El interés de investigación en el campo de los trasplantes, como encabezados de temas médicos, se determinó mediante la fórmula de búsqueda: {("ROS") AND (trasplante [MeSH Major Topic])}. Podemos observar que el interés máximo ha pasado por ROS como el anión superóxido, alcoxilo y peroxilo, óxido nítrico y peroxinitrito; sin embargo, todavía hay artículos ampliamente publicados sobre el radical hidroxilo, el peróxido de hidrógeno, el oxígeno singulete, el ozono, el ácido hipocloroso y el dióxido de nitrógeno. Hubo un interés notable en el anión superóxido, el peróxido de hidrógeno y el óxido nítrico en el trasplante; sin embargo, disminuyó significativamente cuando hablamos del papel de las especies reactivas de oxígeno. Se conocen más ROS; sin embargo, están menos representados en la investigación.
En el grupo de los radicales libres, cabe mencionar los siguientes: carbonato (CO3•−), dióxido de carbono (CO2•−), cloro atómico (Cl•). En el grupo de los no radicales: peroxinitrousacid (ONOOH), cloruro de nitrilo (nitronio) (NO2Cl), cloraminas, cloro gaseoso (Cl2), ácido nitroso (HNO2), catión nitrosilo (NO plus), anión nitroxilo (NO–), trióxido de dinitrógeno (N2O3), tetraóxido de dinitrógeno (N2O4), cloruro de nitrilo (NO2Cl), catión de nitronio (nitrilo) (NO2 plus), peroxinitritos de alquilo (ROONO).
Estrés oxidativo en trasplante renal
Estrés oxidativo en la lesión por isquemia-reperfusiónLa lesión por isquemia/reperfusión (IRI, por sus siglas en inglés) ganó importancia debido a la omnipresente preocupación adversa en cada procedimiento de trasplante. Los efectos perjudiciales se refieren tanto a la reperfusión como a la isquemia, y son aditivos. En general, IRI describe cambios funcionales y estructurales que se hacen evidentes durante ambas fases. Se han propuesto varios mecanismos moleculares para explicar la IRI, sin embargo, el estrés oxidativo y la generación de ROS continúan recibiendo mucha atención como factores clave en la patogénesis [34]. La primera manifestación ultraestructural de la isquemia es el edema, que macroscópicamente se expresa por palidez y aumento de la turgencia y del peso de los órganos. A nivel molecular, depende de la hipoxia tisular y el consiguiente agotamiento del ATP celular. La lesión isquémica produce inflamación sistémica debido a la producción de citocinas y al aumento de la expresión de moléculas de adhesión por parte de las células endoteliales y parenquimatosas hipóxicas [35]. La reintroducción súbita de O2 al tejido hipóxico da como resultado un tipo único adicional de lesión, que no está presente durante la fase isquémica. Han pasado cuarenta años desde que ROS se señaló por primera vez en IRI. La evidencia fue
basado en tres líneas: (1) los captadores de ROS protegen contra IRI, (2) la generación artificial de ROS se asemeja a la respuesta de IRI, y (3) los tejidos posisquémicos se caracterizan por una mayor producción de ROS y sus productos. Los primeros estudios se realizaron en SOD tanto en modelos IRI in vivo como ex vivo, luego CAT, GPx y el papel de H2O2 como metabolito activo, finalmente como segundo mensajero de señalización [36]. La conexión entre la generación de ROS y el IRI se determinó en base a los productos de peroxidación como biomarcadores. Se estudiaron la mayoría de los biomarcadores más discutidos, siendo los más "populares" MDA, 4-HNE, carbonilos de proteínas, 3-nitrotirosina y 8OHdG.
El estrés oxidativo después de IRI también se relacionó con otras fuentes no enzimáticas: hemoglobina y mioglobina. Sin embargo, esos procesos enzimáticos o relacionados con enzimas fueron los más documentados, incluidos xantina oxidasa, NADPH oxidasa, mitocondrias, NOS, citocromo P450, lipoxigenasa/ciclooxigenasa y monoaminooxidasa. Finalmente, el estrés oxidativo se relacionó con IRI mediante la señalización celular y la activación de ciertas vías metabólicas y genes. La reoxigenación moviliza neutrófilos, CD4 más linfocitos T, plaquetas. Las células activadas producen ROS, TNF- y mediadores inflamatorios [37]. La reoxigenación aumenta la cantidad de ROS en las células parenquimatosas, endoteliales y linfocíticas. Las mitocondrias dañadas se caracterizan por la reducción incompleta de oxígeno, lo que resulta en la producción de aniones superóxido. Hay niveles reducidos de NO que conducen a la vasoconstricción, acompañados de una mayor expresión de moléculas de adhesión [4]. Las causas y el impacto del estrés oxidativo en elriñón, presentados en la Figura 1, son universalmente compartidos, incluidos los crónicos.enfermedad del riñon,IRI en KTX,riñóninjerto en el resultado a largo plazo, otras patologías, así como riñones sanos en funcionamiento normal. Las diferencias provienen de mecanismos patogénicos adicionales relacionados con la fase particular del procedimiento de trasplante o el estado clínico. La lesión por isquemia-reperfusión (I/R) renal es una de las principales causas de lesión renal aguda (AKI), que en la KTx suele manifestarse como función retardada del injerto (DGF) [38]. Los factores precoces que influyen en el desenlace tardío del KTx tienen lugar en el donante e incluso mucho antes de que el paciente sea considerado donante. Es bien sabido que los órganos con criterios extendidos son más susceptibles a la lesión por isquemia-reperfusión (IRI). Muchos factores y sus consecuencias pueden estar relacionados con el estrés oxidativo y la inflamación crónica, con un determinante posterior al trasplante importante, la función retardada del injerto (DGF), así como complicaciones relacionadas, incluido el rechazo autoinmunológico (AR) [6,35,39] .
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Estrés oxidativo e inflamaciónEl estrés oxidativo puede activar varios factores de transcripción, lo que conduce a la expresión diferencial de algunos genes implicados en las vías inflamatorias. Los principales objetivos del estrés oxidativo son las proteínas, los lípidos y el ADN/ARN, que se analizarán más adelante. El daño oxidativo provoca ciertas modificaciones en las moléculas que desencadenan una respuesta compleja de varias respuestas metabólicas y de señalización. La inflamación es un mecanismo de defensa natural contra los patógenos y está asociada con muchas patologías: infecciones, radiación, toxinas y enfermedades. Existe mucha evidencia de que el estrés oxidativo y la inflamación sistémica son fenómenos coexistentes que se influyen mutuamente. La reducción del glutatión (GSH) se correlaciona positivamente con el aumento del estrés oxidativo y participa en la regulación redox de la inmunidad [40]. Los estímulos inflamatorios inducen la liberación de una enzima intracelular activa redox ubicua (PRDX2), que actúa como un mediador inflamatorio dependiente de redox que activa los macrófagos para producir TNF- proinflamatorio [32]. Se informó que la inflamación crónica aumenta los productos de peroxidación de lípidos, los niveles de nitrito y el malondialdehído (MDA) [41]. También se informó que el estrés oxidativo eleva el nivel de interleucina proinflamatoria-6 (IL-6), molécula de adhesión de células vasculares-1 (VCAM-1), molécula de adhesión intercelular{ {13}} (ICAM-1) y factor nuclear kappa B (NF-κB) [42]. La activación de la respuesta inflamatoria conduce también a la activación de los receptores de adhesión celular. Los neutrófilos migran a través de la pared endotelial hacia el parénquima tisular liberando mediadores citotóxicos como TNF, interleucinas (IL) y NOS, lo que conduce directa o indirectamente a la producción de ROS altamente reactivos: O2 •−, H2O2 y ONOO– [43]. El aumento en los niveles de ROS circulantes y citocinas proinflamatorias induce estrés oxidativo e inflamación en órganos distantes [4]
Estrés oxidativo y daño renalLa presencia de ROS en los tejidos biológicos conduce a un efecto de oxidación nocivo sobre todos sus componentes bioquímicos: lípidos, proteínas, carbohidratos y ácidos nucleicos. Por lo tanto, también juega un papel en la fisiopatología de la insuficiencia renal y es un mediador de enfermedades crónicas.enfermedad del riñonprogresión [44]. El estrés oxidativo y la generación de ROS en el riñón interrumpen la función excretora de cada sección de la nefrona. Deteriora el equilibrio hidroelectrolítico y ácido-base y afecta los mecanismos reguladores renales: retroalimentación glomerular tubular, reflejo miogénico en la arteriola de suministro y el sistema renina-angiotensina-aldosterona [45]. El estrés oxidativo está directamente relacionado con el daño de los podocitos (edema, apoptosis y necrosis), tasa de filtración glomerular reducida, proteinuria [46] y fifibrosis tubulointersticial [47]. Los cambios metabólicos adversos están relacionados sinérgicamente con alteraciones en la hemodinámica renal [48]. Los podocitos son vulnerables al daño oxidativo. La consecuencia de una lesión es la proteinuria [49], que se convierte en un factor esencial en la inducción de toxicidad mesangial y tubular y está involucrada en las vías inflamatorias locales y sistémicas [50]. La inflamación y el TGF- están implicados en la señalización de la endotelina de los podocitos, que suprime la función mitocondrial e induce estrés oxidativo en el endotelio glomerular [51]. Después de la lesión renal inicial, los mecanismos de reparación, los factores de crecimiento, las citocinas y las vías moleculares específicas conducen a la fifibrosis tubulointersticial, al depósito de una matriz intersticial con células inflamatorias, a la pérdida de células tubulares, a la acumulación de fibroblastos y a la rarefacción de la microvasculatura peritubular [52]. El daño renal se ve reforzado por la regulación positiva de la síntesis de NOX [53], el sistema Nrf2/Keap1 [54] y el desequilibrio en la señalización de la autofagia [55]. El estrés oxoxidativo también está relacionado con la disfunción endotelial y desempeña un papel fundamental en la progresión de la ERC [56]. El factor crucial es el óxido nítrico (NO), que está involucrado en varios procesos biológicos, incluida la vasodilatación en las células del músculo liso, la inflamación y las respuestas inmunitarias [57]. La disfunción microvascular en el daño renal por estrés oxidativo está mediada por la óxido nítrico sintasa (NOS), el deterioro de la autorregulación de la arteriola aferente renal [58], el aumento de la presión de perfusión, lo que aumenta la cantidad de radicales superóxido (O2 •−) [59]. La IRI causa daño estructural y funcional de los túbulos renales al inducir directamente la muerte de las células tubulares, lo que además puede desencadenar respuestas dañadas [60]. La apoptosis anormal y el estrés del retículo endoplásmico (ERS) de las células epiteliales tubulares renales pueden afectar la aparición y progresión de la lesión renal aguda (IRA) [61].
Biomarcadores de Estrés OxidativoLas especies reactivas de oxígeno son compuestos difíciles de medir a la hora de evaluar el estrés oxidativo, principalmente debido a su vida media muy corta, por lo que apenas desempeñan el papel de biomarcadores. Sin embargo, si ROS se combina con una molécula biológica en particular, deja una "huella digital" química única. Los biomarcadores así obtenidos pueden utilizarse para evaluar el daño oxidativo o los efectos de los antioxidantes, incluidos los agentes terapéuticos. El criterio central para el biomarcador es su papel en la predicción del desarrollo posterior de la enfermedad. Además, los criterios técnicos importantes de un biomarcador son: debe detectar una parte importante del daño oxidativo total en curso in vivo, debe proporcionar ensayos de laboratorio coherentes, los resultados no deben variar en las mismas condiciones, debe ser estable durante el almacenamiento, debe emplear tecnología de medición químicamente sólida , y no debe confundirse con la dieta [31]. No existe un biomarcador ideal, pero muchos proporcionan suficiente precisión. Las ROS, como sustancias altamente reactivas, interactúan con el medio ambiente in vivo, involucrando y estimulando diversos mecanismos endógenos además de reaccionar con numerosas moléculas, dejando una huella mencionada, que se convierte en el punto de interés en evaluaciones específicas. Las ROS, las reacciones y los antioxidantes esenciales se presentaron en la Figura 2. Los mecanismos de señalización nuclear se mencionan en la Sección 5.
Antioxidantes EndógenosLa producción celular de ATP está inherentemente relacionada con la oxidación, reducción y generación de ROS. Los factores externos incluyen infecciones microbianas, xenobióticos, toxinas de la dieta, radiación, contaminación ambiental y otros. Los organismos vivos desarrollaron sistemas de defensa específicos contra la acción deletérea de los radicales libres. Los mecanismos más importantes son intracelulares; sin embargo, actúan con antioxidantes exógenos tanto extracelulares como dietéticos. Los antioxidantes endógenos se dividen en dos grupos: proteicos (con actividad enzimática) y no proteicos. Los de proteína son la primera línea de defensa, siendo tres los más importantes: CAT, SOD y GPx. La fórmula de búsqueda de PubMed de interés general se determinó mediante: {("biomarcador"[Título/Resumen]) Y (estrés oxidativo)}. El interés de investigación en el campo de los trasplantes, como encabezados de temas médicos, se determinó mediante la fórmula de búsqueda: {("biomarcador" [Título/Resumen]) Y (trasplante)} (Tabla 2).
La catalasa (CAT), una enzima tetramérica que contiene porfirina que se encuentra en casi todos los organismos vivos expuestos al oxígeno, se encuentra principalmente en los peroxisomas. La conversión de H2O2 en agua y oxígeno molecular tiene lugar en dos pasos: (1) CAT-Fe (III) más H2O2 → H2O más O=Fe(IV)-CAT(• más ) y (2) O{ {11}}Fe(IV)-CAT(• más ) más H2O2 → CAT-Fe(III) más 2H2O más O2. La mayor actividad de CAT parece estar en el hígado y los eritrocitos [62]. También puede catalizar la oxidación, por peróxido de hidrógeno, de varios metabolitos y toxinas, incluidos formaldehído, ácido fórmico, fenoles, acetaldehído y alcoholes. La CAT junto con el estrés oxidativo está ampliamente representada en la investigación durante los últimos veinte años. Desde hace varias décadas se estableció que los niveles de CAT se relacionan con numerosas patologías como los antioxidantes en general. En la última década se ha producido un notable interés por la CAT en el campo de los trasplantes, con picos similares a los de otros biomarcadores (tabla 2). La superóxido dismutasa (SOD) es un grupo de enzimas que funcionan como parte crucial de la defensa antioxidante contra los radicales superóxido altamente reactivos, dividiéndolos (dismutación) en H2O2 y O2. Hay cuatro isoenzimas, que dependen de la especie y la localización intracelular. Esas metaloproteínas unen cobre y zinc, manganeso, hierro o níquel. Trabajan junto con la glutatión peroxidasa y la catalasa, y su actividad responde en gran medida al estrés oxidativo. El superóxido (O2 •−) se produce como subproducto del metabolismo del oxígeno. SOD cataliza la dismutación (o partición) de este radical en oxígeno molecular ordinario (O2) y H2O2. Una serie de reacciones involucra a los cationes metálicos con el cambio de su estado de oxidación hasta más 3 para transferir y emparejar un electrón en el superóxido. Hay tres formas en humanos: SOD1 se encuentra en el citoplasma, SOD2 en las mitocondrias y SOD3 es extracelular. A pesar del hecho de que el anión radical superóxido (O2•) disputa espontáneamente, las SOD aceleran significativamente la reacción mencionada y superan las reacciones dañinas del superóxido, protegiendo a la célula de la toxicidad.
La glutatión peroxidasa (GPx) es el nombre general de una familia de enzimas con actividad peroxidasa. Existe en dos formas: dependiente de selenio e independiente de selenio, y cataliza la reducción de H2O2 o peróxido orgánico (ROOH) a agua o alcohol [63]. El proceso ocurre en presencia de GSH, que se convierte en GSSG (glutatión oxidado) durante esta reacción. Es crucial proteger los ácidos grasos poliinsaturados ubicados dentro de las membranas celulares del estrés oxidativo. Por lo tanto, GPx funciona como parte de un sistema de defensa antioxidante multicomponente dentro de la célula [64]. Está representado principalmente en el riñón y el hígado [62]; sin embargo, es conocida por su relación con patologías en otros órganos. GPx es la primera enzima que se activa bajo altos niveles de ROS. Por lo general, se mide espectrofotométricamente o mediante un ensayo directo al vincular la reacción de la peroxidasa con la glutatión reductasa con la medición de la conversión de NADPH a NADP. El interés de investigación general y de trasplante está menos expresado que CAT o SOD; sin embargo, representa picos similares (Cuadro 2). Las glutatión S-transferasas (GST) son una familia de isoenzimas metabólicas mejor conocidas por su capacidad para catalizar la conjugación de la forma reducida de glutatión (GSH) a sustratos xenobióticos para la desintoxicación. Hay tres formas: citosólica, mitocondrial y microsomal. La conjugación de GSH a través de un grupo sulfhidrilo a centros electrofílicos de varios sustratos es catalizada por GST, y dichos compuestos se vuelven más solubles en agua. Además, el GSH nucleofílico reacciona con átomos electrofílicos de carbono, azufre o nitrógeno de sustratos xenobióticos no polares, evitando que las proteínas celulares, los lípidos y los ácidos nucleicos interactúen con sustancias reactivas tóxicas.
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La glutatión reductasa (GR) cataliza la reducción del disulfuro de glutatión (GSSG) a glutatión en forma de sulfhidrilo (GSH). Por lo tanto, previene el estrés oxidativo al mantener la función celular adecuada y la relación GSSG/GSH, mientras que es crucial que la célula mantenga altos niveles de GSH. Su actividad como biomarcador puede ser monitoreada por el consumo de NADPH, con absorbancia a 340 nm. Hay al menos dos antioxidantes enzimáticos proteicos "novedosos" más: la hemooxigenasa 1 (HO-1) y la NADPH-quinona oxidorreductasa-1 (NQO1). El primero cataliza la degradación del hemo a biliverdina/bilirrubina, iones ferrosos y monóxido de carbono (CO). HO-1 es un miembro de la familia de proteínas de choque térmico (HSP) identificada como HSP32, con las concentraciones más altas en el bazo, el hígado y los riñones, y a nivel celular se encuentra principalmente en el retículo endoplásmico. HO-1 es objeto de una extensa investigación sobre sus funciones de señalización reguladora, inmunomoduladora y crioprotectora debido a los aspectos terapéuticos beneficiosos de la biliverdina y el monóxido de carbono [65]. HO-1 ganó interés debido a sus propiedades antioxidantes y su papel en varias enfermedades humanas, incluida la aterosclerosis, el Alzheimer y el rechazo de trasplantes de órganos. Puede proteger contra la remodelación vascular y la aterogénesis [66]. La bilirrubina creada a partir del hemo tiene propiedades de eliminación de radicales. HO-1 regula una amplia variedad de vías antiinflamatorias, antioxidantes y antiapoptóticas. Limita la disponibilidad de hemo para la maduración de la subunidad Nox2 de la NADPH oxidasa, previene el ensamblaje de una enzima funcional y reduce la generación celular de ROS [67]. El CO generado por HO-1 tiene propiedades antiproliferativas, antiinflamatorias y vasodilatadoras. Los efectos antiinflamatorios y antiapoptóticos surgen a través de la vía de la proteína quinasa activada por mitógenos (MAPK) [68]. Los posibles efectos citotóxicos del hierro están limitados por la mejora simultánea de la ferritina intracelular [69]. El interés máximo de la investigación general cae en promedio en el año 2010. Sin embargo, hubo un interés notable y relativamente constante en HO-1 en el campo de los trasplantes durante los últimos 20 años (Tabla 2)
NQO1 realiza una reducción de quinonas a hidroquinonas. Es una reacción de dos electrones, que no da como resultado la producción de especies radicales, como la reducción de un electrón realizada, por ejemplo, por NADPH: citocromo c oxidorreductasa. Los sustratos típicos son ubiquinona, benzoquinona, juglona y duroquinona. Los compuestos quinonoides generan especies reactivas de oxígeno a través de mecanismos de ciclos redox y nucleófilos arilantes. NQO1 elimina una quinona de los sistemas biológicos en la reacción de desintoxicación que involucra NADPH, lo que asegura la oxidación completa del sustrato sin la formación de semiquinonas y ROS. NQO1 juega un papel en el metabolismo de la ubiquinona y la vitamina E quinona. Protege las membranas celulares del daño peroxidativo en su estado reducido. La inducción de NQO1 está mediada por la vía de señalización Keap1/Nrf2/ARE, que promueve la expresión de genes citoprotectores. NQO1 regula indirectamente las proteínas supresoras de tumores p53 y p73 [70]. Varios mecanismos y la amplia influencia de NQO1 han ganado mucho interés en la investigación últimamente, con un pico máximo en el año 2020. Sin embargo, el interés en la investigación de trasplantes está menos expresado.
En el grupo de los antioxidantes no proteicos, el más importante es el glutatión (GSH). Puede prevenir el daño a importantes componentes celulares causado por diversas ROS, xenobióticos y metales pesados. Es un tripéptido y el tiol más abundante en las células animales. La pareja redox primaria en las células animales se reduce (GSH) y se oxida (GSSG). El aumento de la relación GSSG-a-GSH es una medida de mayor estrés oxidativo celular. GSH se regenera a partir de GSSG por GR. El glutatión se une y activa los receptores ionotrópicos, convirtiéndolo potencialmente en un neurotransmisor [71]. La suplementación directa de glutatión como antioxidante no tuvo éxito; sin embargo, se utilizó la suplementación de materias primas nutricionales como la cisteína y la glicina para generar GSH. El glutatión, como componente principal del TAC, aparece regularmente en revistas médicas revisadas por pares. El número de publicaciones se mantuvo estable en la última década y superó significativamente a otros biomarcadores. El interés en la investigación de trasplantes fue proporcional al general, comparable con SOD (Tabla 2). La coenzima Q (CoQ10, ubiquinona, 1,4-benzoquinona) se mencionó en la descripción de NQO1. Q se refiere al grupo químico quinona y 10 se refiere al número de subunidades químicas de isoprenilo en su cola. Se parece a las vitaminas y es liposoluble. Participa en la respiración celular aeróbica y en la generación de ATP como componente de la cadena de transporte de electrones. Permanece principalmente en los órganos con mayores requerimientos energéticos: corazón, hígado y riñón. Se considera un antioxidante liposoluble de síntesis endógena presente en todas las membranas. Durante el transporte de electrones a través de los grupos de hierro y azufre, solo puede aceptar un electrón a la vez, el que es crucial para la eliminación de radicales libres. La biosíntesis requiere al menos 12 genes. CoQ10 puede medirse en plasma sanguíneo; sin embargo, se pueden realizar mediciones más precisas en cultivos de fibroblastos de piel, biopsias musculares y células mononucleares sanguíneas [72].
El ácido alfa lipoico (ALA) es un compuesto organosulfurado sintetizado para el metabolismo aeróbico. El ácido lipoico se une a las proteínas y funciona como cofactor de al menos cinco sistemas enzimáticos, incluidos los intermediarios del ciclo del ácido cítrico, una vía catabólica de los aminoácidos de cadena ramificada y el sistema de escisión de la glicina. ALA es un antioxidante directo; sin embargo, también puede desencadenar la defensa antioxidante, mejorar la absorción de glucosa celular y modular la actividad de varias moléculas de señalización celular y factores de transcripción. las actividades antioxidantes involucran (1) eliminación directa de ROS y NOS; (2) regeneración de otros antioxidantes, mientras que ALA es un potente agente reductor de formas oxidadas de CoQ10, vitamina C y GSH; (3) quelación de metales e inhibición del daño oxidativo mediado por cobre y hierro; (4) la activación de las vías de señalización antioxidante a través de la activación del factor 2 relacionado con el factor nuclear E2-(Nrf2) mediante la regulación al alza de la expresión de -GCL y otras enzimas antioxidantes [73]; y (5) regular al alza la vía de señalización de la insulina-fosfatidilinositida-3 cinasa (PI3K)-proteína cinasa B (PKB/Akt) mediante la inhibición de la nicotinamida adenina dinucleótido fosfato (NADPH) oxidasa (NOX) [74]. El ALA se utilizó como agente intravenoso para tratar la neuropatía periférica diabética [75]; sin embargo, dicha suplementación no benefició a los pacientes con enfermedad de Alzheimer [76]. La bilirrubina (BR) se produce en la vía catabólica de la descomposición del hemo, que surge de los glóbulos rojos envejecidos o anormales. La producción de biliverdina a partir de hemo es el primer paso, después del cual la enzima biliverdina reductasa (BVR) produce bilirrubina a partir de biliverdina. La bilirrubina consiste en un tetrapirrol de cadena abierta y se forma por escisión oxidativa de la porfirina en el hemo. Se excreta después de la conjugación con ácido glucurónico. BR tiene la capacidad de eliminar los radicales libres. Cuando la bilirrubina actúa como antioxidante, se oxida a biliverdina, que se reduce inmediatamente a bilirrubina por BVR. Este ciclo funciona de manera análoga a GSH y GSSG [77]. La ausencia de bilirrubina celular conduce al estrés oxidativo [78]. Se informó que BR protege el riñón, el hígado, el corazón y el intestino de la lesión por isquemia-reperfusión [79,80]. Tiene varios efectos inmunomoduladores que pueden amortiguar el sistema inmunitario para promover la aceptación del órgano [81]. Hubo un interés de investigación cada vez mayor en el BR como oxidante, que alcanzó su punto máximo en 2018-2019. El interés significativo en BR como oxidante en el trasplante ocupa los últimos diez años.
La ferritina es un complejo proteico globular intracelular universal que almacena y libera hierro de forma controlada. Es la principal proteína de almacenamiento de hierro intracelular en todos los organismos vivos, manteniendo el hierro en una forma soluble y no tóxica. El hierro libre es tóxico para las células, ya que actúa como catalizador en la formación de radicales libres a partir de especies reactivas de oxígeno a través de la reacción de Fenton, produciendo radicales hidroxilo altamente dañinos [82]. La unión del hierro en varios compartimentos tisulares es crucial para la supervivencia celular. En condiciones de estado estacionario, el nivel de ferritina en el suero sanguíneo se correlaciona con las reservas corporales totales de hierro. Las concentraciones de ferritina aumentan drásticamente en presencia de una infección, cáncer y estrés oxidativo [83]. Las reservas de hierro del cuerpo infectado se niegan al agente infeccioso, impidiendo su metabolismo [84]. Nuestro interés de investigación se parece al de la bilirrubina.
