Download La inflamación como agente terapéutico en el infarto cerebral

REVISIÓN EN NEUROCIENCIA
La inflamación como agente terapéutico en el infarto
cerebral: respuesta inflamatoria celular y mediadores
inflamatorios
María D. Cuenca-López, David Brea, Tomás Segura, María F. Galindo, David Antón-Martínez, Jesús Agulla,
José Castillo, Joaquín Jordán
Introducción. El sistema nervioso central (SNC) posee células inflamatorias innatas como la microglía y los macrófagos,
los cuales tienen una función importante en la recepción y propagación de señales inflamatorias. Recientemente se ha
postulado que el sistema inmune y el proceso inflamatorio participan de forma activa en la pérdida neuronal descrita en
enfermedades del SNC agudas (infarto cerebral) y crónicas (esclerosis múltiple, enfermedad de Alzheimer).
Desarrollo. Se revisan los procesos que conducen a la activación del sistema inmune y el inicio de la respuesta inflamatoria tras la isquemia cerebral, donde se produce la muerte necrótica de las células afectadas, especialmente de las neuronas. Así se profundiza en el papel de las células inflamatorias innatas de las que dispone el SNC, como la microglía y los
macrófagos, las cuales poseen una función importante en la recepción y propagación de señales inflamatorias. Además,
la respuesta inflamatoria se caracteriza por un incremento en los niveles de expresión de mediadores inflamatorios, que
sobrerregulan las moléculas de adhesión y aumentan la permeabilidad de la barrera hematoencefálica. Se ha descrito también que la inflamación promueve la rápida sobreexpresión y activación de una variedad de genes, habiéndose
postulado a los factores de transcripción como posibles dianas sobre las que actuar en la reparación y la terapéutica. Sin
embargo, la activación transcripcional puede verse como una espada de doble filo porque la transcripción individual de
factores puede inducir tanto a genes neuroprotectores como neurotóxicos.
Conclusión. Un mayor conocimiento de las distintas moléculas involucradas en la respuesta inflamatoria permitiría el diseño de nuevas aproximaciones farmacológicas que contribuirían a la mejora en el tratamiento de la isquemia cerebral.
Palabras clave. Citocinas. Interleucinas. Isquemia. Mediadores inflamatorios. Respuesta inflamatoria. SNC.
Introducción
El sistema nervioso central (SNC) se considera como
un órgano inmune privilegiado, quizás, debido a la
existencia de la barrera hematoencefálica (BHE)
que regula el paso de células inflamatorias y mediadores del torrente sanguíneo al parénquima cerebral [1]. Actualmente se cuestiona este grado de
privilegio. De hecho, se conoce la existencia de la
activación del sistema inmune innato y se ha descrito la presencia de un número muy reducido de
linfocitos (1-3/mm3) en el líquido cefalorraquídeo
de pacientes sanos. Por otro lado, el SNC dispone
de células inflamatorias innatas, como la microglía
y los macrófagos, las cuales poseen una función importante en la recepción y propagación de señales
inflamatorias. Recientemente se ha postulado que
el sistema inmune y el proceso inflamatorio participan de forma activa en la pérdida neuronal descrita
en enfermedades del SNC agudas (p. ej., infarto cerebral) y crónicas (p. ej., esclerosis múltiple y enfer-
www.neurologia.com Rev Neurol 2010; 50 (6): 349-359
medad de Alzheimer). Por todo ello, consideramos
relevante la revisión del campo de la inflamación en
los procesos de isquemia, abarcando la respuesta
inflamatoria celular junto con los mediadores inflamatorios y los factores de transcripción.
La respuesta inflamatoria en el SNC se caracteriza por la activación de la microglía y astrocitos, y
por la expresión de mediadores inflamatorios clave,
con una limitada invasión de células inflamatorias
circulantes. Este hecho puede verse aumentado por
la inducción rápida de la expresión de mediadores
inflamatorios, como las citocinas, quimiocinas y
prostaglandinas, que sobrerregulan las moléculas de adhesión y aumentan la permeabilidad de la
BHE, facilitando la invasión de células inflamatorias
circulantes, con la consecuente liberación de moléculas potencialmente tóxicas para las neuronas cerebrales. Por tanto, en un infarto cerebral aumenta
la permeabilidad de la BHE y las células inflamatorias entran en contacto con los antígenos del SNC
tanto en el cerebro como en la periferia [2].
Laboratorio de Investigación de
Neurociencias Clínicas; Servicio
de Neurología; Hospital Clínico
Universitario; Universidad de
Santiago de Compostela
(D. Brea, J. Agulla, J. Castillo).
Departamento de Ciencias
Médicas; Facultad de Medicina;
Universidad de Castilla-La Mancha
(M.D. Cuenca-López, J. Jordán).
Servicio de Neurología (T.
Segura); Unidad Translacional de
Neuropsicofarmacología (M.F.
Galindo); Sección de Bioquímica;
Complejo Hospitalario Universitario
de Albacete (D. Antón-Martínez).
Grupo de Neurofarmacología;
Centro Regional de Investigaciones
Biomédicas (J. Jordán). Grupo de
Neurofarmacología; Instituto de
Investigación en Discapacidades
Neurológicas de Albacete
(J. Jordán). Albacete, España.
Correspondencia:
Dr. Joaquín Jordán. Departamento
de Ciencias Médicas. Facultad de
Medicina. Universidad de CastillaLa Mancha. Avda. Almansa, 14.
E-02006 Albacete.
Fax:
+34 967 599 327.
E-mail:
[email protected]
Aceptado tras revisión externa:
25.02.10.
Cómo citar este artículo:
Cuenca-López MD, Brea D, Segura
T, Galindo MF, Antón-Martínez
D, Agulla J, et al. La inflamación
como agente terapéutico en
el infarto cerebral: respuesta
inflamatoria celular y mediadores
inflamatorios. Rev Neurol 2010;
50: 349-59.
© 2010 Revista de Neurología
349
M.D. Cuenca-López, et al
Respuesta inflamatoria celular
El SNC posee células inflamatorias innatas como la
microglía y los macrófagos, los cuales poseen una
función importante en la recepción y propagación
de señales inflamatorias.
La microglía es una población celular altamente
receptiva con un importante papel de ‘vigilancia inmune’ del sistema nervioso [3,4]. La microglía constituye el 5-15% de la población celular cerebral total y
forma una red diseminada en el SNC capaz de detectar y reaccionar ante las modificaciones del ambiente
[5]. En el cerebro maduro, la microglía se encuentra
en reposo y posee una morfología ramificada capaz
de monitorizar el ambiente cerebral, compartiendo
muchas propiedades con los macrófagos, ya que ambos proceden de una misma hoja blastodérmica, el
mesodermo [6-8]. Durante las etapas del desarrollo
fetal temprano, las células monocíticas se infiltran en
el SNC y se diferencian en parénquima microglial.
En el individuo adulto, este parénquima, al contrario
que la microglía perivascular, no es frecuentemente
repoblado por nuevos monocitos [9].
La microglía se encuentra primariamente involucrada en la vigilancia inmune [5,10], pero cuando
se activa, posee características de macrófagos como
la fagocitosis, producción de citocinas inflamatorias y presentación de antígenos [11]. Normalmente, estos cambios neuroinflamatorios de la microglía son transitorios y están presentes únicamente
en presencia del estímulo inmune. Sin embargo, los
procesos asociados al envejecimiento o a una enfermedad neurológica pueden provocar un ambiente
donde la microglía sea más reactiva a un estímulo
inmune periférico [12]. Así, en respuesta a ciertos
procesos como la isquemia cerebral o un estímulo
inmunológico, la microglía se activa rápidamente y
secreta una amplia gama de factores, algunos de los
cuales están implicados en la apoptosis. A su vez, la
microglía también ha mostrado tener un papel importante en la supervivencia neuronal a través de la
liberación de factores tróficos y antiinflamatorios.
Existen características comunes entre la microglía y los macrófagos sistémicos, como la expresión
de receptores inmunes innatos y la capacidad de fagocitar patógenos, células o detritus celulares [6,13].
La microglía se activa pocos minutos después de
la isquemia y produce la liberación de mediadores
inflamatorios que exacerban el daño tisular [14].
Además, las moléculas inflamatorias secretadas por
la microglía tras la isquemia sufren variaciones no
sólo temporales, sino también espaciales. Después
de una isquemia cortical focal, hay un segundo
participante procedente del tálamo ipsilateral atri-
350
buible a la degeneración retrógrada de las fibras de
proyección corticotalámicas [15].
Recientemente se ha observado que pacientes
con infarto cerebral agudo muestran una evolución
más favorable mediante el tratamiento con fármacos
inhibidores de la activación de la microglía, como
la minociclina [16]. La minociclina, un derivado de
las tetraciclinas, presenta acciones antiinflamatorias
contribuyendo, probablemente de esta manera, a la
citoprotección del SNC [17,18]. Además, recientemente nuestro grupo de investigación ha demostrado que la minociclina presenta una capacidad neuroprotectora frente a estímulos excitotóxicos [19] y es
capaz de prevenir la entrada de calcio dentro de las
mitocondrias, evitando de esta manera la activación
de los procesos de muerte neuronal [20,21].
Además de la microglía, otras células como los
astrocitos también expresan mediadores inflamatorios [22]. Después de la isquemia, los astrocitos se
activan, incrementándose la expresión de la proteína acídica fibrilar glial (GFAP) y la llamada ‘gliosis
reactiva’, que implica una serie de cambios funcionales y estructurales [23]. Los astrocitos participan en
la inflamación, expresando moléculas del complejo
mayor de histocompatibilidad y moléculas coestimuladoras, con lo que se desarrolla una respuesta
inmune Th2. Los astrocitos son capaces de secretar
moléculas inflamatorias, como citocinas y quimiocinas, y de expresar proteínas, como la óxido nítrico
sintasa inducible –inducible nitric oxide synthase
(iNOS)– [24]. Además, la actividad de la iNOS en
los astrocitos intensifica el daño cerebral tras la isquemia [25]. Estos datos sugieren que mientras los
astrocitos desempeñan un papel importante en el
mantenimiento de las neuronas, los astrocitos activados podrían ser perjudiciales para éstas.
La inflamación se caracteriza por la acumulación
de células inflamatorias y mediadores en el cerebro
isquémico. Los fagocitos periféricos, los linfocitos
T, las células natural killer (NK) y los leucocitos polimorfonucleares secretan citocinas y pueden contribuir a la inflamación en el cerebro tras la isquemia cerebral. Además de la microglía, los leucocitos
procedentes de la sangre periférica son las células
inflamatorias más activas, que se acumulan en el tejido cerebral tras la isquemia cerebral, conduciendo
al daño por inflamación.
Los leucocitos se adhieren a la pared de los vasos
entre 4-6 horas después de la isquemia. Las interacciones entre leucocitos y células endoteliales en el
tejido cerebral después de la isquemia incluye varios pasos: activación endotelial, rodamiento, adhesión y migración transendotelial, que conduce a la
acumulación de dichas células en el tejido cerebral
www.neurologia.com Rev Neurol 2010; 50 (6): 349-359
Inflamación como agente terapéutico en el infarto cerebral
isquémico y a la liberación de mediadores proinflamatorios (Figura). La unión de moléculas de adhesión en los leucocitos con sus respectivos ligandos
en las células endoteliales puede activar vías de señalización en ambas células. Esto conduce a la amplificación de la respuesta inflamatoria.
Los neutrófilos son, generalmente, el primer tipo
de leucocitos que entran en el cerebro isquémico.
El reclutamiento de éstos ocurre entre 6-12 horas
después del inicio de los síntomas, progresando hasta las 24 horas y reduciéndose a continuación [26].
Los monocitos se acumulan en el área de daño entre
12-24 horas después del inicio de la isquemia, transformándose rápidamente en macrófagos capaces
de fagocitar toda la materia orgánica muerta. Otras
células inflamatorias/inmunes como los linfocitos
llegan al parénquima cerebral en períodos más tardíos. El significado de la entrada de leucocitos en el
cerebro isquémico no está completamente claro. Es
probable que su aportación pueda variar en función
del tipo celular y del momento en que acceden al parénquima cerebral. Además, la presencia de leucocitos en capilares distales a la zona de oclusión podría
contribuir a la disminución del flujo sanguíneo [27].
Los leucocitos también liberan mediadores, como
los radicales de oxígeno, las proteasas y las citocinas, que contribuyen al daño neuronal [28].
Mediadores inflamatorios
Citocinas
Con este término se engloban más de 100 péptidos
genética y estructuralmente diferentes, que actúan
uniéndose a receptores específicos sobre la superficie celular. Las citocinas son sintetizadas por diferentes tejidos y tipos celulares, y dependiendo de
ello reciben distintos nombres, como linfocinas –si
son secretadas por linfocitos– o monocinas –si son
producidas por macrófagos–. Las citocinas se caracterizan por su redundancia, ya que muchas citocinas distintas comparten funciones similares; por
ser pleiotrópicas, ya que actúan sobre muchos tipos
celulares diferentes (además, una célula puede expresar receptores para más de una citocina); y, finalmente, por presentar una vida corta porque actúan
localmente de forma autocrina y paracrina. La mayoría de las reacciones inflamatorias son mediadas
por citocinas, las cuales pueden potenciar el daño
producido por un infarto isquémico. En el cerebro
existen diferentes tipos celulares capaces de secretar
citocinas, como las células de la micro­glía, astrocitos, células endoteliales y neuronas. Además, se ha
www.neurologia.com Rev Neurol 2010; 50 (6): 349-359
Figura. Respuesta inflamatoria celular y mediadores inflamatorios liberados después del infarto cerebral.
Neurona
Microglía
Monocito
Astrocito
Célula endotelial
Neutrófilo
Linfocito
Citocinas:
Quimiocinas:
Quimiocinas:
• IL-1
• IL-2
• TNF-a
• IL-10
• TGF-b
• MCP-1
• MIP-1a
Ciclooxigenasas:
Ciclooxigenasas:
Óxido
Óxido nítrico:
nítrico:
• COX 1
• COX 2
• eNOS
• nNOS
• iNOS
Metaloproteasas
Metaloproteasas
de
de matriz
matriz:
• MMP-2
• MMP-9
comprobado que las citocinas circulantes están implicadas en la inflamación cerebral. Así, monocitos
circulantes, linfocitos T, células NK y células polimorfonucleares producen y secretan citocinas que
pueden contribuir a la inflamación del SNC.
Las citocinas se pueden agrupar en cuatro grupos funcionales de acuerdo con el sitio o fase específica de la respuesta inmune en la que actúen: a) Citocinas proinflamatorias, que actúan en la res­puesta
inmune innata, inespecífica o inflamación; b) Citocinas que favorecen el desarrollo de la inmunidad
celular y/o citotóxica; c) Citocinas que favorecen la
producción de las diversas clases de inmunoglobulinas o inmunidad humoral; y d) Citocinas con funciones extrainmunológicas y/u homeostáticas.
Las principales citocinas que actúan en los procesos de inflamación son: las interleucinas (IL) IL-1,
IL-6, el factor de necrosis tumoral alfa (TNF-α) y el
factor de crecimiento transformante beta (TGF-β),
todas ellas proinflamatorias. Dentro de las citocinas
antiinflamatorias se encuentra la IL-10.
Interleucina-1 (IL-1)
La IL-1 es una citocina producida por múltiples estirpes celulares, principalmente por macrófagos activados, monocitos y células dendríticas. Se produce
en grandes cantidades como respuesta a infecciones
o cualquier tipo de lesión o estrés. La IL-1 se libera en
respuesta al TNF-α. Se conocen tres isoformas: IL-1α,
IL-1β e IL-1RA, inhibitoria sobre las dos anteriores.
La IL-1α y la IL-1β, ambas sintetizadas como
precursores, carecen de una primera secuencia. El
precursor de la IL-1α presenta actividad, mientras
351
M.D. Cuenca-López, et al
que el de la IL-1β es inactivo y requiere ser activado por la acción de la proteasa caspasa 1 [29]. La
IL-1 actúa a través de dos receptores diferentes, los
receptores tipo I y II [30,31]. El receptor tipo I puede encontrarse en varios tipos celulares y se une a
ambas isoformas de la IL-1. Por contra, el receptor
tipo II se encuentra sobre la superficie celular de
neutrófilos, linfocitos B y macrófagos, y manifiesta
una alta afinidad por la IL-1β [32].
En condiciones fisiológicas, la IL-1 es sintetizada
en el SNC por varios tipos celulares como la microglía, astrocitos, neuronas y células endoteliales en
niveles bajos o indetectables [33]. Empero, la expresión del ARNm de IL-1β aumenta rápidamente después de diferentes estímulos neurotóxicos, como la
neurotoxicidad inducida por cainato [34] o lipopolisacáridos [35], o después de un proceso isquémico
[36], lo que conduce a un aumento de la proteína
unas horas después [37]. En modelos animales, se
ha observado que tan sólo 20 minutos después de
una oclusión cerebral global transitoria aumentaron tanto los niveles de ARNm como de proteína de
la IL-1β, no sólo durante la reperfusión temprana
(1 h) sino también en las 6 a 24 horas posteriores,
indicando la existencia de una expresión bifásica de
dicha citocina [38].
Las dos isoformas y su inhibidor endógeno, el
antagonista del receptor de IL-1 (IL-1RA), se han
estudiado en el infarto cerebral experimental. Diversos estudios han correlacionado el aumento de
los niveles de IL-1 después de la isquemia con un
incremento en el volumen del infarto. Además, los
niveles elevados de IL-1 se han asociado al mal pronóstico en los pacientes con infarto cerebral. Este
hecho podría deberse a que la IL-1 es un potente pirógeno, que media en el aumento de la temperatura
corporal [39]. Por otro lado, diferentes estudios han
demostrado que la inyección intraventricular de IL1β recombinante después de una oclusión de la arteria cerebral media (ACM) aumenta la formación del
edema cerebral, el tamaño de la zona infartada y la
infiltración de neutrófilos en ratas [40]. Sin embargo,
y a pesar de los resultados hasta ahora expuestos, la
neurotoxicidad de la IL-1 es controvertida, ya que la
administración de IL-1 en el cerebro sano no causa
ningún daño, y cuando se añade a neuronas aisladas
en cultivo, tampoco causa su muerte. Es más, otros
estudios han reflejado un posible efecto neuroprotector de la IL-1 [41,42]. Así, la adición de IL-1α o
IL-1β a cultivos celulares de neuronas corticales de
ratón produjo la atenuación de la neurotoxicidad
inducida por NMDA [41]. Además, el tratamiento
de neuronas corticales de rata en cultivo con IL-1β
atenuó la muerte neuronal causada por la exposi-
352
ción a aminoácidos excitotóxicos como glutamato,
NMDA, AMPA o cainato [42]. Asimismo, los ratones deficientes en IL-1, en comparación con ratones
wild-type, presentaron infartos más pequeños cuando se sometieron a modelos de isquemia [40]. Además, la sobreexpresión o el tratamiento con IL-1RA
reduce el tamaño del infarto y la gravedad de los déficit neurológicos [43,44], mientras que ratones deficientes en IL-1RA exhiben un aumento drástico del
daño isquémico [45]. Se ha postulado que los efectos
neuroprotectores atribuidos a IL-1β puedan estar
parcialmente mediados por la inducción de factor
de crecimiento nervioso (NGF) [42], ya que en algunos casos la neuroprotección mediada por la IL-1 se
inhibió tras la administración de un anticuerpo neutralizante de la actividad del NGF [41].
Interleucina-6 (IL-6)
La IL-6 es una glucoproteína segregada por los ma­
crófagos, células T, células endoteliales y fibroblastos. Su liberación está inducida por la IL-1 y se
incrementa en respuesta al TNF-α. Entre otras funciones, activa la formación de inmunoglobulinas
por parte de los linfocitos B.
La IL-6 puede contribuir al daño provocado por
la inflamación en el cerebro y está implicada en la
regulación de la apoptosis neuronal [46]. Diversos
estudios sugieren que la IL-6 está sobrerregulada
después de la isquemia cerebral [47], habiéndose
postulado que posee efectos perjudiciales en la isquemia cerebral. Por ello, los niveles plasmáticos
de IL-6 parecen ser un buen indicador del deterioro neurológico temprano [48] y niveles elevados de
IL-6 se asocian a un mayor volumen infartado [49]
y a un mal pronóstico [50]. Así, nuestro grupo de
investigación ha demostrado una asociación entre
los niveles de IL-6 y el deterioro neurológico precoz,
que es independiente del tamaño inicial, la topografía o el mecanismo del infarto [48]. En otro estudio
hemos puesto de manifiesto que los pacientes cuyos
niveles de IL-6 son superiores a 5 pg/mL tienen una
probabilidad 25 veces mayor de desarrollar un nuevo
episodio vascular y una probabilidad 19 veces mayor de fallecer por un problema de origen vascular.
Factor de necrosis tumoral alfa (TNF-α)
El TNF-α es una sustancia química del grupo de las
citocinas proinflamatorias que es liberada por células del sistema inmune. En el SNC, esta citocina
constituye el principal mediador de inflamación que
induce una cascada de eventos celulares que culminan con la muerte neuronal. El TNF-α posee una
diversidad de funciones implicadas en la defensa in-
www.neurologia.com Rev Neurol 2010; 50 (6): 349-359
Inflamación como agente terapéutico en el infarto cerebral
munitaria, homeostasis celular y protección frente a
varios tóxicos neurológicos [51]. Las acciones biológicas del TNF-α están mediadas por dos tipos de
receptores celulares: el receptor 1 (TNFR1, p55) y el
receptor 2 (TNFR2, p75) por los que muestra una
afinidad equivalente. El TNF-α está sobrerregulado
en el cerebro después de un proceso isquémico. En
la isquemia cortical en ratas, aparece una inducción
del ARNm del TNF-α después de una oclusión de la
ACM permanente [52,53] o transitoria [47].
Barone et al [54] han demostrado que, después de
una oclusión de la ACM, la inducción de TNF-α se
asocia con la exacerbación de los déficit neurológicos y el incremento del tamaño del infarto cerebral.
El análisis de la expresión temporal del ARNm de citocinas en ratas isquémicas ha revelado que la sobrerregulación del ARNm del TNF-α es proporcional
a la sobreexpresión de IL-1 [55] e IL-6 [56]. Inicialmente se observan aumentos en la expresión entre
1-3 horas después de la inducción de la isquemia
cerebral [52] y, posteriormente, vuelve a haber un segundo pico de expresión entre las 24-36 horas, mostrando por tanto una expresión en dos fases [57,58].
En estudios clínicos se ha observado que el TNF-α
se sobreexpresa en el tejido cerebral de pacientes
con infarto cerebral agudo [59] y aparece secuencialmente en áreas preinfartadas antes de expresarse en el hemisferio contralateral y otras áreas remotas cerebrales [60].
La concentración de TNF-α en el líquido cefalorraquídeo aumenta en pacientes con infarto cerebral
agudo [48], incluyendo aquellos con lesiones pronunciadas en la sustancia blanca [61]. Las concentraciones séricas de TNF-α también aumentan en la
mayoría de los estudios realizados en pacientes con
infarto cerebral agudo [48,62]. Las concentraciones
elevadas de TNF-α en plasma en pacientes que han
sufrido infartos lacunares se han asociado con deterioro neurológico y un peor pronóstico [63].
Algunos estudios sostienen que el TNF-α posee
un efecto perjudicial en modelos experimentales de
infarto cerebral agudo. Así, mientras que la inhibición de TNF-α reduce el daño en el infarto cerebral
[64], la administración de la TNF-α recombinante
después del infarto empeora los daños isquémicos
cerebrales [54]. La administración del anticuerpo
frente al TNF-α [65] después de una isquemia cerebral ha mostrado efectos beneficiosos [66]. Ratones
deficientes en TNF-α muestran una clara reducción
del área infartada en comparación con ratones wild
type, mientras que la infusión de TNF-α incrementa el volumen infartado en la isquemia cerebral focal [54]. Sin embargo, el TNF-α también puede proteger el cerebro bajo determinadas circunstancias:
www.neurologia.com Rev Neurol 2010; 50 (6): 349-359
parece que está implicado en procesos de tolerancia isquémica [67]. Además, los ratones deficientes
en el receptor TNF presentan infartos más grandes
que los ratones normales, lo que hace pensar en un
posible efecto neuroprotector del TNF [68].
Factor de crecimiento transformante beta (TGF-β)
La familia de los TGF-β constituye una parte de la
superfamilia de las proteínas conocidas como ‘superfamilia TGF-β’, que incluye otras proteínas como las
inhibinas, las activinas y la hormona antimulleriana,
y la familia de las proteínas morfogenéticas óseas,
entre otras. El TGF-β participa en la regulación de
procesos como la proliferación y la diferenciación
celular, entre otras funciones, y desempeña un papel
importante en la inmunidad, el cáncer, las enfermedades cardiacas y la diabetes. En el SNC se han descrito tres isoformas: TGF-β1, TGF-β2 y TGF-β3.
En modelos animales de ratón se han detectado
aumentos en los niveles de ARNm del TGF-β en tejidos isquémicos tras 1-6 horas desde el inicio del proceso [69], que permanecen elevados 15 días después
de la isquemia [70]. Esta expresión parece coincidir
con la infiltración de monocitos y macrófagos y con
la proliferación microglial en los tejidos dañados [71].
En este sentido, algunos estudios experimentales han
tratado de dilucidar el potencial efecto neuroprotector del TGF-β en el infarto cerebral isquémico.
El TGF-β puede actuar como un mediador neuroprotector en el infarto cerebral. La sobreexpresión
de TGF-β confiere una protección cerebral en modelos experimentales de infarto cerebral, induciendo
una reducción de la respuesta antiinflamatoria [72].
También se ha demostrado su efecto neuroprotector cuando se administra antes de la isquemia [73],
e incluso en cultivos neuronales [74]. Un estudio
mostró que el TGF-β reduce el volumen infartado
cuando se administra en ratas una hora después de
practicarles una oclusión de la ACM, mientras que
su efecto neuroprotector está ausente cuando se inyecta en el centro de la zona infartada [75]. A pesar
de estos hallazgos, algunos estudios han demostrado que sus efectos pueden ser despreciables cuando
se administra después de la isquemia [76]. En este
sentido, se ha propuesto que el TGF-β puede ser
neuroprotector como consecuencia de un bloqueo
de la apoptosis o por su participación en la recuperación del infarto isquémico, debido a que el efecto
se observa en el área de penumbra y está presente
en la fase de recuperación de algunas enfermedades
del SNC [77]. Por otro lado, el TGF-β controla la
proliferación y la diferenciación celulares en la mayoría de las células. Además, modula la angiogénesis y la generación de nuevos vasos, facilitando pro-
353
M.D. Cuenca-López, et al
cesos de neurorreparación, que incluyen fenómenos
de neurogénesis y sinaptogénesis, los cuales se han
descrito en la reorganización de la vascularización
cerebral tras la isquemia [78].
Interleucina-10 (IL-10)
La IL-10 es una citocina antiinflamatoria, secretada
mayoritariamente por los linfocitos y monocitos/
macrófagos. Actúa inhibiendo los efectos de la IL-1 y
del TNF-α, al ser capaz de suprimir la expresión y la
activación de sus respectivos receptores. La IL-10 es
sintetizada por el SNC, está sobreexpresada en infartos cerebrales experimentales [79] y se han detectado altas concentraciones de IL-10 en el líquido cefalorraquídeo de pacientes con infarto cerebral agudo
[61]. Es más, pacientes con bajos niveles de IL-10
presentan un mayor riesgo de infarto, lo que sugiere el
efecto protector de la citocina [62]. Además, concentraciones plasmáticas de IL-10 inferiores a 6 pg/mL se
asocian a un empeoramiento clínico independientemente de la hipertermia e hiperglucemia [80].
Por todo ello se ha propuesto la IL-10 como una
potencial diana terapéutica antiinflamatoria para
el infarto cerebral. Así, la administración exógena
de IL-10 podría constituir un posible tratamiento
en la reducción del daño producido por el infarto
cerebral. Esta estrategia ha denotado buenos resultados en modelos animales. Su administración [81]
o transferencia génica [82] ha mostrado efectos beneficiosos independientemente del tipo de infarto
[83] y, además, ratones deficientes en IL-10 presentan un claro aumento en el tamaño de las lesiones
después de la oclusión de la ACM [84].
Quimiocinas
Las quimiocinas son un tipo de citocinas, general­
mente de menor peso molecular, que regulan el
tráfico leucocitario, modulando la quimiotaxis y la
activación celular, por lo que desempeñan un papel
importante en los procesos de inflamación del SNC,
en la comunicación celular y en el reclutamiento de
células inflamatorias. La expresión de quimiocinas
después de una isquemia cerebral es nociva debido
a la infiltración leucocitaria [85]. En este contexto,
los niveles de varias quimiocinas, como la proteína
quimiotáctica de monocitos (MCP-1), la fractalcina, la IL-8 y la proteína inflamatoria de macrófagos1α, aumentan en diversos modelos experimentales
de isquemia y su inhibición o deficiencia se ha asociado a un menor daño [86].
La MCP-1 es un potente agente quimiotáctico de
monocitos y su expresión induce un incremento en
la infiltración de monocitos en el parénquima cere-
354
bral después de la isquemia. Un incremento significativo de los niveles de MCP-1 en el SNC aparece
en pacientes con infarto cerebral isquémico agudo
[87]. Además de sus propiedades quimiotácticas, se
ha observado que las quimiocinas afectan a la permeabilidad de la BHE y, de esta manera, la adición
de MCP-1 aumenta 17 veces la permeabilidad de la
barrera en un modelo in vitro, lo que sugiere su implicación en la apertura de la BHE en la isquemia
cerebral [88]. Además, se ha propuesto que las quimiocinas pueden tener un papel importante en el
reclutamiento de células a las regiones dañadas y en
la migración de células estromáticas de la médula al
tejido cerebral isquémico [89]. Por otro lado, algunas quimiocinas actúan también como moléculas
señal que regulan la actividad de la microglía.
La fractalcina es expresada principalmente por las
neuronas y puede inhibir la secreción de citocinas
proinflamatorias en la microglía activada [90]. Actúa
a través de su interacción con un receptor acoplado a
proteína G, el CX3CR1, y puede que participe en la
activación y quimiotaxis de la microglía en el tejido
infartado. La fractalcina contribuye al control del tráfico leucocitario desde el torrente sanguíneo al tejido
dañado: después de la isquemia, la inmunorreactividad de la fractalcina aumenta rápidamente en neuronas morfológicamente intactas de la penumbra
isquémica y su síntesis también es inducida en las
células endoteliales del área infartada. La expresión
de CX3CR1 es detectada en las células activadas de
la microglía del tejido isquémico y se sobreexpresa
en monocitos/macrófagos de la microglía dentro
del tejido infartado [91]. Lavergne et al proponen
que la adhesión extra de monocitos observada en
individuos portadores de alelos raros CX3CR1 puede favorecer el mecanismo conduciendo al infarto
isquémico [92]. Por otra parte, a través de modelos
experimentales de isquemia cerebral focal en ratones
deficientes en fractalcina, se ha podido verificar que
su ausencia reduce el volumen del infarto y la mortalidad en los modelos experimentales [93].
Ciclooxigenasa (COX)
La COX o prostaglandina-endoperóxido sintasa es
un enzima que cataliza la síntesis de prostaglandinas
a partir del ácido araquidónico. Existen dos isoformas de COX: COX-1 y COX-2. La COX-1 se expresa
en varios tipos celulares incluyendo la microglía y los
leucocitos durante el daño cerebral [94]. La COX-2
se expresa en neuronas excitatorias y, en la mayoría de órganos, su expresión está regulada por una
variedad de estímulos como mediadores inflamatorios o mitógenos [95]. Se ha observado que ratones
www.neurologia.com Rev Neurol 2010; 50 (6): 349-359
Inflamación como agente terapéutico en el infarto cerebral
deficientes en COX-1 pueden ser más vulnerables
a la isquemia cerebral focal [96], pero la inhibición
de COX-1 aumenta el número de neuronas sanas en
el hipocampo en la isquemia global transitoria [97].
Estas discrepancias pueden deberse a las diferencias
en los modelos isquémicos globales o focales.
La COX-2 se asocia con la producción de radicales libres y prostanoides tóxicos y es inducida durante la inflamación y la isquemia cerebral. Se sobreexpresa 12-24 horas después de la isquemia [98]
y principalmente en neuronas, células vasculares
presentes en los bordes del tejido isquémico [99] y
otras zonas del cerebro, incluyendo regiones remotas del infarto [100]. Se ha propuesto que los metabolitos de la COX-2 son dañinos en la isquemia
cerebral. Además, los tratamientos con inhibidores
de la COX-2 han demostrado mejoras en el pronóstico neurológico después de la isquemia cerebral
[99,101]. Asimismo, ratones deficientes en COX-2
muestran un daño menor después de la exposición
a NMDA [96], mientras que la sobreexpresión de
COX-2 exacerba el daño cerebral [102].
Óxido nítrico (NO)
El NO es una importante molécula señal involucrada en procesos fisiológicos como la comunicación
neuronal, la defensa del huésped y la regulación de
la presión arterial [103]. El NO es sintetizado por la
NOS, que presenta tres isoformas:
– NOS neuronal (nNOS, NOS I): localizada en gru­
pos particulares de neuronas.
– NOS inducible (iNOS, NOS II): inducida durante
estados patológicos asociados a la inflamación.
– NOS endotelial (eNOS, NOS III): mayoritariamente presente en células endoteliales [104].
La eNOS y la nNOS se expresan constitutivamente y su actividad se regula por el calcio intracelular,
mientras que la expresión de la iNOS es inducible y
su actividad no es regulada por el calcio intracelular. Los efectos beneficiosos o perjudiciales de esta
molécula dependen de dónde y cuándo se expresa
[105]. El NO puede causar daño en el ADN en la isquemia cerebral a través de la formación de peroxinitrito [106], pero su presencia en niveles normales
también es importante. Después de la inducción de
la isquemia, el efecto vasodilatador del NO producido por la eNOS es beneficioso porque induce vasodilatación y limita la reducción del flujo sanguíneo,
es antiagregante plaquetario e inhibe la adhesión
leucocitaria [107]. Sin embargo, cuando se desarrolla la isquemia, el NO producido por la iNOS contribuye al daño cerebral [105]. La iNOS se expresa
www.neurologia.com Rev Neurol 2010; 50 (6): 349-359
en el cerebro postisquémico y alcanza un pico de células infiltradas 48 horas después. Se ha demostrado
que su expresión es perjudicial y, por ello, su inhibición produce una reducción del volumen infartado
y menores déficit neurológicos [108,109]. Además,
ratones deficientes en iNOS tie­nen menores infartos que los ratones wild type cuando se someten a
la oclusión de la ACM [108]. Todos estos estudios
demuestran el papel perjudicial de la iNOS en la isquemia cerebral, sugiriendo que la iNOS podría ser
una diana terapéutica.
Metaloproteasas de matriz
Las metaloproteasas de matriz (MMP) son proteasas de una familia de más de 20 endopeptidasas que
desempeñan un papel importante en la remodelación de la matriz extracelular, permitiendo el crecimiento de neuritas y la migración celular. Las MMP
son secretadas como proenzimas que necesitan activarse. Los tejidos contienen inhibidores de acción,
como la α2-macroglobulina, e inhibidores de tejidos
de metaloproteasas. La MMP-2 (gelatinasa A) y la
MMP-9 (gelatinasa B) están implicadas en la isquemia cerebral [110]. Se han encontrado niveles elevados de MMP-9 en el tejido cerebral y en el plasma de pacientes con infarto cerebral agudo [111],
y se ha observado su implicación en la ruptura de
la BHE, conduciendo al desarrollo del edema vasogénico y facilitando la transformación hemorrágica
del infarto [112,113].
Las MMP se han propuesto como posibles agentes o dianas terapéuticas. La inhibición de MMP en
modelos experimentales de isquemia ha mostrado capacidad de reducción del tamaño del infarto
y del edema cerebral [114]. Los ratones deficientes
en MMP-9 tienen infartos de menor tamaño que los
ratones wild type cuando se someten a isquemia cerebral [115]. Sin embargo, a pesar del efecto perjudicial, se piensa que las MMP poseen un potencial
efecto beneficioso en el infarto cerebral isquémico,
ya que su elevación en las últimas fases de la isquemia cerebral parece relacionarse con la plasticidad
cerebral y la recuperación. Si bien aumentos tempranos de MMP se han asociado con la ruptura de la
BHE y el agravamiento del daño isquémico, una expresión retardada de MMP en la corteza periinfartada se ha asociado con la remodelación neurovascular y con la recuperación del infarto cerebral [116].
Factores de transcripción en la inflamación
La inflamación promueve una serie de respuestas,
incluyendo la rápida sobreexpresión y activación de
355
M.D. Cuenca-López, et al
una variedad de genes. Los factores de transcripción
se están estudiando como moléculas diana para la
reparación terapéutica, ya que regulan una variedad de genes que modulan las funciones celulares.
La activación transcripcional puede verse como
una espada de doble filo, ya que la transcripción
individual de factores puede inducir genes neuroprotectores o neurotóxicos. Estudios recientes han
mostrado que los factores de transcripción como
p53, los peroxisome proliferator-activated receptors
(PPAR), el factor regulador del interferón (IRF)-1,
el transductor de señal y activador de transcripción
(STAT)-3 y el factor nuclear κB (NFκB), promueven
la expresión de genes inflamatorios que producen
un daño neuronal grave.
El gen supresor de tumores p53 es un factor de
transcripción con una secuencia específica que resulta capaz de activar la expresión de genes encargados
de promover la parada del ciclo celular o la muerte
celular en respuesta a múltiples estímulos que causan
estrés celular [117]. En el sistema nervioso maduro,
numerosos estudios indican que p53 desempeña un
papel importante en la muerte neuronal después de
procesos patológicos como la isquemia.
Los PPAR son factores de transcripción activadores de ligandos de la superfamilia de los receptores
nucleares de hormonas. Las tres isoformas de PPAR
(α, δ/β y γ) son conocidas por controlar muchas
funciones fisiológicas, incluyendo la absorción de
glucosa, el balance de lípidos y el crecimiento/diferenciación celular. Recientemente se ha visto que la
activación de PPARγ mitiga la inflamación asociada
a estímulos nerviosos crónicos o agudos. Después de
una isquemia focal, la expresión de PPARγ aumenta
en el cerebro, especialmente en el área periférica de
la zona infartada. Los agonistas de PPARα y PPARγ
protegen del infarto cerebral y este efecto beneficioso se asocia con una mejor relajación de células endoteliales, menor estrés oxidativo y una disminución
de la expresión de VCAM1 e ICAM1. En ratones
adultos, el pretratamiento con rosiglitazona o pioglitazona un día antes de la isquemia facilita una menor activación microglial e infiltración macrofágica,
así como una menor expresión de los ARNm de moléculas proinflamatorias como COX2, iNOS o IL-1β
en el hemisferio isquémico [118]. El tratamiento con
rosiglitazona en ratas o ratones también reduce significativamente el área infartada y este efecto revierte completamente con la administración de un antagonista específico de PPARγ como GW9662, antes
del tratamiento con tiazolidindionas [118].
El NFκB es uno de los factores de transcripción
más importantes de los mediadores de inflamación, en respuesta a varias señales como citocinas
356
inflamatorias, productos bacterianos y víricos, estrés oxidativo, hipoxia/reoxigenación e irradiación.
Como la transcripción de genes inflamatorios es el
primer paso de cualquier cascada inflamatoria, las
terapias enfocadas hacia los factores proinflamatorios podrían frenar la inflamación en etapas iniciales. Además, la inhibición de la ruta del NFκB se ha
asociado con la alteración de la plasticidad sináptica, lo que sugiere que la ruta del NFκB está implicada activamente en la modulación de funciones
neurofisiológicas importantes como la plasticidad y
la remodelación sináptica [119].
Conclusiones
A lo largo de esta publicación hemos descrito cómo
los procesos que participan en la respuesta inflamatoria desencadenada después de una isquemia cerebral son necesarios para la recuperación del daño
isquémico, pero también pueden provocar un agravamiento de éste. Por ello, un mayor conocimiento
de las distintas moléculas involucradas en la respuesta inflamatoria podría permitir el diseño de
nuevas aproximaciones farmacológicas que serían
capaces de colocar al neurólogo en una posición
ventajosa para contribuir a un mejor tratamiento
de la isquemia cerebral [120,121].
Bibliografía
1
Perry VH. A revised view of the central nervous system
microenvironment and major histocompatibility complex
class II antigen presentation. J Neuroimmunol 1998; 90: 113-21.
2 Kaur C, Ling EA. Blood brain barrier in hypoxic-ischemic
conditions. Curr Neurovasc Res 2008; 5: 71-81.
3 Aloisi F. Immune function of microglia. Glia 2001; 36: 165-79.
4 Kreutzberg GW. Microglia: a sensor for pathological events
in the CNS. Trends Neurosci 1996; 19: 312-8.
5 Dávalos D, Grutzendler J, Yang G, Kim JV, Zuo Y, Jung S, et
al. ATP mediates rapid microglial response to local brain
injury in vivo. Nat Neurosci 2005; 8: 752-8.
6 Ling EA, Wong WC. The origin and nature of ramified
and amoeboid microglia: a historical review and current
concepts. Glia 1993; 7: 9-18.
7 Schmidtmayer J, Jacobsen C, Miksch G, Sievers J. Blood
monocytes and spleen macrophages differentiate into
microglia-like cells on monolayers of astrocytes: membrane
currents. Glia 1994; 12: 259-67.
8 Streit WJ, Graeber MB. Heterogeneity of microglial and
perivascular cell populations: insights gained from the facial
nucleus paradigm. Glia 1993; 7: 68-74.
9 Hickey WF, Kimura H. Perivascular microglial cells of the
CNS are bone marrow-derived and present antigen in vivo.
Science 1988; 239: 290-2.
10 Nimmerjahn A, Kirchhoff F, Helmchen F. Resting microglial
cells are highly dynamic surveillants of brain parenchyma in
vivo. Science 2005; 308: 1314-8.
11 Garden GA, Moller T. Microglia biology in health and disease.
J Neuroimmune Pharmacol 2006; 1: 127-37.
12 Perry VH, Newman TA, Cunningham C. The impact of
www.neurologia.com Rev Neurol 2010; 50 (6): 349-359
Inflamación como agente terapéutico en el infarto cerebral
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
systemic infection on the progression of neurodegenerative
disease. Nat Rev Neurosci 2003; 4: 103-12.
Nakajima K, Kohsaka S. Microglia: activation and their
significance in the central nervous system. J Biochem 2001;
130: 169-75.
Banati RB, Gehrmann J, Kreutzberg GW. Early glial reactions
in ischemic lesions. Adv Neurol 1996; 71: 329-37.
Schroeter M, Zickler P, Denhardt DT, Hartung HP, Jander S.
Increased thalamic neurodegeneration following ischaemic
cortical stroke in osteopontin-deficient mice. Brain 2006;
129: 1426-37.
Lampl Y, Boaz M, Gilad R, Lorberboym M, Dabby R, Rapoport
A, et al. Minocycline treatment in acute stroke: an openlabel, evaluator-blinded study. Neurology 2007; 69: 1404-10.
Melero-Fernández de Mera RM, García-Martínez E,
Fernández-Gómez FJ, Hernández-Guijo JM, Aguirre N,
Galindo MF, et al. ¿Es la vieja minociclina un nuevo fármaco
neuroprotector? Rev Neurol 2008; 47: 31-8.
Jordán J, Fernández-Gómez FJ, Ramos M, Ikuta I, Aguirre N,
Galindo MF. Minocycline and cytoprotection: shedding new
light on a shadowy controversy. Curr Drug Deliv 2007; 4: 225-31.
González JC, Egea J, Del Carmen-Godino M, FernándezGómez FJ, Sánchez-Prieto J, Gandía L, et al. Neuroprotectant
minocycline depresses glutamatergic neurotransmission
and Ca2+ signalling in hippocampal neurons. Eur J Neurosci
2007; 26: 2481-95.
García-Martínez EM, Sanz-Blasco S, Karachitos A, Bandez MJ,
Fernández-Gómez FJ, Pérez-Álvarez S, et al. Mitochondria
and calcium flux as targets of neuroprotection caused by
minocycline in cerebellar granule cells. Biochem Pharmacol
2010; 79: 239-50.
Fernández-Gómez FJ, Galindo MF, Gómez-Lázaro M,
González-García C, Ceña V, Aguirre N, et al. Involvement
of mitochondrial potential and calcium buffering capacity
in minocycline cytoprotective actions. Neuroscience 2005;
133: 959-67.
Che X, Ye W, Panga L, Wu D, Yang G. Monocyte chemo­
attractant protein-1 expressed in neurons and astrocytes
during focal ischemia in mice. Brain Res 2001; 902: 171-7.
Pekny M, Nilsson M. Astrocyte activation and reactive
gliosis. Glia 2005; 50: 427-34.
Dong Y, Benveniste EN. Immune function of astrocytes.
Glia 2001; 36: 180-90.
Hewett SJ, Muir JK, Lobner D, Symons A, Choi DW.
Potentiation of oxygen-glucose deprivation-induced neuronal
death after induction of iNOS. Stroke 1996; 27: 1586-91.
Akopov SE, Simonian NA, Grigorian GS. Dynamics of
polymorphonuclear leukocyte accumulation in acute
cerebral infarction and their correlation with brain tissue
damage. Stroke 1996; 27: 1739-43.
Barone FC, Feuerstein GZ. Inflammatory mediators and
stroke: new opportunities for novel therapeutics. J Cereb
Blood Flow Metab 1999; 19: 819-34.
Del Zoppo GJ, Schmid-Schonbein GW, Mori E, Copeland
BR, Chang CM. Polymorphonuclear leukocytes occlude
capillaries following middle cerebral artery occlusion and
reperfusion in baboons. Stroke 1991; 22: 1276-83.
Thornberry NA, Bull HG, Calaycay JR, Chapman KT,
Howard AD, Kostura MJ, et al. A novel heterodimeric
cysteine protease is required for interleukin-1 beta
processing in monocytes. Nature 1992; 356: 768-74.
Dinarello CA. Interleukin-1 and interleukin-1 antagonism.
Blood 1991; 77: 1627-52.
Dripps DJ, Brandhuber BJ, Thompson RC, Eisenberg SP.
Interleukin-1 (IL-1) receptor antagonist binds to the 80-kDa
IL-1 receptor but does not initiate IL-1 signal transduction.
J Biol Chem 1991; 266: 10331-6.
Koga S, Ogawa S, Kuwabara K, Brett J, Leavy JA, Ryan J, et al.
Synthesis and release of interleukin 1 by reoxygenated human
mononuclear phagocytes. J Clin Invest 1992; 90: 1007-15.
Rothwell NJ. Functions and mechanisms of interleukin 1 in
the brain. Trends Pharmacol Sci 1991; 12: 430-6.
Minami M, Kuraishi Y, Satoh M. Effects of kainic acid on
www.neurologia.com Rev Neurol 2010; 50 (6): 349-359
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
messenger RNA levels of IL-1 beta, IL-6, TNF alpha and LIF in
the rat brain. Biochem Biophys Res Commun 1991; 176: 593-8.
Buttini M, Boddeke H. Peripheral lipopolysaccharide
stimulation induces interleukin-1 beta messenger RNA in
rat brain microglial cells. Neuroscience 1995; 65: 523-30.
Buttini M, Sauter A, Boddeke HW. Induction of
interleukin-1 beta mRNA after focal cerebral ischaemia in
the rat. Brain Res Mol Brain Res 1994; 23: 126-34.
Davies CA, Loddick SA, Toulmond S, Stroemer RP, Hunt J,
Rothwell NJ. The progression and topographic distribution
of interleukin-1beta expression after permanent middle
cerebral artery occlusion in the rat. J Cereb Blood Flow Metab
1999; 19: 87-98.
Haqqani AS, Nesic M, Preston E, Baumann E, Kelly J,
Stanimirovic D. Characterization of vascular protein expression
patterns in cerebral ischemia/reperfusion using laser capture
microdissection and icat-nanolc-ms/ms. FASEB J 2005; 19:
1809-21.
Azzimondi G, Bassein L, Nonino F, Fiorani L, Vignatelli
L, Re G, et al. Fever in acute stroke worsens prognosis. A
prospective study. Stroke 1995; 26: 2040-3.
Yamasaki Y, Matsuura N, Shozuhara H, Onodera H, Itoyama
Y, Kogure K. Interleukin-1 as a pathogenetic mediator of
ischemic brain damage in rats. Stroke 1995; 26: 676-681.
Carlson NG, Wieggel WA, Chen J, Bacchi A, Rogers SW,
Gahring LC. Inflammatory cytokines IL-1 alpha, IL-1 beta,
IL-6, and TNF-alpha impart neuroprotection to an excitotoxin
through distinct pathways. J Immunol 1999; 163: 3963-8.
Strijbos PJ, Rothwell NJ. Interleukin-1 beta attenuates excitatory
amino acid-induced neurodegeneration in vitro: involvement of
nerve growth factor. J Neurosci 1995; 15: 3468-74.
Yang GY, Zhao YJ, Davidson BL, Betz AL. Overexpression
of interleukin-1 receptor antagonist in the mouse brain
reduces ischemic brain injury. Brain Res 1997; 751: 181-8.
Relton JK, Martin D, Thompson RC, Russell DA. Peripheral
administration of interleukin-1 receptor antagonist inhibits
brain damage after focal cerebral ischemia in the rat. Exp
Neurol 1996; 138: 206-13.
Pinteaux E, Rothwell NJ, Boutin H. Neuroprotective actions
of endogenous interleukin-1 receptor antagonist (IL-1RA)
are mediated by glia. Glia 2006; 53: 551-6.
Herrmann O, Tarabin V, Suzuki S, Attigah N, Coserea I,
Schneider A, et al. Regulation of body temperature and
neuroprotection by endogenous interleukin-6 in cerebral
ischemia. J Cereb Blood Flow Metab 2003; 23: 406-15.
Wang X, Yue TL, Barone FC, White RF, Gagnon RC, Feuerstein
GZ. Concomitant cortical expression of TNF-alpha and IL-1
beta mRNAs follows early response gene expression in transient
focal ischemia. Mol Chem Neuropathol 1994; 23: 103-14.
Vila N, Castillo J, Dávalos A, Chamorro A. Proinflammatory
cytokines and early neurological worsening in ischemic stroke.
Stroke 2000; 31: 2325-9.
Castillo J, Rodríguez I. Biochemical changes and inflammatory
response as markers for brain ischaemia. Molecular markers
of diagnostic utility and prognosis in human clinical
practice. Cerebrovasc Dis 2004; 17 (Suppl 1): 7-18.
Smith CJ, Emsley HC, Gavin CM, Georgiou RF, Vail A,
Barberan EM, et al. Peak plasma interleukin-6 and other
peripheral markers of inflammation in the first week of
ischaemic stroke correlate with brain infarct volume, stroke
severity and long-term outcome. BMC Neurol 2004; 4: 2.
Sriram K, O’Callaghan JP. Divergent roles for tumor necrosis
factor-alpha in the brain. J Neuroimmune Pharmacol 2007;
2: 140-53.
Liu T, Clark RK, McDonnell PC, Young PR, White RF, Barone
FC, et al. Tumor necrosis factor-alpha expression in ischemic
neurons. Stroke 1994; 25: 1481-8.
Buttini M, Appel K, Sauter A, Gebicke-Haerter PJ, Boddeke
HW. Expression of tumor necrosis factor alpha after focal
cerebral ischaemia in the rat. Neuroscience 1996; 71: 1-16.
Barone FC, Arvin B, White RF, Miller A, Webb CL, Willette
RN, et al. Tumor necrosis factor-alpha. A mediator of focal
ischemic brain injury. Stroke 1997; 28: 1233-44.
357
M.D. Cuenca-López, et al
55 Liu T, McDonnell PC, Young PR, White RF, Siren AL,
Hallenbeck JM, et al. Interleukin-1 beta mRNA expression
in ischemic rat cortex. Stroke 1993; 24: 1746-51.
56 Schindler R, Mancilla J, Endres S, Ghorbani R, Clark SC,
Dinarello CA. Correlations and interactions in the production
of interleukin-6 (IL-6), IL-1, and tumor necrosis factor
(TNF) in human blood mononuclear cells: IL-6 suppresses
IL-1 and TNF. Blood 1990; 75: 40-7.
57 Murakami Y, Saito K, Hara A, Zhu Y, Sudo K, Niwa M, et al.
Increases in tumor necrosis factor-alpha following transient
global cerebral ischemia do not contribute to neuron death
in mouse hippocampus. J Neurochem 2005; 93: 1616-22.
58 Offner H, Subramanian S, Parker SM, Afentoulis ME,
Vandenbark AA, Hurn PD. Experimental stroke induces
massive, rapid activation of the peripheral immune system.
J Cereb Blood Flow Metab 2006; 26: 654-65.
59 Tomimoto H, Akiguchi I, Wakita H, Kinoshita A, Ikemoto A,
Nakamura S, et al. Glial expression of cytokines in the brains
of cerebrovascular disease patients. Acta Neuropathol 1996;
92: 281-7.
60 Sairanen T, Carpen O, Karjalainen-Lindsberg ML, Paetau
A, Turpeinen U, Kaste M, et al. Evolution of cerebral tumor
necrosis factor-alpha production during human ischemic
stroke. Stroke 2001; 32: 1750-8.
61 Tarkowski E, Rosengren L, Blomstrand C, Wikkelso C,
Jensen C, Ekholm S, et al. Intrathecal release of pro- and
anti-inflammatory cytokines during stroke. Clin Exp Immunol
1997; 110: 492-9.
62 Van Exel E, Gussekloo J, De Craen AJ, Bootsma-Van der
Wiel A, Frolich M, Westendorp RG. Inflammation and
stroke: the Leiden 85-plus study. Stroke 2002; 33: 1135-8.
63 Castellanos M, Castillo J, García MM, Leira R, Serena J,
Chamorro A, et al. Inflammation-mediated damage in
progressing lacunar infarctions: a potential therapeutic target.
Stroke 2002; 33: 982-7.
64 Yang GY, Gong C, Qin Z, Ye W, Mao Y, Bertz AL. Inhibition
of TNFalpha attenuates infarct volume and ICAM-1 expression
in ischemic mouse brain. Neuroreport 1998; 9: 2131-4.
65 Lavine SD, Hofman FM, Zlokovic BV. Circulating antibody
against tumor necrosis factor-alpha protects rat brain from
reperfusion injury. J Cereb Blood Flow Metab 1998; 18: 52-8.
66 Wang CX, Shuaib A. Involvement of inflammatory cytokines
in central nervous system injury. Prog Neurobiol 2002; 67: 161-72.
67 Ginis I, Jaiswal R, Klimanis D, Liu J, Greenspon J, Hallenbeck
JM. TNF-alpha-induced tolerance to ischemic injury involves
differential control of NF-κB transactivation: THE role of
NF-kappaB association with p300 adaptor. J Cereb Blood
Flow Metab 2002; 22: 142-52.
68 Bruce AJ, Boling W, Kindy MS, Peschon J, Kraemer PJ,
Carpenter MK, et al. Altered neuronal and microglial
responses to excitotoxic and ischemic brain injury in mice
lacking TNF receptors. Nat Med 1996; 2: 788-94.
69 Klempt ND, Sirimanne E, Gunn AJ, Klempt M, Singh K,
Williams C, et al. Hypoxia-ischemia induces transforming
growth factor beta 1 mRNA in the infant rat brain. Brain
Res Mol Brain Res 1992; 13: 93-101.
70 Wiessner C, Gehrmann J, Lindholm D, Topper R, Kreutzberg
GW, Hossmann KA. Expression of transforming growth factorbeta 1 and interleukin-1 beta mRNA in rat brain following
transient forebrain ischemia. Acta Neuropathol 1993; 86: 439-46.
71 Tilg H, Trehu E, Atkins MB, Dinarello CA, Mier JW.
Interleukin-6 (IL-6) as an anti-inflammatory cytokine:
induction of circulating IL-1 receptor antagonist and soluble
tumor necrosis factor receptor p55. Blood 1994; 83: 113-8.
72 Pang L, Ye W, Che XM, Roessler BJ, Betz AL, Yang GY.
Reduction of inflammatory response in the mouse brain
with adenoviral-mediated transforming growth factor-SS1
expression. Stroke 2001; 32: 544-52.
73 Lu YZ, Lin CH, Cheng FC, Hsueh CM. Molecular mechanisms
responsible for microglia-derived protection of SpragueDawley rat brain cells during in vitro ischemia. Neurosci
Lett 2005; 373: 159-64.
74 Mori E, Del Zoppo GJ, Chambers JD, Copeland BR, Arfors
358
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
KE. Inhibition of polymorphonuclear leukocyte adherence
suppresses no-reflow after focal cerebral ischemia in baboons.
Stroke 1992; 23: 712-8.
Johnston RE, Dillon-Carter O, Freed WJ, Borlongan CV. Trophic
factor secreting kidney cell lines: in vitro characterization and
functional effects following transplantation in ischemic rats.
Brain Res 2001; 900: 268-76.
Gross CE, Bednar MM, Howard DB, Sporn MB. Transforming
growth factor-beta 1 reduces infarct size after experimental
cerebral ischemia in a rabbit model. Stroke 1993; 24: 558-62.
Benveniste EN. Cytokine actions in the central nervous system.
Cytokine Growth Factor Rev 1998; 9: 259-75.
Brea D, Sobrino T, Ramos-Cabrer P, Castillo J. Reorganización
de la vascularización cerebral tras la isquemia. Rev Neurol
2009; 49: 645-54.
Strle K, Zhou JH, Shen WH, Broussard SR, Johnson RW,
Freund GG, et al. Interleukin-10 in the brain. Crit Rev Immunol
2001; 21: 427-49.
Vila N, Castillo J, Dávalos A, Esteve A, Planas AM, Chamorro
A. Levels of anti-inflammatory cytokines and neurological
worsening in acute ischemic stroke. Stroke 2003; 34: 671-5.
Spera PA, Ellison JA, Feuerstein GZ, Barone FC. IL-10 reduces
rat brain injury following focal stroke. Neurosci Lett 1998;
251: 189-92.
Ooboshi H, Ibayashi S, Shichita T, Kumai Y, Takada J, Ago T,
et al. Postischemic gene transfer of interleukin-10 protects
against both focal and global brain ischemia. Circulation
2005; 111: 913-9.
Kim JS, Yoon SS, Kim YH, Ryu JS. Serial measurement of
interleukin-6, transforming growth factor-beta, and S-100
protein in patients with acute stroke. Stroke 1996; 27: 1553-7.
Grilli M, Barbieri I, Basudev H, Brusa R, Casati C, Lozza G, et al.
Interleukin-10 modulates neuronal threshold of vulnerability
to ischaemic damage. Eur J Neurosci 2000; 12: 2265-72.
Emsley HC, Tyrrell PJ. Inflammation and infection in clinical
stroke. J Cereb Blood Flow Metab 2002; 22: 1399-419.
Garau A, Bertini R, Colotta F, Casilli F, Bigini P, Cagnotto A,
et al. Neuroprotection with the CXCl8 inhibitor repertaxin
in transient brain ischemia. Cytokine 2005; 30: 125-31.
Losy J, Zaremba J. Monocyte chemoattractant protein-1 is
increased in the cerebrospinal fluid of patients with ischemic
stroke. Stroke 2001; 32: 2695-6.
Stamatovic SM, Shakui P, Keep RF, Moore BB, Kunkel SL,
Van Rooijen N, et al. Monocyte chemoattractant protein-1
regulation of blood-brain barrier permeability. J Cereb Blood
Flow Metab 2005; 25: 593-606.
Wang L, Li Y, Chen J, Gautam SC, Zhang Z, Lu M, et al.
Ischemic cerebral tissue and MCP-1 enhance rat bone marrow
stromal cell migration in interface culture. Exp Hematol
2002; 30: 831-6.
Re DB, Przedborski S. Fractalkine: moving from chemotaxis
to neuroprotection. Nat Neurosci 2006; 9: 859-61.
Tarozzo G, Campanella M, Ghiani M, Bulfone A, Beltramo
M. Expression of fractalkine and its receptor, CX3CR1, in
response to ischaemia-reperfusion brain injury in the rat.
Eur J Neurosci 2002; 15: 1663-8.
Lavergne E, Labreuche J, Daoudi M, Debre P, Cambien F,
Deterre P, et al. Adverse associations between CX3CR1
polymorphisms and risk of cardiovascular or cerebrovascular
disease. Arterioscler Thromb Vasc Biol 2005; 25: 847-53.
Soriano SG, Amaravadi LS, Wang YF, Zhou H, Yu GX, Tonra JR, et
al. Mice deficient in fractalkine are less susceptible to cerebral
ischemia-reperfusion injury. J Neuroimmunol 2002; 125: 59-65.
Schwab JM, Beschorner R, Meyermann R, Gozalan F,
Schluesener HJ. Persistent accumulation of cyclooxygenase1-expressing microglial cells and macrophages and transient
upregulation by endothelium in human brain injury.
J Neurosurg 2002; 96: 892-9.
Smith WL, Marnett LJ. Prostaglandin endoperoxide synthase:
structure and catalysis. Biochim Biophys Acta 1991; 1083: 1-17.
Iadecola C, Sugimoto K, Niwa K, Kazama K, Ross ME. Increased
susceptibility to ischemic brain injury in cyclooxygenase-1deficient mice. J Cereb Blood Flow Metab 2001; 21: 1436-41.
www.neurologia.com Rev Neurol 2010; 50 (6): 349-359
Inflamación como agente terapéutico en el infarto cerebral
97 Candelario-Jalil E, González-Falcón A, García-Cabrera M,
Álvarez D, Al-Dalain S, Martínez G, et al. Assessment of
the relative contribution of COX-1 and COX-2 isoforms to
ischemia-induced oxidative damage and neurodegeneration
following transient global cerebral ischemia. J Neurochem
2003; 86: 545-55.
98 Planas AM, Soriano MA, Rodríguez-Farré E, Ferrer I. Induction
of cyclooxygenase-2 mRNA and protein following transient
focal ischemia in the rat brain. Neurosci Lett 1995; 200: 187-90.
99 Nogawa S, Zhang F, Ross ME, Iadecola C. Cyclo-oxygenase-2
gene expression in neurons contributes to ischemic brain
damage. J Neurosci 1997; 17: 2746-55.
100 Sairanen T, Ristimaki A, Karjalainen-Lindsberg ML, Paetau A,
Kaste M, Lindsberg PJ. Cyclooxygenase-2 is induced globally in
infarcted human brain. Ann Neurol 1998; 43: 738-47.
101 Sugimoto K, Iadecola C. Delayed effect of administration of
COX-2 inhibitor in mice with acute cerebral ischemia. Brain
Res 2003; 960: 273-6.
102 Dore S, Otsuka T, Mito T, Sugo N, Hand T, Wu L, et al.
Neuronal overexpression of cyclooxygenase-2 increases
cerebral infarction. Ann Neurol 2003; 54: 155-62.
103 Llorens S, Jordán J, Nava E. The nitric oxide pathway in the
cardiovascular system. J Physiol Biochem 2002; 58: 179-88.
104 Nathan C. Inducible nitric oxide synthase: what difference
does it make? J Clin Invest 1997; 100: 2417-23.
105 Iadecola C. Bright and dark sides of nitric oxide in ischemic
brain injury. Trends Neurosci 1997; 20: 132-9.
106 Cui J, Holmes EH, Greene TG, Liu PK. Oxidative DNA damage
precedes DNA fragmentation after experimental stroke in
rat brain. FASEB J 2000; 14: 955-67.
107 Huang Z, Huang PL, Ma J, Meng W, Ayata C, Fishman MC,
et al. Enlarged infarcts in endothelial nitric oxide synthase
knockout mice are attenuated by nitro-l-arginine. J Cereb
Blood Flow Metab 1996; 16: 981-7.
108 Iadecola C, Zhang F, Casey R, Nagayama M, Ross ME. Delayed
reduction of ischemic brain injury and neurological deficits
in mice lacking the inducible nitric oxide synthase gene.
J Neurosci 1997; 17: 9157-64.
109 Parmentier S, Bohme GA, Lerouet D, Damour D, Stutzmann
JM, Margaill I, et al. Selective inhibition of inducible nitric
oxide synthase prevents ischaemic brain injury. Br J Pharmacol
1999; 127: 546-52.
110 Rosenberg GA, Navratil M, Barone F, Feuerstein G.
Proteolytic cascade enzymes increase in focal cerebral
ischemia in rat. J Cereb Blood Flow Metab 1996; 16: 360-6.
111 Clark AW, Krekoski CA, Bou SS, Chapman KR, Edwards
DR. Increased gelatinase a (MMP-2) and gelatinase β
(MMP-9) activities in human brain after focal ischemia.
Neurosci Lett 1997; 238: 53-6.
112 Castellanos M, Leira R, Serena J, Pumar JM, Lizasoain I,
Castillo J, et al. Plasma metalloproteinase-9 concentration
predicts hemorrhagic transformation in acute ischemic stroke.
Stroke 2003; 34: 40-6.
113 Montaner J, Álvarez-Sabín J, Molina C, Anglés A, Abilleira
S, Arenillas J, et al. Matrix metalloproteinase expression after
human cardioembolic stroke: temporal profile and relation
to neurological impairment. Stroke 2001; 32: 1759-66.
114 Pfefferkorn T, Rosenberg GA. Closure of the blood-brain
barrier by matrix metalloproteinase inhibition reduces
rtPA-mediated mortality in cerebral ischemia with delayed
reperfusion. Stroke 2003; 34: 2025-30.
115 Asahi M, Sumii T, Fini ME, Itohara S, Lo EH. Matrix metallo­
proteinase 2 gene knockout has no effect on acute brain
injury after focal ischemia. Neuroreport 2001; 12: 3003-7.
116 Zhao BQ, Wang S, Kim HY, Storrie H, Rosen BR, Mooney
DJ, et al. Role of matrix metalloproteinases in delayed
cortical responses after stroke. Nat Med 2006; 12: 441-5.
117 Gómez-Lázaro M, Fernández-Gómez FJ, Jordán J. p53:
twenty five years understanding the mechanism of genome
protection. J Physiol Biochem 2004; 60: 287-307.
118 Tureyen K, Kapadia R, Bowen KK, Satriotomo I, Liang J, Feinstein
DL, et al. Peroxisome proliferator-activated receptor-gamma
agonists induce neuroprotection following transient focal
ischemia in normotensive, normoglycemic as well as hypertensive
and type-2 diabetic rodents. J Neurochem 2007; 101: 41-56.
119 O’Mahony A, Raber J, Montano M, Foehr E, Han V, Lu SM, et
al. NF-kappaB/rel regulates inhibitory and excitatory neuronal
function and synaptic plasticity. Mol Cell Biol 2006; 26: 7283-98.
120 Jordán J, Segura T, Brea D, Galindo MF, Castillo J. Inflammation
as therapeutic objective in stroke. Curr Pharm Des 2008; 14:
3549-64.
121 Fernández-Gómez FJ, Hernández F, Argandoña L, Galindo
MF, Segura T, Jordán J. Farmacología de la neuroprotección
en el ictus isquémico agudo. Rev Neurol 2008; 47: 253-60.
Inflammation as a therapeutic agent in cerebral infarction: cellular inflammatory response
and inflammatory mediators
Introduction. The immune central nervous system (CNS) innate immune cells including microglia and macrophages play
integral roles in receiving and propagating inflammatory signals. Inflammation is generally a beneficial response of an
organism to infection but, when prolonged or inappropriate, it can be detrimental. Neuronal loss in acute (e.g. stroke
and head injury) and chronic (e.g. multiple sclerosis and Alzheimer’s disease) CNS diseases has been associated with
inflammatory processes systemically and in the brain.
Development. Herein we review the processes that participate in the activation of the immune system and the starting of
inflammatory response after stroke, where neuronal necrotic cell death has been described. We addressed the relevance
of the innate inflammatory cells that are on the CNS, as microglia and macrophages, which have an important role in
receiving and spreading inflammatory signals. In addition, the inflammatory response is characterized by an increase in
the levels of expression of inflammatory mediators, which regulate adhesion molecules, and increase the permeability of
the blood-brain barrier. It has also been described that inflammation promotes the rapid over-expression and activation
of a variety of genes, and it has been postulated that transcription factors should be studied for their potential use in
therapeutics and repair. Transcriptional activation can be a double-edged sword since depending on the individual
transcription factor it can induce the expression of either neuroprotective or neurotoxic genes.
Conclusion. In summary, a better understanding of the different molecules mediating the immune response will allow the
design of new pharmacological tools that could improve stroke treatment.
Key words. CNS. Cytokines. Inflammatory mediators. Inflammatory response. Interleukins. Ischaemia.
www.neurologia.com Rev Neurol 2010; 50 (6): 349-359
359