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Revista chilena de pediatría

versión impresa ISSN 0370-4106

Rev. chil. pediatr. v.76 n.5 Santiago oct. 2005

http://dx.doi.org/10.4067/S0370-41062005000500002 

 

Rev Chil Pediatr 76 (5); 464-470, 2005

ACTUALIDAD/ CLINICAL OVERVIEW

 

Fibrosis quística: Actualización en sus aspectos básicos

Cystic Fibrosis: an overview of its basic aspects

 

Luis E. Vega-Briceño1, Ignacio Sánchez D.1

1. Pediatra Broncopulmonar. Sección de Respiratorio Pediátrico. Departamento de Pediatría. Pontificia Universidad Católica de Chile.

Dirección para correspondencia


Resumen

Los avances en torno al conocimiento de la proteína de regulación de transmembrana de la fibrosis quística (CFTR) han permitido entender mejor la fisiopatología de ésta enfermedad y la compleja relación genotipo-fenotipo. Los diversos fenotipos clínicos están influenciados no sólo por la clase de mutación registrada, sino también por factores ambientales y probablemente otros genes reguladores. CFTR regula la composición y cantidad de líquido en el epitelio de la vía aérea, primariamente por su acción sobre el cloro, pero también regula diferentes canales y transporta otras moléculas. Además, CFTR regula una respuesta inflamatoria frente a bacterias como Pseudomona aeruginosa y Staphylococcus aureus. Es probable que todos estos factores influyen en la historia natural de la FQ de cada paciente. El entendimiento de los aspectos básicos y sus implicancias clínicas podría brindar futuras y nuevas aproximaciones terapeúticas.

(Palabras clave: Fibrosis quística, gen, CFTR, vía aérea, ENaC).

Advances in the knowledge of the cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (CFTR) allows a better understanding of the pathology of this disease and the complex genotype – phenotype relationship. Various clinical phenotypes are influenced not only by the type of mutation found, but also by environmental factors and probably other regulating genes. CFTR regulates the composition and amount of fluid in epithelial respiratory tract, specifically by its action on chlorine, but also regulates different channels and transports other molecules. In addition, CFTR modulates the inflammatory response against bacterias such as Pseudomona aeruginosa and Staphylococcus aureus. All these factors are likely to influence the clinical evolution of each patient. The understanding of basic features and clinical outcome of this disease can bring new therapeutic approaches in the future.

(Key words: Cystic fibrosis, gen, CFTR, airway, ENaC).


INTRODUCCIÓN

La Fibrosis Quística (FQ) es la enfermedad autosómica recesiva letal más frecuente en la raza caucásica; de evolución crónica, progresiva y compromiso multisistémico, presenta grandes variaciones fenotípicas según los diversos grupos étnicos estudiados. Si bien es cierto que existe un incremento en el número de casos reportados en Chile, el promedio de sobrevida aún no es ni siquiera la mitad de lo reportado en Estados Unidos, en donde se estima cercano a los 40 años; ello representan el doble de lo que fue hace 20 años1. La incidencia de FQ en el hemisferio norte es alrededor de 1/2.000-1/2.500 nacidos vivos, siendo el 50% de los pacientes diagnosticados a la edad de 6 meses y el 90% a la edad de 8 años1,2. En Chile, se estima alrededor de 1/5.000-6.000 nacidos vivos, aunque este dato es sólo una aproximación y probablemente no represente la realidad epidemiológica. Existen al menos 309 pacientes con FQ registrados, de los cuales 44 (14,2%) son mayores de 18 años (Mayo 2005, comunicación personal). El objetivo de la presente revisión es brindar una actualización en torno a algunos aspectos básicos de las interacciones moleculares y la fisiopatología de la FQ.

ASPECTOS GENÉTICOS

Un avance crucial en el entendimiento de FQ fue sin lugar a dudas la clonación del gen en 19893. Este gen de 230 kb, se encuentra localizado en el brazo largo del cromosoma 7 y codifica una proteína de 1.480 aminoácidos denominada CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane Regulator) situada en la porción apical de la membrana de las células epiteliales, que se expresa en las células secretorias, senos paranasales, pulmones, páncreas, hígado y tracto reproductivo. Consiste en doce regiones de membranas hidrofóbicas ligadas a dos puentes nucleótidos con su respectivo dominio y múltiples sitios para fosforilación (figura 1). Desde que el gen fue clonado hasta junio del 2005, se han identificado al menos 1 385 mutaciones4.


 
Figura 1. Representación gráfica de la proteína CFTR en la membrana celular.

Sin lugar a dudas, la mutación más frecuente es la delección del codón que produce la pérdida de un residuo de fenilalanina en la posición 508, denominada mutación DF508. Cerca del 70% de pacientes con FQ exhiben esta variedad, aunque existen grandes variaciones geográficas que oscilan entre 32 y 82%2. Generalmente, los pacientes homocigotes para DF508 expresan enfermedad pulmonar, insuficiencia pancreática, azoospermia obstructiva y universalmente tienen test de sudor elevado. Sin embargo, la función pulmonar es variable, lo cual sugiere la presencia de otros factores genéticos y ambientales. En un grupo de pacientes chilenos, nuestro grupo describió una prevalencia de ?F508 cercana al 50%, siendo la segunda mutación más frecuente la G542X. Otras mutaciones encontradas fueron: W1282X, R1162X, R553X, G551D, R334W y 3849+10kbC>T5,6.

En la actualidad se han descrito seis clases de mutaciones. La mutación Clase I (G542X, R1162X) es resultante de un defecto de inestabilidad del ácido ribonucleico mensajero o de una proteína anormal, la cual es rápidamente degradada. La mutación Clase II resulta de una falla en el proceso de síntesis de la proteína o del transporte de la misma a través de la membrana celular; esta clase incluye a la mutación ?F508. La mutación Clase III (G551D) resulta de una proteína correctamente localizada pero defectuosa en la actividad del canal. En la mutación Clase IV (R117H), la proteína está correctamente localizada y regulada pero tiene un defecto en la conductancia del cloro. La mutación Clase V (A455E) resulta en una reducida síntesis de CFTR. Finalmente, en la mutación Clase VI existe un defecto en la regulación de otros canales (principalmente Na, Cl). Las mutaciones clases I-III son las más comunes y están asociadas usualmente con insuficiencia pancreática. Esta característica está en relación con el efecto de la mutación en la producción de la proteína CFTR; valores < 3% se asocian a fenotipos más graves (figura 2).


 
Figura 2. Expresión de la actividad normal de la proteína CFTR en relación con el tejido comprometido.

ASPECTOS MOLECULARES Y FISIOPATOLOGÍA

Aunque es considerable el conocimiento molecular de CFTR, aún no se sabe exactamente cuál es la conexión entre la mutación del gen y la enfermedad pulmonar7. Existe un considerable número de trabajos que muestran como el gen que codifica CFTR es regulado y procesado. La expresión de un gen defectuoso no es el único determinante que contribuye a los diferentes fenotipos clínicos, existiendo otros modificadores de canales también afectados. La tabla 1 muestra algunos de los mecanismos propuestos. CFTR es más que un canal de cloro; es una proteína compleja, responsable del transporte de iones y otras moléculas diferentes al cloro. Funciona como un exportador de membrana dependiente de AMP cíclico regulando la “exportación de iones” mediante la rectificación del canal, además de autorregular los canales de sodio sensibles (ENaC)2,8.


Tabla 1. Funciones de la proteína CFTR
 

Existen diversas teorías que tratan de explicar la fisiopatología de la FQ. El transporte de iones (especialmente sodio) a través de la porción apical de la membrana genera diferencias de potencial (DP) que pueden ser medidos in vivo en la mucosa nasal o en la vía aérea baja. La administración de amiloride a pacientes con FQ reduce los DP a niveles normales, lo que sugiere que la "hiperabsorción" de sodio está incrementada dos o tres veces en los pacientes con FQ. Es probable que el defecto en ENaC sea secundario al defecto de la proteína CFTR (figura 3). El transporte de electrolitos es parcialmente responsable de la cantidad y composición del fluido en la superficie de la vía aérea (ASL: airway surface liquid)9. El ASL es una fina capa de 20-25 µm de profundidad de los cuales sólo 10 µm es líquido y el resto moco. El ASL provee una efectiva barrera defensiva frente a toxinas y agentes infecciosos, además de mantener un estado de hidratación “normal”. La relación entre FQ, CFTR y alteración del ASL ha sido motivo de dos teorías opuestas (figura 4). Ambas teorías explican en parte, la infección temprana y persistente de la vía aérea. La hipótesis del volumen sostiene que CFTR regula el equilibrio del ASL mediante un transporte isotónico; bajo esta perspectiva, la deshidratación de la vía aérea interfiere con el trabajo y limpieza ciliar, produciendo un incremento de las bacterias e iniciando un proceso de inflamación. Existen trabajos que demuestran que el ASL obtenido de nariz de pacientes con FQ muestra igual osmolaridad que los sujetos controles; por su parte la hipótesis de la osmolaridad sostiene que en condiciones de salud, el ASL es hipotónico y la desproporcionada absorción de sal produce un incremento en la concentración de NaCl del orden de los 50 mM. A estas concentraciones las moléculas defensivas anti-bacterianas (defensinas 1 y 2) son inactivas. Ya que los pacientes con FQ pierden la función de CFTR, ASL es relativamente inactivo, impidiendo la función de éstas moléculas defensoras, con una multiplicación de P. aeruginosa en cultivos celulares. No existe un consenso único que determine cuál ni cómo es la tonocidad del ASL en los sujetos con FQ. Existen serias limitaciones técnicas en la recolección de las muestras de ASL10-12.


Figura 3. Actividad de la proteína CFTR en la membrana celular del humano.

Es muy probable que las secreciones viscosas de los pacientes FQ sea el resultado de la pobre hidratación del ASL secundaria a una secreción anormal de cloro y una hiperabsorción de sodio, por lo que los tapones mucosos resultantes impiden la limpieza ciliar normal promoviendo la sobrecolonización con bacterias. Estas bacterias encuentran un medio microaerófilo con condiciones favorables para crecer e inducir una respuesta inflamatoria permanente, responsable de la destrucción final del tejido pulmonar. Este medio pobre en oxígeno, gatilla un cambio de la forma no mucoide a la forma mucoide13. Además del ASL, la disfunción de CFTR puede predisponer la adherencia de bacterias a la vía aérea y esto puede resultar en un aumento de la actividad de células inflamatorias. La función de estas células puede estar mal regulada en los pacientes con FQ. Se ha visto, en modelos in vitro, que las altas concentraciones de cloro y sodio inactivan la B-defensina-1 humana, un péptido natural presente en la superficie de la vía aérea14. Se ha postulado que CFTR puede actuar por sí mismo como receptor de ligazón y endocitosis contra P. aeruginosa, función que estaría perdida en los pacientes con FQ15.


Figura 4. Representación esquemática de las hipótesis del volumen y la osmolaridad.

OTROS GENES INVOLUCRADOS

Algunos estudios interesantes, exploraron el efecto de otras mutaciones en genes y el polimorfismo en los fenotipos de FQ, tratando de explicar la variabilidad de los pacientes homocigotes para F50816. Por ejemplo, el gen de la a1-antitripsina y sus mutaciones S y Z han sido involucrados en las formas leves. En contraste, el gen de la lectina ligadora de manosa (MBL) esta asociado a peor pronóstico17. MBL es parte del sistema inmune innato de todo ser humano y es particularmente importante en los primeros meses de la vida. Existe una asociación entre los sujetos portadores de alelos defectuosos con una peor función pulmonar, especialmente los pacientes con FQ crónicamente infectados por P. aeruginosa. El factor de transformación de crecimiento (TGFB-1) es también un importante modificador de genes. Diversos polimorfismos han sido asociados a fibrosis pulmonar y mayor gravedad de la enfermedad. Estas áreas de investigación están actualmente en desarrollo y los genes que codifican citoquinas como IL-1, IL-10 y el factor de necrosis tumoral (TNF) están siendo estudiados.

MICROBIOLOGÍA

Staphyloccocus aureus y Haemophilus influenzae son las bacterias más frecuentemente aisladas en el tracto pulmonar de niños con FQ. A diferencia de otras enfermedades, la FQ exhibe una clara distribución de gérmenes adquiridos en función de la edad. S. aureus es usualmente el primer patógeno aislado de la vía aérea de los pacientes con FQ, con una tasa de infección que disminuye con la edad, mientras que por su parte la tasa de P. aeruginosa se incrementa. La presencia de S. aureus en el tracto respiratorio en forma intermitente debe obligar a su erradicación completa por ser quien mayor destrucción produce en la vía aérea. A través de este invasor primario, la P. aeruginosa ve facilitada su entrada y posterior colonización. Si bien ambas bacterias pueden coexistir, el desarrollo abundante de P. aeruginosa puede inhibir el crecimiento de S. aureus18.

H. influenzae, una bacteria muy difícil de cultivar por sus requerimientos metabólicos, puede producir colonización crónica con deterioro significativo de la función pulmonar. La persistencia de al menos un cultivo positivo a S. aureus y/o H. influenzae debe alertar al médico hacia la sospecha de FQ. P. aeruginosa produce la infección pulmonar crónica más severa y se asocia a un deterioro progresivo de la función pulmonar; su aparición por primera vez en las secreciones bronquiales es indicación de antibioticoterapia agresiva aunque no exista ningún indicador clínico de exacerbación. En la mayoría de los pacientes la infección por P. aeriginosa es iniciada por cepas no mucoides y la transición a la variante mucoide se relaciona con el incremento de anticuerpos antipseudomonas19. Aún con el empleo de terapias antibióticas agresivas, la infección por la forma mucoide de P. aeruginosa puede no ser erradicada, probablemente por la pobre penetración del antibiótico dentro del “biofilm” del ASL18. Burkholderia cenocepacia (previamente denominada Burkholderia cepacia, y antes de ello, Pseudomonas cepacia) emergió en 1970 como un patógeno en FQ. Debido a la evidencia de infección cruzada y al impacto sobre la función pulmonar (especialmente en adolescentes y adultos), todos los centros tienden a aislar a aquellos pacientes colonizados con esta bacteria. A menudo es muy resistente a todos los antibióticos y fácilmente transmisible. Nuevos organismos, como la Stenotrophomonas maltophilia, han sido descritos, aunque aparentemente sin un impacto claro en las pruebas de función pulmonar o en la sobrevida.

INFECCIÓN VS INFLAMACIÓN: EL DILEMA

La interacción infección e inflamación en FQ es compleja (figura 5). Existe evidencia que muestra una respuesta inflamatoria exagerada aún en ausencia de infección. La infiltración de neutrófilos y los niveles de IL-8 como respuesta a una infección están incrementados en la vía aérea de FQ20. Khan y colaboradores mostraron que los niños con FQ tienen un incremento en el número de neutrófilos y de interleukina 8 (IL-8) en lavado broncoalveolar (LBA) a las 4 semanas de vida, aún sin ninguna evidencia de infección21. Por su parte, otros grupos sugieren que la infección precede a la inflamación. Los niveles de IL-10, un poderoso anti-inflamatorio endógeno, en LBA permanecen inhibidos aún después de erradicada la infección22, lo cual hace más susceptible a la célula frente a una excesiva respuesta inflamatoria neutrofílica ante futuras infecciones principalmente por S. aureus o P. aerurigosa (figura 5).


 
Figura 5. Interacciones fisiopatológicas entre inflamación e infección.

Diferentes líneas celulares de FQ infectadas por P. aeruginosa muestran incremento de los niveles de TNFa, IL-6 y IL-8 en comparación con líneas celulares de sujetos normales, existiendo un defecto en la regulación de diversas citoquinas. Los neutrófilos provenientes de pacientes con FQ eliminan más niveles de elastasa y oxidantes y menos L-selectina que sujetos controles, además de una exagerada respuesta frente a estimulación con IL-8 y TNFa20. La actividad neutrofílica es sensible a los niveles de concentración de electrolitos mostrando una disminución en medio hipo o hipertónicos. El óxido nítrico (NO) tiene propiedades anti-microbianas e influye en la actividad mucociliar modulando la actividad de diversos canales. NO puede ser protector frente a la inflamación. Una falla en el incremento de los niveles de NO puede predisponer a la inflamación de la vía aérea. Los bajos niveles de NO modulados por una deficiente actividad de CFTR es un modelo atractivo para establecer una relación en FQ23.

En resumen, es muy probable que sean muchos los distintos mecanismos que participan en forma simultánea en la destrucción de la vía aérea. Todos esto procesos determinan la expresión fenotípica de la enfermedad en diferentes grados. Si bien el proceso inflamatorio se inicia en forma muy precoz en la vida, la respuesta inflamatoria exagerada frente a infecciones posteriores por patógenos como S. aureus y P. aeruginosa tiene una implicancia más crítica en la injuria y remodelación del epitelio ciliar respiratorio. Esto pude tener un significado importante para la pesquisa y el manejo cada vez agresivo con antibióticos y drogas anti-inflamatorias. Aun existe mucho por aprender acerca de estos procesos, pero indudablemente; el comprenderlo ayudará a establecer conductas más efectivas en términos de sobrevida.

 

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Trabajo recibido el 5 de julio de 2005, aprobado para publicación el 9 de septiembre de 2005.