Crohn, autofagia y células de Paneth

Debido a su propia naturaleza, el tracto gastrointestinal está potencialmente sujeto a la inflamación e infección. Gran parte de su superficie está diseñada para estar altamente expuesta a la absorción, pero se enfrenta a una enorme población microbiana. Por lo tanto, no es de extrañar que diversos trastornos gastrointestinales estén vinculados a las infecciones o toxinas microbianas. Por ejemplo, las úlceras pépticas, que afectan aproximadamente al 10% de la población en los Estados Unidos, son causadas en parte por la contaminación con Helicobacter pylori. En consecuencia, el tratamiento para este tipo de úlcera incluye antibióticos.

Desafortunadamente, menos éxito se ha logrado en el manejo de otro frecuente trastorno debilitante, la enfermedad de Crohn, una condición inflamatoria que afecta al intestino delgado. No existe cura, y el tratamiento se centra en limitar la recurrencia y gravedad de los síntomas. Estudios genómicos de asociación han demostrado que la enfermedad de Crohn se liga con al menos 30 loci mutantes, hallazgos que sugieren que podrían representar un espectro de trastornos con similares fenotipos. Tres recientes investigaciones han relacionado la enfermedad de Crohn con la autofagia celular, los cuales han sido capaces de aportar nuevas ideas conducentes finalmente a la intervención terapéutica.

Para entender el papel de la autofagia (literalmente, autodigestión celular) en la patogénesis de la enfermedad de Crohn, es necesario tener en cuenta el mecanismo de este proceso. El tipo de autofagia que es relevante en la enfermedad de Crohn es macroautofagia (en lo sucesivo denominado autofagia). Su característica morfológica es la formación de vesículas citosólicas de doble membrana, llamadas autofagosomas, que secuestran el contenido citoplásmico y lo entrega a los lisosomas para su posterior degradación. Los autofagosomas no se forman de orgánulos preexistentes, sino más bien de un proceso dinámico de expansión de membrana. Esto permite incautar cargamentos de casi cualquier tamaño, una capacidad crítica para muchos aspectos de la función autofágica, incluyendo la eliminación de microorganismos patógenos de las células del huésped. La capacidad de retener bacterias invasoras y entregarlas a los lisosomas parece ser un papel potencialmente importante para el epitelio y las células inmunitarias que enfrentan una pesada carga microbiana. La observación de que una variante de ATG16L1, un ortólogo de la levadura relacionado con la autofagia, está asocia con la enfermedad de Crohn sugiere que la incapacidad para eliminar los microbios intestinales a través de la autofagia podría explicar algunos formas de la condición. No obstante, la situación parece ser más compleja.

Tres estudios demuestran que ATG16L1 regula la autofagia. La variación T300A en ATG16L1 ligada a la enfermedad de Crohn se encuentra fuera de la región homóloga del ortólogo de levadura y, en consecuencia, cuando la proteína mutante se sobre expresa, no se asocia a defectos basales y se genera una autofagia no selectiva (en la levadura, un aumento de la autofagia no selectiva es una respuesta al “hambre”). De hecho, los estudios in vivo en ratones sugieren que en lugar de comprometer la capacidad celular para secuestrar bacterias, T300A induce un defecto asociado a la autofagia en las células de Paneth, células especializadas de las criptas de Lieberkühn en el intestino delgado que secretan lisozimas y péptidos antimicrobianos (figura 1). Los mutantes de las células de Paneth muestran defectos en la vía exocítica. También tienen una degeneración mitocondrial y un retículo endoplasmático anormal, reflejando la pérdida de capacidad de degradación del organelo en asociación con la autofagia, ya que ésta desempeña una importante función en la eliminación de los orgánulos dañados o disfuncionales. Estos defectos, que también se observan en ratones que carecen de cualquiera de los genes autofágicos Atg5 o Atg7 en el epitelio intestinal, se correlacionan con la ausencia de lisozima en la protección de la capa mucosa del íleon. Además, se sabe que los genes asociados con la respuesta inflamatoria, incluyendo la leptina y adiponectina, están sobre expresados en las células de Paneth deficientes en autofagia. El análisis de tejidos humanos de pacientes con el alelo ATG16L1 confirma la presencia de células anormales de Paneth.

Estudios recientes han indicado que los defectos en macroautofagia contribuyen a la enfermedad de Crohn. Este proceso puede secuestrar componentes citoplásmicos, incluyendo orgánulos o un agente invasor, a través de autofagosomas de doble membrana (panel A). La fusión con el lisosoma permite la distribución de la carga y la eliminación del agente patógeno. A través de exocitosis de los gránulos, las células de Paneth en las criptas de Lieberkühn secretan péptidos antimicrobianos y lisozimas que regulan el estado microbiano en el intestino y protegen contra la invasión externa (panel B). Estudios en ratones han indicado que la variación genética en ATG16L1, previamente asociada con la enfermedad de Crohn, genera una autofagia defectuosa en las células de Paneth, una disminución de lisozimas en el lumen intestinal, y un aumento de la inflamación del intestino.

La autofagia dependiente de ATG16L1 también media la réplica inflamatoria inducida por endotoxinas. Los ratones con macrófagos deficientes de ATG16L1 producen mayores niveles de citoquinas pro-inflamatorias interleuquina-1 beta y son susceptibles a la colitis aguda en respuesta a agentes químicos perjudiciales como el dextrano sulfato de sodio. El aumento de la producción de citoquinas puede reflejar la falta de una respuesta al estrés autofágico.

Los tres estudios sugieren que un defecto en la autofagia puede ser la principal causa de la enfermedad de Crohn asociada a ATG16L1. Sería importante determinar si la inducción o sobre regulación de la autofagia, en particular en los macrófagos o células de Paneth, invierte las alteraciones fenotípicas, restaurando la homeostasia y mejorando los síntomas de la enfermedad. Desde un punto de vista clínico, el tratamiento con anticuerpos neutralizantes para citoquinas inflamatorias tales como la interleuquina-1 beta o, posiblemente, la administración de un encapsulado oral (protegido para proteasas) que contenga gránulos de células Paneth pueda ayudar a restaurar la biota microbiana y el medio intestinal, y generar un estado libre de enfermedad.