EL PAPEL DEL FACTOR DE CRECIMIENTO DEL ENDOTELIO VASCULAR EN LA ANGIOGENESIS

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Introducción

Muchas condiciones fisiológicas (evolución del embrión, ovulación y reparación de heridas) y patológicas (artritis, retinopatía diabética, tumores) se caracterizan por la neoformación de capilares a partir de los vasos preexistentes. Este proceso, denominado angiogénesis, está controlado por varios factores angiogénicos y antiangiogénicos. Se han identificado alrededor de 30 factores angiogénicos, que incluyen la familia de los factores de crecimiento del endotelio vascular (VEGF), la familia de factores de crecimiento del fibroblasto (FGF), factor de transformación del crecimiento alfa y beta (TGF α y β), factor de crecimiento derivado de plaquetas (PDGF), factor de necrosis tumoral α (FNT-α), angiogenina, interleuquinas, quimioquinas y angiopoyetinas.^1,2 Por otra parte, se han descrito varios factores antiangiogénicos, como angioestatina, endostatina y tromboespondina.^3-5 En el proceso de angiogénesis está involucrado un desequilibrio entre estos factores positivos y negativos, con prevalencia de los reguladores positivos o una disminución de la expresión de reguladores negativos.²

Angiogénesis

Se han descrito dos modelos diferentes de angiogénesis en condiciones fisiológicas y patológicas.

El modelo principal es el denominado angiogénesis por arborización, que se caracteriza por distintos pasos que conducen a la formación de vasos nuevos a partir de los preexistentes. Algunos factores angiogénicos son responsables de la activación de las células endoteliales y la producción de enzimas proteolíticas, como metaloproteinasas de la matriz (MMP) y activadores del plasminógeno, que permiten la migración de las células endoteliales a través de la degradación de la matriz extracelular. El paso siguiente es la formación de brotes primarios a través de la proliferación y migración de células endoteliales. La formación de luz en los brotes y la síntesis de componentes de la nueva membrana basal es el paso final que conduce a la formación de nuevos vasos sanguíneos. A partir de los brotes primarios pueden surgir sucesivamente nuevas generaciones.⁶

El otro modelo de angiogénesis es el denominado sin arborización o de intususcepción, que se caracteriza por una columna de células intersticiales que divide la luz de un vaso preexistente en dos partes que forman dos vasos.⁷

En los tumores se han observado otros mecanismos angiogénicos, como la formación de vasos en mosaico y el mimetismo vasculogénico, en el cual las células endoteliales y las células tumorales cooperan para formar nuevos vasos.^8,9

VEGF y sus receptores

La familia de los VEGF es un grupo de factores angiogénicos importantes, involucrados en el crecimiento y la permeabilidad vascular.¹⁰ La familia de los VEGF incluye VEGF-A, VEGF-B, VEGF-C, VEGF-D, VEGF-E y el factor de crecimiento placentario (PlGF).^11-13 Además, el corte y empalme alternativo del ARNm de VEGF-A, a partir de un gen único que comprende ocho exones, genera cinco isoformas de VEGF-A que contienen respectivamente 12, 145, 165, 189 y 206 aminoácidos. También se han descrito numerosas isoformas de VEGF-B y PlGF.¹⁴ Se han detectado miembros de la familia de VEGF en diferentes tejidos, que incluyen encéfalo, hígado, bazo, riñón y piel, donde son producidos por varios tipos celulares, como células endoteliales, fibroblastos, queratinocitos, macrófagos, mastocitos y células tumorales.¹⁵

Los miembros de la familia de VEGF se caracterizan por diferentes interacciones con tres receptores de la tirosina quinasa, que incluyen VEGFR-1/Flt-1, VEGFR-2/Flt-1 y VEGFR-3/Flt-4 y dos receptores no proteicos de tirosina quinasa que incluyen neuropilina 1 y neuropilina 2. Estos receptores median los efectos de la familia de VEGF, como proliferación y migración de células endoteliales, y también inducen la expresión de quimioquinas, citoquinas y metaloproteinasas de la matriz.

La activación de VEGFR-1 por VEGF-A, VEGF-B o PlGF induce la expresión de activador del plasminógeno tipo urocinasa e inhibidor del activador del plasminógeno 1.^16-18 La activación de VEGFR-1 por VEGF-C o VEGF-D conduce a un aumento de la permeabilidad vascular y a proliferación y migración de células endoteliales.^19-21 VEGFR-2 también es el receptor de VEGF-E, codificado por el virus ORF.¹³ VEGFR-3 es expresado sobre la superficie de las células endoteliales linfáticas, donde participa en la linfangiogénesis a través de la unión a VEGF-C y VEFG-D.²²

La neuropilina 1 y la neuropilina 2 participan en la angiogénesis tumoral y se las ha aislado de tejidos neuronales humanos, células dendríticas, osteoblastos, fibroblastos de médula ósea y adipocitos, en células glomerulares y mesangiales humanas y en células endoteliales de vena umbilical humana cultivadas.^23,24 La neuropilina 1 se une a VEGF-A 165, PlGF, VEGF-B, VEGF-E, y a VEGF-C y VEGF-D inmaduros, mientras que la neuropilina 2 se une a VEGF-A 145, VEGF-A 165, PlGF, VEGF-C y VEGF-D inmaduro.^25-28

Citoquinas, factores de crecimiento y hormonas que participan en la regulación del VEGF

La producción de VEGF es regulada por citoquinas y factores de crecimiento, como interleuquina 1 (IL-1), IL-6, FGF-4, PDGF, factor de crecimiento 1 similar a la insulina (IGF-1), TGF β, factor de crecimiento epidérmico, factor de crecimiento de los queratinocitos (KGF), FNT-α e interferón-β que aumentan la producción de VEGF,^29-38 mientras que IL-10 e IL-13 inhiben la producción de VEGF.³⁹

Algunos estudios experimentales mostraron que el acetato de medroxiprogesterona, el acetato de megestrol y otros progestágenos sintéticos, como noretindrona, norgestrel y noretinodrel, pueden inducir la producción de VEGF en células cultivadas y la testosterona potencia la producción de VEGF en ratas castradas.⁴⁰ En algunos tipos tumorales humanos, las hormonas foliculoestimulante, luteinizante y progesterona participan en el aumento del VEGF.^41,42

Proteasas extracelulares que participan en la regulación de VEGF

El VEGF es regulado a través de proteasas extracelulares como MMP, activadores del plasminógeno, plasmina y heparina.⁴³ Las MMP constituyen un grupo grande de enzimas producidas por células endoteliales, fibroblastos, células de músculo liso, macrófagos y otras células inflamatorias. En el proceso angiogénico, las MMP son responsables de la degradación de la membrana basal y la matriz extracelular perivascular. Las MMP-3, MMP-7, MMP-9 y MMP-19 pueden ser responsables de la degradación proteosómica de VEGF-164 y VEGF-168 in vitro, mientras que MMP-3 también está involucrada en la escisión proteolítica de VEGF in vivo.⁴⁴

El activador del plasminógeno tisular y el activador del plasminógeno tipo urocinasa también participan en la producción de plasmina a través de la degradación proteolítica del plasminógeno.⁴⁵ Algunos estudios in vitro demostradron un papel de la plasmina y el activador del plasminógeno tipo urocinasa en la proteólisis de los dominios de VEGF. De hecho, la plasmina es responsable de aumentar la difusibilidad del VEGF en la matriz extracelular mediante la escisión de los dominios de VEGF que fijan heparán sulfato.⁴⁶ Más aun, la plasmina también es responsable de reducir la actividad mitogénica de VEGF-165 a través de la eliminación de su domino carboxilo terminal.⁴⁷ La degradación proteosómica de VEGF-165, vía heparina, y de VEGF-189, vía activador del plasminógeno tipo urocinasa, genera fragmentos que presentan alta afinidad por VEGFR-2 e inducen proliferación de células endoteliales.^48,49

La hipoxia induce aumento de VEGF

El aumento de la expresión de VEGF inducido por hipoxia se basa sobre muchos mecanismos moleculares, que incluyen controles transcripcionales y postranscripcionales del ARNm de VEGF.

El principal factor de control transcripcional del ARNm de VEGF es el factor inducible por hipoxia (HIF). El HIF es un factor de transcripción heterodimérico formado por HIF-1α (120 kd) y HIF-1β (91-94 kd) a través de la interacción de sus dominios básicos de hélice-bucle-hélice.^50-52

El HIF-1α se acumula dentro del núcleo, donde forma un dímero a través de la interacción con HIF-1β. El dímero, denominado HIF (o HIF-1), promueve la transcripción de VEGF junto con otros factores de transcripción, que incluyen p300, a través de la interacción del elemento de respuesta a la hipoxia (HRE) en el promotor del gen de VEGF.⁵³

Además, la hipoxia aumenta la estabilidad del ARNm de VEGF a través de controles postranscripcionales. Bajo condiciones hipóxicas, el ARNm de VEGF es estabilizado por proteínas que interactúan con la región no traducida 3’ del ARNm de VEGF, como la proteína de unión del ARNm de HuR.⁵⁴ La región no traducida 5’ de ARNm de VEGF también es importante porque se caracteriza por un sitio alternativo de iniciación de la transcripción y un sitio activo de entrada ribosómica interno activo. Sólo la transcripción alternativa de ARNm contiene el sitio de entrada ribosómica interna activa que probablemente participa en la regulación del ARNm en condiciones de hipoxia.^55,56

También se ha descrito una expresión inducida por hipoxia para VEGF-C y PlGF, se necesitan más estudios para explicar el mecanismo que regula la producción de VEGF-C y PlGF por la disponibilidad de oxígeno.⁵⁷

VEGF en condiciones fisiológicas

Algunos estudios in vivo han mostrado un papel del VEGF en la formación del embrión, la vasculogénesis y la hematopoyesis temprana.^58-60 Las concentraciones más bajas de VEGF, como consecuencia de la inactivación de un único alelo de VEGF, se correlacionan con letalidad embrionaria en los ratones, una vascularización defectuosa en varios órganos, anomalías del desarrollo y una cantidad menor de eritrocitos nucleados en los islotes de sangre del saco vitelino. Algunos estudios in vitro e in vivo mostraron que la expresión de VEGFR-2 participa en la migración y proliferación de progenitores hematopoyéticos/endoteliales.^61,62 Más aun, el VEGFR-2 también está involucrado en la neurogénesis.^63,64

En los tejidos adultos, se observaron concentraciones elevadas de VEGF en los ovarios, durante la formación del cuerpo amarillo; en el útero, durante el crecimiento de los vasos endometriales, en sitios de implantación del embrión y en la fase proliferativa de la cicatrización de heridas.^65-67

VEGF y tumores

En los tejidos tumorales, el VEGF es responsable del crecimiento de células endoteliales, la permeabilidad vascular y como factor de supervivencia de las células endoteliales recién formadas.^10,68 Participa en la extravasación de proteínas plasmáticas y otras macromoléculas circulantes desde los vasos tumorales, lo que conduce a la formación de un gel de fibrina.^69,70

Varios estudios señalaron el papel clave del VEGF en la angiogénesis tumoral. Las concentraciones de VEGF son mayores en los pacientes con cáncer que en individuos sanos^67,71,72 y se han descrito múltiples isoformas de VEGF-A, VEGF-B y PlGF en tumores, aun cuando se detectan más a menudo VEGF-A 121 y VEGF-A 165.⁷³ Las concentraciones elevadas de VEGF tienen una buena correlación con un mal pronóstico en los sarcomas ostoideos y de tejidos blandos, en tumores pediátricos y en el carcinoma de mama, riñón, colon, encéfalo, ovario, cuello uterino, tiroides, vejiga, esófago y próstata.¹⁰ En los tumores metastásicos, como el melanoma, se observaron concentraciones elevadas de VEGF⁷⁴ que se correlacionan con la presencia de células inflamatorias que infiltran el tumor, las que ayudan a perpetuar la angiogénesis.⁶⁷ En los tejidos tumorales, el VEGF es producido por células endoteliales de vasos recién formados, por células inflamatorias que infiltran el tumor y por células tumorales.^67,75,76

Se observaron receptores de VEGF en los vasos sanguíneos que infiltran el tumor y peritumorales.⁷⁷ Las células endoteliales de los vasos recién formados que infiltran el tumor tienen una expresión elevada de VEGFR-1 y VEGFR-2.^75,78 Es probable que VEGFR-3 participe en el crecimiento de vasos linfáticos en la vecindad del melanoma maligno al unirse a VEGF-D.⁷⁹

Se observa hiperexpresión del VEGF a través de la activación de oncogenes, como v-ras, k-ras, v-raf, src, fos y v-yes,⁸⁰ o la inactivación de genes supresores tumorales, como los genes p50 o VHL.^81-86 El gen VHL inhibe la estabilización postranscripcional del ARNm de VEGF a través de la inhibición de la proteina quinasa C zeta y delta en el carcinoma de células renales⁸⁷ y también participa en la inhibición transcripcional de VEGF mediante la modificación del factor de transcripción SP1.⁸⁵

En los tumores, los VEGF también son estimulados por otros factores, como TGF β, óxido nítrico e hipoxia.^34,88,89 En los tumores sólidos, la masa en expansión produce una condición hipóxica en las células más alejadas de los vasos sanguíneos, la cual es responsable del aumento de las concentraciones de VEGF a través de HIF-1 y la estabilización postranscripcional del ARNm de VEGF.^54-56,90,91

VEGF en otros estados patológicos

El VEGF desempeña un papel patogénico en la angiogénesis asociada a otros varios estados patológicos, como lesiones psoriásicas, endometriosis, placas ateroscleróticas, retinopatía diabética, degeneración macular neovascular del ojo relacionada con la edad, artritis reumatoidea y enfermedad de Crohn.^92-103

VEGF como agente terapéutico y blanco terapéutico

El VEGF puede ser utilizado como agente terapéutico en el corazón y los miembros isquémicos, que se caracterizan por una perfusión tisular insuficiente. Han transcurrido diez años desde que estudios en modelos animales mostraron un papel del VEGF en la reperfusión y la formación de vasos colaterales en los tejidos isquémicos tanto a través de la infusión intraarterial de VEGF, la transferencia de genes arteriales con ADNc que codificaba VEGF^104,105 como mediante la administración periadventicial de VEGF, distal a la oclusión después de isquemia crónica del miocardio.¹⁰⁶ Más recientemente, algunos estudios en pacientes con enfermedades isquémicas mostraron mejoría clínica e histológica en los tejidos isquémicos cardíacos y periféricos con la infusión intravascular de VEGF^107,108 y un aumento de la vascularidad en los tejidos con isquemia crónica de los miembros inferiores mediante la entrega de VEGF165 mediada por adenovirus.¹⁰⁹

Dado que la angiogénesis es un acontecimiento clave en crecimiento tumoral, invasión y metástasis, se ha propuesto al VEGF como blanco terapéutico en varios tipos de tumores. Los anticuerpos monoclonales que bloquean el VEGF, mutantes de VEGF negativos dominantes y cadena no codificante de ADNc de VEGF son responsables de la inhibición del crecimiento tumoral en ratones.^110-112

Más aun, se logró la inhibición de la angiogénesis y el crecimiento en líneas de células tumorales humanas trasplantadas en ratones desnudos con el bloqueo de VEGFR-2 mediante anticuerpos monoclonales específicos o con el bloqueo de isoformas de VEGF-A mediante VEGF rhuMab (bevacizumab).^113,114 El bevacizumab actúa a través de un bloqueo de la unión de VEGF-A a VEGFR-1 y VEGFR-2 en distintos tipos de tumores humanos, como cáncer de mama, cáncer de células renales, cáncer colorrectal y cáncer de pulmón de células no pequeñas: sus efectos terapéuticos se aprecian principalmente en el cáncer de células renales, cuando se utiliza solo, y en el cáncer colorrectal y el cáncer de pulmón de células no pequeñas cuando se asocia con quimioterapia.^115-118 El bevacizumab se caracteriza por su relativa falta de toxicidad incluso al asociarlo con agentes quimioterapéuticos.¹¹⁹

Los inhibidores del receptor de tirosina quinasa de molécula pequeña, como SU11248 y AG013676, incluso cuando presentan efectos terapéuticos interesantes a través de la inhibición de VEGFR, PDGFR, c-kit y Flt-3, no son bien conocidos en relación a su perfil de toxicidad.¹²⁰

Otro enfoque terapéutico se basa sobre las técnicas de ingeniería genética, representadas por proteínas quiméricas solubles, como VEGFR1/2-trap y VEGFR3-trap, involucradas en el bloqueo de miembros de la familia de VEGF y en evitar que se unan a sus receptores de anclaje a la membrana.^121,122

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