Descubren circuitos inmunológicos claves en enfermedades intestinales

Desde hace ya un cuarto de siglo, un grupo de científicos argentinos lidera mundialmente la investigación sobre un grupo de proteínas llamadas galectinas, y su función en la regulación de la respuesta inmunológica en diversos tejidos y frente a patologías de distinto tipo, como tumores malignos, enfermedades autoinmunes e infecciones.

Las galectinas son proteínas capaces de descifrar información biológica codificada por azúcares (glicanos) en la superficie de diversos tipos celulares. Estas investigaciones pioneras han permitido concluir que galectina-1 (Gal-1) es un punto de chequeo inhibitorio clave del sistema inmune, debido a que ejerce un control jerárquico sobre distintos eventos celulares y moleculares involucrados en respuestas inmunológicas.

No obstante, el papel fisiopatológico de Gal-1 en intestino, un tejido clave en el desarrollo de respuestas inmunológicas, era aún un misterio. Pero esta deuda fue saldada recientemente con la publicación de dos importantes investigaciones lideradas por Karina Mariño y Gabriel Rabinovich en los Laboratorios de Glicómica Funcional y Molecular y de Inmunopatología del Instituto de Biología y Medicina Experimental (IBYME, CONICET). Ambos estudios fueron protagonizados por científicos y científicas del CONICET y realizados íntegramente en el país.

Los artículos, publicados en Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS) y Sciences Advances, exploran cómo la interacción entre Gal-1 y sus ligandos glicosídicos afecta a la respuesta inmune en cáncer colorrectal (CCR) y durante el desarrollo de enfermedades inflamatorias intestinales (EII), tales como la enfermedad de Crohn y la colitis ulcerosa. Es decir, ambos trabajos no sólo se abocan a entender el papel de Gal-1, sino también a determinar los circuitos regulatorios y homeostáticos que esta genera en la respuesta inmunológica intestinal.

“Lo interesante de analizar juntos estos dos artículos, que estudian la interacción entre Gal-1 y glicanos en el intestino y que se publicaron con tan poca diferencia de días, es que nos muestran dos caras opuestas de una misma moneda. Dado que, mientras en casos de CCR, la interacción de Gal-1 con sus ligandos asiste al escape del tumor a la respuesta inmunológica, la disminución de esta interacción acentúa el proceso inflamatorio en las EII. Entonces, si bloquear la expresión de Gal-1 podría ser una potencial terapia para CCR, estimular la expresión de esta proteína, y/o sus interacciones con glicanos específicos, podría servir para tratar las EII”, señala Rabinovich.

Tanto el papel antinflamatorio de Gal-1 en inflamación intestinal como su asistencia al escape tumoral en CRC están mediados por el control que ejerce sobre poblaciones de células T CD8⁺ intestinales. Mientras que Gal-1 en colitis controla la actividad de los linfocitos T CD8⁺ activados (células del sistema inmune efectoras involucradas en la inflamación intestinal), en CCR su contribución al escape tumoral esta mediada por un aumento de la frecuencia y actividad inmunosupresora de los linfocitos T CD8⁺ reguladores.

Las interacciones entre Gal-1 y glicanos modulan la inflamación intestinal

Las EII, tales como enfermedad de Crohn y colitis ulcerosa, son un grupo de patologías crónicas del tracto intestinal que afectan gravemente la calidad de vida de los pacientes, con ciclos de inflamación y remisión que requieren de un control colonoscópico permanente. En la actualidad, las terapias disponibles se enfocan en aliviar los síntomas y cicatrizar las lesiones. El advenimiento de los anticuerpos monoclonales ha revolucionado los tratamientos para este tipo enfermedades; pero sus graves efectos secundarios, junto con el alto porcentaje de resistencia observado en pacientes tratados con estos agentes biológicos, impulsan la búsqueda de nuevos mecanismos de inmunomodulación más específicos.

Para entender el rol de Gal-1 y sus interacciones con glicanos en EII, los investigadores trabajaron con muestras de pacientes con enfermedad de Crohn o colitis ulcerosa, en colaboración con la Sección de Enfermedades Inflamatorias del Hospital de Gastroenterología “Dr. Carlos Bonorino Udaondo”. Además, realizaron análisis bioinformáticos de bases de datos de pacientes y, finalmente, estudiaron distintos modelos animales que replican estas patologías humanas.

“Lo que vimos en las muestras de pacientes con EII es que la expresión de Gal-1 se encontraba desregulada, pero también la de las enzimas que sintetizan los glicanos que esta lectina reconoce”, relata Karina Mariño, quien coordinó las dos investigaciones junto con Rabinovich.

En pacientes con EII, el aumento de Gal-1 en zonas inflamadas del colon se pudo asociar con una expresión alterada de C2GNT1, una enzima necesaria para crear ligandos de esta lectina, así como de la proteína ST6GAL1, que enmascara ligandos de Gal-1.

“Basándonos en las observaciones realizadas en pacientes, buscamos comprender la influencia de estas desregulaciones en tres modelos diferentes de EII, donde se eliminaron Gal-1 o las enzimas que sintetizan o enmascaran los glicanos que Gal-1 reconoce”, continúa la investigadora.

Los ensayos en modelos experimentales de EII mostraron que tanto la ausencia de Gal-1 como de los ligandos glicosídicos de esta lectina generan formas exacerbadas de colitis (mayor inflamación). Mientras que, por otro lado, la eliminación de ST6GAL1 -que enmascara los azucares que reconoce Gal-1- resultó en formas más atenuadas de colitis.

“Los ratones sin Gal-1, a los que se les indujo colitis, mostraban una inflamación más exacerbada que la que exhibían los ratones de genotipo salvaje, con una mayor activación de los linfocitos T CD8⁺”, relata el primer autor del trabajo publicado en Science Advances, Luciano Morosi, quien hasta julio de 2020 fue becario posdoctoral del CONICET en el IBYME, donde también hizo su doctorado bajo la dirección de Rabinovich y Mariño.

El equipo de investigación también realizó ensayos para ver qué ocurría si a los ratones deficientes en Gal-1, que habían mostrado formas más exacerbadas de colitis, se le administraba Gal-1 recombinante de manera exógena.

“En este caso, lo que vimos es que la inflamación se aliviaba, pero no totalmente, y se redujo el porcentaje de los linfocitos T CD8⁺ activados. Además, detectamos que la administración de Gal-1 recombinante modula las citoquinas que se expresan en el colon. Entonces, lo que nosotros postulamos es que Gal-1 modula el desarrollo de las EII, mediante el control de linfocitos T CD8⁺ activados, y a través de la modificación del perfil de citoquinas que se expresan en el colon”, indica Morosi.

Una de las conclusiones más importantes de la investigación publicada en Science Advances es que Gal-1 y sus ligandos juegan un rol clave en el mantenimiento de la homeostasis inmunológica del intestino.

“Estos experimentos permitieron demostrar que la interacción de Gal -1 con sus ligandos modula un circuito de apagado y encendido (‘on-and-off‘) de la inflamación intestinal, al controlar a los linfocitos T CD8⁺ activados”, afirma Rabinovich.

Desde el interés médico, los resultados de esta investigación sugieren que la estimulación de la interacción de Gal-1 con glicanos específicos de la superficie celular (particularmente de linfocitos T CD8⁺ activados) sería un camino posible para el tratamiento de la inflamación intestinal. Estas terapias podrían apuntar tanto a administrar o estimular la expresión de Gal-1, como a modular las enzimas responsables de la síntesis o enmascaramiento de sus ligandos.

El rol protumoral de Gal-1 en CCR

Una de las consecuencias de las EII es que se incrementa el riesgo de padecer CCR, una enfermedad neoplásica de alta prevalencia en la Argentina y la segunda causa de muerte relacionadas con cáncer a nivel mundial. No obstante, esta patología puede tener diversos orígenes. En lo que respecta a su tratamiento, si bien la inmunoterapia basada en el bloqueo de puntos de control inhibitorios funciona muy bien en otras neoplasias, como melanoma o cáncer de pulmón, en CCR dicha estrategia terapéutica no resulta efectiva para la gran mayoría de los pacientes, por lo que es importante poder desarrollar nuevos tratamientos.

Para conocer el papel de Gal-1 y sus ligandos en la modulación de la respuesta inmunológica en CCR, los investigadores realizaron ensayos con modelos experimentales de CCR e hicieron análisis bioinformáticos a partir de bases de datos de pacientes.

“Nosotros ya sabíamos, por trabajos anteriores, que en enfermedades neoplásicas, Gal-1 promueve la evasión de la respuesta inmune, y nuestro objetivo fue estudiar cómo esta proteína influenciaba el desarrollo de CCR. Uno de los modelos experimentales que utilizamos fue el de cáncer colorectal asociado a colitis. Lo que vimos es que el número de tumores que se genera es mucho menor en los animales que no expresan Gal-1”, indica Mariño.

“Además de constatar que los ratones deficientes en Gal-1 desarrollaron menos tumores, pudimos observar que también exhibían menor frecuencia de linfocitos T CD8⁺ reguladores, células que controlan la respuesta inmune para evitar respuestas exacerbadas, pero que el tumor puede utilizar para reducir la respuesta antitumoral. Por otra parte, mediante ensayos de inmunosupresión, encontramos que los linfocitos T CD8⁺ regulatorios presentan una menor capacidad inmunosupresora cuando provienen de ratones que no expresan Gal-1. Es decir, pudimos determinar que Gal-1 modula la frecuencia y capacidad inmunosupresora de linfocitos T CD8⁺ regulatorios, y, de esta forma, afecta al desarrollo tumoral en un modelo CCR asociado a colitis”, explica Alejandro Cagnoni, investigador del CONICET en el IBYME y uno de los primeros autores del artículo publicado en PNAS.

Experimentos en otro modelo murino de CCR les permitieron a los investigadores corroborar que no sólo la Gal-1 de las células tumorales es relevante para el desarrollo del CCR, sino que también lo es la Gal-1 del entorno de estas células. “Observamos que tanto la disminución en los niveles de Gal-1 tumoral, como la reducción de Gal-1 en el entorno resultan en una reducción del volumen tumoral”, señala la otra primera autora del trabajo, Laura Giribaldi, quien realizó su doctorado con una beca del CONICET bajo la dirección de Rabinovich.

Para darle relevancia clínica a lo observado en modelos animales, los investigadores recurrieron al análisis bioinformático de bases de datos de pacientes con CCR, gracias a la colaboración con Martín Abba, de la Universidad Nacional de La Plata. Lo que vieron fue que existe una correlación muy importante entre tumores con pronóstico desfavorable, una alta producción de Gal-1 y la expresión de genes clásicamente asociados a linfocitos T CD8⁺ regulatorios. ^“En este sentido, y si bien queda mucho camino por recorrer, estos resultados nos indican que el papel de Gal-1 en modelos experimentales podría correlacionar con mecanismos asociados a la patología humana”, señala Mariño.

En lo que refiere a posibles tratamientos para el CCR, los resultados de este trabajo indicarían que el bloqueo de la expresión de Gal-1 podría ser una vía inmunoterapéutica posible. En ese sentido, el año pasado, desde el Laboratorio de Inmunopatología del IBYME se publicó el desarrollo de un anticuerpo monoclonal neutralizante de Gal-1 con capacidad angio- e inmuno-regulatoria, cuya administración podría potencialmente acompañar otras inmunoterpias en pacientes con CCR.