Descubren un mecanismo responsable de la septicemia, enfermedad que causa 11 millones de muertes anuales

De acuerdo con la Organización Mundial de la Salud (OMS), la sepsis o septicemia es una disfunción orgánica, potencialmente mortal, causada por una respuesta desregulada del huésped a una infección. Una publicación científica reciente, citada por el organismo internacional, estimó que en 2017 hubo cerca de 49 millones de casos de sepsis y 11 millones de muertes relacionadas con esta enfermedad en todo el mundo, lo que representa casi el 20 por ciento de las defunciones globales que se produjeron ese año. Sin embargo, no afecta a todos por igual: aproximadamente el 85 por ciento de los casos y de las muertes relacionadas con esta patología en todo el mundo se produjeron en países de ingresos bajos y en los sectores más vulnerables, en los cuales representa una de las principales causas de morbilidad y mortalidad materna y neonatal.

En ocasiones, la septicemia puede ser consecuencia de la respuesta del sistema inmune a infecciones hospitalarias, que frecuentemente son resistentes a los antibióticos, por lo que se vuelve necesario encontrar terapias alternativas. Pero, dado que esta patología está vinculada, en realidad, a una respuesta inflamatoria exacerbada y desregulada por parte del sistema inmunológico, una vez que el proceso se instauró, es difícil que pueda controlarse conteniendo solamente la infección originaria.

Recientemente, una investigación conjunta entre un equipo de la Facultad de Medicina de la Universidad de Connecticut (UConn Health), dirigido por Vijay Rathinam, y científicos del CONICET del Laboratorio de Inmunopatología del Instituto de Biología y Medicina Experimental (IBYME, CONICET), a cargo de Gabriel Rabinovich, reveló el rol central de la proteína Galectina -1 (GAL1) en el desarrollo de la sepsis.

Como parte del mismo trabajo, los científicos pudieron comprobar que un anticuerpo monoclonal desarrollado en IBYME para neutralizar la Gal1, y publicado recientemente en la revista Angiogenesis, permite atenuar la severidad de los efectos de la sepsis en ratones, reduciendo la letalidad. Este último resultado es muy importante porque alienta la posibilidad de poder obtener, en base a este anticuerpo monoclonal, un tratamiento farmacológico para la septicemia en humanos.

El trabajo, publicado hoy en la prestigiosa revista Nature Immunology, amén de su contribución al área de la biomedicina, permite responder además, al menos en parte, una pregunta que hasta ahora para el campo de Biología Celular y Molecular resultaba un misterio: ¿cómo es posible que Gal1 se secrete al espacio extracelular cuando tiene todas las características bioquímicas de una proteína que permanece dentro de la célula?

El papel protagónico de Galectina-1 en la septicemia

En el año ’93, Rabinovich -que en ese momento trabajaba en la Universidad Nacional de Córdoba- identificó, junto con su equipo, que GAL1 estaba involucrada en el funcionamiento del sistema inmunológico. Desde ese momento, y por las siguientes tres décadas, numerosas investigaciones avanzaron en mostrar que esta proteína de unión a carbohidratos es un modulador fundamental del sistema inmune, que cumple un rol clave en tumores malignos, infecciones, situaciones de autoinmunidad e inflamación.

Hace unos años, Vijay Rathinam se comunicó con Rabinovich para pedirle su colaboración. El científico de la Universidad de Connecticut había detectado que entre el grupo de moléculas que liberan las células del sistema inmune en casos de muerte celular inflamatoria (como la piroptosis o la necroptosis), a modo de alarma, se encontraba Gal1 incrementada en forma jerárquica. Cuando esto ocurre en el marco de una infección tan masiva que el sistema inmunológico no puede dar un respuesta eficaz -como sucede en la sepsis-, este conjunto de moléculas liberadas por las células antes de morir (denominadas alarminas) lo que hacen es contribuir a amplificar la respuesta inflamatoria y hacerla más incontrolable. Fue la experiencia de Rabinovich y el Laboratorio de Inmunopatología del IBYME en el estudio de esta proteína lo que llevo al investigador de nacionalidad india a contactarse con los científicos argentinos.

Hasta esta investigación, en lo que se refiere al estudio de respuestas inflamatorias,  el equipo de Rabinovich había trabajado con modelos crónicos de inflamación no tan severos ni agudos como la sepsis. En esos casos, Gal1 cumple un papel antinflamatorio, al comportarse como un inmunosupresor frente a la inmunidad adaptativa -la respuesta inmunológica que tiene lugar una vez desencadenada la inmunidad innata-. Sin embargo, en este trabajo se mostró que en el contexto de una inflamación tan dramática como la sepsis, Gal-1 incrementa y potencia la respuesta inflamatoria.

“Algo que me parece importante aclarar es que no estamos frente a una paradoja, porque la mayoría de las moléculas del sistema inmune actúan en su contexto, siendo inmunosupresoras cuando hay necesidad de resolver la enfermedad y amplificando el proceso inflamatorio en un contexto temprano más severo”, destaca Rabinovich.

Caracterización del proceso

“Lo que se pudo observar es que al ser invadidas por bacterias Gram negativas, las células (en este caso macrófagos), como parte de su respuesta inmunitaria, detectan la presencia de la infección a través del llamado inflamasoma no canónico. Al ocurrir este reconocimiento, se produce un corte de la proteína Gasdermina D, que a su vez genera poros en la membrana plasmática de la célula, que permiten que (antes de que ocurra la muerte celular con la concomitante inflamación) se liberen las alarminas, cuya función es, como su nombre lo indica, advertir la presencia del peligro al sistema inmunológico”, señala Rabinovich.

Lo que detecta el inflamasoma no canónico en el citoplasma de la célula, a través de las proteínas Caspasa-4 y 5 (Caspasa -11 en ratones), es la presencia de lipolisacáridos (LPS), endotoxinas de las bacterias Gram negativas, y a partir de allí se desencadena el resto del proceso. Aunque la detección de LPS, en principio, protege al huésped de Infecciones bacterianas, su excesiva activación puede comprometer la supervivencia del paciente, como ocurre en la septicemia.

“Cuando el sistema está en condiciones de dar una respuesta regulada y dosificada, esto funciona muy bien. Al morir una célula infectada, se produce una inflamación y se liberan una serie de moléculas que advierten al sistema inmune de la presencia del peligro. Así el problema se aísla y se soluciona. Pero cuando la infección es generalizada, tiene lugar una respuesta inflamatoria desregulada y desmesurada, que es la que termina poniendo en riesgo la vida de la persona o del animal, según se trate”, explica Juan Manuel Pérez Sáez, investigador del CONICET en el IBYME y uno de los autores del trabajo.

Pese a que el rol colectivo de las alarminas en este proceso es conocido, poco es lo que se sabe hasta ahora del papel individual de cada una de ellas. En este sentido, esta investigación se propuso determinar cuál era la importancia de Gal1 en la sepsis y cómo actuaba específicamente.

“Lo que observamos es que cuando se produce un shock de LPS, Gal1 juega un rol perjudicial al inhibir una proteína llamada CD45 -presente en células del sistema inmunológico- que tiene la función de moderar la respuesta inmune. Al ser atraída por los azúcares de CD45, Gal1 la inhibe y no permite que controle la respuesta inflamatoria”, explica Rabinovich.

Estudios con ratones deficientes en Gal1 y en otras proteínas

Para evaluar la gravitación de Gal1 en la septicemia, se realizaron experimentos con ratones deficientes en los genes que codifican para distintas proteínas. Se vio que ocurría en ratones deficientes en Gal1, pero también en ratones que no expresan la Caspasa-11 (proteína que tiene un rol central en la detección de lipolisacáridos en el citoplasma) o Gasdermina D -clave en la secreción de las alarminas al espacio extracelular. Al ser expuestos a la administración de LPS, estos ratones mostraron efectos menos severos y una menor letalidad en comparación con los ratones control.

Otros de los ensayos que se realizaron consistió en adminístrale a ratones de genotipo salvaje (con capacidad intacta de expresar y secretar Gal1), sometidos a un shock de LPS, un anticuerpo monoclonal desarrollado en el IBYME con el objetivo de bloquear la actividad inmunosupresora de Gal1.

“Para nosotros era importante ver si en este caso, el anticuerpo también podía inhibir su actividad. Es decir, quisimos ver si podíamos bloquear a Gal1 cuando se libera como alarmina en casos de muerte celular inflamatoria. Fue un trabajo a contratiempo, que pudimos terminar poco antes de que se declarara el Aislamiento Social Preventivo y Obligatorio. Los resultados que obtuvimos no solo confirmaron el bloqueo de Gal1, sino que también la reducción de los efectos perjudícales de los LPS”, indica Pérez Saéz, quien tuvo un rol protagónico en el desarrollo del anticuerpo junto con Pablo Hockl.

Los resultados obtenidos en este ensayo, además de ser promisorios respecto de la posibilidad de encontrar un tratamiento farmacológico que permita contrarrestar los efectos de la septicemia, también confirman el rol central que tiene Gal1 en el desarrollo de esta patología.

“Aunque en los últimos años creció mucho el conocimiento científico asociado a la comprensión de la septicemia, este saber no logró hasta ahora trasladarse a una terapia eficaz, porque aunque lo que la gatilla es una infección bacteriana que llega a la sangre, la muerte del individuo termina siendo producto de una respuesta exacerbada del sistema inmune innato, que muchas veces, aun cuando se puede controlar la infección, ya no se puede revertir. De ahí la importancia de identificar las alarminas y determinar la importancia individual de cada una de ellas, porque eso puede permitir generar tratamientos como el anticuerpo anti-Gal-1”, señala Santiago Méndez-Huergo, becario posdoctoral del CONICET en el IBYME y otro de los autores del trabajo.

Otra prueba que realizaron los investigadores fue ver qué pasaba si a los ratones deficientes en Gal1, cuyas células al morir por una infección no pueden secretar esta proteína al espacio extracelular junto con el resto de las alarminas, se les inyectaba Galectina 1 recombinante. “Lo que vimos es que aún administrada de esta forma (exógenamente), Gal1 cumple un rol clave, aumentando la letalidad de los ratones por sepsis”, afirma Méndez-Huergo.

Amén de los ensayos que involucraron diferentes modelos de ratones knockout, un anticuerpo monoclonal y la proteína Gal1 recombinante, los investigadores quisieron ver qué es lo que ocurría con la expresión de esta proteína en la sangre de los pacientes con sepsis internados en una unidad de terapia intensiva. Así, pudieron corroborar que los niveles de Gal1 en el suero de estos pacientes, en comparación con los de otro grupo de pacientes de la misma terapia intensiva bajo cuidado críticos similares pero sin sepsis, eran muy elevados. También resultaron ser mucho más altos que los de voluntarios sanos que donaron su suero para la investigación.

Este trabajo tiene implicancias importantes asociados a la pandemia actual causada por SARS-CoV-2, ya que durante el COVID-19 severo se genera una tormenta de citoquinas y un síndrome de activación de macrófagos, similar aunque no de tanta magnitud, a la observada durante la septicemia.

La resolución de un antiguo misterio

El trabajo publicado en Nature Immunology es también relevante porque permite responder una pregunta que, hasta ahora, para la Biología Celular y Molecular era un misterio, vinculada a la secreción o liberación de Gal1. ¿Por qué aparece esta proteína fuera de la célula si desde un punto de vista bioquímico no tiene las características de una proteína que se secreta, al menos no por la vía clásica?

“Este trabajo que realizamos junto al equipo de Rathinam permite también resolver, al menos en parte, este misterio. La Gal1 se libera al espacio extracelular en forma de alarmina, al producirse una muerte celular inflamatoria por piroptosis o necroptosis involucrando la activación del inflamasoma no canónico y la generación de poros en la membrana por la Gasdermina D”, concluye Rabinovich.