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Congresos
Medwave 2006 Ago;6(7):e684 doi: 10.5867/medwave.2006.07.684
Una nueva mirada a la proteinuria
A new look at proteinuria
Stuart Shankland
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Resumen

Este texto completo es la transcripción editada y revisada de la conferencia dictada en el marco del Congreso Conjunto de Nefrología, Hipertensión y Trasplante 2005, realizado en Pucón entre los días 28 de septiembre al 1 de octubre de 2005. El evento fue organizado por las Sociedad Chilena de Nefrología, Hipertensión y Trasplante.
Presidente Sociedad Chilena de Nefrología: Dr. Aquiles Jara.


 
Introducción

El glomérulo es una estructura fascinante y muy compleja, porque tiene tres tipos de células diferentes: las células mesangiales de soporte, las células endoteliales que recubren el ovillo capilar, con los podocitos en la parte superior del ovillo y, por fuera, las células del epitelio parietal de la cápsula. En esta conferencia se analizarán los últimos adelantos en la investigación sobre los podocitos, con cuatro objetivos principales:

  • revisar la anatomía y la fisiología normal del podocito;
  • analizar el papel que pueda tener cada uno de los dominios proteicos del podocito, como causa de proteinuria en el hombre;
  • determinar cómo una lesión del podocito puede alterar la membrana basal del glomérulo y causar proteinuria; y
  • analizar de qué manera una lesión del podocito interfiere con la función de las células endoteliales del glomérulo, causando proteinuria.

Estructura y función del podocito normal

El podocito, que también se ha llamado célula epitelial visceral del glomérulo, es una célula hermosa, porque está muy diferenciada y posee estructuras muy complejas. Tiene un cuerpo central del cual salen múltiples prolongaciones o procesos podales, llamados así por su forma de pie, grandes y pequeños, que hacen contacto con la membrana basal glomerular, en la cual se observan tres estructuras: el proceso podal del podocito, la membrana basal propiamente tal y la membrana de la célula endotelial.

En una microfotografía electrónica de barrido se puede observar que la primera estructura que evita la salida de proteínas es la célula endotelial, cuya membrana está rodeada de glicocálix, una estructura proteica de carga negativa que repele a la albúmina, que también tiene carga negativa; luego está la membrana basal del glomérulo, que actúa como barrera de tamaño, y también de carga, para la filtración de proteínas; y el tercer elemento de barrera, y el más importante, es el podocito, que actúa, en primer lugar, como barrera de tamaño, ya que funciona como un verdadero diafragma de hendidura, bloqueando el paso de las proteínas de gran tamaño; y es probable que también actúe como mecanismo de barrera por carga, ya que el podocito está rodeado de cargas negativas gracias a una proteína, la podocalixina, que le otorga una propiedad similar a la de la membrana endotelial. Una alteración en cualquiera de los tres niveles: célula endotelial, membrana basal o podocito, condiciona proteinuria.

Etiología del daño podocitario

Las diferentes causas de daño podocitario se agrupan en aquellas de base inmunológica, como la nefropatía membranosa o la nefropatía de cambios mínimos, y en las que no están mediadas por una respuesta inmune, como: la esclerosis focal, primaria o secundaria; diversas causas tóxicas e infecciosas; enfermedades metabólicas, de las cuales la principal es la diabetes; diversas enfermedades genéticas y hereditarias; y otras. En todas ellas el punto común es el daño del podocito, cuya traducción clínica es independiente de la causa: hay alteración de la barrera de filtración glomerular, cuyo sello clínico es la proteinuria y cuya marca característica, en la histoquímica, es la destrucción del podocito. Si hay reparación, sea en forma natural o por efecto de algunos medicamentos, la proteinuria desaparece; si no hay reparación, la proteinuria progresa y se llega a la glomeruloesclerosis.

Si se compara la histología clásica de las enfermedades nefróticas típicas, como la nefropatía de cambios mínimos, la esclerosis focal y la nefropatía membranosa, se observa que en todas ellas la característica que más destaca es la apariencia aplanada y desdibujada de los podocitos, lo que no significa que éstos hayan sufrido una simple inactivación pasiva, ya que tienen una estructura celular muy activa, de modo que es muy probable que el proceso se deba a una alteración en alguno de sus dominios proteicos, que recién se está comenzando a comprender. El borramiento de los podocitos no se debe, simplemente, a que estén siendo destruidos por alguna causa, sino que además están ocurriendo procesos activos en su interior, pero ¿es la destrucción del podocito lo que causa la proteinuria, o es la proteinuria la causa de la destrucción del podocito? Es probable que nadie tenga la respuesta a esta pregunta, lo habitual es que ambas cosas se puedan observar en forma simultánea, pero puede haber borramiento del podocito sin proteinuria, y viceversa. Tanto en nuestro laboratorio como en otros centros se está trabajando en forma intensiva para dilucidar esta interrogante.

En cuanto a los dominios proteicos del podocito y el papel que cumplen en la proteinuria y en el borramiento, hasta hace algunos años, todo lo que se sabía sobre el podocito a nivel ultraestructural era que sus prolongaciones entraban en contacto con la membrana basal y que formaba un diafragma de hendidura; hoy, los adelantos técnicos han permitido conocer mucho mejor la anatomía molecular del podocito y han entregado interesantes hallazgos, que no sólo sirven en el laboratorio, sino que son muy pertinentes en clínica y es probable que en los próximos cinco a diez años formen parte de la práctica cotidiana.

El diafragma de hendidura es uno de los dominios de proteínas del podocito. La primera proteína identificada en el diafragma de hendidura fue la nefrina; posteriormente se aislaron y clonaron la podocina y la CD2AP. Todas se unen entre sí en el diafragma de hendidura. Las más recientes son las familias de proteínas NEF-1 y 2, que son similares o análogas a la nefrina en muchos aspectos. También hay una diversidad de caderinas y continuamente se describen más proteínas, o mutaciones de ellas, que se unen al conjunto de proteínas que forman el diafragma de hendidura y que pueden variar por causas genéticas, hereditarias o adquiridas, alterando este diafragma y por ende, la barrera de tamaño y, probablemente, también la barrera de carga.

El segundo dominio de proteínas del podocito es el dominio de proteínas del citoesqueleto. Se sabe que el podocito es una célula muy activa y dinámica y que su citoesqueleto es muy rico y activo, pero éste no funciona solo, sino que su función al interior de la célula es regulada por diversas proteínas, enrte ellas, la proteína de unión a actina (actin-binding protein), la sinaptopodina y la alfa-actina-M4.

El tercer dominio proteico es el dominio basal, donde se incluyen muchas proteínas que unen al podocito a la membrana basal del glomérulo, de las cuales las mejor conocidas son las integrinas alfa-3 y beta-1 y los distroglicanos.

El cuarto y último dominio de proteínas es el llamado dominio apical, que corresponde a las proteínas del vértice del podocito: la podocalixina, una proteína de carga negativa que explica el hecho de que el podocito tenga carga aniónica y pueda, por lo tanto, repeler las proteínas, como la albúmina; ésta, a su vez, se une a NHERF-1 (Sodium-Hydrogen Exchanger Regulatory Factor) y a la proteína ezrina. Cualquier anomalía, en cualquiera de estos dominios de proteínas, puede causar el borramiento del podocito y la aparición de proteinuria.

Alteración del diafragma de hendidura

El diafragma de hendidura, o diafragma de filtración, es una estructura muy compleja e interactiva, que contiene principalmente (aunque no en forma exclusiva) tres proteínas: podocina, CD2AP y nefrina. La inmunohistoquímica, en todos los casos, demuestra que estas proteínas se tiñen sólo a nivel del diafragma de hendidura; pero lo importante es entender que estas moléculas no solamente están presentes, sino que mantienen activas y continuas interacciones entre sí, como resultado de las cuales, la nefrina, que es el actor principal, aunque no el único, forma complejos al unirse con CD2AP y podocina. Cualquiera de ellas que se altere impedirá la formación adecuada de estos complejos, con la consiguiente alteración del diafragma de hendidura, lo que conducirá a proteinuria y borramiento de los podocitos.

En la década de 1970, Karnovsky propuso un mecanismo de barrera a las proteínas, con base en sus observaciones con microscopía electrónica de barrido, en las que demostró la existencia de huecos de tamaño un poco menor que el de la albúmina. Eso era todo lo que se sabía hasta fines de la década de 1990, en que se llevaron las observaciones clínicas al laboratorio y se logró clonar la nefrina, con lo que se demostró que las numerosas moléculas de nefrina presentes en la superficie de los podocitos vecinos se unen entre sí, formando un puente que cruza el diafragma de hendidura, dejando los huecos que había descrito Karnovsky algunos años antes. Recientemente se han obtenido hermosas imágenes, mediante tomografía computarizada, que demuestran que este modelo es efectivo. Entre los pedicelos de podocitos vecinos hay múltiples proteínas y las nefrinas de una célula se unen con las de la célula vecina, dejando entre ellas un poro cuyo diámetro es ligeramente menor que el tamaño de la albúmina, por lo que actúa como barrera de tamaño. Se cree que las proteínas de este diafragma de hendidura están fosforiladas y por eso pueden actuar, también, como barrera de carga eléctrica. Si la albúmina atraviesa la célula endotelial y la membrana basal, la repele esta barrera del diafragma de hendidura. Es evidente que cualquier alteración en estas proteínas va a causar la filtración de la albúmina a través de la barrera.

En el ser humano, una alteración, ya sea hereditaria o adquirida, de alguna de estas proteínas: nefrina, podocina o CD2AP, se manifiesta por proteinuria y su sello histológico es el borramiento de los podocitos, aunque no está claro cuál de los dos fenómenos ocurre primero. El hecho de que la alteración pueda estar en cualquiera de las proteínas quedó establecido en múltiples estudios en modelos murinos en los que se han utilizado ratones knock-out génico para cada una de las tres proteínas; así se ha comprobado que los ratones presentan el mismo fenotipo y características clínicas que los observados en la enfermedad humana.

Lo que se ha visto hasta ahora corresponde, fundamentalmente, a observaciones efectuadas en enfermedades congénitas y hereditarias; pero en los últimos años, un número creciente de publicaciones demuestran que puede haber alteraciones de la nefrina y de la podocina, además de otras proteínas del diafragma de hendidura, por causas adquiridas. Koop estudió con inmunotinción para nefrina y podocina varias de las enfermedades que comprometen la función del podocito y observó que la cantidad de estas proteínas está disminuida en nefropatía de cambios mínimos, esclerosis focal, nefropatía lúpica clase V, nefropatía membranosa y nefropatía diabética, mientras que no hay alteración de ellas en las enfermedades mesangiales, como la nefropatía por IgA (Am Soc Nephrol 14:2063-2071, 2003). Lo anterior está en estrecha relación con la clínica.

Hasta ahora, no se sabe realmente a cuáles de los pacientes que se presentan con esclerosis focal se debe tratar con corticoides; a menudo se usan éstos porque no se dispone de otra cosa, fuera de los IECA; pero últimamente se ha propuesto que la existencia de una mutación en los podocitos indicaría que no se deben usar corticoides, porque por lo general, en esos casos no hay respuesta a la terapia esteroidal. En los Estados Unidos, varios laboratorios comerciales realizan la genotipificación del paciente, de modo que se puede prever que, en un tiempo más, se van a genotipificar todos los casos de esclerosis focal y patologías relacionadas y, si se encuentra una mutación en la nefrina, la podocina o la CD2AP, se evitará el uso de corticoides y solamente se administrará un inmunosupresor cuando se haga el trasplante.

La última observación sobre el diafragma de hendidura es que no solamente cumple la función de barrera, sino que tiene una rica gama de interacciones con las estructuras moleculares del citoesqueleto. Estas interacciones se establecen por medio de diversas vías de trasmisión de señales, poco conocidas todavía. Uniendo toda la información, está claro que el daño de las proteínas del diafragma de hendidura lleva a la pérdida de la función de barrera, con la consiguiente aparición de proteinuria; y además, se interrumpen las señales hacia el citoesqueleto, la red de actina deja de funcionar adecuadamente y el podocito se desploma.

Alteraciones del citoesqueleto

El podocito es una célula con alto contenido de actina y tiene un citoesqueleto de estructura bastante simple. Se podría decir que el podocito es una carpa y el citoesqueleto es el poste central que la sostiene; si el poste no funciona, la carpa se desploma y por eso, si hay una anomalía en el citoesqueleto, los podocitos se desploman. Los filamentos de actina del citoesqueleto forman una estructura muy rígida, con soporte de alfa-actina-M4. Se ha demostrado que cuando, en el ser humano, se produce una alteración en esta proteína de soporte, el podocito se borra y aparece proteinuria. El respaldo conceptual de esto proviene, una vez más, de modelos murinos, en los que se ha demostrado que, en animales con podocitos y función renal normales, el knock-out de la alfa actina-4 lleva al borramiento de los podocitos y aparición de proteinuria.

En nuestro Centro se ha estudiado la proteína del ciclo celular llamada proteína kinasa dependiente de ciclina (CDK-5), cuya expresión es característica del podocito; es una proteína dependiente del ciclo celular, pero tiene relación con la forma del podocito. Para comenzar, era extraño que esta kinasa no tuviera nada que ver con la proliferación, la diferenciación o la apoptosis y, por otro lado, al hacer el knock-out de la CDK-5 en cultivos celulares, se observó que la forma de los podocitos se alteraba por completo; y en ratones knock-out, la inmunotinción para sinaptopodina también demostró que los glomérulos estaban muy alterados y estos animales morían a poco de nacer. Por eso, ahora se considera a la CDK-5 dentro del conjunto de proteínas del citoesqueleto, y se ha demostrado que la alteración de la CDK-5 en seres humanos se asocia con borramiento del podocito y proteinuria.

Por último, la proteína que mantiene los haces de actina es la sinaptopodina. Con inmunotinción áurica se ha observado como puntos, los que siempre se co-localizan con la actina y no sólo se co-localizan, sino que forman uniones con la actina y con la alfa actina M y se ha demostrado que las tres se regulan entre sí. Entre las principales proteínas del citoesqueleto, a saber, la alfa actina, la sinaptopodina y la CDK-5, hasta ahora, la única de importancia clínica es la alfa actina M4, cuyo defecto se asocia con enfermedad humana. Hay muchos estudios en curso.

Alteraciones de los dominios basal y apical

Varias proteínas diferentes mantienen la interacción del podocito con la membrana basal. Son importantes los distroglicanos, en los que se está trabajando activamente, y las integrinas, de las cuales la predominante es la alfa(v) beta-1. Las integrinas son proteínas que, básicamente, unen la célula a las proteínas de la matriz extracelular y la función de la alfa(v) beta-1 se estudió por medio de experimentos de knock-out en ratones, es decir, en ratones carentes de esta proteína, en los cuales de observó que los podocitos aparecían aplanados, borrados y fusionados y, al mismo tiempo, los animales desarrollaban proteinuria. Es decir, las proteínas que unen el podocito a la membrana basal glomerular también son importantes para mantener la función del podocito y evitar la proteinuria. En el dominio apical está la calixina, con carga negativa, el NHERF-1 y la ezrina. Estas tres proteínas se unen, forman una estructura y se envían señales entre sí. Lo más importante es que ellas serían las que transmiten las señales desde fuera de la célula a las estructuras del citoesqueleto; si hay alguna alteración, ya sea estructural o en la trasmisión de señales, en esas proteínas, la información que se va a enviar al interior de la célula estará errada, lo que, al menos en el ratón, lleva al desarrollo de proteinuria y borramiento del podocito.

Como se ha visto, a nivel molecular, el podocito tiene cuatro dominios; y una lesión en uno o más de ellos va a causar proteinuria y borramiento. Como entre los cuatro dominios hay interacciones muy activas, que forman una enorme red de intercambio continuo y constante de información, una alteración en uno de ellos siempre causará alteraciones en los demás. Los clínicos deben evaluar la utilidad que puede ofrecer este nuevo conocimiento, no sólo para comprender mejor las enfermedades, sino también para mejorar el diagnóstico, el pronóstico y el tratamiento. Es posible que el paciente cuyo cuadro presenta un progreso más rápido sea el que tiene alguna lesión estructural en alguno de los dominios. Es probable que ellos sean también los que presentan recurrencia de la enfermedad después del transplante renal.

Las alteraciones del podocito alteran la membrana basal

La barrera de filtración glomerular es una estructura compleja, formada por el podocito, por fuera, después por la membrana basal y, por dentro, por la célula endotelial. Ya se ha visto que las alteraciones del podocito, por sí solas, pueden causar proteinuria; cabe preguntarse, entonces, si la alteración del podocito puede, de alguna manera, dañar la propia membrana basal glomerular, que, como se ha dicho, es una barrera de tamaño y de carga contra la proteinuria. Independiente del mecanismo del daño, sea inmunológico o no, el podocito siempre afecta a la membrana basal, por diversos mecanismos.

El primer mecanismo por el cual el podocito compromete la membrana basal es el aumento de factores de crecimiento, de los cuales el más conocido es el TGF-beta (factor de crecimiento transformante beta), que aumenta cuando hay lesión del podocito. La importancia de este hecho se revela en las enfermedades que se caracterizan por el engrosamiento de la membrana basal: la nefropatía membranosa y la nefropatía diabética; es probable que este engrosamiento se deba a que el podocito sintetiza un exceso de proteínas de la matriz. Nuestro grupo, y también otros, han demostrado un aumento del TGF-beta, coincidente con el engrosamiento de la membrana basal. El segundo mecanismo es la liberación de especies reactivas de oxígeno; en diversos estudios clínicos y experimentales se ha demostrado que el podocito libera radicales libres que degradan las proteínas y los ácidos nucleicos y perforan verdaderos agujeros en la membrana basal, por los cuales pueden escapar las proteínas. Por último, otra forma de daño a la membrana basal causado por el podocito es la liberación de metaloproteasas, enzimas que degradan las proteínas de la matriz, lo que puede ser útil, pero en el caso del podocito es deletéreo, porque está muy próximo a la membrana basal, que es una estructura muy rica en proteínas extracelulares. Las metaloproteasas digieren estas proteínas y hacen agujeros en la membrana basal, por donde se pierden proteínas; por lo tanto, además de las alteraciones en el podocito mismo, éste también contribuye a la proteinuria causando daño directo a la membrana basal subyacente.

Interacción entre podocito y célula endotelial glomerular

La interrogante esencial que se plantea aquí es cómo una célula afecta a la otra. Hay muchos estudios tratando de comprender esta regulación mutua y las conexiones entre el podocito y la célula endotelial. El grupo que está a la cabeza ha estudiado los factores de crecimiento del endotelio vascular, uno de los cuales es la angiopoyetina, ya que el podocito produce factores de crecimiento, como el VEGF o angiopoyetina, y los receptores para estos factores están sobre la célula endotelial; por lo tanto, si el podocito está alterado y no produce los factores de crecimiento que la célula endotelial necesita, ésta no puede funcionar adecuadamente. El knock-out del VEGF en ratones origina células endoteliales extremadamente anormales, que permiten que se filtren proteínas y haya proteinuria.

Hoy, frente a un paciente con proteinuria o glomeruloesclerosis por alteración en los podocitos, como es el caso de la nefropatía de cambios mínimos, la nefropatía membranosa, la esclerosis focal y la nefropatía diabética, que son las enfermedades clásicas del podocito, si este paciente presenta proteinuria y glomeruloesclerosis significa que está en curso un proceso sumamente activo, por lo que el tratamiento resulta muy difícil, debido a los diversos mecanismos que pueden actuar en un momento dado, ya que puede haber una lesión del podocito en cualquiera de los dominios mencionados, es decir, el diafragma de hendidura, la actina, la interacción con la membrana basal o el dominio apical, y cualquiera de estas lesiones va a producir proteinuria y borramiento del podocito; además, como consecuencia de las alteraciones del podocito, puede haber lesión de la membrana basal del glomérulo; y por último, un campo emergente es el de la alteración endotelial secundaria a anomalías del podocito. Todo lo anterior conduce a proteinuria.

La aplicación clínica de este conocimiento está, actualmente, en una etapa muy interesante, ya que es posible ir del mesón del laboratorio hasta la cama del enfermo y viceversa en forma continua, y esto, en un futuro muy próximo, va a cambiar sustancialmente nuestra manera de razonar frente a los pacientes y la forma de decidir a quién se debe tratar, y a quién no. Hay algunas terapias nuevas, diseñadas para preservar el número y función de los podocitos; es posible que algunos de los tratamientos actuales no funcionen bien desde el punto de vista inmunológico, sino que afecten directamente al podocito e interfieran no sólo con las señales, sino también con la sobrevida y con la forma de limitar la proliferación.

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Este texto completo es la transcripción editada y revisada de la conferencia dictada en el marco del Congreso Conjunto de Nefrología, Hipertensión y Trasplante 2005, realizado en Pucón entre los días 28 de septiembre al 1 de octubre de 2005. El evento fue organizado por las Sociedad Chilena de Nefrología, Hipertensión y Trasplante.
Presidente Sociedad Chilena de Nefrología: Dr. Aquiles Jara.

Expositor: Stuart Shankland[1]

Filiación:
[1] Nefrólogo, Profesor Asociado de Medicina, Jefe de la División de Nefrología y Director del Programa de Información en Nefrología, Universidad de Washington, Estados Unidos

Citación: Shankland S. A new look at proteinuria. Medwave 2006 Ago;6(7):e684 doi: 10.5867/medwave.2006.07.684

Fecha de publicación: 1/8/2006

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