Figura 1. Proceso de epileptogénesis.

Tabla 1. miARN involucrados en la epilepsia.

Introducción

La epilepsia es una enfermedad neurológica caracterizada por la descarga neuronal anormal que predispone a convulsiones. Afecta al 1% de la población mundial1,2, presentando un doble pico de incidencia: uno en la infancia y otro en la vejez. Existen múltiples etiologías; puede deberse a una causa en particular o sea secundaria a una injuria (traumatismo, isquemia, infección), a causa genética, o bien indeterminada cuando no se puede definir la etiología3. El desarrollo del foco epileptogénico se conoce como epileptogénesis y corresponde al proceso que se inicia tras una injuria y que persiste hasta que el paciente tiene la primera convulsión; es decir, durante la epileptogénesis se originan conexiones neurológicas anormales así como cambios moleculares que predisponen a sufrir crisis convulsivas (desarrollo del foco epileptogénico).

La epileptogénesis se inicia inmediatamente tras una lesión aguda crítica (traumatismo, evento vascular, infección) del tejido cerebral y la ruptura de la barrera hematoencefálica (BHE) que lleva al inicio de un proceso inflamatorio mediado tanto por células del tejido cerebral (glía, astrocitos, neuronas) como por el endotelio y las células inflamatorias sanguíneas. Este proceso involucra el desarrollo de dendritas para formar nuevas conexiones neuronales (plasticidad y sprouting), la neurogénesis, la formación de nuevos vasos sanguíneos (angiogénesis), el desarrollo de células gliales para mantener la nueva arquitectura formada (gliosis), entre otros. Sin embargo factores como el traspaso de la albúmina de la sangre al LCR, el incremento del glutamato producto de las lesiones neuronales así como la liberación de factores de crecimiento y de moléculas proinflamatorias por parte de la glía generan un desequilibrio, ocasionando una reorganización del tejido cerebral que comprende el desarrollo de conexiones neuronales anormales así como de la arquitectura molecular que generan hiperexcitabilidad y por tanto predisponen a sufrir crisis convulsivas4 (Figura 1).

Por el otro lado, la epileptogénesis también está presente en las epilepsias genéticas, en cuyo caso se debe a la expresión génica que conduce a circuitos anormales durante la maduración como es el caso del síndrome de Dravet, donde la epilepsia se debe a la mutación del gen SCN1A que codifica a los canales de sodio5.

Si bien hemos definido a la epileptogénesis como el desarrollo del foco epileptogénico hasta el inicio de la primera crisis, los cambios tanto del tejido celular como molecular persisten entre las crisis, siendo por ello que se habla de que es un proceso continuo que puede tener cambios antes las crisis y posterior a las mismas.

A pesar de que existen más de 15 drogas anticrisis (DAC), aproximadamente el 30% de los pacientes con epilepsias siguen teniendo convulsiones aun cuando están recibiendo el tratamiento con las DAC adecuadas, conociéndose a estos pacientes como farmacorresistentes6. La International League Against Epilepsy (ILAE) define a la epilepsia farmacorresistente (EFR) como toda aquella epilepsia en que, tras recibir 2 drogas anticrisis adecuadamente elegidas, en su máxima dosis, no suspendida por sus efectos adversos, sea en monodosis o combinadas, el paciente persiste con crisis convulsivas7. En base a esta última definición, se ha descripto que entre el 20 al 30% de los pacientes con epilepsias son farmacorresistentes8-11.

Se han postulado múltiples mecanismos para explicar la farmacorresistencia, entre los cuales se encuentran la sobreexpresión de proteínas transportadoras de las DAC12-17, alteración de los receptores sobre los que actúan las DAC en las neuronas8,18-20, alteración en los niveles de glutamato21-23; sobreexpresión de los complejos GABAa, de las enzimas del citocromo P450 y/o de los transportadores de las DAC en la barrera hematoencefalica (BHE), en hepatocitos, enterocitos y/o en células renales24-27.

El objetivo de este artículo es realizar una revisión sobre las hipótesis de farmacorresistencia.

Mecanismos de farmacorresistencia

1. Hipotesis de transportadores

El ingreso de partículas al líquido cefalorraquídeo (LCR) y por tanto al tejido cerebral depende de los mecanismos físicos y metabólicos de la BHE y sus transportadores que se encargan de limitar el ingreso de las mismas. Sin embargo hay regiones cerebrales en las cuales la BHE no está presente y por lo tanto el ingreso de partículas depende únicamente de la pared de los vasos sanguíneos. Estas regiones son el área postrema, la neurohipófisis, la eminencia media y los órganos circunventriculares28.

Los principales transportadores de expulsión presentes en la BHE son los miembros de la superfamilia ABC que incluye la glicoproteína-P (gp-P), la proteína de resistencia a múltiples fármacos (MDR, ABCC1, ABCC2) y la proteína de resistencia al cáncer de mama (BCRP). Se ha demostrado que la sobreexpresión de las proteínas transportadoras es un mecanismo involucrado en la EFR29-31. Así, por ejemplo, la sobreexpresión de transportadores en el lado luminal y en las células epiteliales del plexo coroideo de la gp-P genera que los niveles de las DAC sean menores a nivel del LCR y por tanto no alcancen el foco epileptogénico32. Algunos ejemplos que son sustrato de la gp-P son la carbamazepina, el gabapentín, la lamotrigina, la fenitoína, el topiramato y el fenobarbital8,33. La sobreexpresión de la gp-P a nivel neuronal se asocia a un aumento del potencial de despolarización de la membrana y una mayor excitabilidad neuronal34. Así también se ha postulado que la sobreexpresión de la gp-P en regiones epilépticas se debería a la actividad epiléptica en sí misma35.

También se ha demostrado la sobreexpresión de otros transportadores como son MDR y BCRP37,38. En el caso de la MDR1, no solo estaría implicada en la expulsión de la medicación sino también estaría involucrada en una cascada proinflamatoria inter-crisis debido a una relación con la ciclooxigenasa-2 (COX-2), la prostaglandina E2, y el factor nuclear de cadenas ligeras k (NF-kB)39. Así, al realizarse un estudio modelo experimental en ratas a las cuales se administró un inhibidor no selectivo de COX, se redujo la expresión de MDR1 y por tanto las convulsiones40. Por otro lado, la sobreexpresión de los transportadores de la superfamilia ABC (ATP) podría deberse a la epilepsia en sí misma como también a la frecuencia de crisis, explicando la evolución de la enfermedad en los distintos pacientes41. Los transportadores de fármacos se sobreexpresan en neuronas y astrocitos como consecuencia de estrés convulsivo grave (convulsiones repetidas o estado epiléptico)42.

Los transportadores también están presentes en otros tejidos como son los enterocitos por lo que la alteración produciría una menor absorción de las DAC de administración oral y por tanto serían menores los niveles plasmáticos de esas drogas. Los hepatocitos son otras células que también expresan transportadores (gp-P, BCRP, MDR)43 mientras que la BCRP se expresa en las células tubulares renales44. De esta manera, los transportadores pueden afectar la acción de las DAC a nivel sistémico, impidiendo que alcancen una concentración en sangre suficiente para poder actuar en el cerebro.

2. Hipótesis de metabolismo

El metabolismo de las DAC está dado por una familia de enzimas metabolizadoras que forman parte de la familia de citocromos P450. El polimorfismo de genes de citocromos como son CYP2C19, CYP2C9, CYP2D6 y CYP2E1 ha demostrado heterogeneidad del genotipo y por tanto del fenotipo en algunos pacientes con epilepsia. Así, los polimorfismos genéticos del CYP2C19 generan variabilidad en la farmacocinética de la fenitoína y el fenobarbital. Las variantes genéticas que conducen a un fenotipo metabolizador deficiente de CYP2C19 son más frecuentes en los grupos asiáticos45,46.

En un estudio realizado por Ram Lakhan y cols. se demostró que los polimorfismos genéticos de CYP2CP9 son importantes, ya que las variantes genéticas de CYP2C9 (*2 y *3) se asociaron con un metabolismo más lento y deficiente de las DAC y por tanto los pacientes tenían una mejor respuesta47.

Independientemente de la expresión de la familia P450, las DAC pueden incrementar o inhibir el metabolismo entre sí, generando cambios farmacocinéticos por la alteración de los niveles plasmáticos y por tanto el alcance al SNC48. Así, por ejemplo, la carbamazepina, la fenitoína y el fenobarbital inducen variaciones en citocromos P450 y en enzimas como la glucoroniltransferasa, reduciendo los niveles de otras DAC como es el ácido valproico. Por otro lado, el ácido valproico altera la concentración plasmática de la lamotrigina, ya que inhibe su metabolismo43.

3. Hipótesis inflamatoria

La inflamación es un proceso que desempeña un papel fundamental en la epilepsia debido a que se ha demostrado que se involucra en el desarrollo de la enfermedad y continúa durante esta e incluso puede incrementarse con las crisis convulsivas. De esta manera, se ha postulado que la inflamación es un proceso epileptogénico continuo. ya que las crisis ocasionan una activación inflamatoria interictal, la cual, por medio de su acción sobre la glía, las neuronas, la MHE y la hiperexcitabilidad (múltiples referencias) podría generar la progresión del foco epileptogénico.

La glía, constituida por oligodendrocitos (75%), astrocitos (17%) y la microglía (6,5%)49, está involucrada en múltiples funciones tanto a nivel de las neuronas (migración neuronal, modulación de la función sináptica y plasticidad) como sobre el ambiente extracelular (control de neurotransmisores, iones, regulación del flujo de sangre, permeabilidad de la BHE e inmunidad celular)50. Debido a ello, la glía es fundamental para el control de la inflamación y la organización estructural.

Como explicamos al principio, la neuroinflamación es un proceso dinámico que se origina tras una injuria o un evento inmune y está caracterizado por la liberación de mediadores tanto inflamatorios como antiinflamatorios por parte de las células gliales, las neuronas, los astrocitos y las células endoteliales de la BHE51. Además, debido a la injuria de la BHE, se produce el ingreso al LCR de moléculas con acción inflamatoria como la albúmina. La activación del sistema inmunitario inmediato y la transición a una inflamación adaptativa está dada por mediadores inflamatorios como son las interleuquinas (IL-1β, IL-6, IL-2), el factor de crecimiento tumoral-α (TNF-α) y los factores de crecimiento como el factor de crecimiento β (TFG-β)52,53. Todas las células del cerebro pueden producirlas así como también expresan sus receptores, de tal manera que el incremento de los niveles de las IL tiene acción inmediata. Las IL-1β, IL-6, TNF-α y TFG-β regulan la neurogénesis, la migración neuronal, la formación de nuevas conexiones (sinaptogénesis) y la movilidad de la microglia54. Además, se ha demostrado que la inflamación contribuye a la muerte celular y la reorganización sináptica, lo cual lleva a la hiperexcitalidad explicando el incremento en el riesgo de desarrollar crisis convulsivas y por tanto el desarrollo de la epilepsia posinjuria52,55. Las principales inteleuquinas involucradas son la IL-1β y la IL-6. Así, la IL-1β altera la fosforilación de los receptores NMDA incrementando la permeabilidad al calcio y por tanto incrementando el potencial excitatorio mientras que la IL-6, la cual se encuentra incrementada durante la epileptogénesis, disminuye la neurogénesis y promueve la gliosis56. Pedre y cols.57 demostraron que los niveles de IL-6 se redujeron luego de la resección quirúrgica del foco epileptogénico y fue menor en pacientes libres de crisis tras la cirugía. El TNF-α puede ejercer diversas propiedades proepileptógenas en el cerebro58. El mismo es liberado por la microglía cuando se detecta glutamato extracelular y conduce a un incremento de las conexiones sinápticas. In vitro, el TNF-α induce un incremento de los receptores AMPA y la endocitosis de los receptores GABA59.

Independientemente de las citoquinas producidas por las células, la neuroinflamación también es ocasionada por la liberación del glutamato de las neuronas producto de la lesión de las mismas, la inhibición en la recaptación y los cambios en la expresión de los receptores del mismo60,61. La principal enzima encargada de la homeostasis del glutamato es la glutamin-sintetasa que se localiza sobre todo en los astrocitos. Así, los niveles de glutamin-sintetasa son significativamente menores en región hipocampal y amígdala de pacientes con epilepsia del lóbulo temporal (ELT) ocasionando que los niveles de glutamato extracelulares sean mayores aun en períodos interictales y predisponiendo así a generar nuevas crisis62,63. Por otro lado se encuentra la adenosina, cuya acción es inhibitoria, y es liberada durante las crisis con el objetivo de la finalización de las mismas y la refractariedad postictal64. Es metabolizada por la adenosina kinasa (ADK) que se encuentra en los astrocitos y se ha demostrado que la expresión de esta enzima es mayor en los pacientes con ELT65.

Las prostaglandias también intervienen en la inflamación. Así sus niveles incrementados se han relacionado con hiperexcitabilidad y, en el caso de la prostaglandina E2, con aumento de los disparos neuronales y los potenciales postsinápticos excitatorios66.

Finalmente, los astrocitos además regulan el potasio en el espacio extracelular, así como los niveles de agua. Debido a que intervienen en la excitabilidad neuronal, los cambios en ellos pueden incrementar o reducir el riesgo de crisis. Así los volúmenes incrementados de espacio extracelular y/o la disminución de neuronas o glía se asocian con una disminución en la excitabilidad neuronal. Hay estudios que demuestran que diuréticos como la furosemida pueden tener efecto anticonvulsivo al reducir el volumen celular por medio del bloqueo de los canales NaK2Cl de la glía67,68.

Vasculatura y BHE

Los astrocitos liberan el factor de crecimiento endotelial vascular (VEGF) que induce daño a la BHE y angiogénesis. Las citoquinas actúan sobre los receptores localizados en las células de los microvasos sanguíneos, que suelen sobreexpresarse, alterando de esta manera la permeabilidad de la BHE y por tanto permitiendo el ingreso de leucocitos así como de proteínas séricas (albúmina) que incrementa la excitabilidad neuronal69,70. Además el incremento del K extracelular lleva también a generar conexiones hiperexcitables, descendiendo el umbral convulsivo70.

4. Hipótesis epigenética

Los mecanismos epigenéticos comprenden aquellos cambios estables en la expresión génica, que no son atribuibles a alteraciones en las secuencias del ADN y que regulan la expresión o el silenciamiento de los genes. Los cambios epigenéticos pueden ocurrir por medio de múltiples mecanismos tales como la metilación del ADN, la modificación de las histonas y la regulación de micro-ARN.

Metilación del ADN

La metilación del ADN consiste en la adición de un grupo metilo en la citosina, siempre y cuando la citosina sea seguida de una guanina (dinucleótidos CpG), siendo este proceso llevado a cabo por las ADN metiltransferasas (DNMT). Este proceso está asociado a la inhibición de la transcripción (silenciamiento génico), mediante 2 mecanismos: 1) impidiendo la unión de factores reguladores de la transcriptasa que contengan CpG; 2) bloqueando de forma indirecta la unión de factores activadores de latranscripción71. La alteración de la metilación del ADN en algunos genes puede ocasionar alteraciones en la expresión de proteínas involucradas en la plasticidad neuronal, la inflamación y la respuesta inflamatoria72,73.

Se ha relacionado a la metilación del ADN con algunas características de la epilepsia tales como su etiología, el antecedente de crisis febriles, su cronicidad, entre otros74,75. Así por ejemplo Zhu y cols.76 evidenció que la expresión de DNMT1 y DNMT3 se encontraba incrementada en los pacientes con epilepsia temporal respecto de personas sanas. También Kobow y cols., al estudiar pacientes con epilepsia del lóbulo temporal, evidenció una mayor metilación de una proteína extracelular cerebral (“promotor reelin”) encargada de la migración neuronal y la plasticidad sináptica, manteniendo de esta manera la estructura de las células granulares del hipocampo77. Se ha demostrado que la pérdida de esta estructura (dispersión granular) en el núcleo dentado del hipocampo está presente en hasta el 50% de los pacientes con esclerosis mesial del lóbulo temporal.

Modificación de histonas

Las histonas son proteínas encargadas del soporte estructural del ADN nuclear, así como de su expresión génica al regular el acceso de los factores de transcripción. Estas proteínas poseen colas N-terminales donde se encuentran aminoácidos como la lisina y la arginina o la serina, que son objeto de modificaciones que incluyen metilación, la acetilación, la ubiquitinación, la ADP-ribosilación, la SUMOilación y la fosforilación78. Estas modificaciones son importantes para regular la estructura y función de la cromatina, la cual se relaciona con procesos del ADN (transcripción, recombinación, reparación y replicación) y de organización cromosómica79. Las alteraciones se asocian a la transcripción activa (modificaciones de la eucromatina) o a regiones inactivas (modificaciones de la heterocromatina)78.

Así, por ejemplo, la acetilación de las histonas está mediada por las enzimas acetiltransferasas, que hiperacetilan las histonas, relajando el nucleosoma y activando la expresión del gen, y las enzimas desacetilasas que, por el contrario, condensan al nucleosoma y silencian el gen. De esta manera, la alteración en la expresión de estas enzimas se ha asociado al desarrollo de la epilepsia debido a que pueden generar cambios en la actividad neuronal, la apoptosis y la neuroplasticidad80,81. También se ha asociado a la desacetilación con cambios en los receptores tanto GABAa (reducción en la expresión de la subunidad α1) disminuyendo la sensibilidad a las benzodiacepinas y en los receptores AMPA (subunidad GluA2), incrementando la transmisión de glutamato y así generando alteraciones en la plasticidad neuronal y consecuentemente neurotoxicidad82.

La metilación de la lisina o la arginina es otro mecanismo que puede reprimir o activar la transcripción. La metilación depende de las acciones de las histona-metiltranferasas y las desmetilasas que, al igual que la acetilación, tienen acciones antagónicas pero el recambio es menor72.

Micro-ARN

Los micro-ARN (miARN) son pequeñas moléculas de ARN no codificantes endógenas formadas por 21–23 nucleótidos que actúan sobre los ARN mensajeros (ARNm) regulando así la expresión génica a través de la inhibición de los niveles de traducción, o sea, regulando la síntesis de proteínas. Se ha demostrado que en la epilepsia la expresión de los miARN está alterada, que pudo haber ocurrido al inicio de la enfermedad o bien durante ella. En este segundo caso sería un cambio epigenético debido a las situaciones que sufren las células del tejido cerebral por la lesión que generó el foco epileptógeno (traumatismo, infarto, infección) o bien durante las convulsiones y posterior a ellas83-85. Estudios recientes han aportado creciente evidencia para el rol de los miRNA en la epilepsia refractaria, especialmente por su potencial acción como biomarcadores en la predicción del diagnóstico y pronóstico en el escenario clínico86,87.

Múltiples miARN están involucrados en la epilepsia al regular la apoptosis celular, la formación de nuevos circuitos, la proliferación glial y la inflamación (Tabla 1). El primer estudio sobre miRNA en humanos se publicó en 2010 e informó un aumento en los niveles de miR-146a en los pacientes con esclerosis mesial temporal. Este miARN está involucrado en la inflamación al regular los niveles de IL-6 y FNT-α. Otro miARN asociado a la regulación de la inflamación es el mir-155, el cual regula los niveles de TNF-α88. En el caso de los pacientes epilépticos, se ha evidenciado que los niveles de mir-155 eran mayores, y como consecuencia la inflamación mediada por el FNT-α también lo era.

Las crisis recurrentes pueden causar apoptosis y reorganización celular, estando las mismas mediadas por miARN. Así, el miR-21 puede inhibir la apoptosis celular mientras que el miR-34a es proapotoico89,90.

Finalmente, los miARN regulan la expresión génica incluida la transcripción de ARN y la expresión de enzimas involucradas en mecanismos epigenéticos como la DNMT y las histona-desacetilasas91 y la traslación de genes que son cruciales para la dendritogénesis, la sinaptogénesis y la maduración sináptica.

5. Hipótesis de la gravedad intrínseca

(intrinsec severity)

Se ha postulado que factores clínicos como la edad de inicio temprano de la epilepsia, el antecedente de status epilépticos o el retardo en el neurodesarrollo serían factores predictores de EFR92-94. La frecuencia de las crisis es el factor con mayor asociación a la farmacorresistencia95,96.

Esta hipótesis se basa en que la frecuencia de crisis estaría relacionada con incrementos en los niveles de glutamato extracelular, tanto en las fases ictal e interictal, el cual se relaciona con hiperexcitabilidad y formación de circuitos neuronales anormales21-23. Además, el glutamato favorece la sobreexpresión de transportadores como la glicoproteína-P, por lo que esta hipótesis podría ocurrir en conjunto con la hipótesis por alteración de transportadores95,97.

6. Hipótesis target o diana

Se ha propuesto que las alteraciones tanto estructurales como funcionales secundarias al desarrollo del foco epileptógeno y a las crisis convulsivas ocasionan una menor sensibilidad del tejido cerebral a las DAC8. Remy y cols. demostraron la alteración de los canales de sodio (Na) voltaje dependiente a nivel de las neuronas hipocampales (en región CA1 y células granulares dentadas) en los pacientes con epilepsia del lóbulo temporal. En estos casos, la respuesta esperada por parte de los canales de Na era menor a la carbamazepina, ocasionando que esta no sea eficaz18. Esta teoría también comprendería la alteración de otros receptores a la acción de las DAC como por ejemplo los receptores GABA. Sin embargo, el hecho de que la respuesta de los receptores sea distinta frente a múltiples DAC genera menor credibilidad/utilidad a esta teoría.

7. Hipótesis de conexiones neuronales

(neuronal network)

Establece que las alteraciones estructurales y funcionales están relacionadas con las crisis convulsivas recurrentes. Las alteraciones comprenden la muerte celular, el brote axonal, la reorganización sináptica, la neurogénesis y la gliosis formando circuitos excitatorios aberrantes98-100. Estas alteraciones no se limitarían al foco epileptogénico. Sin embargo, estas alteraciones también se pueden hallar en pacientes que responden a la medicación, por lo que esta hipótesis por sí misma no podría explicar la farmacorresistencia.

Conclusión

La epilepsia es una enfermedad neurológica en la cual son múltiples los mecanismos involucrados tanto para su desarrollo como para su continuidad y progresión. A pesar de que se han instituido múltiples medicamentos, sigue siendo una enfermedad de difícil control en algunos pacientes incluso conociendo la etiología, y por ello en los últimos años muchos estudios se han centrado en estudiar el desarrollo del foco epileptogénico desde las etapas tempranas para poder desarrollar nuevas medidas terapéuticas. Si bien se ha logrado describir los posibles mecanismos involucrados en la resistencia a la medicación, algunos siguen generando controversias, además de que se ha podido demostrar que pueden ocurrir más de uno al mismo tiempo en un mismo paciente. Aun así, a partir de los hallazgos se han comenzado a desarrollar medidas con múltiples objetivos tales como detener el desarrollo de la epilepsia, predecir el riesgo de farmacorresistencia o, incluso, lograr que los pacientes con epilepsia farmacorresistente respondan a las drogas anticonvulsivas, y por ello es importante continuar con el desarrollo de nuevos estudios.

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Mecanismos moleculares de la epilepsia farmacorresistente

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