La activación del receptor cannabinoide-2 protege contra la lesión pulmonar aguda y la inflamación inducidas por Pseudomonas aeruginosa

Fondo

La neumonía bacteriana es un factor de riesgo importante para la lesión pulmonar aguda (ALI) y el síndrome de dificultad respiratoria aguda (SDRA). Pseudomonas aeruginosa (PA), un patógeno oportunista con una creciente resistencia adquirida contra múltiples fármacos, es uno de los principales agentes causantes de ALI y ARDS en diversos entornos clínicos. Dada la función antiinflamatoria del receptor cannabinoide-2 (CB2R), el efecto de la activación de CB2R en la regulación de la ALI inducida por AP y la inflamación se probó en un modelo de ratón como alternativa a la terapia antibiótica convencional.

Métodos

Para activar CB2R, se administró por vía intraperitoneal (ip) un agonista sintético selectivo, JWH133, a ratones C57BL/6J. Además, se administró SR144528 (un antagonista selectivo de CB2R) en combinación con JWH133 para probar la especificidad del efecto mediado por CB2R. PA se administró por vía intratraqueal (it) para la inducción de neumonía en ratones. A las 24 h de la exposición al AP, se midió la mecánica pulmonar mediante el sistema FlexiVent. Se determinaron el número total de células, el contenido de proteínas y la población de neutrófilos en el líquido de lavado broncoalveolar (BALF). También se midió la carga bacteriana en todo el pulmón. La lesión pulmonar se evaluó mediante examen histológico y la inflamación inducida por PA se evaluó midiendo los niveles de citocinas y quimiocinas BALF. También se estudiaron la activación de neutrófilos (examinada por inmunofluorescencia e inmunotransferencia) y la señalización inflamatoria inducida por PA (analizada por inmunotransferencia).

Resultados

Se descubrió que la activación de CB2R por JWH133 reduce significativamente la ALI inducida por PA y la carga bacteriana. La activación de CB2R también suprimió el aumento inducido por PA en la infiltración de células inmunitarias, la población de neutrófilos y las citoquinas inflamatorias. Estos efectos fueron anulados por un antagonista de CB2R, SR144528, lo que confirma aún más la especificidad de los efectos mediados por CB2R. Los ratones CB2R-knock out (CB2RKO) tenían un nivel significativamente mayor de inflamación inducida por PA en comparación con los ratones WT. La activación de CB2R disminuyó el exceso de activación de neutrófilos, mientras que los ratones que carecían de CB2R tenían una activación de neutrófilos elevada. La activación farmacológica de CB2R redujo significativamente la activación del inflamasoma NF-κB y NLRP3 inducida por PA, mientras que los ratones CB2KO tenían un inflamasoma NLRP3 elevado.

Conclusión

Nuestros hallazgos indican que la activación de CB2R mejora la inflamación y la lesión pulmonar inducidas por PA, allanando así el camino para nuevas vías terapéuticas contra la neumonía por PA.

La neumonía bacteriana es una enfermedad respiratoria muy extendida. La respuesta inflamatoria iniciada por patógenos bacterianos puede salirse de control y provocar una lesión pulmonar aguda (ALI) o un síndrome de dificultad respiratoria aguda (SDRA). [1, 2]. El SDRA es una forma de insuficiencia respiratoria que pone en peligro la vida y a menudo se caracteriza por un entorno inflamatorio abrumador y desregulado en el pulmón, acompañado de un rápido reclutamiento de neutrófilos en el espacio alveolar, edema intersticial y lesión de las células epiteliales y endoteliales. [3, 4]. Uno de los agentes causales más comunes del SDRA es Pseudomonas aeruginosa (PA), un patógeno oportunista multirresistente (MDR), asociado con infecciones del tracto respiratorio en diversos entornos clínicos. La AP representa casi el 10 % de las infecciones adquiridas en el hospital y alrededor del 17 % de la neumonía asociada a la ventilación mecánica (VAP) con una mortalidad atribuible de hasta el 40 % [5,6,7]. La creciente multirresistencia de la AP ha colocado a esta bacteria en la lista de patógenos prioritarios de la OMS para el desarrollo de nuevas opciones de tratamiento [8]. Se ha descubierto que las terapias con antibióticos son ineficaces contra la PA resistente a múltiples fármacos en pacientes en estado crítico, lo que conduce a una mayor mortalidad y empeoramiento de los resultados. Por lo tanto, se deben explorar nuevas opciones terapéuticas no antibióticas para contrarrestar la infección por PA y el SDRA posterior.

El sistema endocannabinoide tiene una notable distribución en diversas funciones fisiológicas de los mamíferos, siendo una de ellas su mecanismo natural para controlar las respuestas inflamatorias aberrantes [9, 10]. Este sistema está compuesto por receptores de cannabinoides (CB); endocannabinoides como N-araquidonil etanolamina (anandamida/AEA) y 2-araquidonilglicerol (2-AG); y enzimas involucradas en su biosíntesis y degradación. Estos endocannabinoides (AEA y 2-AG) ejercen sus efectos principalmente a través de la unión a dos receptores acoplados a proteína G (GPCR): CB1R (un receptor CB1) y CB2R respectivamente [11,12,13]. Se encuentran alteraciones en el sistema endocannabinoide en pacientes con ciertas enfermedades y en modelos experimentales. Las modificaciones farmacológicas y genéticas de este sistema en modelos de ratones han mostrado alteraciones en su susceptibilidad a varias condiciones, incluyendo trastornos neurodegenerativos, cardiovasculares y gastrointestinales. [11, 14], apuntando hacia los componentes del sistema endocannabinoide como posibles dianas terapéuticas. Mientras que CB1R se expresa en gran medida en el cerebro, CB2R se encuentra predominantemente en el sistema periférico. Ambos receptores exhiben un papel inmunomodulador por varios mecanismos que incluyen el desarrollo, la migración, la proliferación y las funciones efectoras. [13, 15]. La activación de CB2R muestra efectos antiinflamatorios y antifibrogénicos sin provocar ningún efecto psicótico adverso. Por lo tanto, comprender el papel de CB2R en la regulación inmunitaria está ganando atención desde una perspectiva terapéutica. [16, 17]. La activación farmacológica de CB2R previene la nefrotoxicidad y reduce la inflamación, el estrés oxidativo y la muerte celular en la nefropatía [18, 19]. Se ha demostrado que la activación de CB2R por agonistas sintéticos selectivos protege contra el daño tisular en modelos experimentales de lesión por reperfusión isquémica [20, 21]. En el pulmón, se descubrió que la activación farmacológica de CB2R tiene un efecto protector sobre la lesión pulmonar aguda inducida por paraquat en un modelo de rata y alivia la fibrosis pulmonar inducida por bleomicina en un modelo de ratón [22, 23]. Sin embargo, se desconoce en gran medida el impacto de la señalización de CB2R en la lesión pulmonar inducida por neumonía bacteriana.

Otro sistema notable que se ensambla en respuesta a la infección microbiana y al estrés celular son los inflamasomas, que son un grupo de complejos de proteínas citosólicas que desempeñan un papel fundamental en la inmunidad innata y la inflamación. [24]. Los inflamasomas consisten en un receptor similar al dominio de oligomerización de unión a nucleótidos (NOD) (NLR); un adaptador que es una proteína tipo mota asociada a la apoptosis que contiene un dominio de reclutamiento de caspasa (ASC); y una proteasa efectora caspasa-1. La reunión y el ensamblaje de estos complejos de proteínas dan como resultado la activación de la caspasa-1, lo que ayuda a la maduración de las citocinas proinflamatorias, interleucina-1β (IL-1β) e IL-18, en formas biológicamente activas. [25, 26]. Un miembro de la familia de inflamasomas NLR es el NLRP3 (NOD-; repetición rica en leucina, LRR-; y proteína 3 que contiene el dominio pirina) que se activa por una amplia gama de estímulos, incluidos los patrones moleculares asociados a patógenos (PAMP) y/ o patrones moleculares asociados a daños derivados del huésped (DAMP) [27, 28]. Actualmente, se ha propuesto un modelo de dos señales para la activación del inflamasoma NLRP3. La primera señal de cebado proviene de la estimulación de los receptores de reconocimiento de patógenos (PRR) que activan el factor nuclear-κB (NF-κB) y la segunda señal (activación) es inducida por factores como ATP, formación de poros, salida de potasio, ruptura lisosomal, y especies reactivas de oxígeno [29].

La activación de NLRP3 durante diferentes infecciones bacterianas es parte de la respuesta inmune innata [30] y se ha implicado en varios modelos animales de ALI como la ventilación mecánica [31]hiperoxia [32]y sepsis polimicrobiana [33]. Además, se descubrió que la ausencia del receptor de interleucina-1 (IL-1) (IL-1R) o IL-18 mejora la defensa del huésped contra las respuestas inflamatorias inducidas por PA [34, 35]y se encontró que la activación del inflamasoma media la patología de la neumonía PA aguda [36]. La importancia de la activación de NLRP3 por PA también ha sido recientemente…