Papel de la cascada del ácido araquidónico en la función epitelial de barrera en un modelo de células intestinales Caco-2

Abstract

El epitelio intestinal forma una barrera que permite el paso de nutrientes pero restringe el de substancias potencialmente nocivas. La alteración de dicha función se relación a con enfermedades gastrointestinales como la enfermedad inflamatoria intestinal (IBD) en la que, además, la producción de eicosanoides en la mucosa intestinal se encuentra incrementada. Por ese motivo, el objetivo del presente trabajo ha sido investigar el papel de los eicosanoides producidos en la cascada del ácido araquidónico en la regulación de la función epitelial de barrera en un modelo intestinal de células Caco-2. La permeabilidad paracelular (PP) se ha estudiado en cultivos mantenidos sobre filtros, a partir de la determinación de la resistencia eléctrica transepitelial (TER) y de los flujos de dextrano. La concentración intracelular de Ca2+ ([Ca2+]i) se ha determinado por espectrofluorimetría, y la de AMPc así como la activación de NFkB por enzima inmuno ensayo. La fosforilación de la cadena ligera de miosina (MLC) se ha realizado por western blot y la localización de las proteínas de la unión estrecha (TJ) por inmunofluorescencia. Los resultados revelan que la PGE2, la PGE3, el LTD4 y los 5-, 12-(R)-, 12-(S)- y 15-HETE son capaces de romper la función barrera. En cambio, la PGD2, el LTB4, el 13-HODE, el 20-HETE, los 11,12- y 14,15-EET, los 11,12 y 14,15-DHETE y el 12-HEPE no tienen este efecto. La PGE2 y PGE3 incrementan la PP al interacciónar con los receptores EP1 y EP4 que a su vez activan la vía de la PLC-IP3-Ca2+ y la via del AMPc-PKA, respectivamente. En el caso de LTD4, se ha observado que el receptor implicado en la disrupción de la función barrera es el CysLT1R. En el caso del 5-HETE se ha descartado la participación de BLT1, BLT2, CysLT1R y CysLT2R. En el caso del LTD4 y 5-HETE, además de inducir un incremento de la [Ca2+]i, se ha demostrado la activación de la vía de la PLC-Ca2+/PKC y de la vía de la PKA independiente de AMPc y de NFkB. En el caso de 12-(R)-, 12-(S)- y 15-HETE también se ha observado un incremento de la [Ca2+]i pero no de AMPc, a excepción de 12-(S)-HETE que si que incrementa la concentración de AMPc. En todos los casos en los que un eicosanoide ha alterado la función epitelial de barrera se ha observado una relación entre el incremento de la PP y la redistribución hacia el citosol de las proteínas de la TJ ocludina y claudina-4, sin alteración de la localización de ZO-1, claudina-1 o claudina-2. Dichos eicosanoides, a excepción del 5-HETE, también incrementan la actividad de la MLCK provocando la desorganización del anillo de actina. A pesar de que la disrupción de la función epitelial de barrera observada en pacientes con IBD se ha atribuido tradicionalmente al efecto de citocinas proinflamatorias como TNF-α e IFN-γ, en la presente memoria se aportan evidencias del papel de los eicosanoides en la regulación de la PP. Además se aporta una posible explicación para los efectos negativos de la inhibición de la COX en pacientes con IBD y la posibilidad de nuevas estrategias terapéuticas. Si bien se ha descrito un efecto beneficioso del consumo de aceite de pescado o ácidos grasos n-3 en pacientes con IBD, este no puede ser atribuido a la reducción de la relación PGE2/PGE3 ya que ambas PG tienen un efecto negativo sobre la función epitelial de barrera. Sin embargo, dicho efecto sí que podría atribuirse a la generación de 12-HEPE que al contrario que 12-HETE no altera la PP.

The intestinal epithelium forms a barrier that allows the passage of nutrients but restricts the passage of potentially harmful substances. Alteration of epithelial barrier function is the mechanism responsible for the persistence of inflammation that occurs in gastrointestinal diseases such as inflammatory bowel disease (IBD) in which various eicosanoids are increased in the mucosa. For this reason, the objective of this study was to investigate the role of eicosanoids produced by different pathways of AA metabolism in the regulation of epithelial barrier function in a Caco-2 cell model. The paracellular permeability (PP) was estimated in Caco-2 cell cultures from the transepithelial electrical resistance (TER) and dextran fluxes. Intracellular Ca2+ concentration ([Ca2+]i) was quantified by spectrofluorimetry, cAMP and NFkB levels by enzyme immunoassay, MLC phosphorylation by Western blot and the state of the tight junction (TJ) proteins by immunofluorescence. The results indicate that PGE2, PGE3, 5-, 12-(R)-, 12-(S)-, 15-HETE and LTD4 are able to increase PP, whereas no alteration is induced by 13-HODE, 20-HETE, 11,12- and 14,15-EET, 11,12- and 14,15-DHETE or 12-HEPE. PGE2 and PGE3 alter the barrier function through the interaction with EP1 and EP4 receptors that activate the PLC-IP3-Ca2+ pathway and the cAMP-PKA pathway, respectively. In the case of LTD4 and 5-HETE, along with an increase in [Ca2+]i there is an activation of PLC-Ca2+/PKC and PKA independent of cAMP and NFkB pathways. For 12- and 15-HETE we have also observed an increase in [Ca2+]i but not in cAMP, except for 12-(S)-HETE which did increase cAMP levels. From the study of the TJ protein immunolocalization, in all cases in which an eicosanoid has increased PP a redistribution of occludin and claudin-4 without altering ZO-1, claudin-1 or -2 can be observed. Furthermore, the alteration of the actin ring and the increase in MLCK activity has been observed in all the eicosanoids that increased PP except for 5-HETE. Although the disruption of epithelial barrier function observed in IBD patients has been traditionally attributed to the effect of proinflammatory cytokines such as TNF-α and IFN-γ, this thesis evidences a role for the eicosanoids in the regulation of PP, opening up possibilities for new therapeutic strategies.