Modulación de la inflamación pulmonar durante las exacerbaciones de la Enfermedad Pulmonar Obstructiva Crónica

Abstract

Alrededor de un 10% de la población entre 40 y 80 años en España padecen enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC). La EPOC es una enfermedad prevenible y tratable que se caracteriza por la limitación del flujo aéreo que suele ser progresiva y está asociada a una respuesta inflamatoria crónica en las vías aéreas y en los pulmones debido a la inhalación de partículas nocivas o gases. Las exacerbaciones y comorbilidades contribuyen a la gravedad global de los pacientes. El proceso inflamatorio pulmonar se caracteriza por aumento de neutrófilos, macrófagos y linfocitos en la vía aérea y se incrementa durante las agudizaciones de la enfermedad. Los mecanismos moleculares de la inflamación pulmonar han sido recientemente caracterizados, implicando la vía de activación del factor nuclear kappa B (NF-κB) y la remodelación de la cromatina en el núcleo celular mediante la acetilación o deacetilación de las histonas nucleares. El proceso inflamatorio pulmonar se caracteriza por una actividad disminuida de la enzima deacetiladora de las histonas (HDAC) lo cual es responsable de que la inflamación en la EPOC sea parcialmente resistente a los glucocorticoides. El humo del tabaco puede ser responsable de este efecto, ya que el estrés oxidativo que produce puede afectar a la actividad de esta enzima tanto ex vivo como in vitro. Sin embargo, los mecanismos que controlan esta respuesta inflamatoria durante las agudizaciones de la enfermedad no son bien conocidos. La hipótesis general de esta tesis doctoral es que la respuesta inflamatoria que sufren los pacientes con EPOC en la fase estable esta aumentada durante las agudizaciones y puede ser modulada mediante fármacos que potencian la actividad de la HDAC. El objetivo de este estudio es investigar el efecto de la modulación de la actividad HDAC sobre el proceso inflamatorio a nivel pulmonar en pacientes que sufren una agudización de EPOC. Para contrastar esta hipótesis se han realizado tres estudios: 1) Estudio de los mecanismos inflamatorios y su modulación farmacológica en un modelo celular de agudización de EPOC 2) Estudio sobre el mecanismo molecular de inflamación durante la fase de agudización comparado con la fase estable en pacientes con EPOC, y 3) Ensayo clínico para investigar los efectos de fármacos potenciadores de la actividad histona deacetilasa sobre la modulación de los mecanismos de inflamación en pacientes con EPOC agudizado. Nuestros datos proporcionan información nueva acerca de los mecanismos moleculares utilizados por H. influenzae, un gérmen frecuentemente implicado en las EEPOC. Demostramos que H. influenzae activa la respuesta inflamatoria en los macrófagos, células que regulan toda la respuesta inflamatoria en las EEPOC, mediante una disminución de la actividad HDAC que se puede revertir con concentraciones bajas de teofilina en presencia de glucocorticoides. Las agudizaciones de la EPOC se acompañan de cambios inflamatorios, tanto a nivel pulmonar como sistémico, que no se resuelven por completo tras la agudización. El mecanismo molecular implicado en los cambios inflamatorios pulmonares es en parte mediado por el estrés oxidativo y el factor nuclear NF-κB. La mayor activación del factor nuclear NF-κB observada durante la agudización disminuye en fase estable en probable relación con el tratamiento glucocorticoideo. Sin embargo, la actividad HDAC no aumenta en la fase estable y podría ser la responsable de la persistencia de la inflamación neutrofílica tras la agudización. Al utilizar dosis bajas de teofilina junto a glucocorticoides desde el momento de la agudización se consigue aumentar la actividad de la HDAC en fase estable y reducir así la carga inflamatoria.

Al voltant d'un 10% de la població entre 40 i 80 anys a Espanya pateixen malaltia pulmonar obstructiva crònica (MPOC). La MPOC és una malaltia prevenible i tractable que es caracteritza per la limitació del flux aeri que sol ser progressiva i està associada a una resposta inflamatòria crònica a les vies aèries i en els pulmons a causa de la inhalació de partícules nocives o gasos. Les exacerbacions i comorbiditats contribueixen a la gravetat global dels pacients. El procés inflamatori pulmonar es caracteritza per augment de neutròfils, macròfags i limfòcits en la via aèria i s'incrementa durant les aguditzacions de la malaltia. Els mecanismes moleculars de la inflamació pulmonar han estat recentment caracteritzats, implicant la via d'activació del factor nuclear kappa B (NF-κB) i la remodelació de la cromatina en el nucli cel•lular mitjançant l'acetilació o deacetilación de les histones nuclears. El procés inflamatori pulmonar es caracteritza per una activitat disminuïda de l'enzim deacetiladora de les histones (HDAC) la qual cosa és responsable que la inflamació en la MPOC sigui parcialment resistent als glucocorticoides. El fum del tabac pot ser responsable d'aquest efecte, ja que l'estrès oxidatiu que produeix pot afectar l'activitat d'aquest enzim tant ex vivo com in vitro. No obstant això, els mecanismes que controlen aquesta resposta inflamatòria durant les aguditzacions de la malaltia no són ben coneguts. La hipòtesi general d'aquesta tesi doctoral és que la resposta inflamatòria que pateixen els pacients amb MPOC en la fase estable aquesta augmentada durant les aguditzacions i pot ser modulada mitjançant fàrmacs que potencien l'activitat de la HDAC. L'objectiu d'aquest estudi és investigar l'efecte de la modulació de l'activitat HDAC sobre el procés inflamatori a nivell pulmonar en pacients que pateixen una agudització d'MPOC. Per contrastar aquesta hipòtesi s'han realitzat tres estudis: 1) Estudi dels mecanismes inflamatoris i la seva modulació farmacològica en un model cel•lular d'agudització d'MPOC 2) Estudi sobre el mecanisme molecular d'inflamació durant la fase d'agudització comparat amb la fase estable en pacients amb MPOC, i 3) Assaig clínic per investigar els efectes de fàrmacs potenciadors de l'activitat histona desacetilasa sobre la modulació dels mecanismes d'inflamació en pacients amb MPOC aguditzat. Les nostres dades proporcionen informació nova sobre els mecanismes moleculars utilitzats per H. influenzae, 1 germen freqüentment implicat en les EEPOC. Vam demostrar que H. influenzae activa la resposta inflamatòria en els macròfags, cèl•lules que regulen tota la resposta inflamatòria en les EEPOC, mitjançant una disminució de l'activitat HDAC que es pot revertir amb concentracions baixes de teofilina en presència de glucocorticoides. Les aguditzacions de la MPOC s'acompanyen de canvis inflamatoris, tant a nivell pulmonar com sistèmic, que no es resolen completament després de la agudització. El mecanisme molecular implicat en els canvis inflamatoris pulmonars és en part intervingut per l'estrès oxidatiu i el factor nuclear NF-κB. La major activació del factor nuclear NF-κB observada durant l'agudització disminueix en fase estable a probable relació amb el tractament glucocorticoideo. No obstant això, l'activitat HDAC no augmenta en la fase estable i podria ser la responsable de la persistència de la inflamació neutrofílica després de la agudització. En utilitzar dosis baixes de teofilina costat de glucocorticoides des del moment de la agudització s'aconsegueix augmentar l'activitat de la HDAC en fase estable i reduir així la càrrega inflamatòria

About 10% of the population between 40 and 80 years in Spain suffer from chronic obstructive pulmonary disease (COPD). COPD is a preventable and treatable disease characterized by airflow limitation that is usually progressive and is associated with a chronic inflammatory response in the airways and lungs due to inhalation of noxious particles or gases. Exacerbations and comorbidities contribute to the overall severity of patients. The pulmonary inflammatory process characterized by increased neutrophils, macrophages and lymphocytes in the airways and increases during exacerbations of the disease. The molecular mechanisms of lung inflammation have been recently characterized, involving pathway activation of nuclear factor kappa B (NF-kB) and chromatin remodeling in the cell nucleus by acetylation or deacetylation of core histones. Pulmonary inflammatory process is characterized by the deacetiladora decreased enzyme histone (HDAC) which is responsible for inflammation in COPD is partially resistant to glucocorticoid activity. Snuff smoke may be responsible for this effect, as the oxidative stress that occurs can affect the activity of this enzyme both ex vivo and in vitro. However, the mechanisms that control the inflammatory response during exacerbations of the disease are not well known. The general hypothesis of this dissertation is that the inflammatory response experienced by patients with COPD in stable phase is increased during exacerbations and may be modulated by drugs that enhance the activity of HDAC. The objective of this study is to investigate the effect of modulating HDAC activity on the inflammatory process in the lungs in patients suffering from COPD exacerbation. To test this hypothesis, three studies were performed: 1) Study of the inflammatory mechanisms and pharmacological modulation in a cellular model of exacerbation of COPD 2) Study on the molecular mechanism of inflammation during the exacerbation compared to the stable phase in patients COPD, and 3) clinical trial to investigate the effects of enhancing drugs histone deacetylase activity on the modulation of the mechanisms of acute inflammation in patients with COPD. Our data provide new information about the molecular mechanisms used by H. influenzae, a germ frequently involved in EEPOC. We demonstrated that H. influenzae active inflammatory response in macrophages, cells that regulate the inflammatory response in all the EEPOC, by decreasing the HDAC activity can be reversed with low concentrations of theophylline in the presence of glucocorticoids. Exacerbations of COPD are accompanied by inflammatory changes, both pulmonary and systemic level that are not resolved completely after the exacerbation. The molecular mechanisms involved in lung inflammatory changes is partly mediated by oxidative stress and nuclear factor NF-kB. The increased activation of nuclear factor NF-kB during the sharpening decreases observed in stable phase probably related to glucocorticoid treatment. HDAC activity is not however, increases in the stable phase and could be responsible for the persistence of neutrophilic inflammation after the exacerbation. By using low doses of theophylline and corticosteroids since the time of sharpening it is able to increase the activity of HDAC in stable phase and thereby reduce the inflammatory burden