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Revista Cubana de Hematología, Inmunología y Hemoterapia

versión impresa ISSN 0864-0289versión On-line ISSN 1561-2996

Rev Cubana Hematol Inmunol Hemoter vol.32 no.4 Ciudad de la Habana oct.-dic. 2016

 

ARTÍCULO DE REVISIÓN

 

Principales propiedades inmunomoduladoras y antinflamatorias de la ficobiliproteína C-ficocianina

 

Main immunomodulatory and anti-inflamatory properties of phycobiliproteins C-phycocyanin

 

 

Gabriela Díaz Domínguez, Vianed Marsán Suárez, Lázaro O. del Valle Pérez

Instituto de Hematología e Inmunología. La Habana, Cuba.

 

 


RESUMEN

Las ficobiliproteínas son proteínas solubles en agua, que funcionan como pigmentos fotosintéticos accesorios en diferentes organismos tales como las cianobacterias, las algas rojas y las criptomonadas. En el alga verdeazul Spirulina platensis, una de las ficobiliproteínas más abundantes es la C-ficocianina, la cual tiene unido tres cromóforos ficocianobilina mediante un enlace tioéter a cisteínas específicas. La ficocianobilina es un tetrapirrol lineal asociado a la captación de energía solar en estos organismos. La C-ficocianina ha sido empleada en diferentes investigaciones biomédicas como biomarcador, por sus propiedades fluorescentes, y como posible agente terapéutico para el tratamiento de enfermedades asociadas al estrés oxidativo, por sus propiedades antioxidantes, inmunomoduladoras y antinflamatorias. Se ha demostrado que esta proteína aumenta la liberación de interferón gamma en células mononucleares de sangre periférica y modula la producción de citocinas inflamatorias como el factor de necrosis tumoral alfa, entre otras. Además, se ha encontrado que la C-ficocianina tiene efecto inmunomodulador de citocinas que potencian la activación de las células del sistema inmune, como la IL-6 y la IL-1β, así como la regulación de aproximadamente 190 genes implicados en la inmunidad.

Palabras clave: C-ficocianina; ficocianobilina; sistema inmunológico; inmunomodulador; antinflamatorio.


ABSTRACT

Phycobiliproteins are water-soluble proteins that function as accessory photosynthetic pigments in different organisms such as cyanobacteria, red algae and cryptomonads. In the blue-green algae Spirulina platensis one of the most abundant phycobiliproteins is the C-phycocyanin, which has three phycocyanobilin chromophores linked through a thioether bond to specific cysteine. The phycocyanobilin is a linear tetrapyrrole associated with solar energy absorption in these organisms. The C-phycocyanin has been used in several biomedical researches as a biomarker, for their fluorescence properties, and as a possible therapeutic agent for the treatment of diseases associated with oxidative stress for its antioxidant, anti-inflammatory and immunomodulatory properties. It has been shown that this protein increases the release of interferon gamma in peripheral blood mononuclear cells, and modulates the production of inflammatory cytokines such as tumor necrosis factor among others. Furthermore it has been found that the C-phycocyanin has immunomodulatory effect on cytokines that enhance the activation of immune cells, such as IL-6 and IL-1β, and the regulation of about 190 genes involved in immunity.

Keywords: C-phycocyanin; phycocyanobilin; immune system; immunomodulatory; anti-inflammatory.


 

 

INTRODUCCIÓN

Las ficobiliproteínas son proteínas solubles en agua, que funcionan como pigmentos fotosintéticos accesorios en diferentes organismos tales como las cianobacterias, las algas rojas y las criptomonadas1. La aloficocianina (APC), la C-ficocianina (CPC), la ficoeritrina (PE) y la ficoeritrocianina (PEC) son las principales ficobiliproteínas que componen los ficobilisomas (FBS). Los FBS son complejos supramoleculares que aparecen anclados periféricamente en la superficie externa de la membrana de los tilacoides de las células de estos organismos2.

En el alga verdeazul Spirulina platensis una de las ficobiliproteínas más abundantes es la CPC, que está formada por dos cadenas polipeptídicas α y β de masas moleculares semejantes, unidas por interacciones no covalentes. Los pesos moleculares de las cadenas alfa y beta son de 17,6 kDa y 18,1 kDa, respectivamente3 La CPC presenta la absorción máxima a una longitud de onda de 620 nm4 y además tiene unido tres cromóforos ficocianobilina (PCB), mediante enlace tioéter, a cisteínas específicas. La PCB es un tetrapirrol lineal asociado a la captación de energía solar en estos organismos5. Esta molécula es la responsable de la coloración azul de las ficocianinas.

La CPC en solución puede adoptar diferentes conformaciones en dependencia del grado de agregación de la proteína. Esta estructura puede encontrarse en forma de monómero, trímero, hexámero o dodecámero, las cuales se encuentran en equilibrio6. La actividad biológica de la CPC pudiera modificarse por el grado de agregación en el que se encuentra esta proteína.

La CPC ha sido empleada en diferentes investigaciones biomédicas como biomarcador, por sus propiedades fluorescentes7 y, como posible agente terapéutico para el tratamiento de enfermedades asociadas al estrés oxidativo , por sus propiedades antioxidantes e inmunomoduladoras8,9. Se ha demostrado que esta proteína tiene efecto hepatoprotector al eliminar radicales libres, inhibir la peroxidación lipídica y por tanto proteger al hígado del daño producido químicamente10. Las propiedades antioxidantes de la CPC están asociadas al sistema tetrapirrólico PCB 11.

Estudios previos han demostrado las propiedades antinflamatorias de la CPC, así como su efecto inmunomodulador en la expresión de enzimas hepáticas y renales relacionadas con la detoxificación12.

En el presente trabajo tiene como objetivo fundamentar las principales propiedades de la ficobiliproteína CPC como agente inmunomodulador y antinflamatorio.

 

DESARROLLO

La ficobiliproteína CPC es bien conocida por sus propiedades antioxidantes y la capacidad de secuestrar radicales libres que se forman en los organismos debido al estrés oxidativo inducido por diferentes enfermedades13,14. En la última década se han publicado varios trabajos investigativos en los cuales esta proteína ha sido un elemento importante en la Inmunología15,16.

 

Propiedades inmunomoduladoras de la C-ficocianina

La CPC fue utilizada como tratamiento en modelos de ratas que tenían atrofia del timo inducida por cloruro de tributilo, el cual constituye un contaminante ambiental. Los resultados obtenidos mostraron que esta proteína tuvo un efecto inhibitorio in vivo del proceso apoptótico de los timocitos en las ratas. Adicionalmente, se observó que el tratamiento con CPC mejoró la morfología del tejido de este órgano de gran importancia en la inmunidad celular17.

Basha et al. demostraron, en estudios in vitro, que células mononucleares de sangre periférica, obtenidas de pacientes con hepatitis C crónica y daño hepático grave, cuando eran cultivadas con CPC exhibían una producción más elevada de interferón gamma (IFN-γ). Con los resultados obtenidos se demostró también la seguridad de la CPC y el efecto inmunomodulador de esta proteína puede conducir a un estudio in vivo de pacientes con hepatitis C crónica con baja o ninguna respuesta al tratamiento convencional con IFN-γ18.

En un estudio realizado en 2013 con modelos de ratones afectados con ateroesclerosis, los autores publicaron que el tratamiento de forma sinérgica con CPC y transfección del gen que codifica la proteína CD59, involucrada en la protección de los eritrocitos del complejo de ataque a la membrana (MAC) iniciado por el sistema del complemento19, redujo los niveles de lípidos en la sangre. Además promovió la expresión de proteínas antiapoptóticas como Bcl-2, así como la inhibición de otras proapoptóticas en células endoteliales. También se demostró que la CPC puede promover la expresión de CD59, el cual inhibe la formación de MAC y, que ambas proteínas pudieron retardar el progreso de formación de placas ateroescleróticas20.

Sin embargo, recientemente se han comunicado resultados donde se muestra la actividad inhibitoria de la CPC. Yang et al. observaron que la terapia combinada de CPC y ácido todo trans retinoico (ATRA, siglas en inglés) in vitro tuvo un efecto inmunomodulador significativo al disminuir la expresión de la proteína CD59 en células HeLa. También se demostró el efecto inhibitorio del ciclo celular con la inducción de apoptosis y la citolisis mediada por el complemento21.

La actividad inmunomoduladora de la CPC también se ha estudiado en macrófagos J774A.1 tratados con concentraciones crecientes (0-400 µg/mL) de la proteína purificada. Los resultados de esta investigación mostraron que la cantidad de TNF-α (factor de necrosis tumoral alfa) secretada por los macrófagos J774A.1 aumentó con el incremento de la concentración de CPC. Además, se encontró que concentraciones entre 50 y 400 µg/mL de CPC aumentaron la producción y secreción de IL-6 por la células J774A.1. Con la dosis mínima de 50 µg/mL no se observó secreción IL-1β por los macrófagos pero, a la concentración de 100-400 µg/mL de CPC la activación en la producción de IL-1β fue significativa. Estos resultados evidenciaron la bioactividad de la CPC como modulador de las células del sistema inmune en mamíferos ya que citocinas como la IL-1β pueden promover la proliferación de células T, inducir la producción de anticuerpos por las células B y potenciar las funciones citotóxicas de los linfocitos T citolíticos y la células NK (asesinas naturales). Por otra parte, la IL-6 promueve la proliferación de células B en el hígado mientras que el TNF-α tiene un efecto citotóxico y supresor del crecimiento de células tumorales22.

 

Actividad antinflamatoria de la C-ficocianina

La actividad antinflamatoria de la CPC se ha demostrado in vitro según su capacidad para inhibir la producción de compuestos que son conocidos por inducir procesos inflamatorios en los organismos. La producción extensiva de óxido nítrico (NO) derivada de la enzima inducible óxido nítrico sintasa (iNOS, siglas en inglés) es crucial en la patogénesis de la inflamación. Los resultados obtenidos mostraron que la CPC inhibió de forma significativa la producción de nitrito, indicador de NO, y la expresión de la enzima en macrófagos RAW 264.7 tratados con lipopolisacáridos (LPS). Adicionalmente, se observó una atenuación en la producción de TNF-α y se inhibió la activación del factor nuclear-κB (NF-κB), que constituye un regulador importante en la expresión de varios genes inflamatorios como: iNOS, cicloxigenasa-2, citocinas proinflamatorias y moléculas de adhesión. La actividad inhibitoria de la CPC sobre la producción de NO y la expresión de iNOS está asociada con la disminución de la liberación del TNF-α al medio por los macrófagos y la activación del NF-κB23

Las propiedades inmunológicas de la CPC se han estudiado recientemente en el campo de la medicina veterinaria. En un modelo in vitro de osteoartritis canina, para el cual se utilizaron condrocitos caninos normales, se evaluó la actividad antinflamatoria de la CPC. Las condiciones inflamatorias fueron inducidas por la IL-1β. Los resultados obtenidos mostraron que a concentraciones crecientes de 0 a 250 µg/mL de la proteína se observó una reducción de mediadores inflamatorios como la prostaglandina E2, el TNF-α y la IL-6. Ello sugiere que la CPC pudiera ser capaz de modular de forma positiva al menos dos mecanismos primarios patogénicos de la osteoartritis tales como el proceso inflamatorio y la degeneración de los condrocitos in vitro24.

Se han publicado muchas de las propiedades farmacológicas de la CPC relacionadas con diferentes enfermedades. Investigadores del Centro de Ingeniería Genética y Biotecnología de Cuba (CIGB) evaluaron la posible actividad inmunológica de la CPC en modelos de ratones con encefalomielitis autoinmune experimental (EAE) y demostraron que la CPC es capaz de desencadenar mecanismos en la prevención o disminución del grado de expresión de la EAE en ratones y que tiene actividad como inductor de respuesta de las células T reguladoras (Treg) en células mononucleares de sangre periférica de pacientes con esclerosis múltiple (EM). Estos resultados indicaron que la activación específica de las células Treg pudiera representar un mecanismo esencial de apoyo al potencial terapéutico de la CPC para la EM25.

En investigaciones recientes se evaluaron los efectos antinflamatorio y citoprotector de la CPC en modelos de ratones con EAE. Estos resultados se compararon con los obtenidos mediante el tratamiento convencional con IFN-β. La CPC se administró a un grupo de ratones en dosis de 2, 4 o 8 mg/kg por vía intraperitoneal y al otro grupo se le administró IFN-β en una dosis única subcutánea de 2 000 UI. Los resultados mostraron que la CPC tiene un efecto reductor de las infiltraciones inflamatorias en el tejido espinal, lo cual mejora el estado de deterioro clínico de los animales. Observaron, además, el efecto de esta proteína en la preservación axonal y en la regulación de la expresión de la IL-17 en suero y tejido cerebral. También, que la CPC y el IFN-β mejoraron el estado oxidativo de los ratones con EAE26.

Las propiedades inmunorreguladoras de la CPC fueron evaluadas en un modelo de ratas con lesiones agudas de pulmón inducidas por LPS. La proteína fue administrada a los animales de experimentación, por vía intraperitoneal, en una concentración de 50 mg/kg de peso corporal. Los resultados obtenidos mostraron que posterior al tratamiento con CPC disminuyó la concentración de proteínas inducidas por LPS y se inhibió el aumento de los niveles de nitrito/nitrato. Además se observó una disminución de citocinas proinflamatorias como el TNF-α, IL-1β y la IL-6. Se demostró que el tratamiento con CPC atenuó de forma significativa la actividad de la mieloperoxidasa inducida por LPS, la formación de radicales como el O2- y los niveles de expresión y activación de las enzimas iNOS, cicloxigenasa-2, así como el NF-κB en el pulmón. Por otra parte, la CPC reguló de forma inhibitoria la expresión de enzimas proapoptóticas como la caspasa-3 y la proteína Bax y aumentó la expresión de Bcl-2 y Bcl-XL, ambas proteínas con actividad antiapoptótica. Los resultados encontrados indicaron que la CPC pudiera ser potencialmente utilizada para el tratamiento de la lesión aguda del pulmón inducida por LPS mediante la inhibición de procesos inflamatorios y apoptóticos en tejido pulmonar27.

Recientemente, se ha demostrado que el cloruro de tributilo no solo afecta el tejido tímico17, también constituye un agente neurotóxico que afecta a células neurales como los astrocitos y las células gliales, mediante la activación y liberación de las citocinas inflamatorias IL-6 y el NF-kB p65, entre otras. Los autores de este trabajo publicaron que la administración de la CPC en modelos de ratones previamente expuestos a este contaminante, produjo una disminución en los niveles de estas citocinas, principalmente el NF-kB p65. Este resultado demostró la eficacia de la CPC como agente neuroprotector y antinflamatorio28.

Las propiedades inmunomoduladoras y antinflamatorias de la CPC no solo se han estudiado a nivel celular, también se ha encontrado que esta proteína tiene una actividad moduladora en la expresión génica de proteínas involucradas en el mantenimiento de un estado inmunológico adecuado de los organismos. Marín et al., evaluaron los efectos de la PCB en la expresión génica de células de supervivencia PC12 en modelos de ratones con oclusión bilateral común de la arteria carótida (BCCAo, por sus siglas en inglés). El tratamiento con PCB moduló 190 genes (93 de regulación arriba y 97 de regulación abajo) asociados a varios procesos inmunológicos e inflamatorios en los ratones con BCCAo. Además la PCB moduló positivamente 19 genes relacionados de forma directa con ambientes perjudiciales y proinflamatorios12.

Los descubrimientos recientes acerca de las potencialidades de la CPC como agente modulador de genes y proteínas del sistema inmune, la convierten en un blanco terapéutico atractivo para tratar enfermedades autoinmunes y degenerativas como Esclerosis Múltiple, Alzheimer, Parkinson y Huntington. La combinación de esta proteína con tratamientos convencionales aumenta la respuesta de los organismos ante diferentes enfermedades como algunos tipos de cáncer y otras enfermedades crónicas como la hepatitis C.

 

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Recibido: diciembre 29, 2015.
Aceptado: mayo 23, 2016.

 

 

Lic. Gabriela Díaz Domínguez . Instituto de Hematología e Inmunología. Apartado 8070, La Habana, CP 10800, CUBA. Email: rchematologia@infomed.sld.cu

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