- 1 - FACULTAD DE FARMACIA UNIVERSIDAD COMPLUTENSE TRABAJO FIN DE GRADO TÍTULO: IMPLICACIÓN DE LOS CANALES DE POTASIO ACTIVADOS POR CALCIO EN LA PATOLOGÍA CARDIOVASCULAR Autor: Silvia Andrés García Tutor: Dra. Belén Climent Flórez Convocatoria: Junio 2017 Es te tr ab aj o tie ne u na fi na lid ad d oc en te . L a Fa cu lta d de F ar m ac ia n o se h ac e re sp on sa bl e de la in fo rm ac ió n co nt en id a en e l m is m o. - 2 - 1. RESUMEN Los canales de potasio activados por calcio (KCa) regulan el potencial de membrana y el tono vascular en los vasos sanguíneos. Estos canales pueden ser de diversos tipos en función de su conductancia (media, baja, alta) y, dependiendo de su tipo, encontrarse en diferentes lugares dentro del organismo. En el sistema cardiovascular se van a encontrar en el endotelio y músculo liso vascular (MLV). En el MLV se hayan los canales BKCa que van a contribuir a la hiperpolarización de las células del MLV, cerrando los canales de calcio voltaje-dependientes y, por ello, generando vasodilatación. En el endotelio, los canales SKCa e IKCa se activan mediante corrientes de calcio y producen una corriente de salida de potasio que difunde por las uniones gap mioendoteliales hasta el MLV, de manera que cierra los canales de calcio dependientes de voltaje de este territorio produciendo hiperpolarización y finalmente relajación de la célula del MLV. Estos canales están implicados en diversas patologías del sistema cardiovascular de diferente manera, ya que en la obesidad pueden perder su actividad lo que produce un aumento de la vasoconstricción al estar estos canales implicados en la vasodilatación y, en cambio, en la hipertensión los canales pueden aparecer aumentados en número y verse incrementada su actividad a modo de mecanismo compensador, para contrarrestar los efectos del aumento de la presión arterial para la protección de los vasos sanguíneos. Debido al importante papel en el control del tono vascular y, por tanto, en la presión arterial que llevan a cabo estos canales y, debido a que se encuentran alterados en algunas patologías, podrían suponer una buena diana terapéutica para el desarrollo de compuestos útiles en el tratamiento de diferentes enfermedades cardiovasculares. Compuestos que promuevan el aumento de la actividad de estos canales podrían contrarrestar su inactivación o suponer un mecanismo compensador para mejorar la progresión de la enfermedad, así como sus inhibidores también serían útiles en otras situaciones que afectaran al sistema cardiovascular. Es te tr ab aj o tie ne u na fi na lid ad d oc en te . L a Fa cu lta d de F ar m ac ia n o se h ac e re sp on sa bl e de la in fo rm ac ió n co nt en id a en e l m is m o. - 3 - 2. INTRODUCCIÓN Y ANTECEDENTES 2.1.El endotelio El endotelio es una monocapa de células endoteliales que constituye el revestimiento interior de los vasos sanguíneos y del sistema linfático y se encuentra en contacto directo con la sangre, la linfa y las células circulantes (Félétou, 2011). Se sitúa entre la sangre circulante y las túnicas media y adventicia de los vasos sanguíneos y, estas células, responden a los cambios en el flujo, el estiramiento, el estímulo de las diversas sustancias circulantes y los mediadores inflamatorios, además de secretar reguladores del crecimiento y sustancias vasoactivas, entre las que se encuentran prostaglandinas, tromboxanos, óxido nítrico y endotelinas (Ganong, 2016). Las células endoteliales controlan el tono vascular y el flujo sanguíneo mediante la síntesis y liberación de factores relajantes y de contracción (Félétou, 2011). Entre las sustancias vasodilatadoras se encuentran: • La prostaciclina se genera en las células endoteliales a partir del ácido araquidónico, mediante la vía de la ciclooxigenasa, inhibe la agregación plaquetaria y fomenta la vasodilatación (Ganong, 2016) a través de un receptor que se encuentra en el MLV, llamado IP, cuya activación produce el aumento de la concentración intracelular de AMPc (Moncada et al., 1976), lo que activa canales de K+ rectificadores retrasados y canales de K+ sensibles a ATP (Hecker, 2000), generando relajación de las fibras musculares. • El óxido nítrico (NO), es un gas con una potente acción vasodilatadora que inicialmente fue llamado factor de relajación derivado de endotelio. Se sintetiza a través de la arginina mediante la actuación de la enzima óxido nítrico sintasa (NOS) (Ganong, 2016). Su síntesis está sujeta a diferentes estímulos, como la acetilcolina, que mediante su unión al receptor muscarínico de tipo M3 promueve la formación de inositol trifosfato (IP3), por el que se libera Ca2+ desde el retículo sarcoplásmico, aumentando la concentración de calcio en el citosol. Esto produce la formación del complejo Ca2+- calmodulina que estimula la NOS y, por tanto, la formación de NO (Berridge, 2008). Esta sustancia difunde a las células del músculo liso, donde activa la guanilil ciclasa, generando 3,5-monofosfato de guanosina cíclico (cGMP), que media la relajación del MLV (Ganong, 2016). Es te tr ab aj o tie ne u na fi na lid ad d oc en te . L a Fa cu lta d de F ar m ac ia n o se h ac e re sp on sa bl e de la in fo rm ac ió n co nt en id a en e l m is m o. - 4 - • El Factor hiperpolarizante derivado de endotelio (EDHF) fue descubierto gracias a un estudio en el que se comprobó que al bloquear la COX y la NOS había una sustancia que seguía produciendo relajación del MLV. Actualmente no se conoce su identidad y se han postulado diferentes sustancias difusibles que causan hiperpolarización del MLV. Entre estos factores se encuentran el ácido epoxieicosatrienoico, productos de la lipooxigenasa, el NO, el peróxido de hidrógeno y los canales KCa (Grgic et al., 2009) cuya apertura causa la hiperpolarización del MLV, generando la respuesta vasodilatadora de tipo EDH. La apertura de los canales KCa endoteliales provoca la hiperpolarización del endotelio y, mediante un acoplamiento directo entre el endotelio y el MLV, esta hiperpolarización pasa a través de las uniones gap mioendoteliales (Sandow et al., 2002) al MLV subyacente. Esto produce la activación de los canales KCa localizados en el MLV, lo que genera la salida de K+ de la célula del MLV, produciendo hiperpolarización y el cierre de los canales de Ca2+dependientes de voltaje, lo que reduce la concentración de calcio para finalmente producir vasodilatación (Félétou, 2009). Finalmente, las tres sustancias van a producir la relajación del MLV mediante la reducción de la concentración de Ca2+ en las células de este tejido, ya que producen la terminación de la entrada de Ca2+ extracelular y de la liberación de Ca2+ desde el retículo sarcoplásmico generando vasodilatación (Del Valle et al., 2003). Las células musculares lisas se contraen mediante un sistema de actina-miosina y, a diferencia del músculo estriado, la regulación de la contracción por Ca2+ se debe sobre todo a reacciones de fosforilación y desfosforilación (Ganong, 2016). Por otra parte, entre las sustancias vasoconstrictoras tenemos: • La endotelina-1 es producida por las células endoteliales y es uno de los vasoconstrictores más potentes que se conocen, ya que actúa como regulador paracrino del tono vascular. Se secreta en forma de prohormona que debe romperse para generar la endotelina-1 (Ganong, 2016), que aparece aumentado cuando existe una lesión en el endotelio (Guyton & Hall, 2016). • El tromboxano A2 (TXA2), al igual que la prostaciclina, se forma a partir del ácido araquidónico, a través de la vía de la ciclooxigenasa en diferentes lugares como son el músculo, el endotelio y las plaquetas. Este compuesto favorece la agregación plaquetaria localizada y la vasoconstricción (Ganong, 2016). Es te tr ab aj o tie ne u na fi na lid ad d oc en te . L a Fa cu lta d de F ar m ac ia n o se h ac e re sp on sa bl e de la in fo rm ac ió n co nt en id a en e l m is m o. - 5 - Figura 1: Efecto de los factores derivados de endotelio en el MLV. Fuente: Fernández- Tresguerres J.A. Fisiología humana, 4e. Un endotelio sano es un órgano paracrino, autocrino y endocrino que juega un papel principal en la homeostasis secretando activamente varias sustancias trópicas y vasoactivas que afectan la vasomoción, la proliferación celular y el crecimiento del endotelio y del MLV, las interacciones entre el endotelio y los leucocitos, la adhesión plaquetaria, la coagulación, la inflamación y la permeabilidad (Vanhoutte et al., 2009), permitiendo así la adaptación del endotelio a numerosos estímulos, entre los que se incluyen el estrés mecánico, metabólico y oxidativo, la inflamación y la hipoxia. Debido a la situación anatómica del endotelio, este es el primer tejido con el que se encuentran las moléculas liberadas en el sistema vascular, por lo que se encuentra expuesto en mayor medida a las alteraciones en la concentración y/o composición de distintos factores circulantes que pueden modificar la función endotelial fisiológica. Un individuo puede presentar distintos factores de riesgo que le lleven a la disfunción endotelial, como son la obesidad, la hipercolesterolemia o la resistencia a la insulina. La disfunción endotelial representa un fenotipo endotelial mal adaptado que se caracteriza por una vasodilatación, angiogénesis y función barrera dañadas, así como una elevación de la expresión de factores proinflamatorios y protrombóticos secundaria a la pérdida de actividad del NO. Además de esta pérdida de actividad del NO, se cree que la disfunción endotelial podría también estar relacionada en algunas patologías con alteraciones en el sistema EDHF (Félétou, 2011). Es te tr ab aj o tie ne u na fi na lid ad d oc en te . L a Fa cu lta d de F ar m ac ia n o se h ac e re sp on sa bl e de la in fo rm ac ió n co nt en id a en e l m is m o. - 6 - 2.2.Canales de potasio Los canales de potasio se encuentran regulando el potencial de membrana y el tono vascular, lo que condiciona el flujo sanguíneo (Félétou, 2011). En el MLV su apertura está producida por los factores relajantes derivados de endotelio y la apertura de estos canales produce la hiperpolarización de las células del MLV, cerrando los canales de calcio voltaje dependientes, por lo que se produce la finalización de la entrada de los iones calcio y su salida del retículo sarcoplásmico, generando un descenso en la concentración de calcio e induciendo vasodilatación (Del Valle et al., 2003); mientras que en el endotelio estos canales generan la respuesta vasodilatadora tipo EDH. Hay diversos tipos de canales de potasio expresados en las células endoteliales y en el MLV, y su apertura produce hiperpolarización. En la pared vascular se han identificado cinco familias de canales de potasio: • Canales de K activados por calcio (KCa) • Canales de K rectificadores internos (KIR) • Canales de K sensibles a ATP (KATP) • Canales de K dependientes de voltaje (Kv) • Canales de K de dominio poro en tándem (K2P) Figura 2: Familias de canales de potasio. Fuente: The Endothelium: Part 1: Multiple Functions of the Endothelial Cells. Es te tr ab aj o tie ne u na fi na lid ad d oc en te . L a Fa cu lta d de F ar m ac ia n o se h ac e re sp on sa bl e de la in fo rm ac ió n co nt en id a en e l m is m o. - 7 - Centrándonos en los canales de K activados por calcio (KCa), éstos están formados por cuatro subunidades alfa, cada una de ellas formada por 6 ó 7 dominios de membrana hallándose el poro entre los dominios de membrana S5 y S6 (Neylon et al., 1999). Existen diferentes clases de canales de potasio activados por calcio, dentro de los cuales diferenciamos tres tipos principales: alta (BKCa), media (IKCa) y baja conductancia (SKCa). Canales SKCa y IKCa: Este grupo comprende los tipos KCa 2.1, KCa 2.2 y KCa 2.3, de baja conductancia, mientras que el grupo de media conductancia corresponde a los canales KCa 3.1 (Félétou, 2009). En cuanto a su estructura la familia de canales KCa 2/3, en el dominio de membrana S4 contiene menos dominios cargados que los canales de K dependientes de voltaje, lo que produce una falta de dependencia de voltaje para esta familia, que hace posible que éstos se abran cuando el potencial de membrana es negativo y puedan mantener la hiperpolarización y llegar a valores cercanos al potencial de reposo de -89mV (Wulff & Köhler, 2013). Esta familia de canales se liga al Ca2+ mediante dominio sensible a Ca2+ unido a calmodulina, de manera que su unión al calcio produce la apertura del canal (Wulff et al., 2007). Con respecto a su distribución tisular, los canales KCa 2.3 y KCa 3.1 tienen una localización muy diferente y variada en todo el organismo, aunque en el endotelio vascular se expresan ambos tipos (Bychkov et al., 2002) y en el MLV los KCa 3.1. Aparentemente participan en diferentes vías de señalización y se encuentran en diferentes lugares dentro del tejido. Los canales de tipo KCa 3.1 se encuentran generalmente en las proyecciones de la célula endotelial atravesando la membrana interna elástica y son activados por calcio liberado del retículo endoplasmático en respuesta a la estimulación por los receptores muscarínicos de acetilcolina así como por otros receptores (Climent et al., 2014). En cambio, el tipo KCa 2.3 se encuentra en las uniones interendoteliales y en las caveolas junto con los canales TRP (Receptores de potencial transitorio) y con los canales KIR (Saliez et al., 2008). En este lugar pueden sentir los incrementos de calcio producidos por la deformación mecánica que producen las fuerzas de rozamiento de la sangre sobre la superficie del endotelio vascular (“shear stress”) (Brahler et al., 2009), amplificando la hiperpolarización derivada de endotelio aliviando el bloqueo endógeno de los canales de K rectificadores internos (Weston et al., 2010) impidiendo, por tanto, la repolarización de la célula. KCa 3.1 y 2.3 forman parte de diferentes vías de señalización respondiendo a diferentes estímulos, la activación de cada canal inicia la hiperpolarización y genera la respuesta Es te tr ab aj o tie ne u na fi na lid ad d oc en te . L a Fa cu lta d de F ar m ac ia n o se h ac e re sp on sa bl e de la in fo rm ac ió n co nt en id a en e l m is m o. - 8 - vasodilatadora mediada por hiperpolarización (EDH), en la que la hiperpolarización endotelial se extiende a la capa de células del MLV subyacente, cierra los canales de calcio dependientes de voltaje y produce finalmente relajación y vasodilatación (Kohler et al., 2010). Además de participar en la respuesta vasodilatadora tipo EDH, la activación de los SKCa e IKCa endoteliales contribuyen también a la generación de NO. Esto se produce debido a que estos canales producen hiperpolarización de la célula endotelial, lo que induce una entrada de calcio a través de canales de Ca2+ voltaje-independientes. Este ión se une a la NOS a través de la calmodulina, lo que produce su activación y, por tanto, induce la síntesis de NO a través de esta enzima (Stankevicius et al., 2006; Sheng and Braun, 2007). Canales BKCa; Los canales KCa de larga conductancia son conocidos como BKCa o Maxi-K y engloba el grupo de canales KCa 1.1, KCa 4.1, KCa 4.2, KCa 5.1. que intervienen en una gran cantidad de funciones celulares que van desde la excitación neuronal a la regulación del tono del músculo liso uterino, gastrointestinal, vascular y urinario (Large et al., 2015). La activación de este canal es dependiente de Ca2+ y de voltaje (Sandow et al., 2009). Su sensibilidad al calcio no está relacionada con su unión a la calmodulina ya que éstos se unen al calcio de manera directa a través de la subunidad β, a diferencia de los SKCa e IKCa (Heike & Köhler, 2013). La expresión del canal BKCa está principalmente restringida a las MLV, sin embargo también se han descrito la presencia de estos canales en el endotelio de la arteria coronaria y renal del cerdo así como en células endoteliales de diferentes lechos vasculares en algunos estados patológicos. Atendiendo a su estructura, el canal BKCa está formado por dos subunidades diferentes: una subunidad α formadora de poro y una subunidad β auxiliar, que puede afectar a la cinética y a las propiedades farmacológicas del canal ya que es la que regula la sensibilidad al calcio del canal (Sandow et al., 2009). Se encuentran en grupos de 20-100 unidades y son activados por corrientes de calcio que se producen debido a la salida de este ión del retículo sarcoplásmico por la apertura de un grupo de receptores de rianodina (RyRs) (Félétou, 2009). Esta salida de calcio se conoce como “Ca2+ sparks”, e induce la activación de los canales BKCa, permitiendo la salida de K+, generando lo que se conoce con el nombre de corrientes espontáneas de salida transitorias conocidas como “spontaneous transient outward currents” (STOCs) (Benham and Bolton, 1986). Al generarse estas corrientes de potasio, se produce la hiperpolarización de la célula del MLV, lo que induce vasodilatación. Los STOCs proporcionan un mecanismo para la relajación del MLV, sirviendo de freno frente a los incrementos de contracción (Félétou, 2009) ya que actúan llevando el potencial de membrana hacia valores negativos y cerrando los canales Es te tr ab aj o tie ne u na fi na lid ad d oc en te . L a Fa cu lta d de F ar m ac ia n o se h ac e re sp on sa bl e de la in fo rm ac ió n co nt en id a en e l m is m o. - 9 - de calcio tipo L que suministran el calcio para iniciar la contracción (ZhuGe et al., 2002), lo que impide la contracción del MLV. Los diferentes factores vasoactivos van a llevar a cabo su función vasodilatadora mediante la activación de estos canales. Factores relajantes derivados del endotelio: • Óxido nítrico (NO): Activa al canal BKCa mediante una fosforilación dependiente de una proteín quinasa G o de manera directa sin la necesidad de que actúe en ella el cGMP. Además, previene la formación de un inhibidor endógeno de estos canales, el ácido 20- Hidroxieicosatetranoico (20-HETE). • Ácidos epoxieicosatrienoicos (EETs): Promueve la fosforilación y activación de la subunidad Slo1α activando por tanto al canal. También genera CO, y éste activa el canal TRP provocando la entrada de calcio, que a su vez activa al canal BKCa, induciendo STOCs. • Peróxido de hidrógeno (H2O2): Relacionado con las relajaciones dependientes de endotelio en respuesta a los agonistas o al flujo y su activación compensa la disminución de la producción de NO. Es capaz de activar BKCa directamente o a través de la estimulación por parte de la guanilil ciclasa. Factores contráctiles derivados del endotelio: Dentro de este grupo se encuentran diversos factores que inhiben a los canales BKCa como son la endotelina 1, la activación del receptor de tromboxanos/endoperóxidos, algunas especies reactivas de oxígeno (ROS) como el peroxinitrito (ONOO-) y el Ácido 20- Hidroxieicosatetranoico (20-HETE). Este último, además de inhibir los canales BKCa, activa los canales de calcio dependientes de voltaje, por lo que despolariza y contrae el MLV. Además, la sobreexpresión del citocromo P450 4A contribuye a la contracción del MLV de manera indirecta, ya que aumenta la producción de 20-HETE y contribuye a la aparición de hipertensión y a la disfunción endotelial (Félétou, 2009). 2.3.Disfunción endotelial La disfunción endotelial es un estado patológico que se caracteriza por una reducción de la vasodilatación dependiente de endotelio mediada por agonistas selectivos (bradiquinina o acetilcolina) o por el aumento del flujo sanguíneo (Schachinger et al., 2000). Asimismo, en la Es te tr ab aj o tie ne u na fi na lid ad d oc en te . L a Fa cu lta d de F ar m ac ia n o se h ac e re sp on sa bl e de la in fo rm ac ió n co nt en id a en e l m is m o. - 10 - disfunción endotelial, se produce trombosis, aterotrombosis, trombosis arterial, trombosis venosa, coagulación intravascular y la microangiopatía trombótica (Félétou, 2011). La disfunción endotelial, con su característica disminución de la vasodilatación dependiente de endotelio, es un factor de riesgo cardiovascular clásico y es un evento inicial común en patologías como la hipertensión, la hipercolesterolemia, la diabetes, el tabaco, la edad y la ateroesclerosis e inflamación (Climent et al., 2014). Entre los aspectos que se producen tenemos un descenso en la biodisponibilidad el NO, alteraciones en las respuestas mediadas por EDHF y/o el aumento de la producción de factores vasoconstrictores derivados de endotelio (Félétou, 2009). Los canales de potasio SKCa e IKCa están involucrados en la respuesta vasodilatadora tipo EDH, por lo que la activación de los canales KCa endoteliales podría prevenir la aparición de la disfunción endotelial, así como la activación de los canales BKCa, ya que al encontrarse en el MLV pueden compensar la pérdida de funciones del endotelio y de biodisponibilidad de NO (Stankevicius et al., 2008), impidiendo una mayor contracción de las células del MLV. Los activadores directos de los canales SKCa e IKCa o compuestos que regulen su actividad o su expresión pueden ser de interés terapéutico, por el contrario, los bloqueantes de los canales IKCa pueden prevenir la reestenosis, ya que la actividad de este canal se encuentra aumentada en las células en crecimiento del MLV (Neylon et al., 1999) y los bloqueantes de BKCa pueden prevenir la hipotensión dependiente de la sepsis (Zhao et al., 2007). 3. OBJETIVOS El objetivo de este trabajo es hacer una revisión bibliográfica sobre el estado actual del papel de los canales de potasio activados por calcio en las diferentes patologías cardiovasculares, en concreto, la obesidad, la diabetes, la hipertensión y la hipercolesterolemia, así como estudiar las posibilidades que nos ofrecen estos canales en el tratamiento de dichas patologías. 4. METODOLOGÍA Se ha realizado una revisión bibliográfica descriptiva en bases de datos como Pubmed. Además, se utilizó como consulta los libros Berne y Levy 6ª edición, Ganong 25ª edición y Guyton & Hall 13ª edición. Es te tr ab aj o tie ne u na fi na lid ad d oc en te . L a Fa cu lta d de F ar m ac ia n o se h ac e re sp on sa bl e de la in fo rm ac ió n co nt en id a en e l m is m o. - 11 - 5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 5.1.Obesidad La obesidad es un desorden metabólico y un factor de riesgo para el desarrollo de resistencia a la insulina, el síndrome metabólico y la diabetes de tipo 2, caracterizado por la disfunción endotelial, que disminuye la biodisponibilidad de NO, siendo esto probablemente provocado por el aumento en la formación de ROS (Climent et al., 2014). La biodisponibilidad de NO comprometida unida al estrés oxidativo es una de las principales causas de la disfunción endotelial en la obesidad. El tejido adiposo inflamado, unido a la hipoxia, secreta grandes cantidades de ROS y de adipoquinas que deterioran las vías de señalización del NO (Virdis et al., 2011). Además, en la obesidad también se produce una producción y actividad anormal de la endotelina-1, lo que sería propio de la disfunción endotelial asociada a este desorden (Nacci et al., 2004). En relación a esto encontramos estudios en los que se han empleado modelos animales de obesidad obtenidos a través de dietas con alto contenido en grasas que han demostrado la existencia de una correlación entre la cantidad de tejido adiposo visceral y la vasodilatación inducida por el flujo sanguíneo (Schjørring et al., 2012), siendo ésta menor cuanto mayor tejido adiposo visceral presenta el individuo. Además se ha visto una disminución de la perfusión en respuesta al ejercicio en individuos con obesidad (Karpoff et al., 2014). Centrándonos en los canales de potasio activados por calcio, la obesidad afecta a estos canales en diferente medida según su tipo. En primer lugar, con respecto a los canales de potasio activados por calcio de baja y media conductancia, se ha visto que los canales KCa 3.1 y 2.3 parecen ser menos sensibles a la producción de ROS inducida por la obesidad y la relajación tipo EDH parece mantener su actividad en fases tempranas de la enfermedad (Wölfle & De Wit, 2005). Sin embargo, a medida que la enfermedad avanza, se puede producir el aumento de las ROS y/o la aparición de ROS de diferente naturaleza, lo que produciría, ahora sí, la inhibición de los canales KCa 3.1 y 2.3 viéndose afectada la vasodilatación tipo EDH (Ellis et al., 2008). En segundo lugar, estudiando los canales BKCa, los resultados obtenidos en diversos estudios evidencian que los mecanismos subyacentes de la inhibición de BKCa en la obesidad no están claros, debido a que hay estudios en los que la contribución de los BKCa al tono vascular y la vasodilatación dependiente de endotelio se ha visto disminuida en algunos lechos vasculares (Climent et al, 2014) y otros estudios resultan contradictorios, como el realizado por Feher y Es te tr ab aj o tie ne u na fi na lid ad d oc en te . L a Fa cu lta d de F ar m ac ia n o se h ac e re sp on sa bl e de la in fo rm ac ió n co nt en id a en e l m is m o. - 12 - colaboradores en 2010, en el que se indica un incremento en la contribución del canal BKCa a la vasodilatación dependiente de endotelio en las arterias coronarias. Se ha descrito en modelos animales de obesidad así como en diabetes e hipertensión, que una disminución de la sensibilidad del canal al voltaje y al ión calcio como consecuencia de la regulación a la baja en la subunidad β1 en la obesidad puede ser la responsable de la pérdida de actividad de BKCa. Además, el incremento de la producción de las ROS en la obesidad puede representar también un mecanismo subyacente para la disminución de la función del canal BKCa descrito en algunos lechos vasculares. Por otra parte, la adiponectina y los estrógenos son conocidos por activar los canales BKCa en condiciones fisiológicas, por lo que, los niveles disminuidos de ambas sustancias en la obesidad podrían explicar el descenso en la activación de BKCa. 5.2.Diabetes La diabetes es una enfermedad crónica que aparece cuando el páncreas no es capaz de generar insulina o el cuerpo no puede hacer un uso adecuado de la insulina que produce. Dentro de la diabetes mellitus encontramos dos tipos diferenciados. La diabetes tipo 1 se caracteriza por desarrollarse generalmente en la infancia y se debe a un ataque del sistema inmunitario a las células β del páncreas encargadas de secretar la insulina, por lo que éstos individuos no son capaces de producir dicha hormona. En cambio, la diabetes de tipo 2 aparece a lo largo de la vida del individuo y se caracteriza por una resistencia a la insulina y una deficiencia relativa de esta hormona, aunque esto va a depender del momento en el que se diagnostique la enfermedad. Mientras que los diabéticos tipo 1 necesitan la administración de insulina para poder realizar el aprovechamiento de la glucosa, los diabéticos de tipo 2 pueden no necesitar dicha administración, siendo suficiente el empleo de antidiabéticos orales. La resistencia a la insulina es una disminución de las acciones metabólicas de la insulina y una reducción del aprovechamiento de la glucosa por diferentes tejidos y es característica de los diabéticos de tipo 2 y se encuentra muy relacionada con la obesidad. Esto se debe a que la obesidad visceral es una de las principales causas de resistencia a la insulina, y la disfunción endotelial en los individuos obesos y en los modelos animales de obesidad está influenciada por el estado de la resistencia a la insulina, independientemente de la disglucemia (Perticone et al., 2001), y mediada por una liberación disminuida de NO estimulada por la insulina (Steinberg et al., 1996). En cuanto a la relación de la patología con los canales KCa, la diabetes está caracterizada por el aumento del estrés oxidativo, lo que produce un aumento de las ROS en la pared vascular y, Es te tr ab aj o tie ne u na fi na lid ad d oc en te . L a Fa cu lta d de F ar m ac ia n o se h ac e re sp on sa bl e de la in fo rm ac ió n co nt en id a en e l m is m o. - 13 - debido a ello, un descenso en la biodisponibilidad de NO y un aumento en la activación de los canales BKCa (Sobey, 2001). 5.3.Hipertensión La hipertensión es un trastorno en el que se produce una elevación de la presión arterial por encima de 140 mm Hg para la presión sistólica y 90 mm Hg para la presión diastólica. Es un trastorno silencioso, ya que la mayoría de los pacientes que la padecen no presentan síntomas, pero puede dar lugar a eventos cardiovasculares y problemas renales, así como puede verse agravada por otros factores que aumenten la probabilidad de sufrir dichos eventos. La hipertensión, per se, no produce una depresión consistente de la respuesta vasodilatadora tipo EDH (Félétou, 2009). Esta patología induce cambios secundarios en las funciones de los canales iónicos del endotelio en modelos murinos de hipertensión. Las fuerzas hemodinámicas alteradas de la hipertensión incrementan la densidad de los canales de potasio endoteliales, de manera que produce un aumento de la hiperpolarización de la membrana celular (Hoyer et al., 1996). La respuesta frente al estrés mecánico puede incrementar la producción de mediadores vasodilatadores, lo que representa un mecanismo adaptativo importante para la protección de la pared de los vasos en la hipertensión, así como el incremento de la actividad de los canales BKCa en las células del MLV puede ser un mecanismo compensador frente al incremento del tono vascular en la hipertensión, ya que estos cambios en la función de los canales de potasio vuelven a la normalidad si la hipertensión es revertida a través del tratamiento (Ohya et al., 2000).. Existen evidencias acerca del funcionamiento anormal de los cuatro principales tipos de canales de potasio cuando un paciente sufre hipertensión. Los canales de larga conductancia (BKCa) juegan un papel muy importante en esta patología, ya que los inhibidores farmacológicos de estos canales producen un aumento de la despolarización y de la contracción en las arterias de animales hipertensos. Esto se produce de una manera similar en vasos de diversas regiones anatómicas que incluye la aorta, la arteria carótida y los lechos mesentérico, femoral y cerebral. Por otra parte, el aumento de la función de los canales BKCa también puede ser debido a un aumento de la presión arterial ya que estos canales generan un mecanismo de retroalimentación negativa que ayuda a restringir el incremento de la presión arterial y del tono vascular, como un mecanismo que actúa para limitar la vasoconstricción inducida por la presión y para preservar el flujo sanguíneo local (Sobey, 2001). Es te tr ab aj o tie ne u na fi na lid ad d oc en te . L a Fa cu lta d de F ar m ac ia n o se h ac e re sp on sa bl e de la in fo rm ac ió n co nt en id a en e l m is m o. - 14 - 5.4.Hipercolesterolemia y arterioesclerosis La hipercolesterolemia se caracteriza por un aumento del colesterol en sangre por encima de los niveles que se consideran normales y la arterioesclerosis supone la formación de placa en las arterias. La disfunción vascular se produce en la hipercolesterolemia y en la arterioesclerosis. Esta enfermedad está relacionada con la disfunción endotelial y con una acción disminuida del NO derivado de endotelio, por lo que las arterias pueden exhibir un incremento del tono vascular bajo condiciones basales. Con respecto a los canales de potasio, los canales BKCa también podrían jugar un papel importante en el desarrollo de arterioesclerosis, ya que hay estudios en los que se ha visto una implicación de estos canales en las respuestas vasodilatadoras en la arteria carótida de conejos con niveles elevados de colesterol (Najibi et al., 1994). En este caso, vieron que la magnitud de la relajación dependiente de endotelio permanecía inalterada, pero sólo las relajaciones de las arterias de los animales hipercolesterolémicos fueron sensibles a la caribdotoxina, bloqueante de los canales BKCa, concluyendo, por tanto, que se producía el aumento de un componente EDHF compensador durante la disminución de la producción de NO que se produce en la hipercolesterolemia. Estudios sucesivos realizados por estos investigadores revelaron que el mecanismo de la respuesta vasorrelajante al NO exógeno aparece como sensible a la caribdotoxina a pesar de un fallo en la producción de GMP cíclico tras la alimentación con colesterol, sugiriendo que el papel funcional de los canales BKCa en el músculo vascular está incrementado en la hipercolesterolemia. Esto se explica debido a que hay un bajo nivel de actividad de los canales BKCa, por lo tanto, una mayor disponibilidad de los mismos para su apertura bajo condiciones en las que hay una actividad disminuida del NO derivado de endotelio. La actividad de los canales BKCa es significativamente mayor en las células del músculo liso de las placas de ateroesclerosis coronaria humanas que en las células del músculo liso, lo que sugiere que los canales de potasio BKCa juegan un papel deletéreo en el desarrollo de la ateroesclerosis (Sobey, 2000). 5.5.Tratamiento Los canales de potasio activados por calcio, como hemos visto anteriormente, están implicados en diferentes patologías cardiovasculares. Debido a esto, podrían ser dianas en el tratamiento de dichas enfermedades, lo que nos permitiría el desarrollo de diferentes compuestos con utilidad terapéutica. Es te tr ab aj o tie ne u na fi na lid ad d oc en te . L a Fa cu lta d de F ar m ac ia n o se h ac e re sp on sa bl e de la in fo rm ac ió n co nt en id a en e l m is m o. - 15 - En primer lugar comenzaremos con los canales de media y baja conductancia. KCa3.1 y KCa2.3 que están disponibles como dianas terapéuticas para fármacos frente a la hipertensión. Estos fármacos podrían ser una alternativa frente a los antagonistas de los canales de calcio y donadores de NO que actúan directamente en el músculo liso (Wulf & Köhler, 2013). Además, debido al importante papel de los canales KCa2/3 en la vasodilatación tipo EDH, el desarrollo de los activadores de este tipo de canales podría ser interesante para el tratamiento de la disfunción endotelial en obesidad, diabetes y enfermedades cardiovasculares (Stapleton et al., 2008). Hay que tener en cuenta que estos canales se encuentran ampliamente distribuidos en el organismo, ya que, además de en el sistema cardiovascular, también se expresan en el sistema nervioso central, en las neuronas dopaminérgicas de la sustancia nigra o en las células de Purkinje del cerebelo y están implicadas en el desarrollo de enfermedades neuronales así, como también en procesos de proliferación y migración celular. Por esto, es importante que los nuevos activadores/moduladores de los KCa2/3 sean específicos de tejido para evitar los efectos adversos que pudieran tener sobre otros tejidos (Wulf & Köhler, 2013). Como hemos dicho anteriormente, resulta interesante el empleo de activadores de estos canales y dentro de estos compuestos encontramos: EBIO, NS309, SKA-31. Son activadores de los canales KCa2/3, por lo que no son selectivos. En los estudios in vivo en ratones se ha empleado el SKA-31 (Sankaranarayanan et al., 2008), en cambio, NS309 no puede ser empleado bajo estas condiciones porque tiene una semivida corta (Strobaek et al., 2004). Se cree que el SKA- 31 produce la apertura del canal KCa3.1 preferentemente en células de endotelio murinas y potencia las respuestas vasodilatadoras inducidas por acetilcolina en la arteria carótida de ratones. Estos efectos están ausentes en ratones que carecían de este canal, sugiriendo la posible selectividad del compuesto por el canal KCa3.1 (Sankaranarayanan et al., 2008). El efecto hipotensor de este compuesto ha sido documentado en ratones con hipertensión inducida por angiotensina II (Sankaranarayanan et al., 2008) o en ratones transgénicos que expresan angiotensina y renina humanas (Waeckel et al., 2012). Además se ha visto que el SKA-31 es activo en grandes mamíferos con una frecuencia cardiaca y presión sanguínea similar a los humanos, como son perros (Damkjaer et al., 2012) y, por lo tanto, podría ser empleado en el tratamiento de la disfunción endotelial y otras patologías cardiovasculares en humanos. Su empleo en terapéutica se encuentra en desarrollo debido a que han surgido diversas discrepancias en su uso que deben ser corregidas en el futuro. Atendiendo a estas discrepancias, en primer lugar no se conoce si el estímulo continuo de los canales KCa2/3 podría acabar produciendo una desensibilización y una modulación “feed-back” de la sensibilidad del Ca2+ y Es te tr ab aj o tie ne u na fi na lid ad d oc en te . L a Fa cu lta d de F ar m ac ia n o se h ac e re sp on sa bl e de la in fo rm ac ió n co nt en id a en e l m is m o. - 16 - de la actividad del canal y/o una reducción de la expresión del canal. Por otra parte, puede aparecer sedación y un posible desacoplamiento del aprendizaje y la memoria debido a la activación de los canales KCa2.3 neuronales. Este problema puede ser evitado mediante el desarrollo de activadores selectivos KCa3.1 o activadores mixtos KCa3.1/2.3 que no penetren la barrera hematoencefálica, de manera que no afecten a los canales situados en el sistema nervioso central. Otro inconveniente sería que los activadores de KCa2.3 pueden inducir efectos adversos cardiacos provocando el bloqueo de la transmisión aurículo-ventricular o disminuyendo la frecuencia cardiaca a través de la prolongación de los potenciales de acción auriculares y/o ventriculares (Wulf & Köhler, 2013). Parece que los activadores de los canales KCa3.1/KCa2.3 producen efectos específicos de la especie animal empleada en el estudio que pueden ser contradictorios y, probablemente estos datos opuestos estén relacionados con las diferencias en los ritmos cardiacos de ratones y perros y los diferentes mecanismos reguladores del sistema cardiovascular en estas especies. En parte, en ratones sin KCa3.1 se ha visto que producen bradicardia (Sankaranarayanan et al., 2008) y, por el contrario, en perros pueden producir taquicardia refleja (Damkjaer et al., 2012). Por otra parte, la función vasodilatadora del endotelio puede estar comprometida en pacientes con hipertensión esencial, la obesidad o la diabetes y, presumiblemente, en desórdenes neurodegenerativos como la enfermedad de Alzheimer, los canales endoteliales pueden no estar suficientemente disponibles para actuar como dianas debido a los cambios que producen las diferentes enfermedades o su activación no sea suficientemente efectiva. Por último, es posible que los activadores KCa3.1 puedan estimular algunas funciones de las células del sistema inmune como la migración, proliferación, la producción de citoquinas o ROS y, por ello, exacerbar la inflamación (Wulf & Köhler, 2013), de ahí que su bloqueo mejore la reestenosis, ya que este canal se encuentra involucrado en la proliferación del músculo liso vascular (Köhler et al., 2003). Los activadores de KCa, especialmente aquellos que son selectivos de KCa3.1 o mixtos KCa3.1/2.3 que no penetran en el cerebro, pueden tener potencial terapéutico para aplicaciones a largo plazo como la hipertensión intraquirúrgica, vasoespasmo agudo o aplicación local tras la implantación de un stent. Una aplicación interesante que podrían tener estos compuestos sería la preservación de la función endotelial en grandes órganos vasculares como corazones o riñones o en injertos de vasos durante el almacenamiento y el transplante. Para este uso, los activadores KCa3.1 y KCa2.3 podrían ser incluidos en la solución cardioplégica. Los activadores de KCa3.1 pueden ser más útiles para la terapia de combinación en situaciones donde existan Es te tr ab aj o tie ne u na fi na lid ad d oc en te . L a Fa cu lta d de F ar m ac ia n o se h ac e re sp on sa bl e de la in fo rm ac ió n co nt en id a en e l m is m o. - 17 - antihipertensivos que no son suficientemente efectivos o cuando es necesario aumentar el flujo sanguíneo en la microcirculación, ya que la contribución de la respuesta tipo EDH a la vasodilatación es mayor cuanto menor es el diámetro de los vasos sanguíneos, y la microcirculación se ve más afectada que los vasos de conductancia por el daño que producen las diferentes patologías (Wulf & Köhler, 2013). En segundo lugar, los canales BKCa también tendrían utilidad terapéutica ya que se encuentran aumentados en la diabetes como un mecanismo de defensa, en la hipertensión y en la hipercolesterolemia. Los inhibidores de estos canales serían útiles para el tratamiento del estado hipotensor relacionado con el shock, pero centrándonos en el tema tratado, serían más útiles los activadores de estos canales, ya que serían una buena opción para el tratamiento de la hipertensión. Los compuestos sintéticos NS11021 y NS1619 abren los canales BKCa pero su utilidad es limitada debido a su escasa potencia e insuficiente selectividad (Gribkoff et al., 2001; Nardi & Olesen, 2008) . Además se encuentra en estudio BMS-204352, una sustancia que produce la apertura del canal BKCa y su estudio está avanzado para su uso en la neutroprotección en pacientes infartados aunque ha fallado en mostrar una mayor eficacia en pacientes comparado con el placebo en estudios en fase III. Este compuesto es un activador de los canales BKCa neuronales, de manera que disminuye la excitabilidad neuronal que se produce en el infarto cerebral y, de esta forma, protege al cerebro de la isquemia y del daño irreversible (Jensen, 2002). 6. CONCLUSIONES Los canales de potasio activados por calcio son importantes mediadores de la vasodilatación dependiente de endotelio, así como reguladores del tono basal a través de diferentes mecanismos. Debido a esto se encuentran implicados en las patologías vistas anteriormente, aumentando su presencia en algunos casos a modo de mecanismo de compensación para evitar los efectos nocivos de la enfermedad. Como consecuencia, los canales KCa serían de gran utilidad como dianas para el desarrollo de compuestos que activasen su función, ya que en las patologías en las que se produce un descenso de la vasodilatación mediada por NO y prostaciclina, tendrían una especial importancia, incrementando la respuesta EDH y, de este modo, pudiendo compensar el deterioro de las vías de síntesis de NO y prostaciclina, manteniendo la vasodilatación. Es te tr ab aj o tie ne u na fi na lid ad d oc en te . L a Fa cu lta d de F ar m ac ia n o se h ac e re sp on sa bl e de la in fo rm ac ió n co nt en id a en e l m is m o. - 18 - Actualmente, estas terapias se encuentran en desarrollo debido a la gran cantidad de efectos adversos que presentan al encontrarse estos canales ampliamente distribuidos en el organismo. Sin embargo, una vez superados dichos inconvenientes, podrían suponer una gran alternativa para el tratamiento de los desórdenes cardiovasculares que generan estas enfermedades, evitando de esta manera, la progresión de las mismas, minimizando sus efectos y evitando complicaciones. Es te tr ab aj o tie ne u na fi na lid ad d oc en te . L a Fa cu lta d de F ar m ac ia n o se h ac e re sp on sa bl e de la in fo rm ac ió n co nt en id a en e l m is m o. - 19 - 7. BIBLIOGRAFÍA Baker EH. Ion channels and the control of blood pressure. British Journal of Clinical Pharmacology. 2000;49(3):185-198. Barrett, K. E. Ganong fisiología médica 26ª Ed. McGraw Hill, España. 2016. Benham C., Bolton T. Spontaneous transient outward currents in single visceral and vascular smooth muscle cells of the rabbit. The Journal of Physiology. 1986; 381 Berridge, M. J., Smooth muscle cell calcium activation mechanisms. The Journal of Physiology, 2008, 586: 5047–5061. 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