Dr. Josep Maria Argilés Huguet Facultat de Biologia

ESTUDI DELS MECANISMES MOLECULARS
RESPONSABLES DEL DESGAST MUSCULAR DELS
PACIENTS AMB MPOC: IMPLICACIONS
TERAPÈUTIQUES
Investigador principal:
Dr. Josep Maria Argilés Huguet
Facultat de Biologia UB
Durada: 3 anys

1. Resum
El projecte ha estudiat, en pacients amb diagnòstic MPOC establert
amb criteris clínics i anàlisi de la funció pulmonar, els nivells
circulants de mediadors i marcadors inflamatoris i l’expressió
muscular de sistemes proteolítics, així com el contingut de factors de
transcripció en múscul esquelètic. Els resultats obtinguts mostren que
els pacients MPOC presentaven un pes i BMI significativament
inferiors als dels individus controls. Aquests paràmetres es
relacionaren amb una forta resposta inflamatòria amb nivells elevats
tant de proteïna reactiva C com de citocines, TNF-alfa i IL-6. A nivell
muscular els pacients van presentar un augment molt significatiu de
l’expressió gènica dels diferents sistemes proteolítics, particularment
del sistema dependent del proteasoma i de la ubiqüitina, i, en menor
proporció, el sistema dependent de calci (calpaïnes). Aquest
augment d’expressió es correlacionà amb un augment efectiu
d’activitat proteolítica muscular i amb una disminució molt important
del contingut de miosina muscular. Paral·lelament també s’observà
un augment de l’activitat caspasa-3 muscular, la qual cosa sembla
indicar una important activació de la taxa d’apoptosi muscular. A
més de l’augment dels nivells circulants de citocines –TNF-alfa i IL-
6–, igualment s’observà un augment significatiu de l’expressió
muscular d’aquestes citocines, fet que sembla indicar que ambdues
podrien actuar com a mediadores dels canvis esmentats durant la
malaltia. A nivell transcripcional, sembla que l’acció intramuscular de
les citocines podria dur-se a terme mitjançant l’activació dels factors
de transcripció NF-kappaB i AP-1. En conclusió, els canvis assenyalats
indiquen que futurs tractaments antiproteolítics, específicament
dirigits a nivell muscular, podrien millorar la qualitat de vida dels
malalts afectats per MPOC.
2

2. Resultats
Els resultats ens mostren les característiques dels pacients i es pot
observar que el grup de malalts MPOC presenta un pes un 17%
inferior al del grup control i un BMI que també és significativament
inferior (22%). L’anàlisi de la funció pulmonar denota clarament una
disminució de la PaO2 (35%) i un augment de la PaCO2 (26%),
ambdós significatius. L’espirometria demostrà la seva condició de
malaltia severa (FEV1/FVC < 70%; 30% < FEV1 < 50% predit).
La malaltia s’acompanyà d’una forta resposta inflamatòria
caracteritzada per una important elevació dels nivells de CRP (46%),
així com de les citocines proinflamatòries TNF-alfa (més d’un 200%) i
interleucina-6 (IL-6) (més d’un 160%).
El grup de malalts MPOC no van presentar canvis en els nivells
circulants ni d’insulina ni d’IGF-1, la qual cosa sembla indicar que
aquests factors anabòlics no semblen contribuir al desgast muscular
que s’observa en els pacients i que es relaciona amb una marcada
alteració de la proteòlisi muscular. Pel que fa a la interleucina-15 (IL-
15) –citoquina anabòlica important a nivell muscular– tampoc es van
trobar nivells circulants alterats en el grup MPOC.
A nivell muscular, el grup MPOC presentà una forta activació
proteolítica que es manifestà per augments significatius en l’expressió
de tots els marcadors del sistema proteolític dependent d’ATP. Així,
tant els 2 transcrits d’ubiqüitina, com la subunitat proteasòmica C8 o
l’enzim conjugador E2 –aquest considerat molt important en la
regulació del sistema– van presentar augments significatius entre un
60 i un 400%. D’una manera molt interessant, tant Atrogin-1 com
MURF-1, ligases específiques musculars vinculades a l’acció del
proteasoma, es trobaren molt augmentades en els pacients MPOC
3

(360% i 580%, respectivament). Els sistemes proteolítics lisosomals
(catepsines) no presentaren nivells d’expressió alterats en els malalts
MPOC però sí que existiren canvis en el sistema calcicodepenent en
donar-se un augment d’expressió muscular de calpaïna m.
Pel que fa a l’expressió de gens de mediadors a nivell muscular, cal
assenyalar que s’observà en els pacients MPOC increments
importants i significatius dels nivells d’mRNA per a TNF-alfa i IL-6, de
manera totalment paral·lela als canvis observats a nivell circulant.
Això sembla donar suport al fet que aquests mediadors són molt
importants en el desencadenament del procés proteolític muscular
anteriorment esmentat. No s’observaren canvis en els nivells
d’expressió d’altres citocines, com els receptors solubles de TNF, la
IL-1, la IL-15 o l’interferó gamma.
L’activació proteolítica porta a una disminució (30%) del contingut de
MyoD, factor de transcripció molt important en el procés de
diferenciació muscular. Contràriament, tant el contingut d’NF-kappaB
com el d’AP-1 es trobaren significativament augmentats (més d’un
50%) en el múscul esquelètic dels pacients MPOC, la qual cosa
suggereix que la transducció del senyal proteolític –probablement
activada per citocines– es duria a terme mitjançant aquests dos
factors de transcripció.
Finalment, es pot veure com els canvis esmentats en relació amb
l’expressió del sistema proteolític ATP-depenent, es manifesten en un
augment efectiu d’activitat proteasòmica (110%). El resultat
d’aquesta és l’important disminució del contingut de miosina de
cadena pesada que s’observa en els pacients MPOC i que és un 50%
inferior a la del grup control.
4

És molt interessant destacar que els pacients MPOC presenten, a
nivell muscular, una activitat caspasa-3 (marcador apoptòtic) més
d’un 50% superior als individus controls, la qual cosa sembla indicar
una activada resposta apoptòtica lligada a l’augment proteolític, tal
com el nostre grup de recerca ha suggerit anteriorment (Argilés et al.
International Journal of Biochemistry and Cell Biology 40:
1674-1678 (2008)).
3. Rellevància i possibles implicacions clíniques dels resultats
finals
Les dades obtingudes en aquest estudi permeten especular que els
malalts MPOC presenten alteracions musculars importants
relacionades amb proteïnes miofibril·lars (miosina, entre d’altres) i
que aquestes es relacionen amb un fort augment de processos
proteolítics, principalment al sistema depenent d’ATP i ubiqüitina.
Aquestes dades son coherents amb altres estudis duts a terme al
nostre laboratori amb malalts amb càncer i sida i que també
demostren que aquest sistema proteolític és responsable de la
disfunció muscular dels esmentats pacients. A més, els malalts MPOC
presenten una elevada activitat apoptòtica muscular que es
correlaciona amb els canvis proteolítics esmentats, així com amb el
contingut de miosina. Finalment, els mediadors que podrien participar
en el desencadenament d’aquests canvis, serien citocines,
particularment TNF-alfa i IL-6, tal com semblen indicar tant els seus
nivells circulants com els seus nivells d’expressió gènica a nivell
muscular. Aquestes citocines podrien comportar, com a efectes, d’una
banda la disminució dels nivells del MyoD –important factor de
diferenciació de cèl·lules satèl·lit– i, d’una altra, l’augment dels nivells
d’NF-kappaB i AP-1. La rellevància de l’estudi és, doncs, molt
5

important, ja que s’aporten dades tant de mecanismes de desgast
muscular com de mediadors.
Pel que fa a les possibles implicacions, cal destacar que el
coneixement dels processos involucrats en el mecanisme proteolític
com el coneixement dels mediadors i els seus respectius factors de
transcripció pot dur al disseny de tractaments/fàrmacs que atenuïn la
pèrdua de massa muscular que tenen molts malalts MPOC i, per tant,
pot contribuir a la millora de la seva qualitat de vida.
4. Publicacions
Argilés, J.M. & Olivan, M.
Understanding the molecular mechanisms responsible for skeletal
muscle wasting in COPD patients: therapeutic implications.
International Journal of Molecular Medicine 22: S12 (2008)
Olivan, M., Busquets, S. López-Soriano F.J. & Argilés, J.M.
Proteolytic response in skeletal muscle of COPD patients: possible
mediators (en preparació).
6