La vía de señalización de mTOR activada en las miofibras con defectos metabólicos hereditarios podría respaldar el uso de terapias de inhibición de mTOR
Las miopatías metabólicas hereditarias (MMH) representan un grupo diverso de trastornos genéticos raros caracterizados por defectos en el metabolismo celular, lo que conduce a disfunción muscular que varía desde intolerancia al ejercicio hasta debilidad y atrofia muscular. Estos trastornos se clasifican en tres tipos principales: glucogenosis, trastornos del metabolismo lipídico y trastornos de la función mitocondrial. A pesar de su relevancia clínica, los tratamientos efectivos para las MMH siguen siendo limitados, centrándose actualmente en cuidados paliativos, modificaciones dietéticas y regímenes de ejercicio.
La diana mecánica de la rapamicina (mTOR) ha surgido como un regulador crítico del metabolismo celular y la homeostasis energética. mTOR es una serina/treonina quinasa altamente conservada que forma dos complejos multiproteicos: mTOR complejo 1 (mTORC1) y mTOR complejo 2 (mTORC2). mTORC1, en particular, desempeña un papel central en la transición del metabolismo celular de procesos catabólicos a anabólicos, promoviendo la síntesis de proteínas, nucleótidos y lípidos mientras inhibe la autofagia. Dada su función pivotal, esta vía se ha implicado en diversas patologías, incluyendo cáncer, medicina de trasplantes y trastornos metabólicos.
Estudios recientes han reportado activación anormal de mTOR en modelos animales de MMH, sugiriendo que su inhibición podría ser una estrategia terapéutica prometedora. Sin embargo, la actividad de esta vía en músculo esquelético humano afectado por MMH no ha sido investigada exhaustivamente. Este estudio buscó analizar la actividad de mTOR en muestras musculares de pacientes con miopatía mitocondrial (MM), enfermedad por almacenamiento lipídico (EAL) y enfermedad de Pompe (EP). Los hallazgos aportan perspectivas valiosas sobre el rol de mTOR en MMH y su potencial como diana terapéutica.
Métodos
El estudio contó con aprobación ética del Comité de Ética Humana del Hospital Qilu de la Universidad de Shandong, obteniéndose consentimiento informado por escrito de todos los participantes. Se recolectaron muestras musculares de 25 pacientes diagnosticados con MM, EAL o EP, junto con controles patológicos (CP) y controles normales (CN). Los diagnósticos se confirmaron mediante características clínicas, estudios electrofisiológicos, biopsias musculares, análisis de acil-carnitina en sangre/ácidos orgánicos urinarios, ensayos de actividad de alfa-glucosidasa ácida (GAA) y análisis genéticos.
Las muestras se congelaron en isopentano precoolificado con nitrógeno líquido y se almacenaron a -80°C. Mediante Western blot se evaluó la actividad de mTOR analizando la fosforilación de la proteína ribosomal S6 (p-S6) y la quinasa p70S6K (p-p70S6K), blancos posteriores de mTOR. La patología muscular se evaluó con tinción de hematoxilina-eosina (HE), succinato deshidrogenasa (SDH), citocromo C oxidasa (COX), oil red O (ORO) y ácido periódico-Schiff (PAS). Se realizaron estudios inmunohistoquímicos para detectar expresión de p-S6 en fibras musculares.
Resultados
El estudio reveló una regulación ascendente significativa de mTOR en muestras de pacientes con MMH versus controles. El Western blot mostró aumento en la fosforilación de p70S6K en músculo de EAL y MM (CN vs. EAL: U=2,000, P=0.024; CN vs. MM: U=6,000, P=0.043). Similarmente, la fosforilación de S6 estuvo elevada en todos los subgrupos de MMH (CN vs. EAL: U=0,000, P=0.006; CN vs. EP: U=0,000, P=0.006; CN vs. MM: U=1,000, P=0.007).
La inmunohistoquímica demostró que p-S6 se expresó predominantemente en fibras con defectos metabólicos. En MM, las fibras p-S6+ mostraron deficiencia de COX (U=5,000, P=0.001). En EAL y EP, p-S6 se sobre-expresó en fibras con vacuolas conteniendo gotas lipídicas (U=0,000, P=0.002) o material basofílico (U=0,000, P=0.002). Estos hallazgos indican que la activación de mTOR se asocia estrechamente con defectos metabólicos en las fibras afectadas.
Discusión
La vía de mTOR regula críticamente el metabolismo celular, la homeostasis energética y las respuestas al estrés. Su activación promueve procesos anabólicos mientras suprime la autofagia, posicionándola como un actor clave en condiciones fisiológicas y patológicas. Los resultados sugieren que la activación anormal de mTOR en fibras con defectos metabólicos podría justificar terapias de inhibición en MMH.
La regulación ascendente observada concuerda con reportes previos en modelos animales. Por ejemplo, se ha documentado mayor actividad de mTOR en cerebro y músculo de ratones con encefalomiopatía mitocondrial, y en modelos de pez cebra con EAL. Esto sugiere que la activación de mTOR podría ser una respuesta conservada al estrés metabólico.
Curiosamente, este estudio también encontró activación de mTOR en EP, un trastorno de almacenamiento de glucógeno. Esto contrasta con estudios previos que reportaron supresión de mTOR en fibroblastos dérmicos de pacientes con EP y miotubos de ratones knockout para GAA. Esta discrepancia podría deberse a diferencias en estadios de la enfermedad, tipos de tejido o condiciones experimentales, destacando la complejidad de mTOR en estos trastornos.
La activación de mTOR en MMH podría ser una respuesta compensatoria al estrés oxidativo severo. Niveles elevados de especies reactivas de oxígeno (ROS) están bien documentados en MMH. La acumulación de ROS puede inducir reprogramación metabólica hacia la glucólisis (efecto Warburg), proceso modulado por mTOR mediante la activación de HIF-1α. Así, la regulación ascendente de mTOR podría representar un intento de mitigar el estrés oxidativo y restaurar la homeostasis.
Adicionalmente, mTOR podría participar en otras respuestas al estrés, como la transcripción de citoquinas metabólicas y la respuesta mitocondrial a proteínas desplegadas, ofreciendo blancos adicionales para intervención terapéutica.
Conclusión
Este estudio provee la primera evidencia de activación de mTOR en músculo esquelético humano afectado por MMH. Los resultados sugieren que esta activación podría ser una respuesta compensatoria al estrés metabólico, respaldando el uso de inhibidores de mTOR como estrategia terapéutica. Estudios futuros deberían explorar la eficacia y seguridad de estos inhibidores en ensayos clínicos, con el objetivo de desarrollar tratamientos efectivos para estos trastornos debilitantes.
doi.org/10.1097/CM9.0000000000000144