Un Nuevo Programa de Muerte Celular Regulado por el Receptor Toll-Like 9 a través de la Vía de Señalización de la Proteína Quinasa Activada por Mitógenos p38 en un Modelo de Ratas Neonatales con Encefalopatía Asociada a Sepsis
La sepsis es una afección potencialmente mortal caracterizada por una respuesta desregulada del huésped a la infección, que a menudo conduce a disfunción orgánica múltiple y altas tasas de mortalidad. Entre sus complicaciones, la encefalopatía asociada a sepsis (SAE) es particularmente grave, manifestándose como deterioro cognitivo y deterioro mental. A pesar de su importancia clínica, los mecanismos subyacentes de la SAE, particularmente la participación de diferentes programas de muerte celular, siguen siendo poco comprendidos. Este estudio investiga el papel del receptor toll-like 9 (TLR9) en la regulación de un nuevo programa de muerte celular conocido como PANoptosis (piroptosis, apoptosis y necroptosis) a través de la vía de señalización de la proteína quinasa activada por mitógenos p38 (MAPK) en un modelo de ratas neonatales con SAE.
Antecedentes y Significación
La encefalopatía asociada a sepsis (SAE) es una complicación crítica de la sepsis, que contribuye a una morbilidad y mortalidad significativas. La patogénesis de la SAE implica la muerte de las células neuronales, pero los mecanismos específicos y la interacción entre los diferentes programas de muerte celular no se han elucidado completamente. Estudios recientes han destacado la importancia de la PANoptosis, un proceso coordinado de muerte celular que involucra piroptosis, apoptosis y necroptosis, en diversas enfermedades inflamatorias e infecciosas. Comprender la regulación de la PANoptosis en la SAE podría proporcionar nuevos objetivos terapéuticos para esta condición devastadora.
Los receptores toll-like (TLRs) son actores clave en la respuesta inmune innata, reconociendo patrones moleculares asociados a patógenos e iniciando respuestas inflamatorias. El TLR9, en particular, ha sido implicado en la neuroinflamación y la regulación de la muerte celular. Sin embargo, su papel en la SAE y los programas de muerte celular asociados sigue sin explorarse. Este estudio tiene como objetivo cerrar esta brecha investigando los mecanismos regulatorios del TLR9 en la PANoptosis a través de la vía de señalización de la MAPK p38 en un modelo de ratas neonatales con SAE.
Métodos
Se estableció un modelo de SAE en ratas neonatales utilizando la ligadura y perforación cecal (CLP), un método bien establecido para inducir sepsis. Se monitoreó la tasa de supervivencia, los signos vitales (presión arterial media y frecuencia cardíaca) y los reflejos neurológicos para confirmar el desarrollo de la SAE. Los cambios patológicos en la corteza cerebral se evaluaron mediante tinción con hematoxilina y eosina. La expresión de proteínas relacionadas con la PANoptosis, MAPKs y TLR9 se detectó mediante western blotting y tinción de inmunofluorescencia. La ultraestructura de las neuronas se examinó mediante microscopía electrónica de transmisión (TEM).
Para investigar el papel de los diferentes programas de muerte celular, se administraron inhibidores específicos de la apoptosis (Z-DEVD-FMK), la piroptosis (INF39) y la necroptosis (Nec-1s) a las ratas. Se analizaron los efectos de estos inhibidores sobre la PANoptosis. Además, se evaluó la participación de las vías de MAPK (p38 MAPK, ERK y JNK) utilizando inhibidores farmacológicos (SB203580, PD98059 y SP600125). El papel del TLR9 se investigó adicionalmente mediante la regulación a la baja de su expresión utilizando el inhibidor de TLR9 ODN2088.
Resultados
Establecimiento del Modelo de SAE
El procedimiento de CLP indujo con éxito la SAE en ratas neonatales, como lo evidenciaron las tasas de supervivencia disminuidas, los signos vitales alterados y los reflejos neurológicos deteriorados. El examen patológico reveló una disposición celular desordenada y una morfología anormal en la corteza cerebral de las ratas CLP, confirmando el desarrollo de la SAE.
Activación de la PANoptosis en Ratas con SAE
Se observó PANoptosis en las neuronas corticales de las ratas con SAE, con una activación significativa de la apoptosis, la piroptosis y la necroptosis. El western blotting mostró un aumento en la expresión de la caspasa-3 escindida (apoptosis), NLRP3 y caspasa-1 escindida (piroptosis), y RIPK1, RIPK3 y MLKL fosforilada (necroptosis). El análisis TEM confirmó la presencia de los tres programas de muerte celular en las neuronas de las ratas CLP. La tinción de inmunofluorescencia reveló que la apoptosis y la piroptosis eran las formas dominantes de muerte celular, con la necroptosis desempeñando un papel secundario.
Interacción de los Diferentes Programas de Muerte Celular
La inhibición farmacológica de la apoptosis, la piroptosis y la necroptosis reveló interacciones complejas entre estos programas de muerte celular. La inhibición de la apoptosis activó la necroptosis, mientras que la inhibición de la piroptosis suprimió la apoptosis pero activó la necroptosis. Por el contrario, la inhibición de la necroptosis reactivó la apoptosis y la piroptosis. Estos hallazgos sugieren que la apoptosis y la piroptosis equilibran sinérgicamente la necroptosis en la SAE.
Papel de las Vías de MAPK en la PANoptosis
Las tres vías de MAPK (p38 MAPK, ERK y JNK) se activaron en las ratas con SAE. Sin embargo, solo la inhibición de la p38 MAPK afectó significativamente la PANoptosis, suprimiendo la apoptosis y la piroptosis mientras activaba la necroptosis. La inhibición adicional de la necroptosis en presencia de la inhibición de la p38 MAPK reactivó la apoptosis y la piroptosis, lo que indica un papel regulador negativo de la necroptosis sobre estos programas de muerte celular.
Regulación de la PANoptosis por el TLR9
La expresión de TLR9 aumentó significativamente en la corteza cerebral de las ratas con SAE, colocalizándose principalmente con las neuronas. La regulación a la baja del TLR9 inhibió las vías de la p38 MAPK y ERK, lo que condujo a la supresión de la PANoptosis. Esto sugiere que el TLR9 regula la PANoptosis a través de la vía de señalización de la p38 MAPK en la SAE.
Efectos Neuroprotectores de la Inhibición del TLR9
La inhibición del TLR9 mejoró la tasa de supervivencia y redujo los cambios patológicos en la corteza cerebral de las ratas con SAE. Estos hallazgos destacan el potencial del TLR9 como un objetivo terapéutico para la SAE.
Discusión
Este estudio proporciona nuevos conocimientos sobre la regulación de la PANoptosis en la SAE a través de la vía de señalización del TLR9/p38 MAPK. La activación simultánea de la apoptosis, la piroptosis y la necroptosis en las neuronas corticales de las ratas con SAE subraya la complejidad de los mecanismos de muerte celular en esta condición. Los roles dominantes de la apoptosis y la piroptosis, junto con el efecto equilibrador de la necroptosis, sugieren interacciones intrincadas entre estos programas de muerte celular.
La vía de la p38 MAPK surgió como un regulador crítico de la PANoptosis en la SAE, con su inhibición conduciendo a la supresión de la apoptosis y la piroptosis pero activando la necroptosis. Este papel dual de la p38 MAPK destaca su importancia en la coordinación de diferentes programas de muerte celular. La reactivación de la apoptosis y la piroptosis tras la inhibición de la necroptosis enfatiza aún más la interacción entre estas vías.
El TLR9 fue identificado como un regulador clave aguas arriba de la PANoptosis en la SAE, actuando a través de las vías de la p38 MAPK y ERK. El aumento en la expresión del TLR9 en la corteza cerebral de las ratas con SAE y su colocalización con las neuronas sugieren su participación directa en la muerte celular neuronal. Los efectos neuroprotectores de la inhibición del TLR9 respaldan aún más su potencial como objetivo terapéutico para la SAE.
Conclusión
Este estudio demuestra la activación simultánea de la PANoptosis en las neuronas corticales de las ratas con SAE e identifica al TLR9 como un regulador crítico de este proceso a través de la vía de señalización de la p38 MAPK. Las complejas interacciones entre la apoptosis, la piroptosis y la necroptosis destacan la necesidad de una comprensión integral de los mecanismos de muerte celular en la SAE. Los hallazgos sugieren que el direccionamiento del TLR9 podría proporcionar una nueva estrategia terapéutica para la SAE, potencialmente mejorando los resultados de los pacientes.
doi.org/10.1097/CM9.0000000000002010