Excitotoxicidad por glutamato en la isquemia

La excitotoxicidad se refiere a la muerte neuronal provocada por la activación sostenida de los receptores de aminoácidos excitadores. Dado que el glutamato es el principal neurotransmisor, la excitotoxicidad suele referirse a la muerte neuronal debida a la sobreexposición de las células a este aminoácido, asociada al flujo de iones que entran en la célula (Olney, 1986) (Fig. 1.10).

La sobreactivación de receptores de glutamato provoca la entrada excesiva Ca2+

a la célula, que a su vez entra en la mitocondria, provocando un incremento del calcio mitocondrial. La elevada concentración de Ca2+ _{mitocondrial provoca la disfunción}

metabólica, la producción de radicales libres. El incremento del Ca2+ _{celular también}

lleva a la activación de proteasas, fosfolipasas, óxido nítrico sintasas constitutivas y endonucleasas, y la inhibición de la síntesis de proteínas (para revisión ver en Kristian y Siesjo, 1998) (Fig.1.11).

Se ha demostrado que existen diferencias en la participación de los receptores en la muerte neuronal en función de la localización de estos. La entrada de Ca2+ _{a través de}

los receptores NMDA extrasinápticos desembocaría en efectos perjudiciales para la neurona terminando en muerte neuronal, mientras que la entrada de Ca2+ a través de

los receptores NMDA sinápticos promovería la supervivencia neuronal. Sin embargo, en el proceso de excitotoxicidad, ante la estimulación simultanea de los receptores NMDA sinápticos y extrasinápticos, la ruta promovida por los receptores NMDA extrasinápticos actúa como ruta dominante, inhibiendo a distintos niveles el factor de transcripción CREB (Hardingham y Bading, 2002, 2010; Papadia et al., 2005, 2008; Hardingham, 2006a, b; Al-Mubarak et al., 2009; Martel et al., 2009; Leveille et al., 2010).

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Fig. 1.10. Mecanismos de excitotoxicidad. La activación sostenida del receptor NMDA por concentraciones incrementadas de glutamato (Glu) provoca la entrada masiva de calcio a la célula que activa a las enzimas líticas y la óxido nítrico sintasa (NOS). El daño mitocondrial es uno de los factores implicados en el incremento de la generación de especies reactivas de oxígeno, que conducen a la muerte neuronal y a la activación de programas de muerte apoptóticos. El déficit energético contribuye a la perpetuación del proceso degenerativo debido a que favorece la despolarización de la membrana por el déficit en el funcionamiento de la bomba sodio/potasio (Na/K- ATPasa) y mantiene el estado activo del receptor NMDA.

Fig. 1.11. Representación esquemática de los mecanismos neurotóxicos derivados del aumento de calcio intracelular.

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1.2.2.A) Liberación de glutamato en la isquemia

La excitotoxicidad y la sobrecarga de calcio son los principales factores que contribuyen a las primeras etapas de la muerte celular isquémica. El glutamato se acumula en el espacio extracelular como consecuencia de la depleción energética y el fallo de la bomba de iones, así como por el fallo de los mecanismos de recaptación (para revisión, ver Choi y Rothman, 1990).

En condiciones normales el glutamato liberado en el cerebro no es tóxico para las neuronas debido a su difusión y al transporte junto a Na+ _{de este por los}

transportadores de glutamato, que disminuyen rápidamente la concentración del neurotransmisor a concentraciones normales en el tejido, de forma que se previene la activación tónica de los receptores NMDA (Bergles y Jahr, 1997; Danbolt, 2001; Attwell y Gibb, 2005).

La despolarización que ocurre durante la isquemia cerebral induce por sí misma liberación de neurotransmisores. De todos los neurotransmisores liberados durante la cascada isquémica, el glutamato es el que juega un papel más importante por su toxicidad sobre las neuronas. El glutamato actúa sobre sus receptores (principalmente del tipo NMDA y AMPA). En condiciones normales los receptores NMDA se encuentran bloqueados por Mg2+_{, por lo que son inactivos. Tras la isquemia, la acción del}

glutamato sobre los receptores AMPA despolariza la neurona, provocando la eliminación del Mg2+ _{de los receptores NMDA y por tanto la acción del glutamato sobre}

estos receptores, de modo que se abre una nueva vía que permite el paso de iones calcio al interior de la célula (Rothman y Olney, 1986). El exceso de calcio intracelular tiene como consecuencia la activación de diversas enzimas que desembocan en muerte neuronal (Sattler y Tymianski, 2000).

1.2.2.B) Mecanismos de excitotoxicidad

Pocos minutos después de la reducción del flujo sanguíneo, las neuronas y la glía empiezan a sufrir daño debido a excitotoxicidad. La excitotoxicidad también desencadena una serie de acontecimientos que pueden contribuir al daño tisular, como son la despolarización peri-infarto y los mecanismos de inflamación y apoptosis (Fig. 1.12) (para revisión, ver Dirnagl et al., 1999).

La acumulación excesiva en el espacio extracelular de glutamato también produce toxicidad porque afecta al sistema de transporte cisteína-glutamato (Murphy et al., 1990). Este sistema se encarga de transportar glutamato al exterior celular a cambio

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de cisteína, la cual constituye una fuente importante para la formación del sistema antioxidante más importante de la célula, el glutatión. Lewerenz y colaboradores han demostrado que un exceso del glutamato extracelular bloquea este sistema de transporte en células HT22, un tipo de línea celular de estirpe neuronal (Lewerenz et al., 2006).

Otro mecanismo que contribuye a la excitotoxicidad por glutamato es el aumento en la liberación de glicina en la isquemia cerebral. La glicina es un co-activador necesario del receptor NMDA y su excesiva liberación durante esta patología origina un aumento de la estimulación del receptor y un mayor daño neuronal (Monaghan et al., 1988; Wallis et al., 1995).

Figura 1.12. Cascada de eventos dañinos en la isquemia cerebral focal.