Trabajo Fin de Grado

Trabajo Fin de Grado

Melatonina en patología cardiovascular: Entre luces y sombras.

Melatonin in cardiovascular pathology: Among lights and shadows.

Autora

Noelia Bueno Loraque

Director

Marcos César Reyes Gonzáles

Departamento de fisiología.

2019-2020

ÍNDICE

1. RESUMEN ... 1

2. OBJETIVOS ... 3

3. METODOLOGÍA ... 4

4. INTRODUCCIÓN ... 6

a) Melatonina: Aspectos generales ... 6

b) Receptores de melatonina y sus mecanismos de acción a nivel cardiovascular ... 8

5. LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN RELACIONADAS CON LA ACTIVIDAD DE MELATONINA EN EL SISTEMA CARDIOVASCULAR ... 14

a. Trasplante cardiaco ... 14

b. Infarto agudo de miocardio ... 16

c. Hipertensión ... 21

d. Aterosclerosis ... 23

e. Daño miocárdico inducido por fármacos ... 26

I. Doxorrubicina ... 26

II. Isoproterenol ... 28

6. DISCUSIÓN ... 31

7. CONCLUSIONES ... 34

8. BIBLIOGRAFÍA ... 35

1. RESUMEN

La melatonina, indolamina secretada por la glándula pineal a partir del triptófano, es conocida principalmente por su papel en el mantenimiento del ritmo circadiano y sueño. A esta hormona se le relacionan y atribuyen otras funciones como el control de diversos procesos patológicos, entre ellos las enfermedades cardiovasculares. Los eventos cardiovasculares son la primera causa de mortalidad en España, siendo la cardiopatía isquémica el principal motivo, es por ello que la investigación sobre la actividad de melatonina en el sistema cardiovascular podría dar lugar a nuevas oportunidades terapéuticas.

En este trabajo de revisión e investigación bibliográfica se presentan los receptores de melatonina destacando su implicación a nivel cardiovascular; se expone cómo la melatonina produce un efecto beneficioso cardiocirculatorio, principalmente gracias a su capacidad antioxidante directa, independiente de los receptores, o indirecta, que es dependiente de receptores.

Se evidencia que esta hormona tiene efectos significativos en la lesión por isquemia- reperfusión, hipertensión, metabolismo lipídico, y daño cardiaco inducido por fármacos. Todos estos hallazgos de estudios en humanos y animales respaldan la consideración de melatonina como un agente cardioprotector.

Palabras clave: Melatonina, enfermedad cardiovascular, lesión por isquemia-reperfusión.

1. ABSTRACT

Melatonin, indolamine secreted by the pineal gland from tryptophan, is mainly known for its role in maintaining circadian rhythm and sleep. Other functions such as the control of various pathological processes, including cardiovascular diseases, are related and attributed to this hormone. Cardiovascular events are the first cause of mortality in Spain, and ischemic cardiopathy is the main reason, the research into the activity of melatonin in the cardiovascular system could lead to new therapeutic opportunities.

In this work of review and bibliographic research, the melatonin receptors are presented and their involvement at a cardiovascular level is highlighted; it is exposed how melatonin produces a beneficial cardiocirculatory effect, mainly thanks to its direct antioxidant capacity, independent of the receptors, or indirectly, which is dependent on receptors.

This hormone has been shown to have significant effects on ischemia-reperfusion injury, hypertension, lipid metabolism, and drug-induced heart damage. All of these findings from human and animal studies support the consideration of melatonin as a cardioprotective agent.

Keywords: Melatonin, cardiovascular disease, ischemia-reperfusion injury.

2. OBJETIVOS Objetivo principal:

- Actualizar la información científica disponible sobre la acción de la melatonina a nivel cardiovascular.

Objetivos secundarios:

- Conocer los mecanismos por los cuales la melatonina actúa en la isquemia-reperfusión cardiaca y otros eventos cardiovasculares.

- Investigar la actividad de los receptores de la melatonina a nivel cardiovascular.

- Destacar las actuales líneas de investigación sobre melatonina y patología cardiovascular.

- Revisar las posibles aplicaciones cardiovasculares de la melatonina en la clínica.

3. METODOLOGÍA

En el presente trabajo se ha llevado a cabo una búsqueda bibliográfica de artículos y revisiones relacionados con melatonina y sus variadas aplicaciones en diversas alteraciones cardiovasculares; utilizando bases de datos biomédicas y científicas, principalmente PubMed, Science Direct y “Alcorze” un repositorio de biblioteca virtual de la Universidad de Zaragoza.

Con la finalidad de obtener resultados concretos y exactos, en las bases de datos citadas se introdujeron palabras clave para realizar la búsqueda, tales como “melatonin”, “heart”,

“ischemia-reperfusion”, “cardiovascular”, “cardioprotection”, “myocardial”, “coronary”,

“myocardium”, “Cardiomyopathy”, “Cardiopathic”, “Cardiopathy”, “cardiotoxicity”,

“cardiomyocyte”. Además, para completar la búsqueda, se consultaron algunas referencias de los artículos y trabajos seleccionados.

Los criterios de inclusión utilizados en las diferentes bases de datos han sido los siguientes:

- Tener acceso al texto completo.

- Lengua inglesa e hispana.

- Limitada a los últimos 15 años.

- Artículos científicos básicos y aplicados, artículos de revisión, ensayos clínicos y metaanálisis realizados en animales y humanos.

Tras aplicar todos estos parámetros, se introdujeron las palabras clave en los diferentes motores de búsqueda, y se realizó una búsqueda boleana con las diferentes combinaciones en Pubmed y Science Direct (Tabla 1). Los artículos seleccionados fueron leídos y analizados.

Los hallazgos más relevantes han sido plasmados en este trabajo de revisión bibliográfica.

Términos de búsqueda Resultados Pubmed

Resultados Science Direct

(Melatonin) AND (cardiovascular) 841 5884

(Melatonin[Title/Abstract]) AND (cardiovascular[Title/Abstract])

371 207

(Melatonin[Title]) AND (cardiovascular[Title]) 40 306 ((melatonin[Title/Abstract]) AND

cardiotoxicity[Title/Abstract]) AND (drug[Title/Abstract])

12 12

((melatonin[Title/Abstract]) AND (cardiovascular[Title/Abstract])) AND

(receptor[Title/Abstract])

62 137

(melatonin[Title/Abstract]) AND (heart[Title/Abstract]) 449 209

(melatonin) AND (cardio*) 1705 385

(Melatonin[Title]) AND (cardio*[Title]) 132 35

Tabla 1: Búsqueda por operadores boléanos y sus resultados en Pubmed y Science Direct.

4. INTRODUCCIÓN

a) Melatonina: Aspectos generales

La melatonina o N-acetil-5-metoxitriptamina es una hormona que se produce principalmente en la glándula pineal.¹ Es una indolamina secretada en el torrente sanguíneo de manera circadiana que regula diversas funciones fisiológicas y neuroendocrinas.² Se sintetiza a partir del triptófano.¹ Además, se han identificado órganos extrapineales con producción de melatonina, como son el tracto gastrointestinal, las células del sistema inmunitario, la retina, el bazo, el hígado, los riñones y el corazón.² La producción de melatonina se regula en el sistema nervioso central concretamente en el núcleo supraquiasmático sobre el que influye la oscuridad.

La melatonina juega un papel importante en el mantenimiento del ritmo circadiano y el sueño.

Además, tiene otras funciones, como la regulación de partes del sistema inmune, la expresión génica, la temperatura corporal y también se le atribuyen propiedades antioxidantes. La melatonina se va a unir a los receptores del tipo MT1 y MT2. Y también conocemos la existencia del receptor MT3.¹

A diferencia de lo que sucede en la glándula pineal, los órganos extrapineales (a excepción de la retina) pueden sintetizar melatonina de manera no circadiana y no la liberan en el torrente sanguíneo, consiguiendo de esta forma que la melatonina funcione como antioxidante protegiendo a las células del daño oxidativo durante el día cuando no hay secreción de melatonina por parte de la glándula pineal. Sin embargo, se conoce que el contenido de melatonina en los órganos periféricos disminuye con la edad, de forma similar al de la producción de melatonina pineal.²

En personas sanas, los niveles séricos de melatonina son bajos durante la exposición a la luz y elevados en el período de oscuridad. El envejecimiento se asocia con una reducción significativa en la secreción endógena de melatonina, lo que da como resultado un aumento del estrés oxidativo y otros cambios metabólicos. Se conoce a la melatonina como un potente eliminador de especies reactivas de oxígeno, como el radical hidroxilo, peroxilo, anión superóxido y el peróxido de hidrógeno. También se le conoce como un agente antioxidante indirecto debido a su capacidad para regular las enzimas antioxidantes y prooxidantes. Además de estimular a las enzimas antioxidantes intracelulares, como la superóxido dismutasa y la glutatión peroxidasa, posiblemente podría modular la expresión génica al interactuar con moléculas nucleares específicas. La melatonina puede tener posiblemente un papel de agente

bioenergético mejorando y manteniendo las funciones mitocondriales; la importancia de esto reside en que la mitocondria es el orgánulo que produce la mayor parte de radicales libres y estrés oxidativo. Además de la melatonina, varios de sus precursores y metabolitos, pueden ayudar a eliminar los radicales libres y sus derivados.²

El descubrimiento de que los receptores de melatonina están presentes en el sistema circulatorio humano puede sugerir un papel directo en el control local de la enfermedad cardiovascular. Además, la aparición de eventos cardiovasculares agudos como el infarto de miocardio y la muerte súbita cardíaca es más frecuente en la madrugada, lo que parece indicar que la regulación circadiana de la melatonina también tiene influencia en el corazón.³

Los pacientes con enfermedad coronaria presentan una producción baja de melatonina y sus concentraciones en la sangre se correlacionan con la gravedad de la enfermedad. Es decir, se observan reducciones mayores de la producción de melatonina en los pacientes con mayor riesgo de infarto de miocardio o muerte súbita, destacando la necesidad de suplementar la melatonina para reducir el riesgo de eventos cardiovasculares agudos.^3,4 No está claro si las bajas concentraciones de melatonina en estos pacientes son el resultado del “consumo” de melatonina, que está causado por la acción de eliminación de una producción elevada de radicales libres o si esta baja concentración corresponde a una menor producción de melatonina y, por lo tanto, una menor protección contra el estrés oxidativo.⁴

Es importante destacar que investigaciones recientes sugieren que la melatonina desempeña un papel importante en diversas enfermedades cardiovasculares, incluidas las lesiones por isquemia-reperfusión miocárdica,⁵ aterosclerosis,^6,7 hipertensión,⁸ insuficiencia cardíaca,^9,10 y lesión miocárdica inducida por fármacos.¹¹ Hay estudios que respaldan que la administración de melatonina puede mejorar la lesión de isquemia-reperfusión miocárdica al interferir con el estrés oxidativo, la inflamación y los procesos de apoptosis. Y además que estos efectos dependen de la dosis.¹²

En la sangre, la melatonina generalmente se une a la albúmina, y es metabolizada a 6- hidroximelatonina por las isoformas del citocromo P450 (principalmente CYP1A2) y es conjugada a 6-sulfatoximelatonina en el hígado, para la posterior excreción urinaria. La producción de 6-sulfatoximelatonina refleja perfectamente los niveles plasmáticos de melatonina, por lo que su medición urinaria es un método menos invasivo para evaluar la

función pineal y la producción de melatonina. En el sistema nervioso central, la melatonina se degrada a N-acetil-N2-formil-5-metoxikinuramina (AFMK) que se va a degradar a N-acetil-5- metoxikinuramina (AMK).¹³

AFMK y AMK son los principales metabolitos de la melatonina. La capacidad antioxidante del AFMK es similar a la de melatonina, ya que reduce la peroxidación lipídica y el daño oxidativo del ADN y previene la lesión neuronal inducida por el peróxido de hidrógeno y el péptido betaamiloide. El AMK, tiene una mayor eficacia antioxidante que el AFMK, inhibe la actividad de la óxido nítrico sintetasa neuronal y reduce las concentraciones intracelulares de óxido nítrico. Ambas presentan actividades antiinflamatorias e inmunorreguladoras, tienen la capacidad de disminuir la actividad de enzimas prooxidantes y proinflamatorias, así como de recolección de radicales libres. El hecho de que esta capacidad recolectora de la melatonina se extienda también a sus metabolitos la convierte en la biomolécula con mayor poder antioxidante, incluso a bajas concentraciones.¹⁴

La 6-hidroximelatonina es un metabolito de melatonina que va a actuar como recolector directo de radicales libres y va a proteger el ADN (ácido desoxirribonucleico) del daño por su actividad antioxidante.¹⁴ También destacar la 3-hidroximelatonina cíclica, otro metabolito de la melatonina del cual sus funciones y distribución en el organismo no están claras. Su producción siempre se acompaña de la de AFMK; la relación 3-hidroximelatonina cíclica/AFMK probablemente sea un indicador del grado de estrés oxidativo.¹⁴

b) Receptores de melatonina y sus mecanismos de acción a nivel cardiovascular

Existe evidencia de los efectos beneficiosos de la melatonina en la lesión por isquemia- reperfusión cardiaca, estos efectos dependen en gran medida de la activación del receptor de membrana de melatonina.¹⁵

La melatonina actúa a través de diferentes vías moleculares, la mejor definida es la vía que activa dos tipos de receptores específicos de membrana, ML1 de alta afinidad y ML2 de baja afinidad. La activación de los receptores ML1 (receptores acoplados a proteínas G), conduce a una inhibición de la adenilato-ciclasa en las células diana. Mientras que la activación de los receptores ML2, actualmente llamados MT3, conduce a la hidrólisis de fosfoinosítidos,

MT3 se expresa en varias áreas del cerebro y además se ha demostrado que es la enzima quinona reductasa 2.¹⁶

Se han descrito dos subtipos del receptor ML1, MT1a (o MT1) se codifica en el cromosoma humano 4 (4q35.1) y consta de 351 aminoácidos; está ampliamente presente en la porción tubular de la hipófisis anterior e hipotálamo, corteza, tálamo, sustancia negra, núcleo accumbens, amígdala, hipocampo, cerebelo, córnea y retina. El segundo tipo MT1b (o MT2) está codificado en el cromosoma humano 11 (11q21-q22), consta de 363 aminoácidos y se distribuye principalmente en la retina y secundariamente en hipocampo, corteza, núcleo paraventricular y cerebelo.¹⁶

La melatonina también interacciona de forma intracelular al unirse, por un lado, a la calmodulina citosólica, y por otro lado, a dos receptores de la familia de receptores nucleares de retinoides Z. Se han encontrado receptores de melatonina en varios tejidos centrales, pero también periféricos, como corazón y arterias, glándulas suprarrenales, riñones, pulmones, hígado, vesícula biliar, intestino delgado, adipocitos, ovarios, útero, mama, próstata y piel.

Además, también se han detectado en linfocitos T y B.¹⁶ Pero no está esclarecido cuál es el receptor al que se une la melatonina para que se confiera cardioprotección.¹⁵

MT3 es otro de los receptores de melatonina, tiene baja afinidad, su papel en el corazón aún no está definido del todo, se desconoce su cascada de transducción de señales y sus consecuencias biológicas. Se sabe que el sitio de unión a melatonina MT3 es una enzima, quinona-reductasa 2 (QR2) y se ha planteado la hipótesis de que la melatonina es un cosustrato de QR2 jugando un papel importante en el equilibrio de radicales libres. Recientemente se ha sugerido que este receptor puede estar involucrado en las acciones cardioprotectoras, desconociéndose si activaría las mismas vías que MT1 y MT2.¹⁷

La melatonina también es ligando de los receptores huérfanos relacionado con el retinoide nuclear (RZR/RORalpha), estos son un subgrupo que pertenecen a la familia de receptores nucleares de hormonas. RZR/ROR, incluyen tres subtipos (alfa, beta, gamma), en el caso del subtipo RORalpha, se trata de proteínas que están especialmente involucradas en la regulación del ritmo diurno.¹⁸

En un interesante estudio reciente se informó que el receptor nuclear de melatonina, RORalpha, protege de forma endógena contra la lesión de isquemia-reperfusión miocárdica.

Usando ratones, demostraron que la deficiencia de RORalpha aumentó significativamente el tamaño del infarto, la apoptosis y la disfunción cardíaca después de la lesión por isquemia- reperfusión. El análisis molecular parece indicar que estos efectos podrían atribuirse a la activación aumentada de las vías apoptóticas mediadas por el estrés oxidativo/nitrativo, las mitocondrias del retículo endoplásmico y, a la disfunción de la autofagia. También se observó que la deficiencia de RORalpha revirtió significativamente la cardioprotección ejercida por la melatonina contra la lesión por isquemia-reperfusión y viceversa, la sobreexpresión de este receptor en los cardiomiocitos los hace menos vulnerables a la lesión por isquemia- reperfusión.¹⁸

El receptor del factor de necrosis tumoral 2 (TNFR2), así como el receptor tipo toll 4 (TLR4) también se han implicado en las acciones cardioprotectoras de la melatonina. Usando corazones aislados de ratas o ratones, un grupo de investigadores informaron que la activación del TLR4 con lipopolisacárido provocó una reducción en el tamaño del infarto, mientras que los efectos cardioprotectores de la melatonina podrían ser abolidos por TAK242, un inhibidor específico de la señalización TLR. Sus datos sugieren que la cardioprotección inducida por la melatonina puede estar mediada por la activación de TNFR2 o TLR4 (o ambas), seguida de la activación de la vía SAFE (Survivor Activating Factor Enhancement). Sin embargo, las interacciones entre melatonina, sus propios receptores, TLR4, TNFR2 y la activación de las vías de supervivencia aún deben establecerse.¹⁹ Existe otro estudio que demostró que la melatonina actúa a través del TNFR2 y el transductor de señal y activador de la transcripción 3 (STAT3) ya que no pudo proteger ratones con deficiencia de TNFR2 o deficientes en STAT3.²⁰

En un estudio realizado en 2019, utilizaron métodos de silenciación y sobreexpresión de genes en vivo, en ratones, para determinar cuales son los receptores de membrana específicos de melatonina que contribuyen a producir un efecto cardioprotector, concluyendo que, tanto el receptor MT1 como el MT2 fueron detectables en el miocardio mediante métodos de inmunofluorescencia y western blot. Pero tras la reperfusión, en el área de riesgo isquémico se cuantificó un aumento en los receptores MT2, mientras la expresión de MT1 permaneció invariable.¹⁵

La silenciación de genes en vivo fue llevada a cabo mediante vectores “minicircle”, que funcionan como los plásmidos, estos llevan secuencias de shRNA dirigidas a MT1 o MT2.¹⁵ Los shRNA suprimen la expresión de los genes diana mediante el corte del ARN mensajero (ARNm) complementario en dos mitades, lo que conlleva la supresión de la expresión del gen.^21,22 Los vectores fueron inyectados en la cavidad del ventrículo izquierdo por un catéter, mientras la arteria pulmonar y la aorta permanecían temporalmente clampadas. Los ratones fueron sometidos a isquemia-reperfusión cardiaca 72 horas después del suministro del vector.¹⁵

Más tarde un análisis de Western blot confirmó una reducción del 70% en cuanto a la expresión de las proteínas MT1 y MT2 en el miocardio 48 h después de la transferencia. Se estudió la expresión de MT1 y MT2 en otros órganos y tejidos para comprobar que no hubiese variado, y se observó que no había sido afectada.¹⁵

El efecto positivo de melatonina en la lesión miocárdica se vio afectado en ratones con MT2 silenciado, mientras que en los no silenciados se produjo una reducción significativa del tamaño de la isquemia, de los niveles séricos de daño miocárdico y de la apoptosis. Estos efectos no se modificaron cuando se silenció selectivamente MT1, lo que parecen indicar que la reducción del daño miocárdico mediado por la melatonina es dependiente de la activación del receptor MT2.¹⁵

La melatonina confirió una mejoría de la función cardiaca. El daño por isquemia- reperfusión produjo una disfunción del ventrículo izquierdo, notable en la disminución de la fracción de eyección del ventrículo izquierdo (FEVI) y la fracción de acortamiento (FA), mientras que el tratamiento con melatonina mejoró significativamente la FEVI y la FA. Una vez más se observó que cuando silenciaban el receptor MT2 esta mejoría no estaba presente, y cuando se silenciaba el MT1 sí había tal mejora.¹⁵

Además, se estudió la actividad de las caspasas 8,9,12 tras del daño por isquemia- reperfusión cardiaca. El tratamiento con melatonina inhibió significativamente la actividad de la caspasa-12 y la caspasa-9 sin afectar la actividad de la caspasa-8.¹⁵

El análisis por Western blot confirma que la melatonina redujo la fuga de Cyt-C (componente importante de la mitocondria que juega un papel en el transporte de electrones de la cadena respiratoria), impulsada por el daño por isquemia-reperfusión cardiaca, desde las

mitocondrias hacia el citoplasma. Y detectaron una disminución de los marcadores de estrés del retículo endoplasmático con la administración de melatonina.¹⁵

Todo lo anterior sugiere que la melatonina redujo la apoptosis miocárdica suprimiendo las vías de apoptosis moderadas por el estrés del retículo endoplasmático y las mitocondrias, y además todos estos efectos eran dependientes de MT2, pero no de MT1. Demostrando con esto que la melatonina disminuye el estrés oxidativo en el miocardio reperfundido y elimina las vías de apoptosis mediadas por el estrés del retículo endoplasmático y las mitocondrias. ¹⁵

Para producir una sobreexpresión de MT1 y MT2 se empleó el vector AAV9, cinco semanas después se produjo una regulación positiva de la expresión cardíaca de MT1 y MT2 constatado por Western blot e inmunohistoquímica. Se sometió a los ratones a isquemia- reperfusión apreciando que la sobreexpresión de MT2 redujo significativamente el tamaño del infarto en comparación con el grupo sin sobreexpresión y disminuyó los niveles séricos de marcadores de lesión miocárdica, se suprimió la apoptosis y actividad de caspasa-3. Los resultados de la sobreexpresión de MT2 en la función cardiaca, sugieren una mejora en la actividad diastólica y sistólica, la miocardiocontractilidad y relajación miocárdica. Estos efectos estuvieron ausentes cuando únicamente se sobreexpresaba MT1. ¹⁵

En cuanto a los mecanismos de acción de melatonina a nivel cardiovascular esta tiene una actividad antioxidante directa independiente del receptor que reduce las concentraciones del radical peroxinitrito, y se encarga de recolectar los radicales libres de oxígeno y nitrógeno junto con algunos de sus metabolitos. Además puede actuar de forma indirecta mediada por receptores de membrana o nucleares, estimulando la actividad de diversas enzimas antioxidantes, como la superóxido dismutasa, la catalasa y la glutatión peroxidasa. La superóxido dismutasa transforma el anión superóxido en peróxido de hidrógeno que, a su vez, es metabolizado por la catalasa y la glutatión peroxidasa, de tal forma que disminuye la formación del radical hidroxilo. También ha demostrado aumentar los valores del glutatión, importante antioxidante intracelular, mediante la estimulación de la enzima gamma-glutamil- cisteín sintetasa. La melatonina en la cadena respiratoria va a disminuir la pérdida de electrones y se va a producir una disminución de la producción de radicales libres.¹⁴

La actividad antiinflamatoria de la melatonina, se va a producir por una disminución en la actividad de la mieloperoxidasa, la concentración intracelular de calcio, el reclutamiento de

leucocitos en los tejidos lesionados, la expresión de moléculas de adhesión y del factor de transcripción nuclear kappa B (NF-κB). ¹⁴

En un estudio se intentó esclarecer los mecanismos por los cuales la melatonina y sus receptores reducen la apoptosis cardíaca y el daño por isquemia-reperfusión. Se examinó la influencia de la melatonina en la fuga de citocromo C (Cyt‐C, índice de apoptosis mitocondrial), CCAAT enhancer binding protein (C/EBP) homologous protein (CHOP) (índice de apoptosis por estrés del retículo endoplásmico), caspasa-12 (índice de apoptosis por estrés del retículo endoplasmático), caspasa-9 (índice de apoptosis mediada por mitocondrias) y caspasa-8 (asociación a iniciar la vía de los receptores de muerte). El Cyt-C y la expresión de CHOP se incrementaron con la lesión por isquemia-reperfusión cardiaca. Sin embargo, el tratamiento con melatonina redujo la expresión de Cyt-C y CHOP.¹⁵

Para descifrar aún más los mecanismos moleculares subyacentes a las acciones protectoras de melatonina sobre el retículo endoplasmático y mitocondrias, se investigaron sus efectos sobre el estrés oxidativo en el miocardio isquémico-reperfundido. El tratamiento con melatonina interrumpió la producción de especies reactivas de oxígeno y redujo significativamente los niveles de nitrotirosina tisular y MDA (marcador de daño oxidativo de lípidos). ^15,23

5. LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN RELACIONADAS CON LA ACTIVIDAD DE MELATONINA EN EL SISTEMA CARDIOVASCULAR

a. Trasplante cardiaco

El trasplante de corazón es la medida más efectiva para pacientes con enfermedad cardíaca en fase terminal, actualmente se lleva a cabo con donantes que cumplen los criterios de muerte cerebral, lo cual genera una falta de corazones óptimos para el trasplante cardíaco obtenidos de estos donantes.²⁴ Esta escasez de corazones podría mejorar con el uso de aloinjertos de donantes tras la muerte por parada cardiorrespiratoria.²⁵

Un estudio realizado en 2019 evaluó el efecto protector de la melatonina sobre la lesión producida en la isquemia-reperfusión miocárdica sobre un modelo de corazón que sufre parada cardiorrespiratoria después de la perfusión ex-vivo. Los mecanismos del efecto protector de la melatonina durante la lesión por isquemia-reperfusión siguen sin estar claros. Este grupo de investigación se plantea que la vía de señalización JAK2/STAT3 al estar involucrada en una gran variedad de procesos biológicos como la inflamación, diferenciación, proliferación y metástasis tumoral, podría reducir el estrés oxidativo y la apoptosis durante la isquemia- reperfusión. El objetivo de este estudio es conocer si esta vía desempeña un papel crucial en la cardioprotección mediada por la melatonina en un corazón procedente de donante por parada cardiorrespiratoria.²⁵

Los resultados del experimento de laboratorio realizado con 120 ratas macho, evidenciaron que el pretratamiento con melatonina protege al corazón de la isquemia- reperfusión reduciendo el edema y la inflamación del miocardio en comparación con el grupo que no fue pretratado²⁵

Se investigaron los efectos de la melatonina sobre el estrés oxidativo inducido por la isquemia-reperfusión en el corazón con parada cardiorrespiratoria. En el grupo pretratado con melatonina disminuyó el nivel de malondialdehido (MDA) y aumentó la capacidad antioxidante a través de la regulación positiva en las actividades de la superóxido dismutasa y glutatión peroxidasa, lo cual no ocurrió en el grupo que no fue pretratado.²⁵

En el grupo pretratado disminuyó significativamente la expresión citoplasmática de Cyt- C, que aumenta en respuesta a cualquier daño a la estructura mitocondrial, esto parece indicar que se conservó la integridad de las mitocondrias sugiriendo que el pretratamiento con melatonina alivia el estrés oxidativo mitocondrial después de la isquemia-reperfusión.²⁵

La isquemia-reperfusión cardiaca aumenta la expresión de los factores proapoptóticos (Bax, caspasa-3 y C-caspasa-3) y disminuye la expresión del factor antiapoptótico (Bcl-2). En el grupo pretratado disminuyeron los niveles de los factores pro-apoptóticos y aumentó el nivel de factor antiapoptótico,también se produjo un aumento significativo de la expresión de p- STAT3 (phospho-STAT3) y p-JAK2 (phospho-JAK2), constatándose que los efectos cardioprotectores de la melatonina producen una activación de la vía de señalización JAK2/STAT3. Observándose una reducción de la apoptosis miocárdica y del número de cardiomiocitos apoptóticos. ²⁵

Se constató que la vía de señalización JAK2/STAT3 es esencial para conseguir efectos cardioprotectores de la melatonina en vivo. Al usar el inhibidor especifico de JAK2: AG490 que compite por la unión con receptores tirosina-quinasa y bloquea la vía de señalización de JAK2/STAT3, se anularon los efectos protectores de la melatonina, aumentaron los niveles de expresión de los factores proapoptóticos (Bax, caspasa-3, c-caspasa-3); y se produjo una disminución de la expresión del factor Bcl-2 antiapoptótico. Apreciándose una inflamación más evidente en los corazones del grupo AG490 que en los del grupo que estuvo pretratado con melatonina. AG490 produjo una disminución de los niveles de expresión de p-JAK2 y p- STAT3 observándose que la melatonina produjo una disminución del edema miocárdico e inflamación tras la isquemia-reperfusión mediado por la activación de la vía de señalización JAK2/STAT3.²⁵

Este estudio demostró que la melatonina protege efectivamente de la isquemia- reperfusión cardiaca en los corazones procedentes de donación por parada cardiorrespiratoria a través de la activación de la vía JAK2/STAT3. Pretratar con melatonina produce cardioprotección durante la reperfusión cardiaca, observándose una reducción del edema y de la inflamación del miocardio, además de una disminución del estrés oxidativo y apoptosis cardiaca. Estos efectos estarían mediados, al menos en parte, por la activación de la vía de señalización JAK2/STAT3, ya que el tratamiento con un inhibidor específico de JAK2 abolió de forma notable los efectos protectores de la melatonina en la isquemia-reperfusión.²⁵

b. Infarto agudo de miocardio

La muerte de los cardiomiocitos se produce masivamente durante el infarto agudo de miocardio y es la principal causa del impacto de la cardiopatía isquémica en la supervivencia y la calidad de vida de los pacientes. La recanalización coronaria no suele ser capaz de prevenirla, estudios experimentales han demostrado que una parte significativa de esta muerte celular se produce en los primeros minutos de reperfusión, y que los tratamientos dirigidos a interferir con los mecanismos de su desarrollo reducen el tamaño de infarto. Entre estos mecanismos, la sobrecarga de Ca²⁺, la permeabilización mitocondrial y la fragilidad del citoesqueleto/sarcolema (producida por la activación de proteasas) desempeñan un papel crítico. La muerte celular se puede propagar a los cardiomiocitos adyacentes a través de las uniones tipo GAP, la posibilidad de salvar miocardio comprometido mediante tratamientos coadyuvantes puestos en marcha durante la recanalización coronaria representa una nueva oportunidad terapéutica para los pacientes con infarto agudo de miocardio.²⁶

El tamaño del infarto y el porcentaje de necrosis son factores importantes que afectan la supervivencia después del infarto agudo de miocardio.²⁷ Existen evidencias del efecto cardioprotector de melatonina contra la lesión de isquemia-reperfusión, reduciendo el tamaño del infarto/área de riesgo y la incidencia de arritmias de reperfusión.²⁸ Dado que la isquemia se asocia a la formación de especies reactivas de oxígeno y nitrógeno (ROS y RNS) a partir del oxígeno molecular residual, es probable que el efecto cardioprotector se asocie a la capacidad de la melatonina de actuar como eliminador de radicales libres y de inducir la expresión de enzimas antioxidantes.⁴

La melatonina ejerce acciones de eliminación de radicales libres, también varios de sus metabolitos pueden inactivar los radicales libres y sus derivados. Estimula enzimas antioxidantes intracelulares esenciales, como las superóxido dismutasas (citosólicas y mitocondriales) y la glutatión peroxidasa. Además, induce la actividad de la gamma-glutamil- cisteín sintetasa, con lo que se estimula la producción de otro antioxidante intracelular, el glutatión. Tiene especial interés el posible papel en la mejora y mantenimiento de la función mitocondrial.^4,28

La intervención coronaria percutánea (ICP) cuando puede llevarse a cabo lo antes posible es una estrategia apropiada de reperfusión para pacientes con síndrome coronario agudo con

elevación del segmento ST (SCACEST), a pesar de esto se genera un daño a causa de la reperfusión miocárdica, varios mecanismos fisiopatológicos son responsables de este daño, entre ellos se encuentran la generación de radicales libres de oxígeno y la agregación de plaquetas.²⁹

Se cree que los antioxidantes usados como terapia cardioprotectora pueden reducir la lesión por reperfusión en pacientes con SCACEST. Uno de los factores más importantes que deben poseer los antioxidantes es la capacidad de penetrar la membrana celular y eliminar los radicales libres “in situ”. La melatonina difunde fácilmente a través de la membrana celular en comparación con otros antioxidantes, como la vitamina E o la vitamina C; y además es dos veces más efectiva para eliminar el radical peroxilo que la vitamina E. ²⁹

La melatonina es un gran eliminador de los radicales libres y podría limitar el tamaño del infarto de miocardio y necrosis tras procedimientos cardiovasculares. Además, los metabolitos de la melatonina, como la N-acetil-5-metoxikinuramina y la N1-acetil-N2-formil-5- metoxikinuramina, son metabolitos activos que pueden eliminar también los radicales libres.

No solo inducen la producción de enzimas antioxidantes sino que también evitan la generación de enzimas proinflamatorias y prooxidativas.²⁹

En 2015, se publicó un estudio prospectivo y aleatorizado en el que participaron pacientes con infarto de miocardio con elevación de ST (IAMCEST) sometidos a intervención coronaria percutánea. Su objetivo era investigar los efectos del uso a corto plazo de la melatonina en biomarcadores cardíacos, troponina-T y creatina quinasa-MB (CK-MB). Los pacientes se dividieron en 2 grupos de 20 cada uno: los que recibieron melatonina y los que no. La melatonina oral (3 mg) comenzó a darse la noche después de intervención coronaria percutánea y continuó por el día durante la hospitalización. Tuvo variados resultados sobre el tamaño del infarto de miocardio después del SCACEST. Sin embargo, la muestra de este estudio era pequeña (solo 40 pacientes), concluyeron que la melatonina se puede considerar como un medicamento complementario seguro para su administración de forma estándar después de la intervención coronaria percutánea en pacientes con SCACEST.³⁰

En un estudio de cohortes, midieron los niveles séricos de melatonina y los parámetros de estrés oxidativo en 25 pacientes con infarto agudo de miocardio y 25 controles sin enfermedad arterial coronaria. Observándose una reducción de la elevación nocturna de

melatonina en el grupo con infarto agudo de miocardio en comparación con el grupo control.

Este estudio informó que existe una asociación entre el infarto agudo de miocardio y el déficit de melatonina sérica nocturna, así como un aumento del estrés oxidativo, sugiriendo que la melatonina se agota, al menos en parte, durante la fase oscura para reducir los radicales libres formados en el infarto agudo de miocardio.³¹

En otra investigación, se estudió la correlación entre la concentración de melatonina y la albúmina modificada por isquemia (IMA) en pacientes con SCACEST sometidos a intervención coronaria percutánea. La albúmina modificada por isquemia se utilizó como marcador de isquemia miocárdica. Se ve como aumenta de manera significativa la IMA después de la isquemia-reperfusión cardiaca en pacientes con SCACEST tratados con ICP. Está documentado que los cambios detectables en la IMA ocurren minutos después de la oclusión transitoria y la reperfusión de una arteria coronaria durante la angioplastia, volviendo al valor basal entre 6 y 12 horas.³²

La isquemia-reperfusión provoca numerosas y complejas reacciones en los tejidos que terminan con en el daño de moléculas y orgánulos esenciales para las células del endotelio coronario y el miocardio, con el reclutamiento de elementos sanguíneos circulantes, como son los leucocitos y plaquetas. Durante la isquemia transitoria y el período de reperfusión, muchas células generan productos derivados de oxígeno que son tóxicos para el corazón. De hecho, los metabolitos de oxígeno parcialmente reducido, referidos como especies reactivas de oxígeno (ROS), son aceptados como responsables de gran parte del daño cardíaco que ocurre durante la isquemia-reperfusión en pacientes SCACEST.³²

En el estudio compararon los niveles de IMA y melatonina en 27 pacientes con SCACEST sometidos a angioplastia primaria y 20 sujetos sanos. En ambos grupos, las concentraciones de melatonina tuvieron una variación diurna, pero la diferencia entre los niveles nocturnos y diurnos fue menor en los pacientes con SCACEST que en el grupo control.³² En cuanto a los niveles de IMA no mostraron variaciones diurnas en los sujetos control. Sin embargo, el grupo SCACEST mostró una fluctuación diurna con niveles significativamente más altos nocturnos. Sus conclusiones fueron que la IMA circulante se correlaciona negativamente con la melatonina en pacientes con SCACEST. Estos resultados sugirieron que la melatonina podría ejercer un efecto beneficioso como eliminador de radicales en un modelo humano de isquemia-reperfusión miocárdica. ³²

Otro grupo de investigación diseñó un estudio prospectivo, en el que querían probar la hipótesis de que la melatonina puede aumentar el miocardio rescatable y mejorar los resultados clínicos cuando se administra como un complemento del tratamiento de reperfusión en pacientes con infarto agudo de miocardio. Afirmaron que la melatonina puede conferir cardioprotección contra la lesión por isquemia-reperfusión.³³ El ensayo aleatorizado evaluó la eficacia y la seguridad de la melatonina para la reducción de la lesión por reperfusión en pacientes sometidos a revascularización por infarto de miocardio con elevación del segmento ST.³⁴

Un total de 146 pacientes con SCACEST dentro de las 6 horas posteriores al inicio del dolor torácico fueron asignados al azar para recibir melatonina intravenosa e intracoronaria (n=73) o placebo (n=73), durante la intervención coronaria percutánea primaria. Constataron que la melatonina intravenosa e intracoronaria no se asoció con una reducción en el tamaño del infarto y tuvo un efecto desfavorable en los volúmenes ventriculares y la evolución de la fracción de eyección del ventrículo izquierdo. No se observó toxicidad de la melatonina con las dosis utilizadas.³⁴ Tras esto los autores especularon sobre los posibles mecanismos, una de las posibilidades era que altas dosis de melatonina en la circulación coronaria pudiese conducir a la pérdida de cardioprotección o que el tiempo transcurrido desde el comienzo del dolor hasta la intervención coronaria percutánea fuese demasiado largo para poder observar beneficios de la administración de melatonina.³⁴

Hasta la fecha, no se ha llevado a cabo ningún estudio para evaluar la dosis óptima de melatonina que confiera cardioprotección durante la reperfusión miocárdica. Se plantearon que sería de interés evaluar sí el efecto de la melatonina está influenciado por el momento de la administración, creyendo que sería conveniente realizar un ensayo clínico aleatorizado que investigase el efecto de la melatonina en la muerte cardíaca y hospitalización por insuficiencia cardíaca, esta vez con una administración temprana de la melatonina.³⁵ Este estudio tuvo como objetivo evaluar sí el momento de la administración influye en el efecto del tratamiento con melatonina en pacientes con SCACEST.^35,36

Los pacientes se distribuyeron de forma aleatorizada para que recibiesen melatonina o placebo durante la intervención coronaria percutánea. Los pacientes aleatorizados se dividieron en intervalos según el tiempo transcurrido desde el inicio de los síntomas hasta que se realizó la intervención coronaria percutánea: primer intervalo (136 ± 23 minutos), segundo intervalo

(196 ± 19 minutos) y tercer intervalo (249 ± 41 minutos). Los pacientes asignados al grupo de la melatonina recibieron una dosis de 51,7 mmol administrados durante 60 minutos, antes de llevar a cabo la intervención coronaria percutánea y un bolo de 8,6 mmol de melatonina intracoronaria administrada a través del catéter guía dentro de los primeros 60 segundos tras la restauración del flujo. Se realizó una resonancia magnética la semana posterior a la intervención coronaria percutánea. En el primer intervalo, el tamaño del infarto fue significativamente menor en los sujetos tratados con melatonina en comparación con placebo.

Al contrario que en el grupo de pacientes incluidos en el tercer intervalo en los que el tratamiento con melatonina se asoció a un mayor tamaño del infarto.³⁶

La administración de melatonina en pacientes con SCACEST que se presentaron inmediatamente después de la aparición de los síntomas fue asociado con una reducción significativa del tamaño del infarto después de la intervención coronaria percutánea.

Concluyendo que se requieren estudios adicionales para evaluar si la melatonina mejora los resultados clínicos en los pacientes que reciben intervención coronaria percutánea en los primeros momentos de la aparición de los síntomas. ³⁶

En un estudio publicado en 2017 observaron que la administración intravenosa de 0,1 mg/ml de melatonina y la administración intracoronaria de 0,1 mg/ml al inicio de la reperfusión no mejoraron la función ventricular izquierda, ni redujo el tamaño del infarto o mejoró el resultado clínico en 48 pacientes con SCACEST.³⁷

Estos resultados en su conjunto son indiscutiblemente no concluyentes. Hasta donde sabemos, el papel de la melatonina en el proceso de lesión por isquemia-reperfusión después de un infarto agudo de miocardio (IAM) es, como depurador de especies radicales de oxígeno y de nitrógeno y para bloquear la apertura del poro de transición de permeabilidad mitocondrial (mPTP); situaciones que provocan la muerte del cardiomiocito; y a posteriori, directa o indirectamente, la melatonina también reduce como molécula antiinflamatoria, la inflamación local de la zona de alrededor del infarto. ³⁰

c. Hipertensión

La hipertensión arterial (HTA) es la patología cardiovascular más frecuente, afecta aproximadamente a un tercio de la población, y su prevalencia aumenta con la edad.³⁸ Se ha visto que la administración de dosis farmacológicas de melatonina reduce la presión arterial como consecuencia de diversos mecanismos, entre los que se encuentra un efecto hipotalámico directo, una reducción de las catecolaminas, la relajación de la pared de músculo liso y, lo que es más importante, sus propiedades antioxidantes.²⁸

Varios trabajos parecen indicar que la melatonina puede tener un efecto hipotensor. Con un ensayo clínico amplio en el que se utilizara melatonina como tratamiento de la HTA, podría responderse a muchas preguntas importantes, como la dosis y la pauta de administración óptimas, y la selección adecuada de los pacientes para alcanzar el máximo beneficio posible.

A juzgar por lo que indica la evidencia acumulada, la melatonina parece ser un buen fármaco candidato para el tratamiento de la HTA, teniendo en cuenta que el número de pacientes con HTA bien controlada es alarmantemente bajo en todo el mundo.²⁸

La HTA afecta los órganos diana de diferentes formas, el metabolismo energético celular está frecuentemente involucrado debido a alteraciones mitocondriales en las que se incluyen un aumento en la producción de especies reactivas de oxígeno y una disminución de la síntesis de adenosintrifosfato (ATP).³⁹ La melatonina regula varios parámetros del sistema cardiovascular, incluida la presión arterial, y es un agente antihipertensivo prometedor.⁴⁰

Se ha observado que la melatonina puede reducir e inhibir la carga oxidativa en el ventrículo izquierdo, aorta, y en la fibrosis e hipertrofia ventricular izquierda. En el riñón reduce/inhibe el estrés oxidativo renal y reactividad vascular.⁴¹ Los mecanismos y vías involucradas en la acción antihipertensiva de la melatonina son complejos y algunos de ellos no están claros. Existen acciones dependientes e independientes del receptor que implican efectos autónomos, vasculares, antiinflamatorios y antioxidantes.⁴⁰

El papel fisiológico de melatonina en la regulación de la presión arterial proviene de estudios experimentales y algunos estudios clínicos. Se conoce que la pinealectomía en ratas provoca un aumento gradual y sostenido de la presión arterial, la vasoconstricción periférica

da como resultado HTA. Mientras que cuando la melatonina se administra de forma crónica a roedores pinealectomizados, no aumenta la presión arterial.^40,42

Las mitocondrias son los principales orgánulos por los cuales la melatonina reduce la oxidación y la inflamación, lo hace conservando la actividad del complejo I y III de la membrana mitocondrial, inhibiendo la apertura del poro de permeabilidad transitoria mitocondrial y la liberación de citocromo C.⁴⁰

Las evidencias de los últimos años parecen indicar que la melatonina regula el tono vascular; sin embargo, la naturaleza de la respuesta sigue siendo controvertida. Se ha visto que produce tanto vasoconstricción como vasodilatación, actuando como vasorelajante en la arteria mesentérica y la aorta, y como vasoconstrictor en la aorta abdominal. Esta doble acción está relacionada con el receptor de melatonina, la activación de los receptores MT1 median vasoconstricción, mientras que en los MT2 median la vasodilatación.⁷ Pero estas respuestas cambian en dependencia del ritmo circadiano, la fuente de melatonina, la concentración, la duración y la sensibilidad del receptor (homo y heterodímeros). Los efectos vasculares de la melatonina no son sencillos de comprender, las acciones de la melatonina dependen del tipo de célula, el territorio vascular y la activación de los receptores que van a inducir vasoconstricción en algunas zonas y vasodilatación en otras.⁴⁰

Los pacientes “non dipper” (aquellos que no reducen la presión arterial por la noche con respecto a la que tienen durante el día) se han relacionado con niveles insuficientes de melatonina. Este patrón se observa en aproximadamente la mitad de la población hipertensa y es causada por la edad, un índice de masa corporal alto y la presencia de diabetes.⁴²

Otros efectos de melatonina son independientes del receptor y regulan el tono vascular.

La melatonina disminuye la concentración de Ca²⁺ en las células del músculo liso mediante la interacción con el complejo Ca²⁺- calmodulina que conduce a la relajación, pero en las células endoteliales, la misma reducción de Ca²⁺ inhibe la óxido nítrico sintetasa endotelial, lo que desencadena la vasoconstricción. La melatonina aumenta sus “defensas antioxidantes” como la catalasa y la superóxido dismutasa, lo que lleva a la reducción de la presión arterial oxidativa en los pacientes.⁴⁰ Es por todo esto que la melatonina podría convertirse en candidata en la investigación del tratamiento para la hipertensión.

d. Aterosclerosis

La aterosclerosis es una enfermedad vascular crónica en la cual el estrés oxidativo y la inflamación están implicados como principales factores causales. En esta enfermedad se va a producir un cambio gradual y progresivo en los vasos sanguíneos, es considerada una enfermedad cardiovascular peligrosa ya que puede ocluir las arterias o producir tromboembolismos, lo que conduciría a un infarto de miocardio, accidente cerebrovascular o enfermedad vascular periférica, siendo capaz de causar muerte súbita o discapacidad.^6,7,43

Diferentes estudios han investigado el efecto antioxidante de la melatonina en lipoproteínas de baja densidad y la reducción de las concentraciones plasmáticas de colesterol total, colesterol unido a las lipoproteínas de muy baja densidad y colesterol unido a las lipoproteínas de baja densidad, en ratas con hipercolesterolemia. La melatonina podría producir dichos efectos aumentando la eliminación del colesterol endógeno.²⁸

En el inicio del desarrollo de la placa se produce una activación endotelial inducida por citoquinas inflamatorias y lipoproteínas de baja densidad oxidadas. Dominguez-Rodriguez et al. descubrieron la existencia de una asociación entre los valores séricos nocturnos elevados de lipoproteínas de baja densidad oxidadas y la reducción de los de melatonina circulante en los pacientes con infarto agudo de miocardio. Apoyando la idea de que la melatonina puede reducir el colesterol total y estimular la concentración de lipoproteínas de alta densidad además de reducir la oxidación de las lipoproteínas de baja densidad, estos cambios tendrían un efecto protector contra la enfermedad cardiovascular.²⁸

Se ha demostrado que los eventos isquémicos no están relacionados directamente con el grado de estenosis de la luz vascular, sino que dependen de la estabilidad de las placas determinada por su composición, y el grado de inflamación activa. Las causas patológicas de la aterosclerosis incluyen inflamación crónica, respuesta inmune anormal y trastornos del metabolismo de los lípidos. La neovascularización en las placas indica inflamación activa, y puede usarse como indicador para predecir la inestabilidad y la ruptura de la placa.⁴³

La melatonina con propiedades antioxidantes, antiinflamatorias y de regulación de la angiogénesis se ha introducido en la investigación con la intención de inhibir el desarrollo de la aterosclerosis y prevenir la ruptura de la placa vulnerable. Muchos estudios experimentales

confirman que la melatonina produce efectos ateroprotectores al actuar sobre diferentes procesos ateroscleróticos mejorando la eliminación del colesterol endógeno, la infiltración de grasa en la capa íntima arterial, inhibiendo la formación de moléculas de adhesión derivadas del endotelio, reduciendo la infiltración de ácidos grasos en la capa endotelial, neutralizando los radicales libres, reduciendo la peroxidación lipídica, y evitando la fuga de electrones de la cadena respiratoria mitocondrial.^7,43 La mayoría de los estudios atribuyen este efecto protector a la regulación de los factores de riesgo cardiovascular. En varios trabajos se investigaron los efectos de melatonina sobre la composición y estabilidad de las placas ateroscleróticas.⁴³

Ding et al. informaron que, en ratones inactivados con apolipoproteína E hipercolesterolémica, la administración de melatonina durante nueve semanas limitó significativamente la ruptura de la placa vulnerable con una menor incidencia de hemorragia intraplaca. Demostrando que la melatonina disminuye la inflamación y hemorragia al suprimir la polarización intraplaca de macrófagos.⁴⁴ También hay información de que la melatonina estabiliza placas al aumentar su contenido de colágeno tipo I.⁴³

Otro estudio sostiene que la melatonina tiene diferentes efectos sobre la neovascularización según las situaciones sean fisiológicas o patológicas, pudiendo producir una inhibición de la neovascularización en las placas ateroscleróticas, evitando así el inicio y el desarrollo de la aterosclerosis. La mayoría de los estudios sugieren que estos efectos están relacionados con el papel de la melatonina en la regulación del factor de crecimiento endotelial vascular y sus receptores. Se especula que la melatonina puede inhibir la formación de nuevos vasos sanguíneos en la placa, aunque se requiere más datos experimentales.⁴³

Estudios realizados observaron una mejora el metabolismo de los lípidos, la disfunción vascular e inflamación, y una inhibición de la progresión de aterosclerosis en conejos alimentados con alto contenido de grasa. También se indicó por primera vez que la supresión del sistema TLR4/NF-κB en los vasos con daño aterosclerótico es importante para los efectos protectores de melatonina. TLR4 activa NF-κB constituyendo otra vía de señalización proinflamatoria implicada en la lesión por isquemia-reperfusión cardiaca.^3,6

La melatonina puede regular directamente la concentración de colesterol, aunque los mecanismos no son muy bien conocidos, y además puede paliar los efectos nocivos de las lipoproteínas oxidadas en los tejidos. Por lo tanto, al actuar sobre el colesterol influyendo tanto

en las causas como en los efectos de la hipercolesterolemia actúa también a su vez en el mecanismo de producción de la aterosclerosis.⁴⁵

Debido a su naturaleza lipofílica no ionizada, la melatonina entra en la fase lipídica de las partículas de LDL y previene la descomposición de los lípidos. Esta también contrarresta la carga oxidativa celular indirectamente estimulando la producción de enzimas que actúan contra las especies reactivas de oxigeno, como la glutatión peroxidasa, la glutatión reductasa y la superóxido dismutasa.⁷

Se ha utilizado varios enfoques experimentales para observar el impacto de la melatonina en el metabolismo del colesterol. Muchos de estos estimaron las concentraciones séricas de subfracciones de colesterol tras la suplementación con melatonina. En general, estos experimentos muestran que la melatonina afecta los niveles de colesterol de manera bastante insignificante. Los autores que apoyan la hipótesis contraria tienen la teoría de que es debido a que el tiempo transcurrido entre la suplementación con melatonina a la medición fue muy corto, aunque algunos estudios han proporcionado evidencia de que la melatonina tiene efectos significativos y beneficiosos.⁴⁵

Los ensayos clínicos controlados, bien planificados, centrados en los efectos de la suplementación de melatonina de larga duración, con una cuidadosa estandarización para los factores de confusión como los factores de riesgo cardiovascular, la edad y el sexo, son necesarios para la verificación de la hipótesis sobre el potencial hipolipemiante de la melatonina y su acción antiaterogénica. Todavía no tenemos una comprensión integral de la modulación molecular de los procesos enzimáticos en el nivel de transcripción génica y expresión de proteínas involucrados en los efectos de la melatonina en el metabolismo del colesterol.⁴⁵

e. Daño miocárdico inducido por fármacos I. Doxorrubicina

Después de las enfermedades cardiovasculares, el cáncer es considerado la segunda causa de muerte en el mundo. La doxorrubicina (Adriamicina), es un fármaco quimioterapéutico eficaz que se utiliza comúnmente desde fines de la década de 1960 contra tumores sólidos como el cáncer de mama, pulmón, testículo, tiroides, ovario y tumores hematológicos de linfoma de Hodgkin y linfomas no Hodgkin. Hay efectos secundarios de este fármaco quimioterapéutico que son reversibles o clínicamente manejables, como son la arritmia, mielosupresión, náuseas y vómitos. Sin embargo, la cardiotoxicidad inducida por la doxorrubicina (DXR) se considera un efecto adverso grave y limita su uso clínico; este efecto secundario puede conducir a una reducción de la calidad de vida y, en ocasiones, a la muerte. Cuando se descubrió que la formación de especies reactivas de oxígeno (ROS) puede tener un efecto importante en el mecanismo cardiotóxico inducido por DXR al reducir los sistemas antioxidantes endógenos se introdujo el uso de antioxidantes exógenos.⁴⁶

Varios estudios y ensayos clínicos destinados a evaluar los efectos de la administración de melatonina en combinación con agentes quimioterapéuticos en pacientes con cáncer avanzado con mal pronóstico clínico han informado que la melatonina aumenta la eficacia de la quimioterapia y reduce significativamente la cardiotoxicidad inducida por DXR.⁴⁷ A la luz de esto, la naturaleza dual oncostática y cardioprotectora de la melatonina durante la cardiotoxicidad inducida por la DXR podría atribuirse a su capacidad única de influir en la homeostasis y el funcionamiento mitocondrial.⁴⁷

La gran demanda de energía del corazón se satisface con la abundancia de mitocondrias, que son fuentes para la generación de radicales libres, lo que hace que este órgano altamente oxidativo sea susceptible al daño oxidativo inducido por DXR. Una estrategia clínica común para reducir la cantidad de radicales libres producidos en el corazón durante la terapia con DXR implica el uso de antioxidantes. La propiedad de la melatonina, que otros antioxidantes no poseen, es que, sus metabolitos también tienen actividad antioxidante. La melatonina y sus metabolitos generan una cascada de eliminación de radicales libres que hace que sea altamente

efectiva incluso a bajas concentraciones y permite una protección continua contra el daño por radicales libres inducido por DXR.⁴⁷

Se ha encontrado que el tratamiento conjunto de la melatonina con DXR produce una disminución en la tasa de mortalidad, un aumento en el peso corporal y cardíaco, y una disminución en el valor de ascitis en comparación con los grupos tratados solo con DXR.

También mejoró los cambios bioquímicos e histopatológicos inducidos por DXR (en la mayoría de los casos) por mecanismos de función antioxidante, anti-apoptosis, antiinflamatoria y mitocondrial.⁴⁶ La melatonina previene la pérdida de cardiomiocitos durante la cardiotoxicidad inducida por DXR al evitar el daño en el ADN nuclear y mitocondrial, inhibir la apertura del poro de transición mitocondrial, que es un regulador clave de la muerte celular y modula directamente varias proteínas involucradas en el inicio de los procesos de muerte celular.⁴⁷

Las mitocondrias, son orgánulos presentes en todas las células del cuerpo humano, excepto en los eritrocitos, juegan un papel fundamental en la producción de energía, están involucradas en otros procesos complejos como el metabolismo del grupo hemo, el mantenimiento del control homeostático de la producción de especies reactivas de oxígeno y nitrógeno, la regulación del calcio, metabolismo y proliferación celular, la división y muerte celular programada (apoptosis), y funciones de mantenimiento de la mitofagia. Las mitocondrias son abundantes en el tejido cardíaco y constituyen aproximadamente el 45% del volumen miocárdico, esta abundancia se debe a la alta demanda de energía del corazón que se satisface durante la respiración mitocondrial que genera ATP, de los cuales más del 90% es utilizado por los cardiomiocitos. La abundancia de mitocondrias en los cardiomiocitos vincula estrechamente la función bioenergética mitocondrial con la función y viabilidad del miocardio;

así, la disfunción mitocondrial ha sido reconocida recientemente como un elemento fundamental en el desarrollo de la cardiotoxicidad inducida por DXR. Se ha demostrado que DXR se dirige específicamente a las mitocondrias y se acumula en estos orgánulos en concentraciones cien veces más altas que en plasma. Esta acumulación se atribuye en gran medida a la naturaleza catiónica de DXR que tiene una alta afinidad por la cardiolipina, un componente fosfolípido cargado negativamente que se encuentra en la membrana mitocondrial interna. La unión de DXR a la cardiolipina conduce a la formación de un complejo irreversible, inhibiendo la fosforilación oxidativa, ya que hace que la cardiolipina sea incapaz de actuar como cofactor de las enzimas respiratorias mitocondriales.⁴⁸

Se ha demostrado que la función mitocondrial anormal, el ADN mitocondrial dañado, la disminución de la actividad del complejo respiratorio, el aumento de la producción de ROS, la fuga de electrones aumentada y la apertura de mPTP desempeñan papeles cruciales en la fisiopatología de la cardiotoxicidad inducida por DXR. Por lo tanto, es de suma importancia evaluar otros parámetros mitocondriales como la fisión y la fusión, la mitofagia y la actividad de las sirtuinas mitocondriales. La importancia de las mitocondrias en la cardiotoxicidad inducida por DXR indica que se debe dar prioridad al mantenimiento de la integridad y el funcionamiento de estos orgánulos, pudiéndose reducir así la muerte de los cardiomiocitos.⁴⁸

Los efectos beneficiosos de la administración de melatonina contra el efecto cardiotóxico de los fármacos se deben en parte a su actividad directa de eliminación de radicales libres y sus propiedades antioxidantes indirectas. Mayor información sobre el efecto de la melatonina en la bioenergética mitocondrial, la fisión y fusión mitocondrial, su acción sobre la actividad de la sirtuina mitocondrial, su papel en la autofagia, la mitofagia y en la muerte celular profundizaría nuestro conocimiento de los mecanismos de protección de la melatonina durante la cardiotoxicidad inducida por DXR.⁴⁸

II. Isoproterenol

El isoproterenol (1-(3,4-dihidroxifenil)-2-isopropilaminoetanol hidrocloruro) es una catecolamina sintética y un agonista β-adrenérgico.⁴⁹ Su administración puede producir insuficiencia cardíaca asociada a hipertrofia de los ventrículos derecho e izquierdo, congestión pulmonar, disminución de la presión arterial sistólica, estrés oxidativo, reconstrucción fibrótica y alteraciones en los niveles de tubulina en el ventrículo izquierdo.⁵⁰ La administración de isoproterenol en dosis supramáximas produce un estrés severo en el miocardio dando como resultado un infarto, produciéndose una necrosis miocárdica que causará una disfunción cardíaca, incrementándose la peroxidación lipídica junto con un aumento en el nivel de lípidos miocárdicos, y alterándose las funciones de enzimas cardíacas y antioxidantes. Entre los diversos mecanismos propuestos para explicar la cardiotoxicidad inducida por isoproterenol, la generación de radicales libres altamente citotóxicos a través de la autooxidación de catecolaminas ha sido señalado como uno de los factores causantes más importantes.⁴⁹

Diferentes estudios han investigado los mecanismos moleculares y celulares a través de los cuales el isoproterenol produce daño en las células del miocardio; tras su oxidación, produce quinonas que reaccionan con el oxígeno generando anión superóxido (O2-) y peróxido de hidrógeno (H2O2). La producción de O2- resulta en la liberación y reducción de hierro de la ferritina tisular, así como la formación secundaria de H2O2 y radical hidroxilo (-OH). Debido a que el hierro y radical hidroxilo son ambos iniciadores de la peroxidación lipídica, podría esperarse que ésta sea un determinante importante de la lesión miocárdica.⁵¹ El isoproterenol, produce estrés oxidativo causando daño mitocondrial, esto se conoce porque provoca un aumento de los niveles de peroxidación lipídica. La cardiolipina, presente principalmente en la membrana mitocondrial interna, también es propensa al ataque peroxidativo por las especies reactivas de oxígeno. La peroxidación de cardiolipina puede conducir a la inactivación de la cadena de transporte de electrones mitocondriales y, por lo tanto, a una mayor generación de ROS y RNS.⁵²

La capacidad de la melatonina para proporcionar protección al corazón se ha demostrado en diferentes modelos de estrés oxidativo y es un área emergente de investigación. Existen estudios en los que la melatonina proporcionó protección cardiovascular probablemente a través de sus mecanismos antioxidantes. Además, existe evidencia en ratas de laboratorio de que la lesión miocárdica inducida por isoproterenol mejora mediante el tratamiento previo con una dosis farmacológica baja de melatonina. Estudios actuales revelan que la melatonina proporciona protección al corazón de la rata cuando se administra isoproterenol, a través de mecanismos antioxidantes indirectos y al eliminar directamente el -OH que se ha generado de forma endógena.⁵¹

En uno de los estudios la melatonina no consiguió reducir el peso relativo del ventrículo izquierdo o derecho; sin embargo, logró disminuir el peso de los pulmones, la presión arterial sistólica tuvo una menor disminución, se redujo la concentración de colágeno insoluble y total, y en parte evitó la alteración de la beta-tubulina del ventrículo izquierdo. Lo más reseñable fue que la melatonina redujo la mortalidad y prolongó el tiempo promedio de supervivencia.⁵⁰

Un equipo de investigadores quiso comprobar si la melatonina tiene papel en la prevención de la lesión y la recuperación del miocardio cuando se retira el isoproterenol. El tratamiento con isoproterenol en ratas alteró las actividades de algunas de las enzimas mitocondriales relacionadas con el metabolismo energético, los niveles de proteínas de estrés

y las proteínas relacionadas con la apoptosis. Estas alteraciones mejoraron cuando las ratas se pretrataron con melatonina a una dosis de 10 mg/kg, también estudiaron el papel de la melatonina en la recuperación del tejido cardíaco después del daño inducido por isoproterenol.

En las ratas que siguieron consumiendo melatonina tras la retirada de isoproterenol se observó una disminución de los biomarcadores de lesión cardíaca, incluida la transaminasa glutámico oxalacética (SGOT), la lactato deshidrogenasa (LDH) y la LDH1 cardioespecífica. La continuidad del tratamiento con melatonina tras la retirada del isoproterenol mejora la morfología del tejido y la función cardíaca. Indicando que la melatonina puede proporcionar protección cardiovascular a una dosis farmacológicamente baja, y tiene un papel en el proceso de recuperación.¹¹