El trastuzumab, el primer anticuerpo monoclonal humanizado dirigido contra el receptor 2 del factor de crecimiento epidérmico humano (ERBB2/HER2), se utiliza actualmente como terapia de primera línea para los tumores HER2(+). Sin embargo, el trastuzumab aumenta el riesgo de complicaciones cardiacas sin afectar a la estructura del miocardio, lo que sugiere un mecanismo diferente de cardiotoxicidad.
El trastuzumab, un anticuerpo monoclonal humanizado ampliamente utilizado dirigido contra el receptor 2 del factor de crecimiento epidérmico humano (HER2), muestra efectos terapéuticos en la clínica contra los cánceres que sobreexpresan HER2. Sin embargo, el trastuzumab está estrechamente asociado al riesgo de complicaciones cardiovasculares. Un 2–16% de los pacientes tratados con trastuzumab experimentan una disminución de la fracción de eyección del ventrículo izquierdo, y un 1–4% de los pacientes acaban desarrollando insuficiencia cardiaca sintomática [2–4], lo que limita seriamente el uso seguro del trastuzumab en la práctica clínica. Además, no se observaron daños miocárdicos significativos en las muestras de biopsia endomiocárdica de pacientes con cardiotoxicidad por trastuzumab [5], lo que sugiere un mecanismo cardiotóxico complicado.
HER2 desempeña un papel clave en el desarrollo y la función del corazón
La inhibición de la señalización HER2 provoca daños en los cardiomiocitos durante el envejecimiento y la sobrecarga de estrés, lo que se traduce en una disminución de la supervivencia de los cardiomiocitos. Esto sugiere que HER2 es crucial para la supervivencia de los cardiomiocitos y la función cardiaca. Sin embargo, no se observó ningún cambio significativo en la muerte mitocondrial o de cardiomiocitos en ratones adultos con deficiencia ventricular de HER2 [7]. De hecho, la expresión global de HER2 en los corazones de ratón disminuye con la edad [8], pero no se ha demostrado la expresión y función de HER2 en diferentes tipos celulares dentro del corazón adulto.
Los estudios clínicos han demostrado que los pacientes con enfermedad vascular preexistente son más susceptibles a las complicaciones cardiovasculares inducidas por el trastuzumab [2,9], lo que sugiere que el sistema vascular puede contribuir a la cardiotoxicidad relacionada con el trastuzumab. Las células endoteliales vasculares (CEV) son un factor importante en el mantenimiento de la función contráctil de los cardiomiocitos. Liberan moléculas de señalización que regulan la respuesta sistólica de los cardiomiocitos [10,11]. Por lo tanto, la inhibición de HER2 en las CEV podría ser una de las causas de la disfunción cardiaca inducida por el trastuzumab. Sin embargo, la expresión y la función de HER2 en las CEV de corazones adultos siguen siendo desconocidas.
Un estudio publicado recientemente demostró ahora que la expresión de HER2 era mayor en los CEV adultos que en los cardiomiocitos, e identificó a los CEV como las principales células diana del trastuzumab. Se descubrió que la pentraxina 3 (PTX3) de las CEV reduce la contractilidad de los cardiomiocitos al inhibir la señalización del calcio. Además, se demostró que STAT3 funciona como factor de transcripción de PTX3 y que el eje de señalización EGFR-STAT3 en VEC aumenta la transcripción y la liberación de PTX3. También se descubrió que el lapatinib, un inhibidor dual de EGFR y HER2, abolía el deterioro de la función del VI inducido por el trastuzumab, lo que sugiere una estrategia protectora contra la cardiomiopatía inducida por el trastuzumab y proporciona una justificación para el uso combinado de lapatinib y trastuzumab en la terapia contra el cáncer [1].
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Las CEV median en la cardiotoxicidad inducida por el trastuzumab
Para identificar el mecanismo cardiotóxico del trastuzumab, se investigó primero el efecto directo del trastuzumab sobre los cardiomiocitos. Los resultados mostraron que el trastuzumab no reducía la supervivencia de los cardiomiocitos. Se creó un modelo para detectar la fuerza contráctil de las células, basado en la bibliografía [13] y utilizando digoxina, que puede promover la contracción celular y reducir la superficie plana. Se observó que la superficie plana de las células se reducía tras la administración de digoxina tanto en el grupo de control como en el de trastuzumab, lo que sugiere que el trastuzumab no tiene efectos deletéreos directos sobre la contracción de los cardiomiocitos. Además, se utilizó el modelo de iPSC-CM humanas y se trataron las iPSC-CM con trastuzumab o adriamicina (ADR), un fármaco contra el cáncer que puede reducir la supervivencia y la contractilidad de los cardiomiocitos, para generar un grupo de control positivo. Tras seis horas de tratamiento con ADR, la tasa de supervivencia de las células disminuyó significativamente. En contraste con el ADR, el trastuzumab no redujo significativamente la supervivencia celular. Las observaciones ilustran que la amplitud de la contracción espontánea y la frecuencia de los latidos no se vieron afectadas por el tratamiento con trastuzumab, pero se redujeron con el tratamiento con ADR.
Para confirmar el efecto del trastuzumab en el corazón, se creó un modelo de rata con anticuerpo anti-HER2/neu (homólogo del HER2 en ratas). El anticuerpo anti-HER2/neu y el trastuzumab comparten similitud estructural en la tercera región determinante de la complementariedad y tienen el mismo epítopo antigénico en sus dianas [14]. La tinción con hematoxilina y eosina (H&E) no mostró daños cardiacos evidentes en los corazones de las ratas tratadas con anticuerpos anti-HER2/neu. Se observó una mayor deposición de colágeno en secciones de corazón de ratas tratadas con anticuerpos anti-HER2/neu. La tinción con aglutinina de germen de trigo (WGA) mostró un ligero aumento del tamaño de los cardiomiocitos en los corazones de las ratas tratadas con anticuerpos anti-HER2/neu, lo que indica una hipertrofia cardiaca leve. Estos resultados concuerdan con los hallazgos clínicos de que el trastuzumab causa disfunción cardiaca en pacientes sin cambios estructurales significativos en el corazón ni daños en las células musculares cardiacas según los resultados de la biopsia [5].
Además, se realizó una prueba de inmunofluorescencia con corazones de ratones adultos y embriones de ratón. Se comprobó que los niveles de proteína HER2 se reducían drásticamente en los cardiomiocitos de los corazones adultos. Sin embargo, las CEV de los capilares del corazón de los ratones adultos seguían mostrando una expresión considerable de HER2. Posteriormente, las HUVEC se trataron con agua esterilizada (control de disolvente) o con trastuzumab durante 24 horas, y los sobrenadantes se recogieron como medio condicionado (medio de control, medio Ctrl o medio de trastuzumab, medio Tra). El medio Tra tuvo poco efecto sobre la supervivencia de las células CCC-HEH-2 pero inhibió su contracción. Como era de esperar, Tra-medium no redujo la tasa de supervivencia de las iPSC-CM, pero inhibió significativamente la amplitud de contracción y la frecuencia de latido de las iPSC-CM. No se observaron cambios significativos en el potencial de membrana mitocondrial ni en las concentraciones de proteínas de los complejos de la cadena respiratoria mitocondrial en los cardiomiocitos tras 24 horas de tratamiento con medio Tra. El medio Tra aumentó el nivel de ARNm de NPPA, NPPB (péptido natriurético TIPO A/B) y MYH7 (péptido pesado de miosina 7, miocardio β) y disminuyó el nivel de ARNm de MYH6 (péptido pesado de miosina 6, miocardio α) en las células CCC-HEH-2, lo que indica una remodelación cardiaca patológica.
La PTX3 liberada por las CEV promueve la disfunción cardiaca inducida por el trastuzumab
Para identificar los factores clave de las HUVEC que inhiben la contractilidad de los cardiomiocitos, se analizaron mediante LC-MS/MS las sustancias presentes en el medio de las HUVEC tratadas con trastuzumab. Se identificaron un total de ciento cuarenta proteínas. La PTX3, una de las proteínas, puede ser liberada por las CEV y desempeñar un papel clave en la disfunción endotelial y la lesión de los cardiomiocitos. Se demostró que el tratamiento con trastuzumab provocaba un aumento dependiente del tiempo y de la dosis de las concentraciones de PTX3 en el medio, lo que indicaba la liberación de PTX3 de las HUVEC. Además, se observó que las CCC-HEH-2, las células musculares lisas vasculares aórticas humanas y los macrófagos primarios inducidos a partir de monocitos de sangre periférica humana no eran capaces de liberar PTX3 tras el tratamiento con trastuzumab, lo que confirma que el aumento de PTX3 secretada procedía de los CEV y no de otros tipos celulares. Los resultados del ELISA mostraron que los pacientes con complicaciones cardiacas como deterioro de la función sistólica del corazón izquierdo, deterioro de la función diastólica del corazón izquierdo, regurgitación tricúspide, regurgitación mitral o taquicardia tenían niveles plasmáticos de PTX3 más elevados que los pacientes sin complicaciones cardiacas.
Se utilizó un anticuerpo neutralizante de PTX3 para bloquear la función de PTX3. La neutralización de la PTX3 abolió el deterioro de la contractilidad de los cardiomiocitos causado por el tra-medio en el modelo de la digoxina. Además, el anticuerpo neutralizante de PTX3 fue suficiente para inhibir la amplitud de contracción y la frecuencia de latido reducidas de las iPSC-CM sin afectar a la supervivencia. La liberación de PTX3 inducida por el trastuzumab se redujo significativamente en las HUVEC (PTX3 KO). El medio que contenía trastuzumab de HUVECs (PTX3 KO) no inhibió la contractilidad de los cardiomiocitos en el modelo de digoxina ni redujo la amplitud de contracción o la frecuencia de latido de las iPSC-CMs.
Se demostró que la tasa de supervivencia de las células CCC-HEH-2 permanecía inalterada cuando se trataban con la proteína PTX3 recombinante. En particular, se observó una reducción de la contractilidad estimulada por la digoxina en las células CCC-HEH-2 tratadas con PTX3. Además, 40 ng/mL de PTX3 provocaron una disminución significativa de la amplitud de contracción, pero esto no consiguió reducir ni la tasa de supervivencia ni la frecuencia de latido de las iPSC-CMs. El tratamiento de ratones ICR con 20 ó 100 ng de proteína PTX3 recombinante de ratón durante 14 días mostró una disminución de la fracción de eyección y del acortamiento fraccional en los ratones tratados con PTX3, lo que indica disfunción cardiaca en los ratones tratados con PTX3. Los resultados de la tinción H&E no revelaron lesiones cardiacas evidentes en los corazones tratados con PTX3. Sin embargo, se observó cierta deposición de colágeno en secciones de corazón de ratones inyectados con PTX3. Además, la tinción WGA mostró un ligero aumento del tamaño de los cardiomiocitos en los corazones de los ratones inyectados con PTX3. Sin embargo, la inyección de PTX3 tuvo poco efecto sobre la relación peso cardiaco/peso corporal o la frecuencia cardiaca. Además, no se observó que el PTX3 aumentara los niveles séricos de creatina quinasa (CK-MB), ALT o AST, que son marcadores bioquímicos de lesión cardiaca o hepática, respectivamente. Estos resultados sugieren que la PTX3 es suficiente para causar directamente disfunción cardiaca sin dañar la estructura del corazón. Se ha informado de que el PTX3 puede inducir una disfunción endotelial [15], y que el trastuzumab no mostró casi ningún efecto sobre la proliferación y la migración, pero sí poco sobre la supervivencia de las HUVEC.
PTX3 provoca una señalización aberrante del calcio en los cardiomiocitos
La expresión de 26 genes en los corazones de los ratones tratados con PTX3 estaba significativamente regulada al alza (≥2 o ≤0,5 veces, tasa de falsos descubrimientos ≤0,05) en comparación con los ratones de control, mientras que la expresión de 36 genes estaba regulada a la baja. El análisis Gene Ontology Pathway de los procesos biológicos reveló un enriquecimiento de genes en procesos relacionados con la respuesta a la hipoxia, la regulación de la actividad de los canales de calcio de alto voltaje y la angiogénesis. El análisis de enriquecimiento de conjuntos de genes también confirmó que las vías de señalización estrechamente asociadas a la función cardiaca, incluida la vía de señalización del calcio, la actividad reguladora de los canales de calcio, el AMPc y la reabsorción de calcio regulada por factores endocrinos y de otro tipo, estaban más enriquecidas en los corazones tratados con vehículos. La citometría de flujo con colorante de calcio Fluo-4 AM reveló que el medio Tra y la proteína PTX3 recombinante provocaron una disminución del contenido de calcio intracelular en las células CCC-HEH-2. Además, la deleción del gen PTX3 en las HUVEC abolió la disminución del contenido de calcio intracelular en las células CCC-HEH-2 provocada por el medio que contenía trastuzumab.
El análisis de enriquecimiento de vías de la Enciclopedia de Genes y Genomas de Kioto (KEGG) y el mapa de calor resultante mostraron el enriquecimiento de vías relacionadas con la infección por patógenos y la respuesta inmunitaria. Esto indica una activación de la respuesta inflamatoria en los corazones tratados con PTX3. Teniendo en cuenta que el PTX3 promueve la respuesta inflamatoria en parte a través de la señalización STAT3 [16] y que STAT3 desempeña un papel clave en la regulación de la señalización del calcio cardiaco [17,18], se ha demostrado la activación de la señalización STAT3 por el PTX3. El medio Tra aumentó la fosforilación de STAT3 (Y705) en las células CCC-HEH-2 de forma dependiente del tiempo y la dosis. Además, el tratamiento con PTX3 aumentó la expresión de p-STAT3 (Y705) en los corazones. Sorprendentemente, el trastuzumab tuvo un pequeño efecto directo sobre la fosforilación de STAT3 (Y705) en las células CCC-HEH-2.
La activación de la vía del EGFR provocó la liberación de PTX3 de las CEV
Los resultados de Western blot mostraron que la brefeldina A (BFA) inhibía el aumento de los niveles extracelulares de PTX3 inducido por el trastuzumab y provocaba la acumulación intracelular de la proteína PTX3. Sorprendentemente, la 3-metiladenina (3-MA), un inhibidor de la autofagia, no tuvo ningún efecto sobre los niveles de PTX3. En la vía de secreción convencional, los péptidos señal en los N-terminales de las proteínas secretadas son esenciales para la secreción [19]. Por lo tanto, los péptidos señal de PTX3 se predijeron utilizando el servidor SignalP 5.0. Para confirmar este péptido señal, se construyeron un plásmido PTX3 de longitud completa y un plásmido PTX3 truncado (Δ 2-16), y se investigó la liberación de PTX3 de las HUVEC (PTX3-KO). El truncamiento de los aminoácidos 2-16 impidió la liberación de PTX3 inducida por el trastuzumab, lo que sugiere que este péptido es el péptido señal de PTX3 necesario para su liberación de las CEV [4,5]. La activación de la vía del EGFR provocó la liberación de PTX3 de las CEV.
El aumento de la transcripción de las proteínas secretoras promovió su liberación al espacio extracelular. Como era de esperar, 75, 150 y 300 μg/mL de trastuzumab aumentaron los niveles de ARNm de PTX3. En comparación con el ARNsi no dirigido (NC), el ARNsi HER2 aumentó el nivel de ARNm de PTX3. En concreto, el ARNsi HER2 desencadenó la liberación de PTX3 al medio extracelular. La inhibición de HER2 induce una activación compensatoria de la vía del EGFR [20], y la sobreexpresión/activación del EGFR favorece las enfermedades y lesiones cardiovasculares, como la hipertrofia cardiaca, la fibrosis, la disfunción endotelial y la aterogénesis [21,22].
Resultó que el tratamiento con trastuzumab o el silenciamiento del gen HER2 promovían la fosforilación de la tirosina (Y) 1068 del EGFR en las HUVEC. Los ensayos de inmunofluorescencia e inmunohistoquímica confirmaron el aumento de la fosforilación del EGFR en las HUVEC y en las VEC de los corazones, respectivamente. Estos datos sugieren la activación del EGFR por la inhibición del HER2 mediada por el trastuzumab en las CEV. El EGF, ligando del EGFR, aumentó el nivel de transcripción del PTX3 y promovió su secreción, acompañada de un aumento de la fosforilación del EGFR. Se construyó un plásmido EGFR activo convirtiendo la tirosina 1068 en ácido aspártico. (D) o ácido glutámico (E) mutado, designado Y1068D o Y1068E, para imitar la fosforilación de tirosina. La sobreexpresión del plásmido Y1068D o Y1068E produjo un marcado aumento de los niveles de ARNm, así como de los niveles de proteína intracelular y secretada de PTX3.
Por el contrario, se utilizaron lentivirus que contenían ARNhc para suprimir la expresión del EGFR en las HUVEC. El knockdown del EGFR invirtió el aumento inducido por el trastuzumab en la transcripción y los niveles de proteína secretada de PTX3. Los inhibidores del EGFR gefitinib y AZD3759 y los inhibidores duales del EGFR/HER2 lapatinib, neratinib y pirotinib también disminuyeron directamente los niveles de ARNm de PTX3 en las HUVEC. Además, el gefitinib, el AZD3759 y el lapatinib bloquearon los efectos del trastuzumab sobre la transcripción y la liberación de PTX3.
La vía de señalización del EGFR media la transcripción y la liberación de PTX3 por STAT3
La vía de señalización del EGFR, en la que varios efectores descendentes clásicos, como STAT3, AKT, IkBα, ERK y JNK1/2, regulan la transducción de señales a partir de la activación del EGFR, es una de las vías de señalización más estudiadas. De las proteínas analizadas, sólo la concentración de STAT3 fosforilada (Y705) aumentó con el trastuzumab. La fosforilación de STAT3 en Y705 promueve la translocación de STAT3 del citoplasma al núcleo, donde STAT3 actúa como factor de transcripción regulando la transcripción de genes diana [23].
Los ensayos de inmunofluorescencia y los análisis de fraccionamiento subcelular mostraron que el trastuzumab promovía la localización nuclear de STAT3, lo que sugiere que el trastuzumab promueve la localización nuclear de STAT3 en las HUVEC, lo que se confirmó además mediante ensayos inmunohistoquímicos utilizando secciones de corazón tratadas con trastuzumab. La sobreexpresión del plásmido STAT3 provocó un aumento de los niveles de ARNm y de proteína secretada de PTX3 en las HUVEC. Además, el aumento de los niveles de ARNm y proteína secretada de PTX3 provocado por el trastuzumab se invirtió al silenciar STAT3. El ensayo de luciferasa demostró que la actividad de la luciferasa PTX3 estaba regulada al alza por el tratamiento con trastuzumab. La sobreexpresión del plásmido STAT3 aumentó la actividad de la luciferasa PTX3 1,73 veces. Por el contrario, la supresión de PTX3 tuvo poco efecto sobre la fosforilación de STAT3. La capacidad del trastuzumab para promover la acumulación de STAT3 en la región promotora de PTX3 se confirmó mediante STAT3 ChIP-qPCR (ensayo de inmunoprecipitación de la cromatina). STAT3 se recluta a la región promotora de PTX3 para promover directamente la transcripción de PTX3 tras la activación de la vía EGFR inducida por trastuzumab.
El lapatinib podría ser un medio de intervención para la cardiotoxicidad inducida por el trastuzumab
La adición de lapatinib abolió los efectos del medio Tra sobre los niveles de calcio en las células CCC-HEH-2. Además, el lapatinib invirtió la disminución de la amplitud de contracción y de la frecuencia de latido inducida por el tra-medium sin afectar a la tasa de supervivencia de las iPSC-CMs.
Teniendo en cuenta que la PTX3 es el factor clave que subyace a la cardiotoxicidad inducida por el trastuzumab, se determinó el cambio en el contenido de PTX3 en el suero de rata. En comparación con el valor basal en la semana cero, los niveles de PTX3 aumentaron significativamente en el grupo anti-HER2/neu en las semanas dos y cuatro, y el lapatinib redujo el aumento de los niveles de PTX3 causado por el anti-HER2/neu al nivel del grupo IgG.
Los resultados de la ecocardiografía mostraron que el anticuerpo anti-HER2/neu causaba disfunción cardiaca, como evidenciaba la disminución de la fracción de eyección del VI y del acortamiento fraccional. La adición de lapatinib mejoró la función cardiaca. No se observaron cambios evidentes en los marcadores de daño miocárdico, incluidos el índice cardiaco, las características histológicas y los niveles de lactato deshidrogenasa, creatina quinasa y CK-MB, en consonancia con las observaciones clínicas. También puede confirmarse que el lapatinib fue capaz de atenuar la activación de la vía de señalización EFGR/STAT3 en el corazón.
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