Glutamato

REVISIÓN

procesos oxidativos de lípidos, proteínas y ácido desoxirribonucleico, alteraciones en las concentraciones de algunos factores prooxidantes y antioxidantes en el cerebro y en otros tejidos, alteraciones de la función mitocondrial y del papel del amiloide y su proteína precursora en los procesos oxidativos en modelos experimentales (cultivos de neuronas corticales y animales transgénicos). Conclusiones. Existen muchos estudios que muestran un aumento del estrés oxidativo en el cerebro de los pacientes con EA, si bien su posible papel en los procesos patogénicos de la misma es controvertido. [REV NEUROL 2006; 42: 419-27] Palabras clave. Enfermedad de Alzheimer. Estrés oxidativo. Muerte neuronal. Radicales libres. Sistema nervioso central.

dativos de lípidos, proteínas e ácido desoxirribonucleico, alterações nas concentrações de alguns factores pró-oxidantes e antioxidantes no cérebro e em outros tecidos, alterações da função mitocondrial e do papel do amilóide b e a sua proteína precursora nos processos oxidativos em modelos experimentais (culturas neuronais corticais e animais transgénicos). Conclusões. Existem muitos estudos que mostram um aumento do stress oxidativo no cérebro dos doentes com DA, se bem que o seu possível papel nos processos patogénicos da mesma é controverso. [REV NEUROL 2006; 42: 419-27] Palavras chave. Doença de Alzheimer. Morte neuronal. Radicais livres. Sistema nervoso central. Stress oxidativo.

Glutamato y enfermedad de Alzheimer J. Gazulla a, M. Cavero-Nagore b GLUTAMATE AND ALZHEIMER’S DISEASE Summary. Aim. To analyze the importance of the neurotransmitter glutamate in the pathogenesis of Alzheimer’s disease (AD).

Development. Elements of the physiological glutamatergic neurotransmission are reviewed, such as the neuronal types that utilize it, glutamatergic receptors and their characteristics, and glutamate transporters that remove this amino acid from the synaptic cleft. Some aspects of AD neuropathology changes in the brain content of glutamate, and other changes in the different types of glutamatergic receptors and transporters are also examined. A mechanism of disease related to prolonged exposure to glutamate, known as ‘slow or indirect excitotoxicity’, peculiar to some neurodegenerative diseases, is analyzed, as are the causes that may unleash it in AD. Some of the neuropathologic findings in this disease may be related to the glutamatergic dysfunction. Conclusion. Glutamatergic dysfunction plays an important role in the pathogenesis of this illness, although this disturbance is probably a secondary phenomenon to other neurochemical, genetic or metabolic changes, essential to the development of AD. [REV NEUROL 2006; 42: 427-32] Key words. Alzheimer’s disease. Excitotoxicity. Glutamate. Glutamate receptors. Glutamate transporters.

INTRODUCCIÓN La fisiopatología de la enfermedad de Alzheimer (EA) es enormemente compleja e influye en múltiples sistemas bioquímicos.

Entre sus efectos sobre éstos se cuentan alteraciones en el metabolismo de la proteína precursora de amiloide (APP), y en las neurotransmisiones colinérgica, adrenérgica, serotoninérgica, dopaminérgica y glutamatérgica, con el concurso potencial de reacciones inflamatorias, hormonales y oxidativas.

Las grandes células piramidales, que son las neuronas más vulnerables en la EA, utilizan glutamato como neurotransmisor y reciben aferencias glutamatérgicas. La pérdida de estas neuronas ocasiona una reducción del contenido de glutamato, y pérdida de receptores y transportadores en el sistema nervioso.

Este hecho podría resultar fundamental en la fisiopatología de la EA, por la importancia de la molécula de glutamato en el proceso neuronal de facilitación prolongada que subyace en el proceso del aprendizaje. Además, la estimulación excesiva de los

receptores glutamatérgicos puede causar muerte neuronal por mecanismos excitotóxicos, así como alteración citoesquelética que semeja la degeneración neurofibrilar característica de la EA [1]. En este trabajo se revisarán las alteraciones de la neurotransmisión glutamatérgica en la EA, y se explicará su participación en la enfermedad.

© 2006, REVISTA DE NEUROLOGÍA

ESTRUCTURAS GLUTAMATÉRGICAS EN EL SISTEMA NERVIOSO CENTRAL La fisiología de la neurotransmisión glutamatérgica puede conocerse de forma exhaustiva en la monografía de Ottersen et al [2].

El aminoácido glutamato es el principal neurotransmisor excitador del sistema nervioso central (SNC), y su interacción con receptores específicos en las membranas neuronales es responsable de múltiples funciones, como el movimiento, la cognición, la memoria y la sensación. En la corteza cerebral, las células piramidales de las capas V y VI que proyectan a las estructuras subcorticales utilizan glutamato, al igual que otras neuronas piramidales comisurales y de asociación; las neuronas de circuito local denominadas ‘estrelladas espinosas’, situadas en la lámina cortical IV, son también glutamatérgicas, lo mismo que la mayor parte de las aferencias talamocorticales [3].

Los receptores de glutamato pueden estar acoplados a canales iónicos (ionotrópicos) o a proteínas G (metabotrópicos).

Los receptores ionotrópicos (Tabla I) se designan según sus ago-

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Aceptado tras revisión externa: 17.02.06. a

Sección de Neurología. b Servicio de Medicina Familiar y Comunitaria.

Hospital San Jorge. Huesca, España.

Correspondencia: Dr. J. Gazulla Abío. Luis Vives, 6, esc. dcha., 7.º-B. E-50006 Zaragoza. E-mail: josegazulla@wanadoo.es Estudio presentado en la Reunión Extraordinaria de los grupos de Neuroquímica, Neurofarmacología y Neurogeriatría de la SEN, celebrada en Soria.

J. GAZULLA, ET AL

nistas selectivos: ácido N-metil-D-aspártico Tabla I. Receptores glutamatérgicos ionotrópicos.

(NMDA), ácido α-amino-3-hidroxi-5-metilPropiedades Función 4-isoxazol-propiónico (AMPA), y ácido kaí- Receptor/agonista nico (KA). Los receptores metabotrópicos se AMPA Activación de canales Na y K Excitación rápida dividen en tres grupos, según la combinación Activación de canales Na y K Desconocida de subunidades (Tabla I), y modulan la activi- KA dad de segundos mensajeros celulares, como NMDA Activación de canales Na, K y Ca Excitación lenta y prolongada fosfatidilinositol y nucleótidos cíclicos.

Los receptores AMPA intervienen en la transmisión sináptica rápida y son permeaTabla II. Receptores glutamatérgicos metabotrópicos. bles a los iones sodio, potasio y, en algunos casos, calcio. Están formados por cuatro claReceptores mGlu Transducción Capacidad para Mecanismos metabólica neurodegeneración de acción ses de subunidades, GluR1 a GluR4, organizadas en una estructura pentamérica. La subGrupo I mGlu1 ↑ Fosfatidilinositol Aumento de la ↑ Flujo NMDA unidad GluR2 confiere permeabilidad al ión mGlu5 ¿Fosfolipasa D? toxicidad neuronal ↑ Liberación Glu ↓ Ingreso K Despolarización y calcio, y la fosforilación de GluR1 interviene apertura de VGCC en el proceso de facilitación prolongada. La mayor densidad de receptores AMPA se da Grupo II mGlu2 ↓ AMP cíclico Neuroprotección ↓ Liberación Glu mGlu3 ↓ Ingreso Ca ante excitotoxicidad ↓ Ingreso Ca en el hipocampo, en la región CA1, y en el ↑ AMPcíclico o apoptosis ↓ AMP cíclico neocórtex, en las capas I y III. Estos recepto(proteína Gi) res se han identificado en dendritas, inicio del ↓ AMP cíclico Probable ↓ Liberación Glu axón, cuerpos de neuronas piramidales y no Grupo III mGlu4, mGlu6, mGlu7, mGlu8 ↓ Ingreso Ca neuroprotección piramidales, y también en astrocitos [4].

El KA interactúa con las subunidades AMP: adenosina-monofosfato; Glu: glutamato; mGlu: receptor metabotrópico de glutamato; NMDA: áciGluR1 a GluR4, y con otras de mayor afini- do N-metil-D-aspártico; VGCC: canales de calcio dependientes de voltaje. dad, GluR5 a GluR7, KA1 y KA2. Los receptores KA son permeables a los iones sodio y potasio, y experimentan desensibilización con rapidez, se ha relacionado con excitotoxicidad, y la de EAAT2, con el igual que los receptores AMPA. La densidad más alta de recep- desarrollo de esclerosis lateral amiotrófica [5]. tores KA se encuentra en el estrato lúcido de la región CA3 en la formación hipocámpica, zona de proyección de las fibras musgosas, y en la capa molecular de la circunvolución dentada; NEUROPATOLOGÍA DE LA EA en la corteza cerebral, los receptores KA se encuentran sobre Las anomalías histológicas halladas en la EA comprenden atrotodo en las capas V y VI [5]. fia macroscópica de los hemisferios cerebrales y, microscópicaLos receptores NMDA (NMDAR) se activan sólo tras la des- mente, pérdida neuronal junto con presencia de placas seniles, polarización celular, que elimina el bloqueo ejercido por el ión husos neurofibrilares, degeneración gránulovacuolar, cuerpos magnesio. Este receptor es permeable a sodio, potasio y calcio; de Hirano, angiopatía amiloide e hilillos en el neuropilo. su activación es lenta y prolongada (llega a permanecer abierto Las placas seniles están constituidas por una zona central de cientos de milisegundos), y precisa glicina como coagonista. sustancia amiloide rodeada de neuritas distróficas y células Tiene una estructura pentamérica compleja constituida por sub- gliales; su causa es el procesamiento anormal de APP en la EA. unidades NR1 y NR2 (NR2A-NR2D), con un locus para gluta- Los husos y ovillos neurofibrilares se caracterizan por la acumato, NMDA o antagonistas competitivos, y loci para glicina y mulación de fibrillas en neuronas piramidales y multipolares, fenciclidina [6]. La mayor densidad de NMDAR se ha encon- respectivamente, y en su composición se involucran proteínas trado en la región CA1, y en el neocórtex, en las capas I y III. Se tau anormalmente fosforiladas, proteína Alz-50 y otras proteíhan demostrado NMDAR en neuronas de proyección de las ca- nas del citoesqueleto insolubles y difícilmente degradables. pas V y VI, y en neuronas de asociación de las capas II y III, La pérdida neuronal afecta a las zonas de asociación del aunque no en elementos sinápticos entre células piramidales e neocórtex, formación hipocámpica y corteza entorrinal, más interneuronas. En la capa IV (aferencias talamocorticales), la que a las áreas primarias motora y somestésica. Las grandes neuneurotransmisión excitadora no incluye NMDAR [5]. ronas piramidales glutamatérgicas, de asociación con otras reLos receptores metabotrópicos de glutamato (mGluR 1-8) giones corticales o de proyección a estructuras subcorticales, se clasifican, según su composición, farmacología y mecanis- ubicadas en las capas III y V, son especialmente vulnerables; mos de transducción, en ocho tipos distribuidos en tres grupos neuronas piramidales de menor tamaño, células estrelladas e (Tabla II). Los receptores del grupo I estimulan la hidrólisis de interneuronas inhibidoras de otras láminas corticales son más fosfatidilinositol e incrementan la toxicidad celular ejercida por resistentes. La densidad sináptica puede reducirse hasta el 46% NMDA, mientras que los receptores de los grupos II y III redu- en las capas corticales dañadas. cen la actividad del enzima adenil ciclasa y ejercen acción neuEn la formación hipocámpica, las neuronas piramidales del roprotectora [5,7]. subículo y de CA1 son propensas a la degeneración neurofibriLa retirada de glutamato de la sinapsis corre a cargo de cinco lar; las de CA3 y las de la circunvolución dentada son más resistransportadores de alta afinidad dependientes de sodio (EAAT1 tentes, por lo que características celulares ajenas al tamaño o a a EAAT5), unos presentes en neuronas (EAAT3 y EAAT4), y la morfología parecen determinar la susceptibilidad al proceso otros, en astrocitos (EAAT1 y EAAT2) [6]. La pérdida de EAAT1 degenerativo. La corteza entorrinal se afecta al inicio de la EA;

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en ella, las células estrelladas de las capas II y IV son las más vulnerables. La progresión de las lesiones desde esta región al neocórtex guarda relación con el empeoramiento de los síntomas clínicos [8].

La distribución de husos neurofibrilares y de placas seniles en la formación hipocámpica se relaciona a través de proyecciones específicas. La capa II de la corteza entorrinal, origen de la vía perforante, exhibe abundancia de husos neurofibrilares, mientras que las capas moleculares de la circunvolución dentada y del hipocampo, final de esa vía, muestran numerosas placas seniles. Las proyecciones de la formación hipocámpica a la corteza entorrinal, núcleo amigdalino y áreas límbicas y neocorticales parten del subículo y de CA1, que son zonas regularmente afectadas por patología neurofibrilar. Todas estas proyecciones son glutamatérgicas. Así, la formación hipocámpica en la EA queda aislada de las estructuras que la inervan y que inerva [9].

En la EA, las variaciones laminares y regionales en la distribución de husos neurofibrilares y de placas seniles en el neocórtex sugieren que los primeros asientan en neuronas de asociación cortical, y que las segundas se concentran en las zonas de destino de esas proyecciones. La presencia de husos neurofibrilares en las capas III y V indica que se lesionan neuronas que ligan áreas corticales primarias con secundarias, y viceversa, además de áreas con el mismo nivel funcional. Este hecho es patente con respecto al lóbulo occipital y sus proyecciones corticales.

La distribución regional de placas seniles no es tan específica. Aunque pueden señalar la degeneración de vías afectadas por patología neurofibrilar, contienen también neuronas de circuitos locales y aferencias subcorticales [10].

ESTRUCTURAS GLUTAMATÉRGICAS EN LA EA La concentración cerebral de glutamato en cerebros con EA ha sido generalmente menor que la hallada en controles de edad semejante. La diferencia alcanzó hasta el 60% en las regiones corticales frontal superior, temporal inferior y angular, que sufren grave afectación en EA; en la corteza occipital, insular, orbitaria y cingular, y en regiones subcorticales como putamen, globo pálido, tálamo, hipotálamo, núcleos del rafe, núcleo accumbens, núcleo amigdalino y cuerpos mamilares, la diferencia resultó menor [11]. En la capa molecular de la circunvolución dentada, la reducción en la concentración de glutamato llegó hasta el 80% [12].

La pérdida de neuronas glutamatérgicas en la EA se ha comentado en el apartado anterior.

Se admite que en la EA no se dan cambios suficientes en los receptores de glutamato como para alterar esa neurotransmisión [7]. A pesar de ello, se revisarán algunos trabajos que se han ocupado de esta cuestión.

Estudios autorradiográficos de receptores glutamatérgicos, en los que se han utilizado ligandos marcados con isótopos radiactivos, han ofrecido resultados dispares en la EA. Geddes et al no encontraron reducción en la densidad de NMDAR en el hipocampo de pacientes con EA [13], mientras que otros investigadores hallaron una disminución importante [14]. A pesar de estas discrepancias, estudios recientes han coincidido en la pérdida de aproximadamente el 40% de la afinidad por NMDAR en la región CA1, lo que equivaldría en magnitud a la despoblación neuronal; sin embargo, no se ha encontrado baja la densidad de receptores en la capa molecular de la circunvolución dentada ni en CA1 [5]. Además, mediante hibridación in situ, se ha

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comprobado menor expresión del ácido ribonucleico mensajero (ARNm) codificador de NMDAR1 en la corteza entorrinal en la EA, aunque no en la corteza perirrinal, CA1, o subículo, a pesar de encontrarse una importante variabilidad en los niveles de ARNm tanto en el grupo con EA como en el de control [15].

Se ha hallado igualmente una menor afinidad por receptores glutamatérgicos AMPA en la región CA1, si bien ésta se ha juzgado aumentada en el hipocampo y la circunvolución dentada, resultado atribuido al incremento de receptores en las neuronas restantes o en la glía de esas regiones. Se ha comprobado menor tinción de subunidades GluR1 y GluR2/3 de receptores AMPA en la formación hipocámpica de cerebros con EA mediante técnicas de inmunohistoquímica, en correspondencia con la pérdida neuronal y la presencia de husos neurofibrilares en esa región [16].

No se han encontrado cambios significativos en la afinidad por el KA en el neocórtex ni en la formación hipocámpica en la EA [5,14,17].

En casos de EA, la unión de (3H)glutamato a receptores glutamatérgicos metabotrópicos se encontró reducida en el subículo y en CA1 [15]. A pesar de que las alteraciones de estos receptores no se han detallado suficientemente en EA, existe evidencia de que pueden influir en la patogenia de la enfermedad. La activación de mGluR1 y de mGlu5 acelera el procesamiento de APP en proteínas no amiloidogénicas. La excitotoxicidad y la apoptosis inducidas por la proteína amiloide β pueden ser inhibidas por sustancias agonistas de los grupos II y III [5,7].

Se han encontrado alteraciones en la hidrólisis de fosfatidilinositol, en el enzima proteincinasa C, y en el eje receptor metabotrópico de la proteína G-adenilato ciclasa, en fibroblastos y neuronas en EA. Estas anomalías modifican la respuesta de los receptores metabotrópicos glutamatérgicos, puesto que interfieren probablemente con la regulación celular del metabolismo de APP [7].

La molécula de D-aspartato es retirada por transportadores de glutamato dependientes de sodio, presentes en neuronas y en células gliales. Algunos autores han demostrado una reducción en la afinidad y transporte glial dependiente de sodio de (3H)Daspartato en corteza frontal, temporal, cingular e hipocámpica de cerebros con EA, así como en áreas cerebrales menos vulnerables, como las cortezas occipital y somatomotora [18]. Otras investigaciones, en cambio, no han encontrado cambios en el transporte neuronal de (3H)L-glutamato en la médula espinal, corteza motora, sensorial o visual, estriado e hipocampo en casos de EA. El decremento de afinidad por D-aspartato causa menor unión de glutamato a los transportadores de los astrocitos (EAAT1 y EAAT2) en la EA, si bien quedan por investigar de forma precisa posibles cambios en la actividad de los transportadores de glutamato neuronales en esta enfermedad [5].

RECEPTORES GLUTAMATÉRGICOS Y DAÑO EXCITOTÓXICO Olney acuñó el término ‘excitotoxicidad’ para expresar la capacidad de los aminoácidos excitadores, entre ellos glutamato, de provocar lesión o muerte neuronal mediante sobreexcitación en el curso de la isquemia cerebral o de algunas enfermedades neurodegenerativas [5].

La exposición aguda del tejido nervioso a isquemia o traumatismo promueve el fallo de la sodio-potasio adenosín trifosfatasa (Na+-K+-ATPasa) de la membrana plasmática, la inver-

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sión del funcionamiento de los transportadores de glutamato, y el final de la conversión glutamato-glutamina en los astrocitos.

Estos fenómenos provocan la efusión de glutamato al medio extracelular; la activación de receptores ionotrópicos con entrada de sodio, potasio y calcio; la despolarización prolongada de la neurona lesionada y las próximas; la liberación del glutamato vesicular; la estimulación de canales de calcio voltajedependientes y NMDAR; el mayor ingreso de calcio en la neurona; y la movilización de sus depósitos celulares. Se acumula glutamato fuera de la célula y calcio dentro de ella, con lo que se inicia un proceso tóxico que puede propagarse y perpetuarse [5,19].

La presencia de calcio en la célula resulta necesaria para una serie de funciones, aunque cantidades excesivas activan enzimas como las fosfolipasas, proteincinasa C, proteasas, proteinfosfatasas, endonucleasas y la sintetasa de óxido nítrico (NOsintetasa).

La activación de la fosfolipasa A2 genera ácido araquidónico y factor activador de las plaquetas; el primero favorece las corrientes a través de los NMDAR e inhibe la recaptación de glutamato, y el segundo aumenta la liberación de glutamato; todo esto hace que aumente el nivel de calcio en la célula. Asimismo, se producen radicales libres de oxígeno en el metabolismo del ácido araquidónico, los cuales promueven de nuevo ese enzima y ponen en marcha un proceso de retroalimentación positiva.

El enzima NO-sintetasa se estimula en las condiciones referidas. El NO reacciona con otras moléculas (aniones superóxido, entre otras) y da lugar a compuestos de oxígeno letales para la célula, como los peroxinitritos. Se ha documentado la presencia de 8-hidroxi-2’-desoxiguanosina en el ácido desoxirribonucleico (ADN) nuclear y mitocondrial de la corteza cerebral, dato que refrenda el daño oxidativo en la EA [20].

Contrariamente, NO puede ceder electrones a moléculas de ascorbato o cisteína y, en ese estado (ión nitrosonio), disminuir la actividad de los NMDAR actuando en su lugar redox, y ejercer un efecto protector. En la EA, no se ha demostrado reducción del contenido de glutatión, ni de la actividad del enzima glutatión transferasa en la corteza cerebral, que justifique la pérdida de neuronas [21].

Además, el calcio excita endonucleasas capaces de fragmentar el ADN, condensar la cromatina y dar lugar a rotura nuclear, proceso conocido como apoptosis. Los radicales libres de oxígeno pueden contribuir a la fragmentación del ADN [19,22,23].

Estos procesos pueden concluir fácilmente en la digestión de la neurona, a través de catabolismo proteico, peroxidación de lípidos, formación de radicales libres de oxígeno y ataque a los ácidos nucleicos.

Se han identificado dos componentes en la toxicidad inducida por glutamato. El efecto más precoz, reversible, es el edema celular, resultante de la acumulación de sodio, cloro y agua, y el segundo, más tardío, la degeneración y muerte neuronal causadas por sobrecarga de calcio intracelular, secundaria a la activación de receptores ionotrópicos, principalmente NMDAR. La estimulación excesiva de los receptores AMPA y KA puede también producir muerte neuronal, aunque no tan rápidamente como la de los NMDAR. Existe evidencia de que la excitotoxicidad puede causar necrosis neuronal además de apoptosis. In vitro, el componente excitotóxico diferido puede prevenirse con antagonistas de los NMDAR, aunque existe controversia sobre la eficacia de esos agentes ante agresiones in vivo como isquemia cerebral, hipoglucemia, traumatismo o epilepsia [5,19].

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Formas de excitotoxicidad más lentas o débiles que las referidas, denominadas indirectas, podrían fundamentar la patogénesis de enfermedades neurodegenerativas como las de Huntington y Parkinson [19,22]. En la EA, la afectación energética neuronal [19,22,23], exacerbada por la edad [5], la falta de inhibición por pérdida de interneuronas gabérgicas [1,21], la hiperhomocisteinemia [24], y otros factores adicionales, podrían originar la toxicidad causante de muerte neuronal.

En EA esporádica, se han demostrado alteraciones en el catabolismo de la glucosa, la oxidación de piruvato, en la formación de adenosín trifosfato (ATP), acetil-coenzima A y acetilcolina, que podrían finalmente interferir con el procesamiento normal de APP [25]. Las medidas de la actividad de los enzimas de la cadena respiratoria en EA, sin embargo, no han resultado uniformes, estando alteradas en unos casos [23], y normales en otros [26].

Los mecanismos causantes de muerte neuronal permanecen, pues, inciertos, ya que se han descrito hallazgos microscópicos sugestivos tanto de apoptosis, como de necrosis, en esta enfermedad. La excitotoxicidad indirecta probablemente ocupa un lugar destacado entre ellos, aunque puede resultar difícil distinguir entre muerte neuronal causada por apoptosis o por necrosis, sobre la base de criterios histológicos únicamente [5].

RELACIÓN ENTRE ESTRUCTURAS GLUTAMATÉRGICAS Y HALLAZGOS PATOLÓGICOS EN LA EA Tal y como se ha expuesto anteriormente, la pérdida de densidad de NMDAR y receptores AMPA en la formación hipocámpica se ha atribuido a despoblación neuronal y se apunta que este déficit dependería únicamente de la intensidad de la carga patológica. No obstante, la existencia de algunos factores mudables, como la expresión de receptores glutamatérgicos en neuronas y astrocitos, y los cambios en la densidad sináptica o en la ramificación dendrítica en EA, podrían objetar en parte tal interpretación [5].

El metabolismo energético se considera afectado en la EA, aunque no se ha determinado si ello es causa o consecuencia de las alteraciones histológicas. Al mismo tiempo, el deterioro metabólico debido a la edad complementaría ese déficit, facilitando la activación de los receptores de glutamato, la entrada de calcio en la célula, el arranque de mecanismos de excitotoxicidad indirecta, y la muerte neuronal. Así, un trastorno ligero y prolongado del metabolismo energético neuronal favorecería la neurotoxicidad por glutamato. La importancia de la activación glutamatérgica en la EA se ha demostrado en la práctica clínica, ya que el fármaco memantina, antagonista no competitivo de los NMDAR, se ha mostrado capaz de reducir el deterioro clínico de pacientes con EA moderada o grave [27].

La proteína amiloide β, asociada a las placas seniles, ejerce efectos desiguales sobre células neuronales in vitro. Añadida en disolución a cultivos de neuronas jóvenes, induce ramificación neurítica sin toxicidad neuronal; por el contrario, la proteína en forma agregada puede ocasionar muerte celular en cultivos de neuronas maduras. La adición de glutamato a cultivos de neuronas maduras preincubadas con proteína amiloide β provocó una despoblación celular casi completa, mientras que los cultivos control, sin esa proteína, experimentaron una pérdida celular mucho menor. Idénticos resultados se obtuvieron al agregar los agentes NMDA y KA, en lugar de glutamato [28]. Este aumento de toxicidad podría deberse a interferencia con el metabolis-

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GLUTAMATO Y ALZHEIMER

mo energético, el aporte de glucosa o la eliminación de radicales libres en la célula [5].

La exposición a la proteína amiloide β puede reducir la resistencia de las neuronas ante la excitotoxicidad indirecta, y contribuir al proceso de ramificación neurítica y pérdida neuronal, característico de EA. La presencia de homocisteína puede incrementar la toxicidad causada por amiloide [24].

Aun así, la distribución de lesiones en EA es difícil de explicar exclusivamente con base en la localización de la proteína amiloide β, por lo que el daño excitotóxico en EA probablemente resulte secundario a factores distintos, o adjuntos, a la deposición de esa proteína.

Las neuronas piramidales glutamatérgicas de la formación hipocámpica desarrollan husos neurofibrilares en EA, cuya presencia guarda relación con la intensidad del deterioro cognoscitivo [29]. El número de husos neurofibrilares aumenta desde las áreas sensoriales primarias a las áreas asociativas de segundo y tercer orden. Estas vías córticocorticales utilizan glutamato, por lo que la presencia de proteína amiloide β las volvería más susceptibles a mecanismos excitotóxicos, y se favorecería la degeneración neuronal.

En presencia de glutamato, las neuronas cultivadas pueden formar filamentos helicoidales apareados y fosforilar la proteína tau, aunque otros estudios hayan hallado defosforilación de esta proteína en las mismas condiciones [5]: el exceso de glutamato es capaz de originar alteraciones citoesqueléticas que asemejan ciertos aspectos de la patología neurofibrilar de EA. Aparte de lo expuesto, se ha demostrado un decremento en la actividad de los transportadores astrocitarios de glutamato en la EA, que podría estar relacionado con la deposición de proteína amiloide β. Al estar la molécula de APP fisiológicamente implicada en la protección frente a la excitotoxicidad, entre otras funciones, su procesamiento anormal podría corresponderse con el funcionamiento defectuoso de esos transportadores, que aumentaría la exposición al neurotransmisor [30]. La merma en el transporte de glutamato podría desempeñar, por tanto, un papel destacado en la patogénesis de la EA.

CONCLUSIONES En la EA, el contenido de glutamato se halla reducido en las áreas asociativas del neocórtex y en la formación hipocámpica; también, en menor medida, en otras regiones corticales y estructuras subcorticales.

La pérdida neuronal y la patología neurofibrilar afectan principalmente a las grandes células piramidales del neocórtex y de la formación hipocámpica en la EA, que reciben y emiten impulsos glutamatérgicos.

La pérdida de receptores glutamatérgicos ionotrópicos en regiones concretas responde únicamente a la despoblación neuronal y no resulta causal en la EA; la importancia de los receptores metabotrópicos en la génesis de esta enfermedad no se conoce suficientemente y está por determinar con exactitud.

La alteración glutamatérgica más importante hallada en la EA es la reducción del transporte de glutamato en regiones vulnerables del neocórtex, ya sea por toxicidad de la proteína amiloide β sobre el transportador EAAT2, o por menor expresión de estas moléculas como consecuencia de la desaferenciación neuronal, además de potenciales alteraciones en otros transportadores.

La hipótesis de que la mengua en el metabolismo energético asociada a la edad propicia la toxicidad por glutamato y contribuye a la neurodegeneración en la senectud resulta convincente.

No está aclarado si la insuficiencia metabólica observada en la EA es causa o resultado de las alteraciones histológicas de la enfermedad. Tanto el transtorno metabólico como la agresión excitotóxica son capaces de ocasionar lesiones citoesqueléticas parecidas a la patología neurofibrilar de EA en condiciones experimentales. Factores adicionales de tipo genético son fundamentales, por otra parte, en los casos familiares de esta enfermedad.

No se dispone, por tanto, de evidencia irrefutable de que los sistemas glutamatérgicos posean un papel causal en la patogénesis de la EA, aunque parece claro que la disfunción de éstos contribuye de forma importante al desarrollo de la enfermedad.

Desde un punto de vista clínico, la eficacia del fármaco memantina apoyaría la importancia de la disfunción glutamatérgica en el curso de la EA.

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GLUTAMATO Y ENFERMEDAD DE ALZHEIMER Resumen. Objetivo. Se analiza la importancia del neurotransmisor glutamato en la patogenia de la enfermedad de Alzheimer (EA).

Desarrollo. Se revisan aspectos de la fisiología de la neurotransmisión glutamatérgica, entre los que figuran tipos de células que la utilizan, los receptores existentes y sus características, y los transportadores de glutamato, cuya misión es retirar el neurotransmisor de la hendidura sináptica. Se examinan después elementos de la neuropatología de EA, y posteriormente, las alteraciones en el contenido cerebral de glutamato, de sus receptores y transportadores.

Se analizan igualmente mecanismos de lesión nerviosa derivados de la exposición prolongada al glutamato, conocidos como ‘excitotoxicidad lenta o indirecta’, que son característicos de ciertas enfermedades neurodegenerativas, y se estudian las causas que los propician en EA. Se intenta relacionar, finalmente, algunas de las alteraciones neuropatológicas de la enfermedad con la disfunción glutamatérgica descrita. Conclusión. La disfunción glutamatérgica desempeña un papel trascendental en la patogénesis de EA, aunque probablemente resulte secundaria a otros cambios de tipo neuroquímico, genético o metabólico, necesarios para su desarrollo.

[REV NEUROL 2006; 42: 427-32] Palabras clave. Enfermedad de Alzheimer. Excitotoxicidad. Glutamato. Proteína β-amiloide. Receptores de glutamato. Transportadores de glutamato.

GLUTAMATO E DOENÇA DE ALZHEIMER Resumo. Objectivo. É analisada a importância do neurotransmissor glutamato na patogenia da doença de Alzheimer (DA). Desenvolvimento. São revistos os aspectos da fisiologia da neurotransmissão glutamatérgica, entre os quais figuram tipos de células que a utilizam, os receptores existentes e as suas características, e os transportadores de glutamato, cuja missão é retirar o neurotransmissor da fenda sináptica. Estudam-se posteriormente elementos da neuropatologia da DA, bem como, as alterações no conteúdo cerebral do glutamato, dos seus receptores e transportadores. São analisados igualmente os mecanismos de lesão nervosa derivados da exposição prolongada ao glutamato, conhecidos como ‘excitotoxicidade lenta ou indirecta’, que são característicos de certas doenças neurodegenerativas, e estudam-se as causas que os propiciam na DA. Tentam relacionar-se, finalmente, algumas das alterações neuropatológicas da doença com a disfunção glutamatérgica descrita. Conclusão. A disfunção glutamatérgica desempenha um papel transcendental na patogénese da DA, embora provavelmente resulte secundariamente noutras alterações do tipo neuroquímico, genético ou metabólico, necessários para o seu desenvolvimento.

[REV NEUROL 2006; 42: 427-32] Palavras chave. Doença de Alzheimer. Excitotoxicidade. Glutamato. Proteína β-amilóide. Receptores de glutamato. Transportadores de glutamato.

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REV NEUROL 2006; 42 (7): 427-432