Introducción

La filagrina (proteína de agregación de filamento) es una proteína epidérmica crítica. Se deriva de su precursor mayor profilagrina, presente en queratinocitos en el estrato granuloso. La profilagrina se constituye por una región central de unidades repetidas de filagrina y su proceso postranscripción durante la diferenciación de queratinocitos a partir de células granulosas a córneas, forma monómeros de filagrina. La filagrina es capaz de agregar filamentos de queratina que contribuyen al aplanamiento de los corneocitos. Además, la filagrina y sus productos de degradación son partes esenciales con un rol clave en la homeostasis de la epidermis (figura 1).

La deficiencia de filagrina tiene un papel importante en la patogénesis de la dermatitis atópica (DA). Las variaciones en el genotipo de la filagrina, el microambiente de la piel o los factores ambientales se describen como contribuidores clave para los niveles disminuidos de filagrina.

La deficiencia de filagrina en pacientes con DA afecta la función de la epidermis y aumenta el riesgo de enfermedades microbianas o el desarrollo de otras enfermedades atópicas. En años recientes, se realizaron avances importantes en el entendimiento de las causas y consecuencias de la deficiencia de filagrina en la DA. Se describieron modelos animales de deficiencia de filagrina y nuevos abordajes de tratamiento para DA por medio de la modulación de la filagrina.

Causas de deficiencia de filagrina

Múltiples factores pueden modular los niveles de filagrina y sus productos de degradación. Modificaciones genéticas, como mutaciones del gen de la filagrina humana (FLG) se asocian con enfermedades de la barrera de la piel, como ictiosis vulgaris, DA o dermatitis por contacto irritativa. Sin embargo, la deficiencia de filagrina además se puede observar en en pacientes con DA de manera independiente del estado de mutación del FLG. Por lo que otros factores como el medio cutáneo de citocinas o influencias ambientales como humedad baja o daño mecánico son capaces de modular la expresión de filagrina de manera secundaria.

Factores genéticos

FLG se localiza en el complejo de diferenciación epidérmica (EDC) en el cromosoma 1q21. El EDC contiene genes que codifican proteínas tipo S100 fusionadas (SFTP), las cuales incluyen profilagrina, hornerina, filagrina-2, repetina, cornulina, tricohialina, y similar a la tricohialina 1. Las mutaciones de pérdida de la función (LOF) se identifican como el factor genético más fuerte para DA en poblaciones europeas y asiáticas hasta la fecha. Sin embargo, en poblaciones africanas o de ascendencia africana, suelen ser raras las mutaciones FLG comunes en pacientes europeos. En línea con esta observación, un estudio reciente mostró la ausencia de mutaciones LOF en FLG en una población de 69 niños con DA de Sudáfrica. Sin embargo, los niveles de productos de degradación de la filagrina, el ácido urocánico y el ácido pirrolidon-5-carboxílico se encontraron disminuidos de manera significativa en pacientes con DA. En una cohorte de niños afroamericanos con DA, las mutaciones LOF de FLG comunes en poblaciones europeas con DA también fueron raras. Debido a la baja frecuencia de mutaciones LOF de FLG comunes en poblaciones africanas, otros genes candidatos, como FLG2 se investigaron por su asociación con DA. Este hallazgo es importante ya que la estructura y función de la filagrina 2, una SFTP, es similar a la filagrina. Dos mutaciones de FLG2, rs12567874 y rs16833974 se demostraron de manera reciente asociados a la persistencia de DA en niños afroamericanos. La rs1256874 representa una puntación en el exón 3 que puede afectar la producción de filagrina 2.

Más allá del papel de la herencia del FLG en la DA, se describen los efectos de padre de origen (la herencia de la variación genética de la madre o el padre). Las mutaciones maternas de FLG aumentan el riesgo de DA en los hijos. Los resultados fueron consistentes para 4 mutaciones europeas de FLG estudiadas en 2 poblaciones independientes. De manera interesante, este efecto solo fue significativo cuando las madres eran alérgicas, pero no en madres no alérgicas, lo que sugiere que los cambios en el sistema inmunitario materno inducidos por mutaciones FLG podrían aumentar el riesgo para el hijo.

Además de las mutaciones de FLG o genes relacionados a FLG, la variación en el número de copias y la regulación epigenética del FLG también modulan la expresión de la filagrina.

Citocinas proinflamatorias

El ambiente de citocinas en la piel ejerce efectos inmunomoduladores importantes en la expresión de la filagrina. Está bien establecido que las citocinas Th2 como IL-4, IL-13, IL-17, IL-22 e IL-31 disminuyen la expresión de la filagrina en los queratinocitos. Las funciones reguladoras de las citocinas en la filagrina se extienden a IL-33, IL-25 o la linfopoyetina tímica estromal (TSLP). La IL-33 es una citocina aumentada en la piel de los pacientes con DA. La IL-33 disminuye los niveles de mRNA de la filagrina y proteínas de queratinocitos y muestras de piel, en particular de los pacientes con DA. Sin embargo, los efectos moduladores de la barrera de la piel de IL-33 fueron más débiles que los efectos mediados por IL-4. En línea con estos hallazgos, la citocina proTh2 IL-25 actuó en sinergia con citocinas Th2 para inhibir la producción de filagrina y sus productos de degradación. El ambiente ácido inducido por los productos de degradación de la filagrina reduce la entrada viral a los queratinocitos. En consecuencia, un descenso de productos de degradación de filagrina dependientes de IL-25 pueden modificar el pH local y por ende aumentar la entrada viral a los queratinocitos, el riesgo para infecciones virales y la diseminación del virus.

La TSLP, una citocina expresada de forma amplia por queratinocitos en las fases aguda y crónica de la DA, se investigó en relación a sus efectos en la regulación de filagrina. La TSLP disminuyó la expresión de filagrina en queratinocitos epidérmicos humanos. La comparación del efecto de TSLP en combinación con otras citocinas inflamatorias como IL-4, IL-17A, o IL-22 en la expresión de filagrina mostraron que TSLP e IL-4 tienen mayor efecto sobre la expresión de filagrina que IL-17A e IL-22. El efecto de disminución de la filagrina por TSLP fue mediado por vías dependientes de STAT3, dependientes de ERK o ambas. Las variaciones genéticas que resultaron en proteína TSLP disminuida se asociaron de manera reciente con DA menos persistentes en portadores de LOF de FLG.

Además de los efectos reguladores sobre la expresión de filagrina, las citocinas inflamatorias como IL-4, IL-13 e IL-25 disminuyen la expresión de otras proteínas similares a la filagrina, como hornerina y filagrina 2.

Consecuencias de deficiencia de filagrina

La deficiencia de filagrina tiene múltiples consecuencias en la organización y la función dérmica, con implicaciones importantes como el riesgo incrementado para otras enfermedades atópicas o infección microbiana.

Un estudio reciente mostró que la deficiencia de filagrina en una epidermis humana reconstruida libre de fibroblastos y células inmunológicas reprodujo alteraciones observadas en pacientes con DA. Por ejemplo, se observó menor número de gránulos de queratohialina, y reducción en el grosor de la epidermis. Además, la matriz intracelular de los corneocitos se alteró, lo que llevó a aumento de la permeabilidad subcutánea. Disminuyeron las enzimas involucradas en la degradación de filagrina, como la caspasa 14 y la bleomicina hidrolasa. La concentración de UCA y PCA se redujo. Sin embargo, las proteínas de unión celular aumentaron como un posible mecanismo compensatorio para restaurar los defectos de permeabilidad de la barrera. Se demostró el aumento compensatorio de proteínas de unión estrecha en el equivalente de piel deficiente de filagrina. En línea con estos resultados, se demostró con la ayuda de una construcción de piel carente de FLG que a pesar de que disminuye la vía de histidina a UCA, se mantuvo el pH de la piel. Este efecto fue debido a un aumento compensatorio de NHE-1 y la vía PL a FFA mediante sPLA2 secretados, los cuales mantuvieron el pH correcto para el procesamiento de ceramidas. Esta regulación alterada de la acidificación de la piel debida a la deficiencia de filagrina tuvo un impacto en los lípidos de la piel, con cantidades aumentadas de FFA, las cuales llevaron a lamelas lipídicas celulares menos organizadas, con un aumento en la permeabilidad de la piel a medicamentos lipofílicos en las construcciones FLG.

La alteración en la regulación de los lípidos en la piel con lesiones de DA junto con el enriquecimiento de las células de Langerhans se sugirió que aumenta la presentación de lípidos mediada por CD1a a células T. Información de un estudio reciente implica que la fosfolipasa A2 derivada del ácaro podría interferir con el procesamiento de los lípidos de la piel para la presentación de células T mediada por CD1a y podría incrementar la actividad de células T reactivas a CD1a. De manera interesante, esta actividad fosfolipasa A2 se inhibió por filagrina recombinante, lo cual sugiere que la pérdida de la inhibición de la actividad de PLA2 derivada del ácaro debido a niveles disminuidos de filagrina podría proveer señales neolipídicas a células T reactivas a CD1a con consecuencias inflamatorias potenciales. La mayor exposición de las células inmunológicas a señales de peligro debido a una barrera deficiente de la piel aumentó la maduración de células presentadoras de antígeno. En consecuencia, un mayor número de células de Langerhans maduras se encontraron en la piel de portadores de LOF de FLG con y sin DA. Cis-UCA disminuyó las moléculas coestimulantes en la superficie de células dentríticas. Células dendríticas menos maduras condicionadas por cis-UCA indujeron una mayor proporción de células T CD4 con fenotipo de células T reguladoras. Por lo tanto, la deficiencia de cis-UCA en portadores de LOF de FLG podría llevar a mayor maduración de células de Langerhans y menor inducción de poblaciones de células T reguladoras.

Además, la deficiencia de filagrina se acompaña de una morfología alterada de la morfología de la superficie del corneocito. Se observó un mayor número de proyecciones tipo vellosas como anormalidad de la morfología del corneocito. Estos cambios estructurales se correlacionaron de forma negativa con niveles de NMF y persistieron aún después de la mejoría clínica de la DA. La deficiencia de filagrina además se relacionó con otras alteraciones como defectos paracelulares o respuesta al estrés mediada por interferón tipo 1, la cual puede representar un mecanismo funcional responsable del aumento de las infecciones virales en pacientes con deficiencia de filagrina. Otras alteraciones incluyen un aumento en la pérdida de agua transepidérmica (TEWL). Se analizó de manera reciente que la TEWL precede el inicio clínico de la enfermedad de la DA en niños. La detección del aumento de la lectura de TEWL al 2º día o 2º mes de edad en lactantes asintomáticos se asoció con la prevalencia de DA a los 12 meses. Este efecto no depende de mutaciones LOF de FLG, pero se incrementó.

Infecciones microbianas

Los pacientes con DA son susceptibles a diseminación viral como eccema vacunal (EV) causado por virus vaccinia (VV) o eccema herpético (EH) causado por el virus del herpes simpe (HSV). La disfunción de la barrera de la piel como resultado de la alteración de la expresión de la filagrina puede tener impacto sobre la propensión a penetración y diseminación viral. El apoyo a esta hipótesis origina de los experimentos realizados en ratones de cola escamosa (ft/ft) que mostraron que la deficiencia de filagrina se asocia con mayor diseminación de VV, que resulta en EV. Los efectos se amplificaron tras la inoculación de la piel de ratones ft/ft sensibilizados con OVA con VV. La información mostró que la sinergia de la deficiencia de filagrina y la inflamación alérgica aumentaron la diseminación de VV. Se encontró que la IL-17A es responsable al menos en parte por la susceptibilidad aumentada a la diseminación viral en ratones ft/ft. De acuerdo con esta observación, un estudio demostró que la inhibición de la filagrina y sus productos de degradación por citocinas pro Th2 aumentaron la replicación in vitro del HSV-1 debido a una modificación del pH local.

La filagrina además se encontró que tiene un papel importante en la protección de la piel contra la toxina alfa, el factor de virulencia más importante producido por el Staphylococcus aureus (S. aureus). Las infecciones bacterianas causadas por S. aureus exacerban con frecuencia las lesiones en la piel en la DA, y los niveles disminuidos de filagrina se asocian con un aumento en la colonización epidérmica con S. aureus. De manera reciente se demostró que la expresión de filagrina en las células epidérmicas es importante para evitar muerte celular inducido por la toxina alfa. El mecanismo involucra esfingomielinasa, una enzima que reduce los sitios de unión de la alfa toxina, cuya secreción es mediada por la filagrina. Estos resultados demostraron que la filagrina tiene una función crítica en la protección contra infección por S. aureus.

Riesgo de otras enfermedades atópicas

Las mutaciones de LOF del gen FLG se asocian con un mayor riesgo para rinitis alérgica o asma. En el caso del asma, los estudios previos mostraron asociación de mutación R501X de FLG con asma en poblaciones europeas. Esta asociación se confirmó de manera reciente en una cohorte de niños americanos blancos con DA. A pesar de que la mutación R501X se ve rara vez en afroamericanos, los pocos con la mutación tienen un riesgo elevado para asma, a pesar de que el efecto no es significativo.

Se obtuvieron resultados conflictivos al evaluar el papel de las mutaciones de FLG en la alergia alimentaria. Se observó una relación dependiente de la dosis entre la exposición ambiental al cacahuate en la etapa temprana de la vida y el inicio de la sensibilización al cacahuate y alergia en niños con una o más mutaciones LOF del gen FLG. En este grupo de niños, cantidades pequeñas de proteína de cacahuate en el medio ambiente resultaron en sensibilización al cacahuate y alergia, un riesgo que aumentó con mayor exposición. No se encontró asociación semejante en niños sin mutaciones FLG. Un estudio reciente demostró que los lactantes portadores de LOF de FLG tienen 2.4 veces mayor probabilidad de tener alergia alimentaria a los 2 años que niños con FLG tipo salvaje. No se encontró asociación entre tres mutaciones FLG y sensibilización a alimentos y aeroalérgenos en un estudio danés, sin embargo, el antecedente de DA se asoció de manera significativa a ambas fuentes alergénicas. Diferentes exposiciones ambientales pueden explicar los resultados en conflicto de la asociación o la falta de asociación de mutaciones FLG con sensibilización a alimentos.

Modelos múridos de deficiencia de filagrina: avances recientes

Los ratones de cola escamosa con recesión espontánea de la mutación (ft) aparecieron en el fondo del fenotipo existente de pelo enmarañado (ma). Estos ratones se conservaron como una estirpe mixta para los loci unidos de forma estrecha en el cromosoma 3. Los ratones ma/ma Flg^fr/frse usaron como un modelo de DA. Expresan profilagrina truncada de 215 kGa debido a una pérdida única de nucléotido en posición 5303 en el exón 3 (5303delA) en el gen Flg múrido y muestran hidratación baja de la piel, aumento en niveles de IgE y dermatitis espontánea. Sin embargo, no se conoce el rol del gen ma en la función de barrera epitelial. Dos estudios en 2013 pudieron diferenciar a mayor profundidad entre las funciones de la mutación Flg y enmarañado. El fenómeno enmarañado se debió a una mutación sin sentido en el gen Tmem79. Se encontró que Tmem79 se involucra en el sistema lamelar de secreción granular. Con la deficiencia de Tmem79 la secreción de varias proteínas fue anormal, lo que afecta la formación de la barrera subcutánea, y resulta en dermatitis espontánea. Con estos hallazgos, la contribución de la mutación Tmem79 se debe considerar al utilizar los ratones de cola escamosa como modelo para DA en el contexto de deficiencia de filagrina. Además, los ratones con solo la mutación Flg desarrollaron inflamación espontánea similar a la DA, la cual progresó con la edad a inflamación pulmonar con relocalización de síntomas atópicos de la piel a los órganos respiratorios. Esto representa un nuevo modelo múrido para estudios de deficiencia de filagrina.

Modulación de la expresión de filagrina como tratamiento para DA

Los tratamientos para los pacientes con DA se enfocan principalmente en el alivio de los síntomas, mientras que el tratamiento basado en mecanismos no está disponible en la actualidad. En particular para los pacientes con deficiencia primaria o secundaria de filagrina y la alteración de la piel consecuente, sería de gran importancia crear tratamientos enfocados en la modulación y restauración de la expresión de filagrina. En este contexto, los compuestos candidatos que podrían de manera potencial promover la expresión de filagrina se tamizaron con una biblioteca de 1120 compuestos. JTC801, un derivado de la 4-aminoquinolina, conocido como un antagonista no peptidérgico del receptor ORL1, pudo aumentar la expresión de FLGen mRNA en una línea inmortalizada humana de queratinocitos y queratinocitos epidérmicos humanos normales. Con un modelo de piel humana equivalente, JTC801 aumentó la expresión de filagrina, pero no de loricrina, K10 ni TGM1, marcadores para la diferenciación de queratinocitos. JTC801 atenuó la inflamación de piel atópica en ratones NC/Nga in vivo. Otro abordaje terapéutico podría ser la aplicación de monómeros de filagrina para reestablecer la función de barrera. En ese sentido, un estudio reciente ingenió un monómero funcional de filagrina ligado al patrón de péptidos de penetración celular (mFLG + RMR). Esta construcción aplicada a células T HEK-293 se internalizó en una manera dependiente de la dosis, dependiente del tiempo y dependiente de RMR. Con un modelo humano de tejido epidérmico, la filagrina recombinante penetró a capas patológicamente relevantes. Además, estudios in vivo con modelos de ratones de cola escamosa, la construcción se internalizó y se procesó para reestablecer el fenotipo normal.

Un nuevo inhibidor de la cinasa Janus (JAK), JTE-052, indujo la expresión de la filagrina y disminuyó las lesiones tipo DA en ratones. Cuando IL-4/IL-13 se unen a sus receptores, activan JAK, una familia de tirosina cinasas que traducen las señales mediadas por citocinas mediante la vía JAK-STAT. JTE-052 pudo contrarrestar los efectos de IL-4/IL-13 al disminuir los genes involucrados en la diferenciación de queratinocitos. El inhibidor de JAK inhibió la activación de STAT3, aumentó los niveles de filagrina y NMF en un modelo múrido de DA. Por lo tanto, este inhibidor de JAK podría tener implicaciones terapéuticas en la DA.

Hasta los mecanismos moleculares de uno de los tratamientos más antiguos para disminuir la inflamación y prurito en pacientes con DA, el alquitrán de hulla, se investigaron en el contexto de DA y filagrina. El alquitrán de hulla, que contiene hidrocarburos policíclicos aromáticos (PAHs), activa la vía del receptor de aril hidrocarbono (AHR), aumenta la diferenciación epidérmica y estimula la expresión de filagrina. La eliminación de AHR por siRNA anuló de manera completa el efecto. El alquitrán de hulla activó la vía de transmisión de señales AHR/NRF2, la cual probablemente evita la inactivación oxidativa de PTPN1, la fosfatasa responsable para inactivar STAT6. Esto resulta en la inhibición de la vía de vía de transmisión de señales IL-4/STAT6 y contrarresta la disminución de proteínas de la piel mediada por citocinas. Este fue el primer estudio que mostró que la activación de AHR puede tener efectos terapéuticos benéficos en la función de la barrera de la piel. Los estudios sobre el papel de la regulación de AHR sobre la expresión de filagrina se extendieron de manera reciente a la sirtuina1 (SIRT1), una deacetilasa que se conoce que contribuye a la regulación celular. SIRT1 aumenta la activación de AHR mediante AKT, y promueve la expresión de la filagrina. La pérdida de SIRT1 en un modelo múrido aumentó la susceptibilidad al reto epicutáneo con el alérgeno y la inflamación de la piel similar a DA de inicio tardío.

Conclusiones

Los avances científicos actuales colocan la deficiencia de filagrina en el centro de la patogénesis de la DA; con un impacto claro en la función y estructura de la epidermis. La información creciente agrega nuevos conocimientos a los múltiples factores que pueden disminuir la filagrina y sus productos de degradación. Además, nuevos avances importantes expandieron el entendimiento de varias implicaciones que tiene la deficiencia de filagrina en la compleja fisiopatología y en su conexión con el riesgo para otras enfermedades atópicas. El mejor entendimiento del papel de la filagrina en la DA podrá dar nuevas indicaciones de tratamiento basadas en la modulación de la filagrina.