Aunque en trabajos anteriores de los autores se tuvo éxito en identificar los componentes neurales clave en la comunicación pulmón-cerebro en el asma, las vías moleculares involucradas durante la inflamación alérgica de las vías respiratorias que impulsan la modulación neural persisten desconocidas en su mayoría. De acuerdo con el trabajo anterior, las vías asociadas con la inflamación tipo 2 fueron centrales en su hipótesis. Además, se planteó la hipótesis de que las vías asociadas con TH17 serían importantes ya que la IL-17 promueve comportamientos similares a la depresión en ratones y se asocia con la depresión en humanos.
Para investigar la relación entre los cambios moleculares específicos en las vías respiratorias provocados por alérgenos y los cambios posteriores en la función de la RP, se utilizó la broncoscopia para desafiar de forma directa un segmento único de las vías respiratorias inferiores de pacientes con asma. Este enfoque genera una respuesta inflamatoria intensa en las vías respiratorias que se restringe al segmento desafiado, lo que resulta en un impacto mínimo en la función pulmonar. Se utilizó una combinación novedosa de resonancia magnética funcional (fMRI) para medir cambios concurrentes en la función de la RP, junto con un análisis de red de los cambios en la expresión génica y proteica del lavado broncoalveolar (BAL) resultantes de la provocación alergénica. Al identificar las vías moleculares específicas que vinculan la comunicación entre el pulmón y el cerebro, el objetivo se dirige a identificar al final nuevos objetivos terapéuticos y de manera potencial prevenir las consecuencias psicológicas y neurológicas asociadas con la inflamación crónica de las vías respiratorias del asma.
MÉTODOS
Veintitrés participantes con diagnóstico médico de asma se reclutaron en Madison, Wisconsin. Los participantes tenían edades comprendidas entre los 19 y los 41 años (media de 26.74 años). Todos los participantes tenían asma leve y sólo requerían medicación broncodilatadora para el manejo del asma. Los participantes tenían sensibilización alérgica, un resultado positivo en la prueba cutánea para aeroalérgenos comunes que se utilizaron en los procedimientos de provocación, VEF1 prealbuterol mayor o igual a 70 %, y reversibilidad del VEF1 al albuterol mayor o igual a 12 %, o concentración provocativa de metacolina que causará una caída de 20 % en el VEF1 menor o igual a 8 mg/mL. Las características de los pacientes se presentan en la Tabla I. Los participantes estuvieron libres de enfermedades respiratorias durante 1 mes. Se excluyeron individuos con antecedentes de claustrofobia, implantes ferromagnéticos, lesiones cerebrales traumáticas, trastorno neurológico o convulsiones, o psicosis. Aquellos que requerían medicación psicotrópica para la depresión o la ansiedad estuvieron en una dosis estable durante 6 semanas antes de la inscripción. El Comité de Revisión Institucional de Ciencias de la Salud de la Universidad de Wisconsin-Madison (Madison, Wisconsin) aprobó el estudio.
Este protocolo experimental involucró 3 visitas al laboratorio. Durante la primera visita, los participantes proporcionaron consentimiento informado por escrito, se evaluaron para los criterios de inclusión y exclusión, y se sometieron a pruebas cutáneas y a un desafío alérgico pulmonar completo de escrutinio (WLAC). Durante la segunda visita, se adquirieron datos de la fMRI en el estado basal, seguido de provocación bronquial segmentaria con alérgeno (SBP-Ag). Durante la tercera visita, 48 horas después de la segunda visita, se administró el mismo protocolo de fMRI, seguido de broncoscopia sin alérgeno. Se obtuvieron medidas de la función pulmonar y la inflamación de las vías respiratorias antes y después de cada broncoscopia. Los datos se recopilaron en todas las estaciones entre agosto de 2016 y julio de 2019.
Los participantes se sometieron a WLAC, como se describió de manera previa, para determinar la dosis de provocación alérgica que resultara en una reducción de 20 % en el VEF1 (AgPD20). La SBP-Ag se realizó con broncoscopia AgPD20, de manera típica del lóbulo medio derecho, para obtener líquido broncoalveolar (BAL) en el estado basal, seguido de la SBP-Ag. La broncoscopia se repitió 48 horas después de la SBP-Ag para obtener muestras de BAL del mismo lóbulo, en un tiempo asociado con una respuesta inflamatoria máxima.
La función pulmonar se cuantificó mediante espirometría, de acuerdo con los estándares de la Sociedad Americana del Tórax, y se indexó como % predicho del VEF1. El control del asma se evaluó con la utilización del cuestionario de control del asma de 6 ítems (ACQ-6). Los síntomas depresivos se midieron con el uso del Inventario de Depresión de Beck (BDI). La fracción de óxido nítrico exhalado (FENO; Sistema NIOX; Aerocrine, Solna, Suecia) se midió en el aliento exhalado antes y después de la broncoscopia, de acuerdo con las pautas de la Sociedad Americana del Tórax, y la diferenciación celular del BAL se determinó en muestras pre y post-SBP-Ag. La cuantificación de proteínas de 65 citocinas, quimiocinas y factores de crecimiento en los fluidos del BAL se realizó con el uso de 2 kits de inmunoensayo multiplex (HCP2MAG-62 K y HYCTMAG-60K; Millipore, Temecula, Calif) según las instrucciones del fabricante. Se utilizó un instrumento Luminex 100 (Luminex Corp, Austin, Texas) para generar datos cuantitativos, y la abundancia se transformó en logaritmo base 10 (consulte la Tabla E1 en el Repositorio en línea de este artículo en www.jacionline.org).
Para los análisis de secuenciación de ARN, las células del BAL se almacenaron en amortiguador RLT (Qiagen, Valencia, California) a -80°C antes de la extracción de ARN. El ARN total se extrajo de los pellets de células del BAL (N = 22) con el kit RNeasy Mini (Qiagen). La cantidad y la calidad del ARN se evaluaron con el apoyo de NanoDrop 2000 (Thermo Fisher Scientific, Waltham, Massachusetts) y electroforesis de ARN (Agilent, Santa Clara, California). Las bibliotecas de secuenciación se construyeron con el kit de ARN de entrada ultrabaja SMART-Seq v4 (Takara, Kusatsu, Shiga, Japón) y se agruparon en una celda de flujo con el uso del sistema de amplificación cBOT un kit de agrupación HiSeq SR v4 (Illumina, San Diego, California). La secuenciación de lectura única se realizó en un secuenciador HiSeq2500 (Illumina), se utilizó un kit HiSeq SBS v4 para generar lecturas de 58 bases. Las lecturas se procesaron con el uso de flujos de trabajo gestionados en la plataforma Galaxy, que incluyen recorte a una puntuación de calidad mínima de 30, alineación con el genoma de referencia GRCh38 con STAR (v2.4.2a) y cuantificación con HTSeq-count (v0.4.1) con la versión 91 de Ensembl.
Las imágenes de resonancia magnética anatómica y funcional se adquirieron con un dispositivo de imágenes de alta velocidad GE MR750 de 3.0 Teslas con una bobina de cabeza de 32 canales (General Electric Medical Systems, Milwaukee, Wisconsin). Los elementos clave de los métodos de fMRI incluyen cortes de imágenes ecoplanar sagitales (44 x 3 x 3 mm) que cubren todo el cerebro (espacio entre cortes, 0.5 mm; resolución en plano, 3.5 x 3.5 mm; campo de visión, 224 mm; tiempo de repetición, 2000 ms; tiempo de eco, 20 ms; y ángulo de inclinación, 75°). Se adquirió una exploración anatómica ponderada en T1 de alta resolución (imagen ecoplanar rápida de gradiente de recuperación por inversión tridimensional ponderada en T1; tiempo de inversión, 450 ms; resolución en plano, 256 x 256 mm; campo de visión, 256 mm; y cortes axiales, 192 x 1.0 mm) para la coregistración espacial de los datos funcionales. Se eliminó a un participante del análisis debido a movimientos excesivos.
Durante la adquisición de la fMRI, los participantes realizaron una versión modificada de la tarea de Stroop (en psicología, el efecto de Stroop es el retraso en el tiempo de reacción entre estímulos congruentes e incongruentes) para investigar la respuesta neuronal a estímulos emocionales que varían en saliencia (es un proceso mental de orden superior habitual por el que determinados estímulos atraen el foco de la atención). Los participantes identificaron el color de palabras relevantes para el asma (As; por ejemplo, sibilancias), negativas (Ng; por ejemplo, soledad) y valencia-neutral (Ne; por ejemplo, cortinas) con un dispositivo de respuesta compatible con la resonancia magnética. Las palabras As eran palabras asociadas con la experiencia del asma, generadas por individuos con asma. Las palabras Ng y Ne se seleccionaron del conjunto de datos Normas Afectivas para Palabras en Inglés. Treinta y dos palabras de cada categoría se presentaron en 1 de 4 colores. Un período de línea basal de 10 segundos flanquea cada ejecución. En cada una de las 2 ejecuciones, se presentaron 48 estímulos (16 por categoría) durante 2 segundos cada uno, con un intervalo entre estímulos pseudorandomizado de 4 a 8 segundos.
Análisis de datos
Para examinar el impacto de la SBP-Ag en la función pulmonar y la inflamación de las vías respiratorias, se utilizaron pruebas t pareadas con corrección de Benjamini-Hochberg de los valores de p para evaluar el cambio desde el estado basal en diferenciales del % predicho del VEF1, FENO y células. También se evaluaron los cambios pre- a post-SBP-Ag en las puntuaciones de ACQ y BDI con pruebas t pareadas.
La limpieza y el análisis de los datos de secuenciación de ARN se realizaron en R (v4.0.2) con tidyverse (v1.3.0). Las bibliotecas de secuenciación de ARN se filtraron por calidad con una cobertura media del coeficiente de variación de menos de 0.65, duplicados mapeados mayores al 0.8, y secuencias totales mayores a 1 millón (consulte la Tabla E2 en el Repositorio en línea de este artículo en www.jacionline.org). No se detectaron efectos de lote en el análisis de componentes principales. Los recuentos de genes se normalizaron para la composición de ARN con la normalización del valor medio recortado de M, se filtraron para genes codificadores de proteínas con al menos 1 recuento por millón (CPM) en al menos de 10 % de las bibliotecas, y se convirtieron a log2 CPM con pesos de calidad con voom. Esto resultó en 14,346 genes para el análisis en 22 muestras pareadas pre y posdesafío.
Para el análisis de módulos génicos, todos los genes se modelaron de manera lineal para SBP-Ag y se filtraron a 6863 genes con una tasa de descubrimiento falso (FDR) menor a 0.3 (consulte la Tabla E3 en el Repositorio en línea de este artículo en www.jacionline.org). Este subconjunto se modeló luego por separado contra los porcentajes de eosinófilos o neutrófilos. Los genes se asignan a tipos celulares con un FDR menor a 0.3 y una pendiente mayor que 0, lo que resultó en 2787 genes asociados a eosinófilos y 428 genes asociados a neutrófilos (Tabla E3). Los genes asociados a células se agruparon luego en módulos con el Análisis de Redes de Coexpresión Génica Ponderada con un R-cuadrado mínimo de 0.8, lo que resultó en 9 módulos de eosinófilos y 2 módulos de neutrófilos (Tabla E1). Los módulos génicos se asociaron con funciones con el uso de redes de interacción proteína-proteína de STRING y enriquecimiento hipergeométrico de conjuntos de genes de Broad MSigDB.
Todos los datos de fMRI se preprocesaron y analizaron con FSL v5.0, con los siguientes pasos: (1) eliminación de los primeros 5 volúmenes, (2) corrección de movimiento con MCFLIRT, (3) extracción de cerebro con BET, y (4) registro de los datos funcionales y anatómicos individuales con el enfoque de registro basado en límites. Con una transformación afín de 12 grados de libertad, seguida de una transformación no lineal FNIRT, para registrar los datos funcionales al espacio estándar (Montreal Neurological Institute 152). Los datos de cada participante para cada ejecución se analizaron con un modelo lineal general con regresores separados para cada condición (es decir, As, Ng y Ne), formados por medio de la convolución, una función de caja de estímulo con una función de respuesta hemodinámica ideal. El modelo incluyó parámetros de movimiento y sus derivadas para ajustarse al artefacto relacionado con el movimiento. El modelo lineal general produjo un conjunto de mapas de contraste (As-Ne, Ng-Ne y As-Ng) para cada individuo. Estos mapas de contraste se difuminaron de modo espacial con un filtro espacial gaussiano de 5 mm de ancho total a la mitad del máximo.
Se seleccionaron regiones de interés (ROI) a priori en la red de prominencia (RP) de acuerdo con el trabajo antes publicado. La corteza insular tuvo un enfoque central de estos análisis, dada su prominencia como centro en la RP y su presencia consistente en las vías activadas por la inflamación periférica. Las subregiones funcionales de la corteza insular se definieron por Deen et al. Se identificó una ROI adicional en la corteza insular según una mayor respuesta regional a la tarea de Stroop durante la inflamación de las vías respiratorias. La corteza cingulada anterior se seleccionó de acuerdo con su participación en la comunicación cerebro-cuerpo durante la inflamación, tanto en este trabajo como en otros anteriores, y las subdivisiones se definieron de acuerdo con el Atlas de Harvard-Oxford. Además, se definió una ROI en la corteza cingulada anterior perigenual (dilatado 2X) según los resultados descritos por Rosenkranz et al. Al final, la amígdala, definida de forma anatómica por el Atlas de Harvard-Oxford, se seleccionó según su sensibilidad a la inflamación periférica y su papel importante en el procesamiento emocional.
Los cambios en respuesta a la SBP-Ag se calcularon como los valores post- menos los valores pre-SBP-Ag dentro de cada participante para los módulos genéticos, las proteínas y el cambio porcentual de la señal de oxígeno en sangre dependiente del nivel (BOLD) en la fMRI. La regresión de mínimos cuadrados parciales dispersos (sPLS) se usó para seleccionar los módulos génicos y las proteínas que se asocian de manera más fuerte con los cambios en la fMRI (mixOmics) en el subconjunto de participantes con todos los tipos de datos (N = 14). Los modelos se ajustaron con el uso de las cargas de ejes y el error absoluto medio. Se eligieron dos ejes porque esto explicaba la mayor parte (66 %) de la variación en la respuesta BOLD. En total, se asignaron 14 características predictoras al componente 1 y 2 características predictoras al componente 2. Las correlaciones se calcularon con el uso del método de Pearson. Las secuencias están disponibles en el Repositorio de Expresión Génica del Centro Nacional de Información Biotecnológica (GSE182733), y el código R se puede encontrar en https://github.com/altman-lab/P337_MINA_BAL_public. El resumen gráfico se creó por medio de Biorender.com.
RESULTADOS
La función pulmonar, la depresión, el control del asma y la inflamación de las vías respiratorias
El VEF1 y las puntuaciones de BDI no mostraron un cambio significativo de pre- a post-SBP-Ag (P > 0.1). En contraste, las puntuaciones de ACQ aumentaron de manera significativa (0.72 ± 0.61 a 0.91 ± 0.52; P = 0.02), lo que indica una reducción en el control del asma, al igual que el FENO (46 ± 29 ppb a 65 ± 40 ppb; P = 4.1 x 10-25). Los diferenciales celulares revelaron que la respuesta celular a SBP-Ag estuvo dominada por aumentos en el porcentaje de eosinófilos (de 0.65 % a 31.3 %; P ajustada por FDR = 1.56 x 10-24) y disminuciones relativas en monocitos (de 83.1 % a 47.6 %; FDR = 1.40 x 10-25) y células epiteliales (de 2.61 % a 0.17 %; FDR = 3.12 x 10-23). Los neutrófilos (FDR = 0.053) y los linfocitos (FDR = 0.466) no se afectaron por la SBP-Ag. La abundancia de proteínas de citocinas mostró cambios globales, donde la mayoría de las proteínas se afectaron de manera significativa (47 de 55; FDR < 0.3). Entre estas, la mayoría de las proteínas afectadas por SBP-Ag también se asociaron con eosinófilos de forma positiva (44 de 47) y/o neutrófilos (43 de 47; FDR < 0.3).
La secuenciación de ARN
De los 14,346 genes que pasaron el filtro, 6,863 mostraron un cambio en la expresión después de la SBP-Ag (FDR < 0.3). Este subconjunto de genes se comparó por separado para establecer relaciones con los porcentajes de eosinófilos o neutrófilos. Los genes se asociaron con tipos celulares para los cuales tenían un FDR menor a 0.3 y una pendiente positiva, lo que resultó en 2,787 genes asociados a eosinófilos y 428 genes asociados a neutrófilos. Luego, los genes asociados a células se agruparon en módulos y se utilizó el Análisis de Redes de Coexpresión Génica Ponderada. En total, 2,818 genes asociados a SBP-Ag y células se agruparon en 9 módulos asociados a eosinófilos y 2 módulos asociados a neutrófilos. La expresión génica media en los módulos capturó gran parte de los cambios a nivel de genes de pre- a post-SBP-Ag.
Análisis de la fMRI
La respuesta neural a las palabras relevantes para el asma en comparación con las palabras valencia-neutrales mostró una variabilidad amplia. En general, no hubo un efecto principal del desafío en la respuesta BOLD promedio en ninguna de las ROI examinadas, lo cual no es sorprendente en una muestra de este tamaño. Sin embargo, en confirmación del trabajo previo, se encontró la asociación positiva esperada entre el cambio en la proporción de eosinófilos en el BAL y la respuesta BOLD a las señales de asma en la red de prominencia, de manera especial en la corteza insular anterior.
En los análisis de sPLS que examinaron las asociaciones clave entre los cambios inducidos por alérgenos en la expresión génica y proteica en las vías respiratorias con los cambios en la actividad de la red de prominencia, el componente 1 representó correlaciones positivas significativas entre los aumentos inducidos por alérgenos en un módulo de expresión génica (EOS02) que contiene 416 genes asociados a eosinófilos y 13 proteínas (de forma principal FLT3LG e IL-17A) con el aumento de la actividad en los nodos de la red de prominencia. Este resultado explicó 36.7 % de la variabilidad en el cambio en los niveles de genes y proteínas y 45.4 % de la variabilidad en el cambio en la respuesta BOLD en la red de prominencia, con un valor de correlación R de 0.7. El componente 2 de sPLS representó correlaciones negativas mixtas (CXCL1) y positivas (IL-16) del cambio en los niveles de proteínas con la actividad de la corteza insular derecha de forma específica. Este resultado explicó un 11.1 % adicional de la variabilidad en el cambio en los niveles de genes y proteínas y un 20.9 % de la variabilidad en el cambio en la respuesta BOLD, con un valor de correlación R de 0.9.
En la identificación de redes génicas funcionales, se centró en el componente 1 debido a sus correlaciones robustas y consistentes en los nodos de la red de promiencia. Se encontró que los genes y proteínas inducidos por SBP-Ag seleccionados por sPLS tienen interacciones funcionales conocidas, como lo demuestra una red de interacciones significativas en la base de datos STRING. Las proteínas más centrales en esta red incluyeron la quinasa de proteínas activada por mitógenos 3 (grado 30; intermedio 3989), VEGFA (grado 30; intermedio 3297), CDK3 (grado 20; intermedio 2286) y NOTCH1 (grado 16; intermedio 1814). De manera colectiva, esta red estuvo enriquecida de forma funcional para vías relacionadas con la transmisión de señales de citocinas, la quimiotaxis de leucocitos y el crecimiento tisular. Incluye componentes clave de la inflamación TH17, como IL-17A, IL-23A y FLT3LG, una citocina crucial para mantener la expansión de las células TH17 en el pulmón, así como múltiples moléculas con roles superpuestos en la proliferación neuronal, vascular y celular pulmonar (por ejemplo, NOTCH1, VEGFA y LIF).
La expresión de estos genes y proteínas aumentó con SBP-Ag, con la magnitud del cambio relacionada de manera positiva tanto con la dirección como con la magnitud de los cambios en la actividad de la red de prominencia, como se ejemplifica en la relación entre el módulo EOS02 y los niveles de proteína IL-17A y la capacidad de respuesta de la corteza insular anterior ventral izquierda a señales específicas del asma. Estas asociaciones fueron más fuertes que aquellas entre la red de prominencia y las proporciones de células eosinófilas solas y más fuertes que las asociaciones con vías inflamatorias tipo 2 representadas por el módulo EOS01, genes de células cebadas o proteínas IL-5 e IL-13. Además, aunque la proteína TNFA aumentó de manera significativa con la SBP-Ag, su abundancia no se correlacionó de manera significativa con los cambios en la red de prominencia, ni lo presentó la IL-6 y otros genes y proteínas relacionados que se seleccionaron en el análisis de sPLS.
DISCUSIÓN
Las vías asociadas a los eosinófilos reflejadas en el módulo EOS02 y las proteínas asociadas emergieron como la firma molecular de la inflamación de las vías respiratorias relacionada de manera más estrecha con los cambios relacionados con el afecto en la función de la red de prominencia. Estos datos son consistentes con trabajos previos y avanzan en la comprensión de la biología específica que vincula la inflamación de las vías respiratorias inferiores con cambios neuronales en pacientes con asma, pero también añaden un importante nivel de especificidad molecular. Los genes y proteínas que son importantes de forma central en este módulo están más vinculados a una respuesta TH17 con vías inflamatorias y proliferativas mixtas en lugar de a las vías inflamatorias canónicas tipo 2 asociadas de forma típica con los eosinófilos y el asma. De hecho, las vías tipo 2 (es decir, el módulo EOS01 y las proteínas IL-4, IL-5 e IL-13) no se asociaron de manera fuerte con un aumento en la activación en la red de prominencia en el presente estudio. De manera similar, no se detectaron asociaciones significativas con otros aspectos de la inflamación relacionada con el asma, incluidos los genes de las células cebadas o la transmisión de señales de la IL-6, aunque estos también aumentaron después de la SBP-Ag. La ausencia de una señal de las células cebadas puede relacionarse con el momento de la recolección de muestras, 48 horas después del desafío. La inflamación TH17 se asoció de manera variable con el asma eosinofílica o neutrofílica y puede coincidir con la inflamación tipo 2. En un trabajo anterior, se demostró que los eosinófilos liberan IL-1β de manera espontánea para aumentar la producción de IL-17A por las células T CD4+ de memoria activadas, lo cual es consistente con los datos actuales que muestran que la señal de IL-17A se relaciona de forma estrecha con una respuesta eosinofílica en lugar de con los neutrófilos. El porcentaje basal de células TH17 en circulación se mostró elevado, incluso en el asma leve, y aumenta, junto con la expresión de IL-17, después del desafío con alérgenos. De manera interesante, durante el estrés o episodios de inflamación, las células TH17 pueden acumularse en el cerebro. Esto es notable ya que la administración sistémica de IL-17 en modelos animales evoca comportamientos similares a la depresión y el anti-IL-17 confiere resistencia. Consistente con su efecto en modelos animales, la expresión de IL-17 se eleva en la depresión en humanos y se asocia con la depresión resistente al tratamiento. En conjunto, los resultados proporcionan un posible vínculo directo entre el asma y la depresión mediante TH17 en lugar de por medio de la inflamación canónica tipo 2.
En consonancia con el aumento de expresión de genes en la vía inflamatoria TH17 inducida por SBP-Ag, NOTCH1 y VEGFA fueron centrales en la red de proteínas y genes de STRING en el módulo EOS02 que se correlacionan con las respuestas de la red de prominencia al alérgeno. Estos genes y sus vías asociadas tienen importantes implicaciones tanto para el asma como para la función neuronal. En el asma, NOTCH1 se involucra en múltiples aspectos de la fisiopatología, impulsa la diferenciación de las células TH17 y es esencial para la quimiotaxis y migración transendotelial de los eosinófilos. VEGFA desempeña un papel importante en el crecimiento de los vasos sanguíneos de las vías respiratorias en el asma e induce la permeabilidad y la fuga vascular, además de su participación en la sensibilización alérgica y la inflamación tipo 2. En el cerebro, la IL-17 activa NOTCH1, que regula la diferenciación de las células madre neurales y promueve la neuroinflamación durante la lesión o la neurodegeneración neural mediante la regulación de la diferenciación y proliferación de los astrocitos y la activación microglial. VEGFA se involucra de forma en la angiogénesis en el cerebro. También se produce por astrocitos reactivos, lo que lleva a un aumento de la permeabilidad de la barrera hematoencefálica y la degradación de la función de barrera, lo cual es un importante contribuyente a la neuroinflamación, un factor importante en la vulnerabilidad frente a la depresión. Así, la implicación de NOTCH1 y VEGFA en la relación entre los cambios en las vías respiratorias inducidos por la SBP-Ag y la función neuronal sugiere que la inflamación de las vías respiratorias puede influir en la actividad neuronal, al menos en parte, por medio de vías neuroinflamatorias, lo que contribuye a resultados emocionales y cognitivos negativos. De hecho, NOTCH1 de manera previa se implicó en la vulnerabilidad a la psicopatología.
De forma colectiva, los datos respaldan las observaciones previas de que la inflamación eosinofílica impulsada por alérgenos se asocia con una reactividad mejorada en las redes cerebrales importantes en la regulación de las emociones. Aquí, además, se proporciona un mecanismo propuesto de acción en el cual la inflamación TH17, vinculada a la expresión de moléculas de transmisión de señales neuronal y vascular en el pulmón, promueve la neuroinflamación y, en última instancia, la disfunción emocional y cognitiva. Existen múltiples formas potenciales por medio de las cuales los cambios en la expresión génica y proteica en el pulmón podrían influir en la función neuronal, que dan como resultado el patrón de asociaciones reportados. Es posible que las células TH17 en el pulmón migren al cerebro, donde promuevan la neuroinflamación mediante la diferenciación y la activación de astrocitos y microglía. Las células gliales también se involucran de manera íntima en la regulación de la neurotransmisión y la actividad neuronal al moldear la arquitectura y la función sináptica y al regular la cantidad de glutamato en la sinapsis. Esta hipótesis mecánica se respalda por trabajos recientes en los que se encontró que la concentración de un marcador sanguíneo de astrocitos reactivos en el asma se relaciona de forma alta con cambios en la microestructura cerebral, lo que indica la presencia de neuroinflamación. La hipótesis se respalda por un modelo de roedores de asma mixta TH17 y tipo 2, donde la exposición al alérgeno aumentó de manera selectiva el número de células TH17 en el cerebro. Este aumento se asoció con microglía activada en el órgano subfornical de forma morfológica, que proyecta a la RP, así como cambios en la actividad neuronal en los nodos de la RP.
Es importante tener en cuenta que este estudio se limitó a medir los cambios en la expresión génica en las células del líquido de lavado broncoalveolar y no de manera directa en las células cerebrales. Sin embargo, existe evidencia de que la expresión diferencial de genes en las células inmunes periféricas se refleja en las neuronas y las células inmunológicas del cerebro. Por ejemplo, se encontró que los genes expresados de forma diferencial en linfocitos de pacientes con esquizofrenia tenían una expresión diferencial concordante en muestras cerebrales post mortem (tanto en neuronas como en células inmunes). Además, la evaluación de cambios en la expresión génica, incluidos NOTCH1 y VEGFA, en células extraídas de muestras periféricas muestra un valor predictivo neuropatofisiológico y se exploró como un enfoque no invasivo para determinar la trayectoria clínica del deterioro cognitivo. No obstante, ésta es una limitación conocida del presente estudio y requerirá confirmación en un modelo animal. Otra limitación del estudio tuvo la ausencia de un desafío de control o placebo. En un trabajo anterior, se comparó la respuesta neuronal al WLAC con la del inhalado de solución salina, que no reveló cambios significativos, lo que evita la necesidad de comprender las vías de transmisión de señales inmunes subyacentes a este efecto en el presente estudio. De manera final, dado la relativa homogeneidad de la muestra (83 % de raza blanca no hispana), los resultados pueden no generalizarse a una muestra más diversa y deben validarse en una muestra más grande y representativa.
Los resultados identifican la importancia de la inflamación TH17 y la transmisión de señales asociada a NOTCH1 y VEGFA en la interacción entre la inflamación de las vías respiratorias y la actividad de la RP relacionada con las emociones. De forma amplia, los datos enfatizan que la inflamación relacionada con el asma tiene un componente sistémico con efectos profundos fuera del pulmón de manera potencial. La conexión de la actividad TH17 con la expresión de genes importantes en la neuroinflamación plantea la hipótesis sobre el alcance del impacto de la inflamación de las vías respiratorias en el cerebro. Se especula que el control dirigido a los aspectos específicos de la inflamación de las vías respiratorias en el asma es un paso importante para prevenir o reducir las condiciones comórbidas, incluida la depresión y la disfunción cognitiva, así como el deterioro de la salud cerebral en general.
Centro Regional de Alergia e Inmunología Clínica CRAIC, Hospital Universitario ¨Dr. José Eleuterio González¨ UANL, Monterrey, México
Dra. Med. Sandra Nora González Díaz Jefe y Profesor
Dra. Maricela Hernández Robles Profesor
Dr. Evaristo Noe Lemus Reyner Residente de 1er año
Dra. Alejandra Macías Weinmann Profesor
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