Plugging (divulgação) para prevenir a obstrução mucosa

Mucus há muito tempo que se sabe que existe nas vias respiratórias, mas só há relativamente pouco tempo é que a hipersecreção mucosa tem sido amplamente reconhecida como tendo um papel importante na patogénese das doenças pulmonares obstrutivas crónicas, incluindo asma, doença pulmonar obstrutiva crónica e fibrose cística. O muco das vias respiratórias é uma mistura complexa de líquidos e proteínas. Componentes importantes são as mucinas formadoras de gel, que são glicoproteínas de alto peso molecular cujas propriedades viscoelásticas incomuns permitem que o gel interaja com a cílios epiteliais, promovendo assim a eliminação de materiais estranhos depositados. As mucinas das vias aéreas são revistas em detalhe noutros locais 1. Devido à sua importância clínica e à eficácia limitada das terapias atuais 2, 3, a hipersecreção de muco é um alvo atraente para novas terapias.

Como o muco evoluiu como uma importante fonte de defesa do hospedeiro nas vias aéreas, e quais são os papéis da secreção de muco nas doenças obstrutivas crônicas das vias aéreas? Quando os peixes migraram da água para terra, os pulmões substituíram as guelras para a troca de gases respiratórios. A colocação dos pulmões adjacentes ao coração, no fundo da cavidade torácica, acrescentou a necessidade de um tubo de ar para transportar ar inspirado para os pulmões. No entanto, o ar inspirado também contém micróbios e outros irritantes, que são depositados na superfície epitelial das vias aéreas, causando inflamação e invadindo o hospedeiro. Em resposta, o hospedeiro desenvolveu ações defensivas, que normalmente destroem e limpam os organismos invasores. Entre as respostas defensivas do hospedeiro aos invasores inalados, as mucinas secretadas das vias aéreas normalmente desempenham um papel protetor importante. As mucinas recrutadas aprisionam os invasores, que são depois limpas pela tosse e pela limpeza mucociliar 4. Em indivíduos saudáveis, as mucinas nas vias aéreas são esparsas, mas suficientes para realizar o aprisionamento e a liberação dos invasores de forma eficiente e com o mínimo de sintomas. Entretanto, em doenças inflamatórias crônicas das vias aéreas, como a asma, ocorre produção exagerada de mucina, levando a sintomas e obstrução das vias aéreas. Nas principais vias aéreas condutoras, a hipersecreção leva à tosse e à produção de expectoração. Em pequenas vias respiratórias periféricas, devido à sua geometria, a hipersecreção da mucosa pode levar ao entupimento da luz das vias respiratórias. Na asma fatal, a hipersecreção mucosa é visível e acredita-se que tenha um papel importante como causa de morte 5-8,

Vários investigadores têm enfatizado a importância da obstrução de pequenas vias respiratórias (obstrução da mucosa). Deve-se notar que, devido à localização de lúmens obstruídos em pequenas vias aéreas, o reconhecimento clínico dos tampões mucosos tem sido problemático, e a obstrução das vias aéreas periféricas tem permanecido uma zona relativamente silenciosa dos pulmões, não facilmente identificável fisiologicamente, pelo exame radiológico ou pelo estudo broncoscópico. O diagnóstico de obstrução das vias aéreas permanece um desafio para os investigadores!

Recentemente, a hipersecreção mucosa tornou-se reconhecida como um grande problema clínico nas doenças crónicas das vias aéreas, e os estudos das mucinas intensificaram-se. Primeiro, os genes da mucina foram clonados, fornecendo ferramentas para pesquisas futuras sobre a mucina. Desde que organismos invasores, alergênios, fumaça de cigarro e outras partículas irritantes são depositados na superfície epitelial, os investigadores buscaram mecanismos de sinalização que permitissem ao hospedeiro interceptar os invasores.

Quando um invasor é depositado na superfície do epitélio das vias aéreas, uma cascata de eventos foi demonstrada, culminando na ativação de um receptor na superfície epitelial, o receptor do fator de crescimento epidérmico (EGFR), e resultando na produção de mucina 9. Posteriormente, uma grande variedade de estímulos tem sido encontrada para causar a produção de mucina e outras respostas defensivas através da ativação do EGFR 10. No estudo original, que relatou que a ativação da taxa de crescimento epidérmica por um ligante EGFR resultou na produção de mucina, também foi relatado que a produção de mucina induzida por ovalbumina em ratos foi inibida por um inibidor seletivo de tirosina quinase EGFR, implicando em uma cascata de EGFR na produção de mucina induzida por alergênio 9. Estudos subsequentes descreveram uma série de sinais envolvidos numa cascata superficial epitelial, induzindo a activação de EGFR e diferentes saídas (por exemplo, interleucina-8 e peptídeos antibacterianos) por estímulos múltiplos (por exemplo, Pseudomonas aeruginosa, vírus, lipopolissacarídeo, fumo de cigarro, alergénios, elastase neutrofílica e oxidantes) 10. A via de sinalização inclui a activação de um receptor de superfície (por exemplo, o receptor tipo Toll-like (TLR)), activação da proteína quinase C, geração de espécies reactivas de oxigénio, activação de uma metaloprotease de matriz de superfície (MMP), frequentemente uma enzima de conversão de factor de necrose tumoral (TACE), que clivam os ligandos EGFR ligados à membrana, que se ligam e activam o EGFR, resultando na produção de uma variedade de proteínas e glicoproteínas 1.

Em 2009, Zhu et al. 11 relataram que os grupos maiores e menores de rinovírus (RV) induziram a produção de mucina, o que envolve um novo caminho dependente de TLR3-EGFR. Seus estudos implicaram TLR3 na cascata de sinalização, e esses autores sugeriram que a máquina de defesa antiviral TLR e a proliferação/reparação do fosfatidilinositol-3′-kinase da via EGFR poderiam desempenhar um papel importante na exacerbação da doença das vias aéreas induzida pelo vírus. Este artigo não indicou um mecanismo para os efeitos especiais (exagerados) da asma. Em outro estudo interessante de Bartlett et al. 12, a doença ovalbuminosa induzida nas vias aéreas foi aumentada pela infecção com RV-1B, mas o mecanismo de aumento não foi descrito.

No presente número do European Respiratory Journal, Hewson et al. 13 estudaram a indução de mucina 5 subtipos A e C do VD (MUC5AC), inicialmente em voluntários asmáticos, e relataram que a infecção experimental com RV-16 levou à indução de MUC5AC em proporção à carga viral. Em seguida, infectaram uma linha de células cancerosas do pulmão (NCI-H292) com o VD-16 e mostraram que a infecção pelo VD causou indução significativa de mucina. O MUC5AC mRNA foi aumentado dose-dependentemente entre 8 e 48 h após a infecção (pico 24 h). A expressão da mucina induzida pelo VD foi inibida por um inibidor seletivo de EGFR e suprimida por um inibidor de ativação da proteína quinase mitogênica ativada (MEK). O inibidor MEK bloqueou a resposta de mucina 3-24 h após a infecção. Eles relataram que a infecção do VD induziu fosforilação MEK a 3-24 h (fig. 4c), e um inibidor da ligação de Sp1 resultou na inibição da expressão da mucina (fig. 4d). Um inibidor de inibidor de fator nuclear-κB subunidade cinase β (fig. 5b) inibiu a expressão da mucina.

Então examinaram se a infecção do VD induziu ou não a liberação do fator de crescimento transformador-α (TGF-α) e se este foi fator nuclear-κB (NF-κB)-dependente. O RV-16 induziu a liberação de TGF-α e foi significativamente bloqueado pela inibição de NF-κB (fig. 6b). Os autores concluíram que a via de sinalização da indução do VD da NF-κB ativou MMPs e uma via subseqüente EGFR-MEK/extracelular regulada por sinal cinase, levando à síntese e secreção da MUC5AC. O aspecto mais novo e estimulante deste trabalho é a descrição proposta de uma via de sinalização induzida por vírus que leva à produção de mucina.

Geralmente, em estudos anteriores, múltiplos estímulos foram relatados como causadores da ativação de uma seqüência de moléculas de sinalização superficial e resultando na ativação do EGFR, incluindo a sinalização pelo receptor relevante ao estímulo (muitas vezes um TLR), seguida da liberação de espécies reativas de oxigênio, ativação de uma MMP, muitas vezes TACE, resultando na clivagem da proligand do EGFR, que então se liga e ativa o EGFR. Esta sequência leva através de uma série de moléculas a jusante (por exemplo, Ras, Raf e mitogen-activated protein kinase) e através de um promotor à estimulação da produção de novas proteínas (por exemplo, mucinas). No presente artigo de Hewson et al. 13, os autores sugerem que o estímulo (RV) entra na célula e ativa diretamente a NF-κB, que então estimula uma MMP, e assim induz uma cascata contínua, incluindo clivagem proligand, liberação de ligante EGFR solúvel e ativação de EGFR. Este é um conceito novo e reorganizaria a sequência e o tempo da cascata de sinalização (fig. 8 de 13). A fim de validar este caminho, as questões de tempo são críticas. Por exemplo, quando ocorre a fosforilação do EGFR? Na figura 3b, o RV-16 ativa a EGFR às 8-12 h. Em publicações anteriores, os investigadores encontraram respostas EGFR nos minutos restantes para ∼0.5-1 h 10. Em Hewson et al. 13, a fosforilação EGFR não é mostrada antes das 4 h. Existe fosforilação EGFR anterior? Curiosamente, o mRNA da mucina é relatado às 8 h, talvez antes da fosforilação EGFR ser relatada. Assim, em estudos futuros, a questão do tempo e da análise da sinalização com base no tempo é crítica para determinar como funciona este caminho de sinalização. Além disso, mecanismos de reconhecimento do VD na superfície epitelial, entrada do VD dentro da célula epitelial e sua relação com a ativação do EGFR requerem estudos adicionais.

Células sobrevivem através da modulação de suas atividades ao longo do tempo. A este respeito, os investigadores têm lutado para desenvolver a biologia de sistemas para a previsão de eventos complexos. No entanto, a análise da biologia de sistemas mostra uma grande dificuldade na construção do tempo em sistemas! Aqui, sugerimos que uma dissecção cuidadosa das vias de sinalização ao longo do tempo pode continuar a ser útil na descoberta de mecanismos biológicos.

Currentemente, a importância clínica da hipersecreção mucosa nas doenças das vias aéreas é reconhecida, e os investigadores têm aumentado os estudos dos mecanismos básicos, incluindo a produção de mucina e os mecanismos subjacentes à hipersecreção mucosa. A importância clínica da obstrução da mucosa periférica e a dificuldade em diagnosticar estas lesões requerem abordagens inovadoras tanto para o diagnóstico como para a terapia. É necessário determinar os mecanismos que causam infecções virais para desencadear exacerbações da asma e como estas exacerbações podem ser prevenidas ou tratadas eficazmente. Uma vez que as células não pequenas do câncer de pulmão, que foram utilizadas no estudo de Hewson et al. 13, podem apresentar mecanismos de sinalização substancialmente diferentes dos asmáticos, o uso da cultura primária de células epiteliais obtidas de sujeitos asmáticos pode proporcionar novas perspectivas. Estas são questões prementes que necessitam urgentemente de mais investigação. Os efeitos atuais da deterioração da saúde e o grave impacto financeiro das infecções virais em asmáticos atualmente exigem uma alta prioridade para futuras pesquisas no esclarecimento dos mecanismos envolvidos na hipersecreção mucosa.

Aqui está um comentário final para os investigadores pulmonares. A especialidade pulmonar estava atrasada em seu desenvolvimento. Entretanto, devido à importância dos pulmões e vias aéreas nas doenças inflamatórias, imunológicas e malignas, sua localização adjacente à atmosfera e sua facilidade de acesso, prevê-se que o crescimento da pesquisa pulmonar continuará a acelerar! Estamos a colmatá-lo!

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