La inflamación es un proceso fisiológico crítico durante el desarrollo de infecciones. Además, también se producen procesos inflamatorios en numerosas patologías, que abarcan desde enfermedades cardiovasculares a tumores. El microentorno de los focos inflamatorios presenta bajos niveles de oxígeno así como bajos niveles de citoquinas inflamatorias. El factor de trascripción inducible por Hipoxia (HIF) se regula en respuesta a hipoxia así como en respuesta a mediadores inflamatorios. A su vez la inducción de este factor resulta crítico para la adecuada función de las células implicadas en la respuesta inflamatoria en entornos hipóxicos.

Los distintos grupos de investigación que formamos el Programa INFLAMACION tenemos un interés común en el Papel de la Hipoxia en el Contexto de la Inflamación. EL objetivo se centra en investigar los mecanismos que correlacionan la inducción de HIF en hipoxia y otras señales activadas durante la inflamación para garantizar la adecuada respuesta en los procesos inflamatorios. Investigamos por otro lado como la inducción sostenida de HIF-1 en condiciones inflamatorias puede contribuir al desarrollo de tumores.

La enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC) y el síndrome de apnea-hipopnea del sueño (SAHS) son patologías con una elevada prevalencia y morbilidad caracterizadas por una disminución de la tensión de oxígeno en sangre (hipoxemia) y, en el caso de EPOC, una respuesta inflamatoria exagerada que lesiona el pulmón.La combinación de hipoxemia e inflamación son las responsables del cuadro clínico en estos pacientes. Sin embargo, los mecanismos celulares y moleculares subyacentes son, en gran medida, desconocidos. De forma significativa, el curso clínico de los enfermos de EPOC o SAHS resulta muy variable y no atribuible a diferencias en el grado de afectación pulmonar o a los valores de PaO2. Como consecuencia de la hipoxemia que se produce en ambas patologías, en los tejidos se altera el balance entre el aporte y la demanda de oxígeno (hipoxia) dando lugar a la activación del Factor Inducible por Hipoxia (HIF) y la inducción de sus genes diana. Dado el papel central de esta molécula en las respuestas adaptativas a la falta de oxígeno nuestra hipótesis de partida es que HIF, mediante la inducción de alguno de sus genes diana, juega un papel central en el curso clínico de ambas patologías y en especial en la respuesta inflamatoria en pulmónLa enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC) constituye un problema sociosanitario de primera magnitud debido a su elevada prevalencia y morbimortalidad.

El aspecto de mayor relevancia para lograr un adecuado manejo de la EPOC es su notable heterogeneidad. A partir de la afectación inicial de las vías aéreas o alveolos pulmonares, sus manifestaciones clínicas son muy variables, pudiendo originar fenotipos clínicos dispares con predominio de las poliglobulia, hipertensión pulmonar, caquexia, complicaciones cardiovasculares o agudizaciones frecuentes.Pese a sus diferencias, la mayoría de estos pacientes comparten una alteración inicial del intercambio gaseoso pulmonar, de modo su saturación de oxígeno en sangre está por debajo de los niveles normales de forma crónica.

El síndrome de apneas-hipopneas durante el sueño (SAHS), que se caracteriza por episodios recurrentes de colapso de la vía aérea superior durante el sueño, originando episodios de hipoxia intermitente y fragmentación del sueño, afecta a un 2-4% de la población adulta (Young. N Engl J Med 1993:1230). Además de originar una mayor somnolencia diurna, se ha demostrado que el SAHS se asocia con un importante incremento de la mortalidad cardiovascular (Marin. Lancet 2005:1046). De hecho, la presencia de un SAHS aumenta el riesgo de hipertensión arterial, cardiopatía isquémica, insuficiencia cardíaca o enfermedad cerebrovascular (Peppard. N Engl J Med 2000:1378; Shahar. AJRCCM 2001:19). Se ha propuesto que el patrón repetido a lo largo de todas las noches de deoxigenación-reoxigenación que inducen las apneas-hipopneas favorece un estado proinflamatorio sistémico que, en última instancia, es el responsable de la mayoría de la comorbilidad cardiovascular que presentan estos enfermos (Gozal. AJRCCM 2008:369).

Además de ser dos de las enfermedades más frecuentes, la EPOC y el SAHS comparten el desarrollo de una situación hipóxica. Mientras que los pacientes con EPOC sufren una hipoxia sostenida crónica, el SAHS se caracteriza por una hipoxia intermitente cónica. Se cree que la hipoxia que se produce en ambas patologías es la responsable de gran parte de sus manifestaciones clínicas y que, a partir de una vía de señalización común (Yuan. J Cell Physiol 2008:2008), puede expresarse de formas muy variables que justifiquen la diversidad clínica de estos enfermos. Incluso existe un subgrupo de enfermos en el que coexisten EPOC y SAHS, presentando una peor evolución clínica (Marin. AJRCCM 2010:325).

La adaptación celular a la hipoxia está mediada por la inducción de un programa génico específico bajo el control de los Factores Inducibles por Hipoxia, HIFs (Brahimi-Horn MC. J Cell Sci. 2009 122:1055). HIF es regulado por oxígeno a dos niveles, estabilidad de la proteína y capacidad transcripcional, siendo la primera predominante. En presencia de oxígeno, la subunidad alfa de HIF es hidroxilada en residuos de prolina por una familia de enzimas, EGLNs/PHDs. La hidroxilación en prolina permite la unión de la proteína VHL que conlleva la degradación de HIFα vía proteosoma (Ivan. Science 2001, 292:464; Jaakkola. Science 2001 292:468; Bruick. Science 2001 294:1337; Epstein. Cell 2001 107:43; Maxwell. Nature 1999 399:371). En condiciones de hipoxia, la reacción de hidroxilación, que requiere oxígeno molecular como substrato, se ve compometida permitiendo que HIF escape a degradación. La acumulación de HIF en hipoxia permite su unión a motivos

RCGTG (HIF response element, HRE) presentes en varias decenas de genes induciendo su transcripción (Wenger. STKE 2005). La inducción de estos genes, promueve la adaptación del metabolismo celular a la falta de oxígeno así como la inducción de angiogénesis y eritropoyesis en un intento de reestablecer el aporte de oxígeno al tejido hipóxico (Pouysségur. Nature 2006, 441:437).

Además de estas respuestas clásicas a la hipoxia, evidencia creciente apunta a un papel clave de esta ruta en el sistema inmune. En particular, HIF1 (una de las tres isoformas de HIF alfa) regula la expresión de citoquinas proinflamatorias, tales como MIF e INFG, factores angiogénicos así como óxido nítrico sintetasa inducible (iNOS) que facilita la actividad bactericida así como el desarrollo patogénico de la inflamación flogística. Además, HIF controla la bioenergética mieloide y por tanto es esencial para numerosas funciones mieloides tales como invasión mieloide y migración a las zonas de inflamación. Como se indicó anteriormente, la hipoxia tisular (consecuencia de la hipoxemia) y la inflamación son dos caracteristicas centrales y comunes en la progresión de EPOC y SAHS. La hipoxia crónica a la que se encuentran sometidos los tejidos resulta en la activación de HIF y, consecuentemente, la inducción de varios de sus genes diana. De hecho una de las manifestaciones clínicas características de la EPOC es una elevación del hematocrito que, posiblemente es causado por el aumento de transcripción de eritropoietina bajo el control de HIF. Sorprendentemente la hipoxia intermitente, característica de SAHS, también es capaz de inducir HIF y, de hecho, HIF media algunos de los efectos cardiovasculares de SAHS (Peng. J Physiol. 2006 577:705). Más aun, la hipoxia sostenida e intermitente inducen un patrón de expresión génica similar incluyendo un conjunto citoquinas proinflamatorias equivalente (Polotsky. Physiol Genomics 2010). Por lo tanto, HIF, a través de la inducción de sus genes diana, juega un papel central en estas dos patologías. Pese a estas sólidas evidencias, no existe una demostración experimental de la participación de la ruta de HIF en el desarrollo/progresión de estas patologías. Así mismo se desconoce si variaciones interindividuales en esta ruta podrían explicar los distintos cursos clínicos observados.

Premisas:1. El componente inflamatorio es central en la generación y progresión de EPOC2. EPOC y SAHS cursan con hipoxia y esta es responsable de las manifestaciones clínicas de estas patologías.3. HIF es central en las respuestas de adaptación a la hipoxia mediante la inducción de sus genes diana.4. Un grupo de genes diana de HIF controlan la activación y reclutamiento de células del sistema inmune a los focos de hipoxia.5. Existen variaciones genéticas en los sitios de unión de HIF que se traducen en diferencias en el patrón de expresión génica inducido por hipoxia en diferentes individuos.

Hipótesis:

1. HIF y sus genes diana juegan un papel central en la inflamación característica de EPOC2. HIF y sus genes diana juegan un papel en el desarrollo de enfisema, hipertensión pulmonar, poliglobulia y caquexia asociados a la progresión de la EPOC y al desarrollo de morbilidad cardiovascular en el SAHS3. Existen polimorfismos en los sitios de unión de HIF en sus genes diana que son responsables de los diferentes cursos clínicos observados entre pacientes de EPOC4. Existen polimorfismos en los sitios de unión de HIF en sus genes diana que son responsables de la diferente comorbilidad del SAHS y pueden determinar una diferente respuesta al tratamiento con CPAP nasal