Las células cromafines forman quizás el sistema celular más interesante del cuerpo humano. Están estrechamente relacionadas con las neuronas simpáticas y son uno de los derivados de la cresta neural más intensamente estudiados. Como híbrido evolutivo del sistema endocrino y nervioso, han servido de modelo para explorar los mecanismos básicos de la neurofisiología, la secreción regulada y la farmacología. Así, las células cromafines suprarrenales pueden considerarse como el cerebro periférico, ya que comparten con las neuronas algunos mecanismos fundamentales: (1) Reciben entradas de naturaleza eléctrica y química; (2) son capaces de decodificar y reconocer estas señales; (3) poseen la maquinaria para generar y elaborar patrones de respuesta como la liberación de catecolaminas y otros mensajeros. En conclusión, las células cromafines, al igual que una neurona, pueden considerarse como una célula secretora que libera su secreción a gran distancia del cuerpo celular donde se sintetizan las macromoléculas, lo que permite una comunicación rápida entre partes del cuerpo muy separadas. Además, la médula suprarrenal con sus células cromafines sirve a través de la liberación de catecolaminas para la comunicación con todos los órganos más importantes como el corazón, el aparato vascular, los pulmones, el riñón y también el cerebro.
Más importante aún, las células cromafines situadas en el centro de un órgano periférico de fácil acceso han servido durante muchos años como ventana a las funciones del cerebro. Las células cromafines sirvieron de modelo para identificar el concepto básico de la transmisión neuroquímica. Los primeros orgánulos secretores se aislaron de las células cromafines, y las vesículas cromafines sirvieron de modelo de vesícula que contiene neurotransmisores. Muchas de las principales proteínas asociadas a las vesículas que participan en el proceso de exocitosis se caracterizaron en las vesículas cromafines.1, 2, 3, 4, 5
Al compartir el mismo origen ectodérmico (cresta neural), las células cromafines forman parte del llamado triángulo de Erspamer (piel, intestino y cerebro), que poseen los mismos neurotransmisores, neuropéptidos y mecanismos de transducción.6 Gran parte de los conocimientos actuales sobre la fisiología y la fisiopatología de los sistemas de neuropéptidos y neurotransmisores monoamínicos se debe a los estudios que utilizan sistemas de modelos de células cromafines. La línea celular del feocromocitoma de rata (PC12) desarrollada por Greene y Tischler7 hace más de 35 años sigue siendo una de las más estudiadas y, a día de hoy, continúa proporcionando un potente modelo para la comprensión de los sistemas neuronales. Esta línea celular y otros sistemas modelo cromafines han sido especialmente útiles para estudiar los mecanismos exocitóticos, incluido el funcionamiento de los canales iónicos, la dinámica vesicular y el acoplamiento estímulo-secreción. Los avances metodológicos asociados en electrofisiología, desde el desarrollo de la pinza de parche hasta técnicas más sofisticadas que combinan métodos electrofisiológicos y electroquímicos (por ejemplo, la amperometría de parche) se han visto facilitados en gran medida por la disponibilidad de dichos sistemas modelo.
En la glándula suprarrenal de gato perfundida in situ se demostró claramente utilizando diferentes estímulos receptores (acetilcolina, nicotina, dimetilfenilpiperazimio, etc.) que las células cromafines poseen dos gránulos neurosecretores distintos (el noradrenérgico y el adrenérgico), descartando así la idea de que las noradrenérgicas fueran las células precursoras en las que funciona la feniletanolamina-N-metiltransferasa para convertirlas en células cromafines adrenérgicas. Además, también a nivel cerebral la D-anfetamina aumenta especialmente la liberación de noradrenalina.8, 9
Además de mejorar la comprensión de los procesos de desarrollo neuronal, los sistemas de células cromafines han sido extremadamente importantes para los estudios de los procesos neurodegenerativos, la tumorigénesis y el desarrollo de fármacos.
Además, debido a la estrecha relación de las células cromafines con las neuronas catecolaminérgicas se han utilizado incluso para el tratamiento de trastornos cerebrales neurodegenerativos como la enfermedad de Parkinson.10 Entre 1988 y 2001, >300 pacientes parkinsonianos fueron tratados mediante trasplantes suprarrenales autólogos con cierta mejora de los síntomas clínicos. Sin embargo, las tasas de supervivencia de las células cromafines adultas injertadas fueron sólo a corto plazo y las mejoras clínicas desaparecieron 1-2 años después del trasplante.11, 12 Una grave limitación en la aplicación de la médula suprarrenal adulta fue probablemente la naturaleza postmitótica de la mayoría de las células trasplantadas.
Al mismo tiempo, los endocrinólogos han explorado el papel de varias hormonas liberadoras centrales y neuropéptidos dentro de los sistemas de células cromafines.13 Curiosamente, la médula suprarrenal en la periferia expresa un conjunto similar de neuropéptidos que se producen en el cerebro y que están implicados en la regulación del estrés, la homeostasis energética, la ansiedad y el dolor.14, 15 El concepto de producción hormonal ectópica fue, entre otros, descrito y perfeccionado en estas células. Esto incluye la expresión de la hormona liberadora de corticotropina, la adrenocorticotropina, la pro-opiomelanocortina y otros neuropéptidos en la médula suprarrenal. La intensa diafonía de las células endocrinas, las vías paracrinas y neurocrinas de comunicación endocrina, se establecieron particularmente en la glándula suprarrenal.16 Aquí, de nuevo el complejo pero accesible microambiente de la suprarrenal imita el microambiente del cerebro con respecto a la diafonía de las estructuras neuronales con los diferentes tipos de células endocrinas.17 Además, la acción de los esteroides y neuroesteroides que se producen en el cerebro ha sido ampliamente estudiada en los sistemas de células cromafines.18, 19 La estricta interacción entre la parte cortical y la medular de la glándula suprarrenal fue demostrada desde hace mucho tiempo. De hecho, la inhibición de la biosíntesis de los glucocorticoides suprarrenales mediante el inhibidor específico aminoglutetimida determinó tanto en gatos como en ratas una disminución significativa de las catecolaminas a nivel medular sin que se produjeran cambios entre los dos tipos de células cromafines. Por lo tanto, los glucocorticoides ejercen un papel permisivo sobre el sistema cromafín a través de un doble mecanismo, uno directo en las células cromafines y otro indirecto a través de la inhibición de la liberación de CRH en los niveles hipotalámicos.20, 21
Mientras que el sistema periférico de óxido nítrico se produce en la corteza suprarrenal, las células cromafines expresan el sistema de óxido nítrico del cerebro. Así, los mecanismos básicos de la regulación del óxido nítrico tanto para las neuronas como para las células endocrinas han sido identificados en las células cromafines.22 Del mismo modo, la hipófisis y la médula suprarrenal contienen la mayor cantidad de vitamina C en el cuerpo humano, y los mecanismos de la función de captación de la vitamina C y la regulación de los neurotransmisores fueron identificados en las células cromafines.23
El amplio papel del factor de crecimiento nervioso (NGF) en el organismo vivo se descubrió por primera vez en la médula suprarrenal.24 De hecho, Unsicker et al.25 por aquel entonces en la Universidad Johns Hopkins descubrieron que las células cromafines inmaduras obtenidas de la médula suprarrenal cultivadas en presencia de NGF adquieren las propiedades bioquímicas y morfológicas de las neuronas simpáticas.
Además, los experimentos realizados en el laboratorio de biología celular del CNR (Consejo Italiano de Investigación) en Roma por Aloe y Levi-Montalcini26 demostraron in vivo que la aplicación de NGF en el feto de rata y continuada durante 3 semanas después del nacimiento inducía la diferenciación de las células cromafines en neuronas simpáticas dentro de la glándula suprarrenal. Esto estableció claramente que el NGF tenía un papel mucho más amplio en los organismos vivos de lo que se había supuesto hasta ahora.
La médula central aumentó notablemente de volumen como resultado de la diferenciación de las células suprarrenales en neuronas simpáticas, que brotan un gran número de fibras ampliamente ramificadas.
Dado el destacado papel que el sistema de células cromafines ha tenido en el pasado, sería un error no utilizar el sistema para los temas actuales de la investigación cerebral.
Hemos entrado en una nueva era de la medicina regenerativa también para las enfermedades neurodegenerativas del cerebro. Las células cromafines podrían volver a tomar la delantera para explorar algunos de los mecanismos de regeneración que pertenecen de manera similar a los trastornos más complejos del sistema nervioso central (SNC). Actualmente se están utilizando líneas de células cromafines para explorar el papel del NGF en la enfermedad de Alzheimer. De hecho, las proteínas de los gránulos cromafines promueven la supervivencia de las neuronas,27 lo que puede deberse a una serie de factores neurotrofínicos conocidos o aún desconocidos. Así, la privación de NGF en células PC12 diferenciadas provocó la sobreproducción de péptidos amiloides-β, que son los fragmentos proteicos más tóxicos directamente implicados en el desarrollo de la enfermedad de Alzheimer, concomitantemente con la muerte celular por apoptosis.28 La estrecha conexión entre la privación de NGF y la activación de la vía amiloidogénica se ha extendido a las neuronas del hipocampo.29 Estos estudios han revelado una nueva propiedad de TrkA, el receptor de alta afinidad del NGF. Cuando se le priva de NGF, TrakA cambia de un sistema de señalización celular prosupervivencia a uno proapoptótico. Es razonable plantear la hipótesis de que esta propiedad también es operativa en las neuronas cromafines que llevan el receptor del NGF y que subyace a nuevas vías de señalización celular en estas células.29
El NGF también promueve la supervivencia celular durante el estrés del retículo endoplásmico en las células PC12.30 Además, las células PC12 se utilizan ahora ampliamente para estudiar el efecto y las vías de señalización de otros numerosos péptidos neurotróficos y neuroprotectores en la regeneración cerebral. Esto incluye el polipéptido activador de la adenilato ciclasa hipofisaria,31, 32 la proteína morfogenética ósea 733 y el factor neurotrófico dopaminérgico cerebral,34 que puede restaurar las neuronas dopaminérgicas en enfermedades degenerativas del cerebro como la enfermedad de Parkinson. Las variaciones de secuencia en el gen BDNF se han asociado con la depresión mayor y el éxito del tratamiento antidepresivo,35 y el papel del BDNF en la mediación del papel neuroprotector de los antidepresivos se ha explorado recientemente en líneas de células cromafines.36
Además, cada vez hay más pruebas que sugieren la existencia de células progenitoras multipotentes derivadas de la cresta neural en la médula suprarrenal adulta.37 Su reciente identificación y aislamiento38 despierta nuevas esperanzas sobre su posible uso en el tratamiento regenerativo de enfermedades neurodegenerativas como la enfermedad de Parkinson.39, 40, 41 Las células progenitoras cromafines comparten propiedades significativas con las células madre neurales. De forma similar a las neuroesferas, cuando se les impide adherirse a la placa de cultivo, las células progenitoras cromafines crecen en esferas con capacidad de autorrenovación, que denominamos cromoesferas. Expresan los marcadores de progenitores neurales nestina, vimentina, musashi 1 y receptor NGF, así como Sox1 y Sox10,38 Mash137 y proteínas de la vía Notch (Vukicevic y colaboradores, en revisión). Además, son capaces de diferenciarse a neuronas catecolaminérgicas maduras38 (Vukicevic y colaboradores, en revisión). De forma similar a las células madre neurales en diferenciación, donde Notch es un regulador clave del mantenimiento de las células madre neurales en el sistema nervioso en desarrollo,42, 43 el cambio hacia la diferenciación neuronal de las células de la cromosfera va acompañado de una reducción de los marcadores de progenitores neurales, incluyendo Notch-2, Hes (velloso y potenciador de la división) 1, Hes 5 y nestina (Vukicevic y colegas, en revisión).
Por último, no hay que olvidar que las células enterocromafines derivan también de la cresta neural, y representan el sitio en el que Vittorio Erspamer descubrió en la década de 1930 la enteramina,44 que posteriormente se encontró idéntica a la serotonina (5-HT)45 presente en el SNC.46 Existe un gran número de trabajos en la literatura que demuestran que otros neurotransmisores, neuropéptidos y los mismos mecanismos de transducción presentes en el cerebro existen también en las células cromafines gastrointestinales donde tienen papeles importantes.47
Así pues, las células cromafines y las neuronas cerebrales y sus células precursoras comparten vías de señalización similares y, de nuevo, constituyen un modelo ideal para identificar las vías innatas y las dianas para la regeneración cerebral.
Los esfuerzos recientes para sondear el potencial endógeno de regeneración y reparación del SNC adulto se encuentran con grandes dificultades, que se basan en la rigidez del sistema y en el acceso limitado a los productos farmacéuticos. La barrera hematoencefálica limita el número de factores que pueden probarse sistémicamente y hace necesarias alternativas invasivas como las inyecciones directas en el cerebro. La rigidez proviene de la sutil plasticidad exhibida, posiblemente como medio para preservar la homeostasis y la memoria. La glándula suprarrenal, por el contrario, es un órgano notablemente plástico que reacciona de forma marcada a muchas tensiones físicas y emocionales. Para el científico que investiga el cambio de estado, la glándula suprarrenal es una herramienta excepcional. En ella, el canario en la mina de carbón es la célula cromafín y su célula precursora. Las agresiones físicas y emocionales alteran la función, las propiedades y el número de estas células de una manera que es fácil de evaluar y manipular. La relevancia para la neurociencia es directa: las células precursoras cromafines comparten muchos rasgos comunes con sus hermanos de buena fe del SNC; pueden cultivarse de forma muy parecida (Figura 1), expresan muchos marcadores comunes, incluidos los componentes del citoesqueleto y los factores de transcripción y, lo que es más importante, responden a muchos tratamientos de forma similar. Como sistema de investigación para el neurocientífico, la glándula suprarrenal es un modelo de cerebro, fuera de la barrera hematoencefálica, que muestra reacciones aumentadas. Dentro de ella, las células precursoras cromafines son una ventana accesible y medible al funcionamiento de las células madre neurales del SNC. En un momento en que los científicos se esfuerzan por no encasillarse en un solo órgano, sino que buscan pistas que conduzcan a enfoques terapéuticos novedosos en tantos lugares como sea posible, el sistema de células cromafines es un excelente compañero de investigación para su homólogo más esotérico del SNC.
Las células precursoras cromafines adultas se comportan de forma similar a las células madre neurales adultas. Hace más de un siglo, Kohn demostró las similitudes entre las células cromafines y las neuronas.53, 54, 55 Como consecuencia, las células cromafines aisladas y la línea celular PC12, derivada de un feocromocitoma de médula suprarrenal de rata, se han establecido como modelos de diferenciación neuronal. Los recientes avances en la biología de las células madre han generado métodos de cultivo que permiten la propagación de células precursoras primarias a partir de tejidos no cancerosos. Estas técnicas han ampliado las similitudes entre las células cromafines adultas maduras y las neuronas adultas maduras a sus células precursoras de origen: ahora se entiende cada vez más que los precursores de las células cromafines se comportan de forma similar a las células madre neurales del SNC. (a) Las células madre neurales del cerebro fetal y adulto y los precursores cromafines de la médula suprarrenal bovina adulta pueden cultivarse sin fijación celular al sustrato, dando lugar a estructuras esferoides (tridimensionales). (b) Al igual que sus homólogas del SNC, las células precursoras de la médula suprarrenal bovina adulta también pueden cultivarse como monocapas en ausencia de suero, con el apoyo mitogénico del factor de crecimiento de fibroblastos básico (bFGF). La retirada del bFGF del medio de cultivo induce la diferenciación de estas células en 2 días. (Recuadro: cultivos en monocapa de células madre neurales en presencia de bFGF para comparar su morfología).
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En el SNC, sólo se reconoce un papel de las células madre neurales endógenas (eNSCs) en la generación de nuevas neuronas en dos áreas, la zona subventricular y el giro dentado del hipocampo. Sin embargo, se han descubierto poblaciones de eNSC en todo el cerebro y la médula espinal de roedores y primates adultos. Se puede identificar una población generalizada utilizando la expresión del factor de transcripción Hes3.48 Estas observaciones han planteado funciones para las eNSC distintas de la sustitución celular. Hes3 está regulado por una rama no canónica de la vía Notch que implica la activación secuencial del receptor Notch, la fosforilación de la molécula de señalización transductora y activadora de la transcripción 3 en su residuo de serina y la inducción de la transcripción de Hes3.49 Otros factores que regulan esta vía en diferentes puntos, como la insulina,50 los inhibidores de las quinasas p38MAP y Janus, el ligando del receptor Tie2, la angiopoyetina 2 y la toxina del cólera51 también aumentan el número de células madre. Por separado, algunos de estos factores tienen efectos adversos sobre la vasculatura (algunos son pro- y otros anti-angiogénicos).52 Cuando se combinan en una mezcla particular que contiene Delta4, angiopoyetina2, insulina y un inhibidor de la cinasa Janus, se consiguen aumentos máximos del número de eNSC con efectos secundarios vasculares mínimos. En ratas sometidas a parkinsonismo experimental, una única inyección de esta mezcla promueve el rescate a largo plazo de las neuronas dopaminérgicas, que de otro modo morirían, y la recuperación de la habilidad motora. Estos resultados sugieren que las eNSCs tienen un papel en la protección de las neuronas comprometidas. Muchos de estos componentes de la vía pueden ser compartidos con el sistema de células cromafines y los trabajos ya han demostrado una implicación general del receptor Notch y de varios factores de transcripción comunes (véase más arriba). Además, el entorno altamente vascularizado de la glándula suprarrenal sugiere que las citoquinas angiogénicas pueden regular también las células precursoras adrenomedulares. Aunque la implicación de las células precursoras cromafines en la reposición celular en la médula suprarrenal está establecida, los datos del SNC sugieren que hay que descubrir otras funciones reguladoras y posiblemente pro-supervivencia de las células cromafines en la médula suprarrenal.
En resumen, las lecciones que hemos aprendido de la biología de las células cromafines como modelo periférico para el cerebro y las enfermedades cerebrales pertenecen más que nunca a la investigación de vanguardia en neurobiología. Debemos continuar e intensificar el uso de este modelo para desentrañar los mecanismos de regeneración tanto en el SNC como en el tejido neuroendocrino. No sólo ayudará a explorar los mecanismos básicos de renovación y regeneración celular, sino también a diseñar nuevas estrategias para las terapias regenerativas del cerebro en el futuro.