Influence of light-dark rhythm in the circulating biomarkers related with atherothrombosis

Abstract
The inflammatory substrate involved in atherothrombosis is extremely complex and has a number of factors involved in both activation and modulation. Variations in the inflammatory functions over the 24 hours of the day could enable professionals to identify times of day or night at which the inflammatory activity peaks could be associated with a higher incidence of cardiovascular events. When selecting a biomarker it is necessary to standardise decision-making methods and establish cut-off points that would reveal whether there are really values that can clearly separate populations with different risks, and decide how often and at what time of day blood samples should be extracted. Given the potential association between inflammation and circadian rhythm, a better understanding of the kinetics of inflammatory biomarkers could lead to better use in cardiovascular disease. The aim of this review is to determine the existence of a diurnal variability of certain molecules involved in the pathophysiology of coronary atherothrombosis, in order to take them into account when designing future studies involving specific biomarkers.

Key words
biomarkers, atherothrombosis, diurnal variation, rhythm light-dark, acute coronary syndrome

Artículo completo
Introducción

Las enfermedades cardiovasculares son la primera causa de muerte en el mundo occidental.¹ La aterosclerosis es un trastorno inflamatorio crónico difuso y multisistémico que afecta al sistema vascular, al metabolismo y al sistema inmunitario y ocasiona manifestaciones locales y sistémicas.² Las enfermedades cardiovasculares de naturaleza aterotrombótica presentan una alta probabilidad de provocar un síndrome coronario agudo. El síndrome coronario agudo es de etiología heterogénea, aunque su causa más frecuente es la enfermedad arterial coronaria con erosión o rotura de la placa aterosclerótica, que libera enzimas proteolíticas capaces de activar las plaquetas circulantes y las proteínas de la coagulación, culminando en la formación de un trombo intracoronario.^3,4
En todas las etapas de la aterosclerosis está implicada la acción de biomoléculas, cuya determinación puede poner de manifiesto la identificación y la monitorización de las diferentes etapas de la enfermedad; la inflamación, la desestabilización de la placa, su rotura, la isquemia y la necrosis miocárdica, entre otras, así como su disfunción permitirían identificar la contribución de cada uno de estos procesos en el síndrome coronario agudo.⁵

El desencadenamiento de los síndromes coronarios agudos se encuentra en íntima relación con la rotura de una placa aterosclerótica. Este fenómeno se ha ligado al aumento de factores neuro-humorales, de la presión arterial y del tono coronario, en ocasiones provocados por fenómenos desencadenantes como el estrés mental, el ejercicio físico y la tensión emocional. Observaciones recientes han demostrado, de forma fehaciente, variaciones circadianas en la incidencia de la rotura de placa como fenómeno que provoca el infarto agudo de miocardio.⁶

Es un hecho bien conocido que la distribución del momento de presentación del síndrome coronario agudo a lo largo del día no es uniforme, sino que experimenta variaciones circadianas.⁷ Estudios realizados sobre la bioperiodicidad de la respuesta inmunitaria en sujetos sanos ponen en evidencia que tanto el número como las funciones celulares del sistema inmunitario, así como el grado de actividad de los procesos inflamatorios, pueden variar a lo largo del día.⁸ La presencia de una variabilidad durante las 24 horas del día de las funciones inflamatorias permitiría identificar los momentos del día o de la noche en los que los picos de máxima actividad inflamatoria pudieran asociarse con una mayor incidencia de eventos cardiovasculares.⁹


Características de un biomarcador

En la enfermedad coronaria se precisan biomarcadores de diagnóstico y pronóstico que puedan ser identificados en la sangre. La utilidad de estos biomarcadores es identificar la población de riesgo y evaluar la placa vulnerable.¹⁰ No obstante, para que un biomarcador sea aplicable en la práctica clínica debería tener las siguientes características^11,12: a) especificidad, b) sensibilidad, c) que sea predictivo, d) de fácil obtención (fácilmente cuantificable) y e) estabilidad circulante en cuanto a su valor en cualquier hora del día.


Biomarcadores circulantes en el síndrome coronario agudo

Teniendo en cuenta la asociación potencial entre la inflamación y el ritmo circadiano, un mejor conocimiento sobre la cinética de dichos biomarcadores podría conducir a mejorar su uso en el síndrome coronario agudo. Se ha demostrado en los últimos años la existencia de una variabilidad diurna en diferentes biomarcadores cardiovasculares.¹³ En este apartado se comentarán los diferentes biomarcadores que intervienen en la patogénesis de la aterosclerosis en relación con la influencia del ritmo luz-oscuridad (Figura 1 y Tabla 1).

















Alteración del endotelio

Moléculas de adhesión. Las moléculas de adhesión celular son proteínas que regulan la fijación y transmigración endotelial de los leucocitos.¹⁴ La VCAM-1 (vascular cell adhesion molecule-1) pertenece a la superfamilia de inmunoglobulinas transmembrana de las moléculas de adhesión celular. Mientras que la ICAM-1 (intercellular adhesion molecule-1) es expresada por macrófagos y células endoteliales en respuesta a la interleuquina-6, el factor de necrosis tumoral alfa y el interferón gamma, la VCAM-1 se expresa de forma restringida en las células endoteliales y musculares lisas.¹⁵
El estudio de las variaciones diurnas de las moléculas de adhesión es muy limitado y sus resultados, controvertidos. Se ha comunicado, en un estudio en sujetos sanos, variaciones diurnas para las concentraciones de ICAM-1.¹⁶ Sin embargo y de forma contradictoria, otra investigación realizada en pacientes con enfermedad arterial coronaria y sin ella no encontró variaciones para esta molécula.¹⁷
Trabajos de nuestro grupo han demostrado que la VCAM-1 presenta una mayor concentración sérica en la fase de oscuridad que en la fase de luz en sujetos con infarto agudo de miocardio, sin que existieran variaciones diurnas en los sujetos control.¹⁸ Todos estos resultados indican que la variabilidad individual en la respuesta inmunitaria y la activación inflamatoria que se produce durante el síndrome coronario agudo influyen de manera notable en la elevación de los valores de VCAM-1, lo que explicaría el hallazgo de datos clínicos dispares sobre su valor pronóstico, probablemente derivados del momento y la elevada variabilidad en su determinación.¹⁹


Inflamación

Proteína C-reactiva. La proteína C-reactiva de alta sensibilidad (PCRas) es el marcador de inflamación más estudiado en el campo de las enfermedades cardiovasculares. Su potencial utilidad clínica se debe a su valor predictivo de enfermedad coronaria en la población aparentemente sana.^20-22 Incluso, proporciona valores pronósticos semejantes a factores clásicos de riesgo cardiovascular, como los niveles de colesterol unido a lipoproteínas de alta densidad o el síndrome metabólico, entre otros.^23,24 En pacientes con enfermedad coronaria estable y en el síndrome coronario agudo, la PCRas predice la recurrencia de episodios, independientemente de las troponinas cardíacas.^25-27 Asimismo, nuestro grupo ha demostrado que los sujetos con síndrome coronario agudo tienen variaciones diurnas en las concentraciones séricas de PCRas. Los valores séricos de PCRas fueron significativamente mayores en la fase de luz (09.00 horas) en comparación con la fase de oscuridad (02.00 horas).²⁸ Rudnicka y col. realizaron uno de los mayores estudios de corte transversal, relacionado con las fluctuaciones estacionales y diurnas de varias moléculas (fibrinógeno, activador del plasminógeno, dímero-D, factor von Willebrand y PCRas) en 9 377 hombres y mujeres con una edad aproximada de 45 años. Estos autores demostraron la existencia de una variabilidad diurna para todas estas moléculas.²⁹ Asimismo, recientemente Koc y col. analizaron las concentraciones de PCRas en un ciclo horario de 24 horas, en 124 pacientes con enfermedad coronaria o sin ella. Observaron una variación de la PCRas en pacientes con enfermedad coronaria a intervalos de 6 horas durante el período de 24 horas. Además, se demostró que el tiempo de extracción de la sangre es importante, ya que sólo la muestra extraída durante la medianoche predice enfermedad arterial coronaria grave.³⁰
Neopterina. La neopterina es un derivado de las pteridinas, producida por macrófagos activados estimulados por el interferón gamma. Estudios de nuestro grupo^31-33 y otros autores^34-37 demuestran que la neopterina puede ser un marcador pronóstico útil en la estratificación de riesgo de pacientes con enfermedad coronaria. La concentración de neopterina se ha correlacionado con la presencia de placas ateromatosas vulnerables³⁷ y se ha demostrado que predicen sucesos en pacientes con síndrome coronario agudo o con angina crónica estable, en hipertensos sin enfermedad coronaria obstructiva, en diabéticos y en pacientes sometidos a coronariografía.³⁸ Además, la neopterina predice la progresión rápida de la enfermedad coronaria en sujetos con angina crónica estable.³⁶ Dado que este marcador predice sucesos cardiovasculares independientemente de la extensión y la gravedad de la enfermedad coronaria,^36,39 es razonable señalar que las concentraciones elevadas identifican a pacientes con un fenotipo vulnerable.⁴⁰

La existencia de variaciones diurnas en la producción de neopterina ha sido descrita previamente en sujetos sanos.^41,42 Auzéby y col.⁴¹ han demostrado la existencia de un ritmo circadiano en la excreción urinaria de neopterina en sujetos sanos. Estos autores describieron que la excreción urinaria de neopterina es máxima a primeras horas de la mañana, y señalan que eso reflejaría una activación previa de los linfocitos T circulantes.⁴³ En contraste con ellos, nuestro grupo propone que las variaciones diurnas de las concentraciones séricas de neopterina en sujetos sanos podrían estar influidas, al menos en parte, por el ritmo circadiano en la producción de melatonina.⁴² Asimismo, estas observaciones son extendidas a los pacientes con síndrome coronario agudo, donde se verifica una concentración sérica de neopterina en el período de luz significativamente más alta que en la fase de oscuridad.⁴⁴

Interleuquina-6. La interleuquina-6 (IL-6) es una citoquina con potentes propiedades proinflamatorias. Leucocitos y células endoteliales liberan IL-6 en respuesta a la lesión de la pared vascular. La liberación de IL-6 induce la expresión de reactantes de fase aguda, así como la migración y diferenciación de los macrófagos.⁴⁵ El aumento de los niveles de IL-6 en los pacientes con infarto agudo de miocardio es producido por la necrosis tisular que genera el propio infarto y por la activación de células inflamatorias y miocitos.⁴⁶ En la angina inestable, Biasucci y col.⁴⁷ demostraron que los pacientes que presentaron muerte, infarto agudo de miocardio o angina refractaria durante la hospitalización tenían al ingreso concentraciones de IL-6 más elevadas que los sujetos que permanecieron estables. En otro estudio sobre angina inestable, con 263 pacientes, las concentraciones de IL-6, junto con las de PCRas, predecían la posibilidad de muerte coronaria durante un seguimiento de 17 meses y eran aditivos al valor que proporcionaban los marcadores de daño miocárdico.⁴⁸

En cuanto a las variaciones diurnas de esta molécula, Domínguez-Rodríguez y col.^49,50 demostraron la existencia de un ritmo luz/oscuridad, tanto en sujetos sanos como en pacientes con infarto agudo de miocardio, obteniendo en ambos grupos una mayor concentración de IL-6 en la fase de oscuridad en comparación con los de la fase de luz. Asimismo, nuestro grupo demostró que las variaciones de esta molécula son controladas, al menos en parte, por la secreción de melatonina por la glándula pineal.⁵¹


Estrés oxidativo

Metaloproteinasa de la matriz-9. Las metaloproteinasas de la matriz (MMP) pertenecen a la familia de las endoproteinasas, con las que comparten similitud estructural y funcional, a pesar de sus diferencias en cuanto a su fuente y origen, su especificidad por el sustrato y su inducibilidad.⁵² Estas enzimas intervienen en el remodelado vascular, la inestabilización de la placa aterosclerótica y el remodelado ventricular posisquémico.⁵³ La MMP-9 es expresada principalmente por las células inflamatorias que infiltran los tejidos miocárdicos lesionados, como neutrófilos y macrófagos.⁵⁴ Estudios previos demuestran que los niveles séricos de MMP-9 en pacientes con síndrome coronario agudo son mayores en relación con los de sujetos control.⁵⁵ La MMP-9, además de desempeñar un papel relevante en la fisiopatología del proceso aterotrombótico, puede ser de utilidad como biomarcador de riesgo aterosclerótico y predictor de recurrencia de la enfermedad coronaria.^56,57 Asimismo, se ha observado que las concentraciones de MMP-9 en pacientes con enfermedad coronaria presentan una asociación directa con otros marcadores de inflamación, como la PCRas, la IL-6 y el fibrinógeno.⁵⁸ Por otro lado, se ha demostrado que determinados factores –edad, sexo, dislipidemia, diabetes, hipertensión arterial y tabaquismo, entre otros– pueden influir en las concentraciones de MMP-9.⁵⁶

La información sobre variaciones diurnas de la MMP-9 es limitada. Se ha demostrado la no existencia de variaciones circadianas en las concentraciones circulantes de MMP-9 en sujetos sanos.^59,60 Sin embargo, en trabajos de nuestro grupo, hemos demostrado en pacientes con infarto agudo de miocardio que los valores séricos de MMP-9 fueron significativamente mayores en la fase de luz (a las 9.00) que en la fase de oscuridad (a las 2.00), lo que indica que la variabilidad diurna podría, al menos en parte, tener regulación neuroendocrina central, en particular en relación con la hormona circadiana melatonina.^60,61

Mieloperoxidasa. La mieloperoxidasa (MPO) juega un papel importante en la patogénesis de los síndromes coronarios agudos mediante su participación en la desestabilización y transformación de placas estables en inestables.⁶² Leucocitos circulantes y macrófagos que infiltran las placas culpables de los síndromes coronarios agudos secretan MPO que degrada la matriz colágena de la fina capa que recubre el ateroma, haciéndolo más propenso a la rotura o la erosión.⁶³ Diversos estudios evaluaron la actividad en sangre y leucocitos de MPO en sujetos con enfermedad coronaria o sin ella, demostrando que los niveles elevados de MPO se asocian con la presencia de esa afección.⁶⁴ Esta asociación se mantiene de forma significativa incluso tras controlar los niveles de PCRas y los factores de riesgo clásicos.⁶⁴ Además, los niveles circulantes de MPO constituyen una variable predictiva independiente de síndrome de respuesta inflamatoria sistémica y de mortalidad intrahospitalaria en pacientes con síndrome coronario agudo.^65,66 Asimismo, observaciones de nuestro grupo han descrito la presencia de variaciones circadianas en las concentraciones circulantes de MPO en los sujetos con infarto agudo de miocardio:^62,67,68 los niveles en la fase de oscuridad fueron significativamente mayores que en la fase de luz.



Trombosis

Ligando soluble CD40. Abundante información científica pone de manifiesto que el sistema CD40-CD40L juega un papel central en el inicio y la progresión de la aterosclerosis.⁶⁹ Un amplio y creciente conjunto de datos conectan cada vez más los fenómenos de inflamación y trombosis en el inicio y desarrollo de la aterosclerosis, involucrando en ello al sistema CD40-CD40L. Una prueba fehaciente de esta conexión en los síndromes coronarios agudos lo aporta la formación de agregados heterotípicos entre plaquetas y monocitos, con lo que se demuestra que estos son un marcador precoz en el infarto agudo de miocardio.⁷⁰ Las plaquetas activadas y el trombo fresco expresan altos niveles de CD40L. La activación plaquetaria produce la rápida translocación a la superficie del CD40L. El CD40L expresado en la superficie plaquetaria es escindido en un lapso de minutos a horas y genera el ligando soluble CD40 (sCD40L). Se estima que el 95% del sCD40L circulante se deriva de las plaquetas.⁷¹

En diversos estudios se han hallado concentraciones elevadas de sCD40L en pacientes con infarto agudo de miocardio, angina inestable y síndrome coronario agudo.^72,73 Múltiples datos sugieren que la actividad plaquetaria está influenciada por los niveles circulantes de melatonina. Se ha documentado la existencia de variaciones circadianas en el número de las plaquetas circulantes, con un pico vespertino, y en la agregabilidad plaquetaria, con un pico matutino.⁷⁴ Trabajos de nuestro grupo han demostrado una mayor concentración sérica de sCD40L en la fase de luz que en la fase de oscuridad, en pacientes con infarto agudo de miocardio.^75,76 Esta variabilidad circadiana se ha relacionado, al menos en parte, con el control neuroendocrino central de la melatonina.⁷⁷


Conclusiones

En la actualidad, el estudio de los biomarcadores inflamatorios se ha convertido en una novedosa herramienta que resulta útil para establecer el pronóstico de los pacientes con síndrome coronario agudo. Las variaciones a lo largo del día de las concentraciones séricas de los biomarcardores implicados en la aterotrombosis, nos hace reflexionar sobre el actual enigma acerca del biomarcador ideal para la estratificación del riesgo coronario.

El hallazgo de variaciones diurnas de la activación de moléculas inflamatorias en la aterotrombosis, en nuestra opinión, puede tener relevancia por dos motivos. En primer lugar, aporta información muy interesante que contribuye a conocer el mecanismo fisiopatológico que pudiera explicar, al menos en parte, la existencia de variaciones diurnas en el momento de presentación de los síndromes coronarios agudos. En segundo lugar, la existencia de variaciones diurnas en los biomarcadores de inflamación debe tenerse en cuenta no sólo a la hora de planificar el momento de realizar extracciones sanguíneas con propósitos diagnósticos, sino además en el diseño de futuros estudios sobre la inflamación en pacientes con síndrome coronario agudo.

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