Tabla 1. Aparición y prevalencia (%) de la demencia tipo Alzheimer
Edad (años)	Población generala	Deficiencia sin síndrome de Down b	Deficiencia con síndrome de Down c
30-39	-	-	0-10 %
40-49	-	-	10-25 %
50-59	-	-	20-55 %
60-64	1 %	-	Entre 60 y 69: 30-75 %
65-69	1,4 %	Entre 65 y 74: 15,6 %
70-74	4,1 %
75-79	5,7 %	Entre 75 y 84: 23,5 %
80-84	13 %
85-89	21,6 %	Entre 85 y 94: 70 %
90-95	32,2 %
a Hofman et al., 1991. b Cooper, 1997. c Van Dyke et al., 1998.

La presencia de neuropatología tipo Alzheimer en los cerebros de las personas con síndrome de Down es una constante que fue establecida de forma definitiva hace ya quince años (Tabla 2).

Tabla 2. Prevalencia de placas seniles u ovillos neurofibrilares en cerebros de personas con síndrome de Down, en relación con la edad (Mann, 1988)

a) los depósitos de la proteína insoluble ß-amiloide que originan las placas neuríticas, de localización extraneuronal (figura 1); b) la acumulación de detritos neurofibrilares intraneuronales que constituyen los ovillos o acúmulos neurofibrilares, de localización intraneuronal (figura 1);
c) la pérdida de neuronas y de sus uniones sinápticas;
d) otras alteraciones, como son las modificaciones vacuolares de las neuronas y los cuerpos de Lewis y de Hirano.

Existen amplias diferencias en la ubicación y conformación de las placas neuríticas y de los acúmulos neurofibrilares, así como en su progresiva distribución a lo largo y ancho del cerebro. De acuerdo con el número e intensidad de estos depósitos, de la velocidad con que se forman, de las regiones en las que se ubican y de la destrucción neuronal que provocan, así serán la evolución y progresión de la enfermedad. En los estadios I y II los acúmulos neurofibrilares se localizan en la corteza transentorrinal; en los III y IV aumentan y alcanzan también la región entorrinal; en los V y VI se extienden a múltiples regiones de toda la corteza cerebral con una pérdida escalonada y progresiva de neuronas de diverso carácter neuroquímico. Es frecuente que las primeras neuronas afectadas sean las colinérgicas, es decir, las que funcionan produciendo y liberando acetilcolina. La corteza termina por atrofiarse y se ensanchan notablemente los ventrículos cerebrales.

b) Características moleculares

Desde el punto de vista molecular, es característica la presencia de unas proteínas, entre las que destacan:

a) las proteína ß-amiloides, que son péptidos de 40-42 aminoácidos (Aß42, Aß42) que derivan de una magna proteína denominada proteína precursora de ?-amiloide (APP), y se encuentra principalmente en el núcleo central de las placas neuríticas; pero el dato más significativo desde nuestra perspectiva es que el gen de la proteína APP se localiza en el cromosoma 21 (figura 1);

b) las proteínas tau que se encuentran hiperfosforiladas y originan la degeneración neuronal y la formación de los acúmulos neurofibrilares;

c) otras proteínas que también concurren en el proceso son las presenilinas PS-1 (formada por un gen del cromosoma 14) y PS-2 (cromosoma 1), y la apolipoproteína E, más concretamente la del alelo e₄ (Apo-E4, formada por un gen del cromosoma 19).

c) La cascada amiloide

La hipótesis más aceptada para explicar el inicio y proceso de las lesiones cerebrales es la de la cascada amiloide. El proceso degenerativo comienza con un mal procesamiento de la proteína APP. Normalmente, la proteína APP es procesada por la acción secuenciada de dos enzimas: la a–secretasa y la y–secretasa.

Los productos resultantes son péptidos útiles para el normal funcionamiento de las células. Pero en la enfermedad de Alzheimer, diversos factores –unos conocidos y otros no conocidos– desvían esta transformación natural y fisiológica de la APP hacia otra forma de transformación que es patológica, y que básicamente se debe a la actuación de una tercera secretasa: la ß–secretasa, que secciona a la APP de tal manera que, tras la sucesiva actuación de la ?–secretasa, se origina la Aß42 (figura 2). Esta proteína posee un marcado carácter neurotóxico. Inicialmente se encuentra en fase soluble, intraneuronalmente. Posteriormente se va acumulando y forma precipitados insolubles dentro de las células, llegando a alterar el normal funcionamiento de las neuronas que terminan por morir. La proteína Aß42 sale al exterior donde igualmente se precipita y provoca modificaciones reactivas e inflamatorias en el tejido circundante, con presencia de astrocitos, microglia y detritus neuronales que conforman las placas neuríticas.



Existen factores que facilitan esta “perversa” transformación de la APP en Aß42. Sabemos que determinadas mutaciones en la APP, o en las presenilinas PS1 y PS2, o la presencia del alelo e4 de la apolipoproteína E, determinan la transformación de la APP en Aß42 (ver más adelante).

Pues bien ¿qué es lo que observamos en las personas con síndrome de Down?

Se aprecia un aumento muy precoz en la formación de la APP, con sustanciales incrementos tanto en el plasma sanguíneo como en el cerebro de las personas con síndrome de Down; y, además, a edades muy tempranas, muy anteriores a lo que se ve en el resto de la población. Esto es lógico, porque si en el cromosoma 21 está el gen APP responsable de la síntesis de esta proteína, la triple dosis de gen (por causa de la trisomía) puede producir mayor cantidad de proteína.
Pero una cosa es que haya mayor cantidad de proteína APP, y otra que haya una derivación de su procesamiento hacia la síntesis de la proteína neurotóxica, la Aß42, que es lo que ocurre en el síndrome de Down. De hecho, es posible observar aumentos de los niveles plasmáticos de Aß42 en personas con síndrome de Down (Schupf et al., 2001), así como Aß42 soluble en los cerebros, en edades muy precoces e incluso prenatales (Teller et al., 1996; Lemere et al., 1996; Mori et al., 2002). Este Aß42 tan precozmente detectable se aprecia primero en localización intracelular; sólo después pasará al exterior y se agregará en placas amiloides. Tal presencia precoz de Aß42 no es detectable en cerebros normales.
¿Cuál puede ser el mecanismo responsable de que en el síndrome de Down la AßPP producida en exceso derive su procesamiento hacia la patológica formación de Aß42? Ésta es la gran cuestión que se está intentando resolver.

d) Estrés oxidativo y formación de Aß42

De entre las diversas hipótesis, destacaré una que está siendo crecientemente aceptada y que empieza a verse apoyada por recientes datos experimentales. La hipótesis afirma que el factor responsable de la activación protagonizada por la acción de la ß-secretasa es el estrés oxidativo en las mitocondrias neuronales, provocado por la acumulación intracelular de especies de oxígeno reactivo, al que me he referido anteriormente.

De nuevo, es el laboratorio de Busciglio el que analiza la cuestión de forma directa y aporta datos de hondo calado que voy a resumir (Busciglio et al., 2002). En su modelo de cultivos de células obtenidas de cerebros fetales con síndrome de Down obtienen los siguientes resultados:

a)	Corteza fetal síndrome de Down, cultivos de astrocitos. En los astrocitos SD:
	-	El nivel de APP está aumentado en relación con los no-SD.
	-	El nivel de C83 (que depende la actividad de la a-secretasa) está disminuido, mientras que el de C99 (que depende de la ß-secretasa) está aumentado. Es decir, se aprecia ya la desviación hacia el procesamiento patológico de la APP, con aumento selectivo de la actividad de la ß-secretasa y disminución de la a-secretasa.
	-	Los astrocitos SD muestran disminución de la secreción de APP y Aß, con acumulación intracelular de Aß en forma de agregados insolubles dentro de compartimientos subcelulares asociados con el tráfico y procesamiento de APP.
b)	Corteza fetal síndrome de Down, cultivos de neuronas. Antes del 5º día de cultivo, aumenta la presencia de APP, hay acumulación intracelular de Aß, con disminución de la secreción de Aß y APP.
c)	La depleción energética provocada por un veneno mitocondrial en los astrocitos no-SD incrementó la presencia intracelular de APP y C99, mientras que redujo la concentración de C83 y APPs solubles. Estos cambios se parecen a lo observado en los astrocitos SD. Igualmente, se observaron agregados de Aß42 a todo lo largo y ancho del citoplasma.
d)	Se comprueba que en los astrocitos síndrome de Down existe una alteración del metabolismo energético mitocondrial. En efecto:
	-	El estudio del potencial transmembrana en la mitocondria de los astrocitos SD muestra que hay una disminución de este potencial.
	-	El estudio de la actividad redox en la mitocondria de los astrocitos síndrome de Down demuestra una disminución.
e)	En cerebros humanos:
	-	En el cerebro síndrome de Down, tanto en neuronas como en astrocitos, existe acumulación intracelular de Aß42; esto puede preceder a la formación de placas amiloides y acúmulos neurofibrilares.
	-	En cambio, hay una reducción de APP soluble.
	-	En neuronas corticales síndrome de Down en cultivo, la incorporación de APPs impidió la neurodegeneración. Esto no ocurrió en neuronas normales, lo que puede sugerir que poseen un valor neuroprotector.

 

e) La influencia de la apolipoproteína E y su alelo e4

La apolipoproteína E (apoE) es una importante molécula que transporta lípidos en la sangre y los lleva a los distintos órganos, incluido el cerebro en donde interviene en los procesos de reparación celular, remodelación y mantenimiento de membranas celulares y mielina.

El gen de la apoE muestra varios alelos. La presencia del alelo e4 es un importante factor de riesgo para el desarrollo de la enfermedad de Alzheimer (Polvikoski y col., 1995), y se ha observado que contribuye a la instauración de la demencia tipo Alzheimer en las personas con síndrome de Down (Schupf y col., 1996). El alelo e4 afecta al procesamiento de Aß: su presencia parece incrementar la deposición de las proteínas Aß40 y Aß42 en los cerebros (McNamara y col, 1998). De hecho, Schupf y col. (2001) apreciaron que los niveles plasmáticos de Aß42 estaban más aumentados en los adultos con síndrome de Down que mostraban signos de demencia que en los que no la mostraban, y que la presencia del alelo e4 mostraba asociación con la elevación de los niveles Aß42 y no con los de Aß40.

Se desconoce todavía el mecanismo por el que el alelo e4 de la apoE facilita la mayor presencia y deposición del amiloide Aß42; si se trata de una mayor velocidad en la formación de fibrillas del amiloide, o de una menor velocidad en la limpieza y desaparición de dichas fibrillas. Pero lo más interesante, desde la perspectiva que estamos contemplando aquí, es la demostración en cultivos de células musculares lisas de que la presencia concurrente de estrés oxidativo favorece la acumulación de apoE4 y la formación de depósitos apoE-Aß; estos depósitos, a su vez, favorecen la aparición de peroxidación de lípidos (Mazur-Kolecka y col., 2003).

Una primera conclusión

De los datos expuestos podemos concluir lo siguiente. Es posible que el trastorno en el metabolismo energético de las células síndrome de Down, consecuencia del estrés oxidativo al que se ven sometidas, sea un factor que contribuya a promover la actividad de la ß-secretasa, y de ese modo se facilite la ruptura de la molécula APP en el lugar inadecuado; además, altera el tráfico de Aß42 de modo que se acumula intracelularmente y forma agregados insolubles que ejercen su acción neurotóxica.

Es posible que esta acumulación intracelular, tan precozmente iniciada, tenga que ver con otro fenómeno que se ha descrito recientemente: la presencia intraneuronal de grandes endosomas. Estas estructuras intracelulares son ricas en proteasas (incluida la ß-secretasa), e intervienen en los procesos de intercambio, reciclaje y modulación catabólica de diversas macromoléculas. Se ha comprobado la presencia de endosomas anómalos en las primeras etapas de la enfermedad de Alzheimer; su actividad contribuye al procesamiento anormal de la APP por parte de la ß-secretasa, y se ha asociado de hecho la presencia de estos endosomas con la producción excesiva de Aß. Pues bien, también se ha demostrado que el mismo tipo de endosomas anómalos se encuentra muy precozmente en las neuronas del síndrome de Down (Cataldo y col., 2000), incluso antes del nacimiento, en estructuras cerebrales como son el hipocampo, la corteza y los ganglios de la base.

No se descarta la posibilidad de que la propia sobreexpresión de APP en el síndrome de Down sea uno de los factores que alteren la función mitocondrial; o que el mismo Aß42 por su acción tóxica sea la que altere la función mitocondrial. Es también posible que el exceso de actividad necesaria para aclarar o limpiar los agregados de proteínas suponga un fuerte coste metabólico para la célula debido a la cantidad de energía que requiere, y eso facilite la alteración de la actividad mitocondrial.

Por último, la existencia de un alelo e4 constituye un factor adicional que, aunque no sea determinante, contribuye a la iniciación de la amiloidogénesis patológica. El propio estrés oxidativo puede facilitar la acción patogénica de la apolipoproteína E4.

Consecuencias

A partir de todo lo expuesto hasta aquí, parece razonable avanzar algunas hipótesis. Hay una actividad de fondo caracterizada por la presencia de estrés oxidativo en las células de los organismos con síndrome de Down. Su intensidad puede ser muy variable dependiendo del grado en que se sobreexprese el gen de la SOD1, así como de la presencia de otros factores que pueden contribuir a su mantenimiento, como puede ser el exceso de moléculas APP. Esa acción es permanente, y su influencia se expresa sobre la células de distintos tejidos a lo largo de la vida, a las que somete a un desgaste constante que puede explicar la precocidad con que aparece el envejecimiento en el síndrome de Down.

Al mismo tiempo, la lesión de las estructuras mitocondriales, inherente al estrés oxidativo, parece ser capaz de desencadenar la activación de la vía de la ß-secretasa, junto con otros factores coadyuvantes. Y sobre el fondo de una sobreproducción de APP debida a la sobreexpresión del gen APP presente en el cromosoma 21, se dan las condiciones para ir produciendo a lo largo de los años el exceso de Aß42 neurotóxico. La intensidad con que esta proteína se produce, la velocidad con que se genera, y la distribución por los núcleos y áreas cerebrales, van a ser los factores determinantes de la aparición de los signos y síntomas propios de la demencia Alzheimer, de la precocidad con que aparezca, de la intensidad de sus manifestaciones, y de la rapidez de su evolución.

De lo expuesto se deduce el papel crítico que la alteración de los mecanismos oxidativos desempeña en ambos procesos: la precocidad del envejecimiento y la evolución hacia la enfermedad de Alzheimer. Por el mismo motivo, una intervención dirigida a contrarrestar y controlar los procesos oxidativos anormales podría tener unas notables y beneficiosas consecuencias.

De nuevo, el laboratorio de Busciglio nos ofrece una posible pista (Pelsman et al., 2003). Su grupo de investigación ha examinado la actividad de un compuesto que es un análogo dipéptido del piracetam, el GVS-111 (DVD-111), para contrarrestar la acción neurotóxica del superóxido de hidrógeno sobre las neuronas de la corteza cerebral fetal mantenidas en cultivo. En las neuronas normales, el producto fue capaz reducir la mortalidad y toxicidad ocasionadas por el superóxido. En las neuronas de fetos con síndrome de Down, redujo y retrasó la aparición habitual de cambios degenerativos, y redujo la acumulación de radicales libres intracelulares (ver OJO: poner aquí la dirección URL del artículo profesional mío para Diciembre).

A la vista de estos datos positivos, resulta procedente ensayar la actividad del producto DVD-111 en modelos animales, como es el ratón con trisomía parcial del cromosoma 16, el Ts65Dn, en el que nuestro laboratorio tiene larga experiencia. Hemos iniciado los pasos para proceder a realizar esta investigación.

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Trabajo elaborado para Canal Down21 (Mayo 2005)
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Jesús Flórez es Director del Laboratorio de Neurobiología del Desarrollo en la Universidad de Cantabria, Director Adjunto de www.down21.org y Asesor científico de la Fundación Síndrome de Down de Cantabria (Santander, España


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