Gravedad fenotípica variable del síndrome de Brugada
Los cardiomiocitos derivados de iPSC (induced pluripotent stem cels) específicos del paciente revelan una gravedad fenotípica variable del síndrome de Brugada
El síndrome de Brugada (BrS), inicialmente descrito en 1992, es una canalopatía cardíaca hereditaria caracterizada por un patrón de electrocardiograma (ECG) distintivo de elevación del segmento ST cóncavo en las derivaciones precordiales derechas (V1-V3) y un mayor riesgo de muerte cardíaca súbita (SCD) por fibrilación ventricular (FV).
La MS puede ser la primera indicación de que el paciente está afectado por BrS.
Se cree que la prevalencia de BrS varía de 1 en 5000 a 1 en 200, y es de 8 a 10 veces más frecuente en hombres que en mujeres.
El SBr es una de las principales causas de MS en individuos jóvenes sanos, con un impacto notable en pacientes con corazones estructuralmente normales.
Es responsable del 4 al 12% de todos los casos de MS y de aproximadamente el 20% de los individuos con corazones estructuralmente normales.
La única estrategia terapéutica eficaz comprobada para la prevención de la MS en pacientes con SBr se limita al desfibrilador automático implantable (ICD), que es una terapia invasiva y que altera la vida, especialmente para los más jóvenes.
Se han identificado al menos 19 genes como genes modificadores o asociados a BrS, que codifican principalmente canales de sodio (Na + ), potasio (K + ) o calcio (Ca 2+ ) así como proteínas asociadas a estos canales. SCN5A , el primer gen relacionado con BrS, se identificó en 1998 y se observó que codifica la subunidad alfa del canal de sodio cardíaco.
Se ha informado que los pacientes con SBr con mutaciones en SCN5A muestran un aumento de las anomalías de conducción en el ECG y presentan un mayor riesgo de eventos cardíacos que los pacientes que carecen de tales mutaciones.
Sin embargo, el BrS a menudo no está determinado genéticamente y las correlaciones genotipo-fenotipo no coinciden por completo, incluso para las familias de BrS con mutación SCN5A positiva.
BrS es una enfermedad autosómica dominante caracterizada por penetrancia incompleta.
Hasta la fecha se han reportado más de 300 variantes patogénicas, la mayoría de las cuales muestran SCN5A afectado .
Sin embargo, solo entre el 30% y el 35% de los casos diagnosticados clínicamente se diagnostican genéticamente y el rendimiento de variantes relacionadas con SCN5A , el gen más común asociado con BrS, es inferior al 30%.
El fenotipo clínico de una variante particular en el gen SCN5A puede mostrar diferentes niveles de penetrancia entre individuos incluso dentro de la misma familia, lo que complica el diagnóstico de BrS y la estratificación del riesgo, especialmente para portadores asintomáticos de mutaciones (AMC).
La invención de las células madre pluripotentes inducidas (iPSC) ha permitido muchos estudios que han arrojado nueva luz sobre las áreas de la medicina traslacional y regenerativa en el campo cardiovascular.
Dado que las iPSC ahora se pueden diferenciar sólidamente en cardiomiocitos, esto brinda la oportunidad de generar cardiomiocitos derivados de iPSC específicos para pacientes y enfermedades (iPSC-CM).
Compartiendo una alta homología con los cardiomiocitos primarios humanos específicos y expresando los principales canales de iones cardíacos que se encuentran naturalmente en el corazón humano, los modelos iPSC-CM brindan una mayor oportunidad para la evaluación integral de la función del canal de iones, las características del potencial de acción y las características de las arritmias, que los modelos iPSC-CM. modelos alternativos tales como modelos de cardiomiocitos animales o transfecciones heterólogas.
En este estudio, se reclutó una cohorte familiar BrS de diez miembros que portaba la variante D356Y en el gen SCN5A , que no se informó anteriormente.
Esta familia incluía al probando gravemente afectado, AMC (la madre y el hermano menor del probando) y controles sanos (el padre del probando y otros seis miembros).
Primero se combinó el modelo iPSC-CM con la tecnología de edición del genoma mediada por CRISPR/Cas9 para determinar la patogenicidad de la variante identificada.
En segundo lugar, se investigó la variación en la gravedad fenotípica de esta variante de BrS y se examinaron sus mecanismos moleculares subyacentes mediante una caracterización integral del control, AMC y BrS iPSC-CM gravemente afectados.
Finalmente, se examinaron los efectos terapéuticos de los fármacos antiarrítmicos clínicamente utilizando los modelos BrS iPSC-CM establecidos.
El síndrome de Brugada (BrS) es una canalopatía cardíaca que puede provocar muerte súbita cardíaca (MSC).
SCN5A es el gen más frecuentemente relacionado con BrS, pero las correlaciones genotipo-fenotipo no coinciden por completo.
Los fenotipos clínicos de una variante particular de SCN5A pueden variar desde asintomáticos hasta MS.
Aquí, se utilizó la comparación de cardiomiocitos derivados de células madre pluripotentes inducidas (iPSC-CM) derivados de una familia BrS con mutación SCN5A positiva (D356Y) con probando gravemente afectado, portadores de mutaciones asintomáticas (AMC) y controles sanos para investigar esta variación.
Se generaron 26 líneas de iPSC a partir de fibroblastos de piel utilizando el virus Sendai no integrado. Las iPSC generadas se diferenciaron en cardiomiocitos utilizando un protocolo de diferenciación basado en monocapa.
Los iPSC-CM D356Y exhibieron una mayor variabilidad del intervalo entre latidos, una despolarización más lenta, arritmias cardíacas, defectos en la función del canal de Na + y señalización irregular de Ca 2+ , en comparación con los controles.
Es importante destacar que la gravedad del fenotipo observada en AMC iPSC-CM fue más leve que la de los probandos iPSC-CM, una observación exacerbada por la flecainida.
Curiosamente, los iPSC-CM del probando exhibieron corrientes de Ca 2+ notablemente disminuidas en comparación con el control y AMC iPSC-CM.
La edición del genoma mediada por CRISPR/Cas9 para corregir D356Y en iPSC-CM probando rescató de manera efectiva el fenotipo arrítmico y restauró las corrientes de Na + y Ca 2+
Además, la detección de fármacos utilizando modelos de BrS iPSC-CM establecidos demostró que la quinidina y el sotalol poseían efectos antiarrítmicos de una manera dependiente del individuo.
Clínicamente, la administración venosa y oral de calcio redujo parcialmente los eventos arrítmicos malignos del probando en el seguimiento a mediano plazo.
Los iPSC-CM específicos del paciente y editados por el genoma pueden recapitular la gravedad fenotípica variable del BrS. Estos hallazgos sugieren que la preservación de las corrientes de Ca 2+ podría ser un mecanismo compensatorio para resistir la arritmogénesis en BrS AMC.
En este estudio, al utilizar modelos iPSC-CM combinados con la tecnología de edición del genoma mediada por CRISPR/Cas9, determinamos que la variante identificada (SCN5A D356Y) que no se informó anteriormente es una mutación patógena de pérdida de función de BrS.
Se demostró que los iPSC-CM D356Y recapitulan numerosos aspectos del fenotipo BrS, incluido el aumento de la variabilidad del intervalo entre latidos, la despolarización más lenta, las arritmias cardíacas, el defecto de la función del canal de Na + y la señalización irregular de Ca 2+ .
Es importante destacar que la gravedad fenotípica observada en AMC iPSC-CM fue más leve que la de los probandos iPSC-CM, una observación que se vio exacerbada por la introducción del estrés con flecainida.
Curiosamente, se identificó que los probandos iPSC-CM exhibieron una marcada disminución de Ca 2+actual en comparación con los iPSC-CM de control y AMC.
La corrección génica de D356Y en los probandos iPSC-CM rescató de manera efectiva el fenotipo arrítmico y restauró las corrientes de Na + y Ca2 + .
Además, la detección de drogas utilizando modelos iPSC-CM establecidos demostró que la quinidina y el sotalol poseían efectos antiarrítmicos de una manera dependiente del individuo.
Clínicamente, la administración venosa y oral de calcio redujo parcialmente los eventos arrítmicos malignos del probando en el seguimiento a mediano plazo.
Este estudio demuestra una plataforma para la realización de investigaciones exhaustivas de las anomalías celulares de una cohorte de la familia BrS con la mutaciónSCN5A., lo que mejora el potencial para un diagnóstico preciso y la estratificación del riesgo de la enfermedad.
Con base en esta evidencia funcional, es probable que el hermano menor y la madre del probando, que son AMC de BrS, estén predispuestos a arritmias malignas y, por lo tanto, requieran un seguimiento estrecho.
BrS es un trastorno eléctrico primario caracterizado por signos típicos de ECG y arritmias ventriculares malignas. Se ha reconocido en todo el mundo como una de las principales causas de MS en pacientes por lo demás sanos.
Actualmente, dado que la MS suele ser la primera indicación de que el paciente está afectado por BrS, las opciones para una detección más temprana son un requisito fundamental.
Además, la mayoría de los pacientes con BrS permanecen asintomáticos durante períodos prolongados, pero la estrategia de estratificación del riesgo para esta población sigue sin resolverse.
Se han intentado algunos estudios existentes que generaron modelos iPSC de BrS.
La mayoría de los modelos BrS iPSC informados se generaron a partir de pacientes que portaban las variantes SCN5A , y los hallazgos son similares entre estos informes.
Un estudio anterior dr los autores demostró que los iPSC-CM de pacientes con BrS que portaban las variantes SCN5A exhibieron una mayor actividad desencadenada, una densidad de corriente de sodio reducida, una disminución de la Vmax y un manejo aberrante de Ca 2+ en comparación con los iPSC-CM de control sanos, y corrección genómica de la variante. en BrS iPSC-CMs podría revertir el fenotipo celular a
anormal.
Además del gen SCN5A , las iPSC-CM con variantes de otros genes de canales de sodio ( SCN1B y SCN10A ) también mostraron un fenotipo de deficiencia de canales de sodio.
También hay datos publicados de los modelos iPSC-CM con genes raros relacionados con BrS.
Belbachir et al. generó un modelo BrS iPSC con la variante RAAD , que exhibió una densidad de corriente de sodio reducida, Vmax disminuida , APD prolongada y actividades desencadenantes aumentadas.
Cerrone et al. informó un modelo de iPSC de un paciente con BrS que portaba la variante PKP2 , y los iPSC-CM de BrS mostraron una densidad de corriente de sodio reducida en comparación con los iPSC-CM de control sanos.
Sin embargo, las evaluaciones funcionales solo se han basado en 1 o 2 pacientes esporádicos y controles sanos no relacionados en los estudios antes mencionados.
Este estudio facilitó el reclutamiento de una gran cohorte familiar de BrS portadora de SCN5A D356Y que constaba de un paciente con BrS gravemente afectado, dos AMC y siete controles, lo que permitió la comparación de la caracterización funcional entre diferentes individuos de la misma familia.
Cabe destacar que se demostró que las diversas gravedades fenotípicas de diferentes individuos pacientes con BrS (sintomáticos o asintomáticos) que portan la misma mutación pueden evaluarse mediante el modelo iPSC, evitando así las deficiencias de los modelos de transfección celular.
Un hallazgo digno de mención que no se ha informado previamente es la variación en las corrientes del canal Ca 2+ tipo L (LTCC) entre diferentes individuos con BrS de la misma familia.
Junto con la corriente de Na + reducida, los iPSC-CM del probando mostraron una densidad de corriente de Ca 2+ significativamente reducida .
Sin embargo, los iPSC-CM de AMC mantuvieron en gran medida su funcionalidad LTCC (L-type Ca2+ channel).
La reducción de la densidad de corriente de Ca 2+ tiene una gran importancia fisiológica.
El deterioro de la función de los canales de Na + por sí solo impide la pendiente ascendente de los potenciales de acción y, cuando se combina con una disminución simultánea de las corrientes de Ca 2+ , limita aún más o elimina la fase de meseta de los potenciales de acción.
Esta anormalidad dual interrumpe el proceso de repolarización de los cardiomiocitos, elevando el riesgo de repolarización temprana inadecuada y fibrilación ventricular.
Es bien sabido que las mutaciones en los genes de los canales de Ca 2+ están asociadas con BrS, lo que conduce a un defecto en la función de los canales de Ca 2+.
Además, está bien establecido que la entrada de Ca 2+ a través de LTCC sirve como desencadenante para la liberación precisa de Ca 2+ del SR durante cada ciclo contráctil en los cardiomiocitos, un proceso conocido como liberación de calcio inducida por calcio (CICR).
Con un disparador más pequeño, la liberación de Ca 2+ del RS se reduce, lo que lleva a una mayor proporción de Ca 2+ atrapado dentro del RS.
Por otro lado, el RS puede necesitar mantener su carga de Ca 2+ para compensar el desencadenante reducido y satisfacer las demandas metabólicas sistémicas.
De hecho, estos hallazgos mediante el protocolo de perfusión rápida de cafeína revelaron un aumento significativo en la carga de SR Ca 2+ en el probando sobre los iPSC-CM de control.
Sin embargo, esta «sobrecarga» compensatoria de Ca 2+ del RS aumenta la probabilidad de liberación espontánea de Ca 2+ del RS y predispone a los individuos a eventos arritmogénicos.
La sobrecarga de Ca 2+ del RS puede dar lugar a la generación de grandes eventos de liberación espontánea de Ca 2+ , denominados ondas de Ca 2+ , desde el RS hacia el citosol.
Estas ondas de Ca 2+ pueden activar corrientes internas de intercambio de sodio-calcio (NCX), lo que da como resultado posdespolarizaciones retardadas (DAD).
Los DAD pueden desencadenar potenciales de acción prematuros y potencialmente iniciar arritmias.
Por lo tanto, la actividad reducida de LTCC puede exacerbar las arritmias en el probando a través de varios mecanismos.
Además, el verapamilo se utiliza como fármaco de provocación durante las pruebas de diagnóstico de BrS debido a su capacidad para revelar el patrón distintivo de ECG relacionado con el síndrome.
Estos hallazgos pueden proporcionar más apoyo a la lógica detrás de este enfoque.
Además, los experimentos de perfusión rápida de cafeína revelaron una disminución significativa en la actividad del NCX.
Teniendo en cuenta que la función fisiológica principal de NCX es eliminar la entrada de Ca 2+ extracelular fuera de la célula, esta reducción podría ser una respuesta adaptativa a la disminución de la actividad de LTCC.
Si bien la actividad NCX disminuida por sí sola puede aliviar los DAD inducidos por las ondas de Ca 2+ , puede no ser suficiente para contrarrestar completamente las consecuencias perjudiciales de la sobrecarga de Ca 2+ del SR .
En la actualidad, no se tiene una respuesta definitiva con respecto al mecanismo subyacente detrás de la reducción de la corriente de Ca 2+ .
Sin embargo, los datos de Western blot, aunque no estadísticamente significativos, indicaron una reducción de más del 20 % en la expresión de la proteína LTCC, lo que podría tener una importancia funcional.
Además, este experimento de marcaje con biotina reveló que la mutación D356Y en los canales de Na + puede dificultar su correcta integración en la membrana plasmática.
La entrega y la inserción de los canales iónicos de las vesículas de carga en el sarcolema son cruciales para su correcto funcionamiento.
Considerando que tanto los canales de Na + como los de Ca 2+los canales normalmente se localizan muy cerca y tienen un repertorio de canales excesivo almacenado en vesículas debajo de la membrana plasmática, es plausible suponer que este obstáculo también puede contribuir a una menor densidad de corriente de Ca 2+ debido a los mecanismos reguladores similares a los canales de Ca 2 + .
Actualmente, todavía se está realizando un análisis en profundidad de todos los datos de secuenciación del exoma y datos transcriptómicos para explorar otros mecanismos potenciales.
Sin embargo, el enfoque principal en esta etapa es describir con precisión los fenómenos observados y proporcionar explicaciones plausibles basadas en nuestra comprensión actual.
El tratamiento farmacológico de BrS se ha recomendado en el caso de tormentas eléctricas como complemento de DAI y como terapia preventiva para pacientes actualmente asintomáticos que pueden estar en riesgo de desarrollar eventos arrítmicos potencialmente mortales.
Usando el modelo único de «ensayo clínico en un plato», zs demostró que la quinidina y el sotalol exhibieron efectos antiarrítmicos para el genotipo SCN5A D356Y de una manera dependiente del individuo, mientras que los otros 2 medicamentos probados, cilostazol y bepridil, no tuvieron tal efecto.
Esto resaltó la capacidad de los modelos iPSC para seleccionar fármacos terapéuticos personalizados de diferentes individuos con BrS (incluso en la misma familia) para una medicina personalizada.
Recientemente se informó sobre la ablación por radiofrecuencia para prevenir la recurrencia de la FV después de una tormenta arrítmica.
El probando de este estudio se sometió a tres sesiones de mapeo endoepicárdico y ablación para reducir los episodios de FV.
Sin embargo, en este caso, los episodios de FV seguían ocurriendo de forma irregular.
Esto podría explicarse en parte por la tendencia del disparo de arritmias espontáneas, como se muestra en el modelo iPSC-CM.
Podría especularse que los desencadenantes arritmogénicos que subyacen a la FV en pacientes con BrS existen en los cardiomiocitos ventriculares en general, en lugar de en regiones localizadas como el tracto de salida del ventrículo derecho.
Estos factores desencadenantes no se pudieron eliminar por completo y, por lo tanto, dichos procedimientos mostraron una eficacia limitada en estos pacientes.
Teniendo en cuenta la falta de accesibilidad de la quinidina en China y los efectos arrítmicos de CCB confirmados por el estudio in vitro, se prescribió suplementos de calcio para el probando para suprimir las frecuentes descargas del ICD después del tercer procedimiento de ablación.
Curiosamente, la dosis de carga de calcio acortó el intervalo QTc y redujo parcialmente las descargas del DAI durante un lapso de varios meses.
Durante este período, la hora de inicio y la frecuencia ventricular de las arritmias residuales también cambiaron cuando la hora de inicio de los eventos ocurrió principalmente por la tarde, la frecuencia ventricular disminuyó y la mayoría de los eventos terminaron espontáneamente.
Estos hallazgos implicaron que un desequilibrio en el calcio había participado en la arritmogénesis de BrS.
Aunque se ha informado que el uso de BCC es seguro durante períodos de seguimiento a largo plazo en algunos ensayos clínicos, estos agentes aún no se han recomendado de forma rutinaria para el tratamiento de BrS.
Este estudio proporciona evidencia creciente de la efectividad del suplemento de calcio en BrS, pero aún se justifican más investigaciones.
Otro resultado interesante fue la posible relación entre el clima y los eventos arrítmicos.
El probando recibió descargas eléctricas varias veces y la mayoría de estos eventos ocurrieron en verano, probablemente relacionados con una temperatura ambiental más alta.
Cuando el probando se mudó a una ciudad de menor latitud, la temperatura más alta podría inducir eventos arrítmicos clínicos.
En cuanto a la temperatura, si bien la relación entre BrS y fiebre ha sido bien establecida por estudios previos, aún no se ha presentado ninguna relación entre la temperatura ambiental y los eventos arrítmicos en BrS.
En este estudio, los eventos mostraron un patrón distinto relacionado con las estaciones y/o la latitud.
Se requieren más datos de seguimiento para confirmar este hallazgo.
Una limitación del estudio es que los fenotipos in vitro y las características clínicas entre los pacientes con BrS fueron variables y el mecanismo de esta heterogeneidad aún no se ha revelado.
Además, se organizan modelos de tejido cardíaco modificado (EHT) y ratones transgénicos para futuras investigaciones.
En conclusión, se demostró que el modelo iPSC puede servir como una herramienta auxiliar para diagnosticar la patogenicidad de una variante particular, para la estratificación funcional de BrS AMC y para la detección de fármacos terapéuticos contra mutaciones específicas para la medicina personalizada.
Estos resultados también sugieren que la preservación de las corrientes de Ca 2+ podría ser un mecanismo compensatorio para resistir la arritmogénesis en BrS AMC.
Los conceptos descritos en este estudio pueden tener el potencial de ampliarse y extenderse para incorporar investigaciones de otras enfermedades cardíacas genéticas complejas y fatales más allá del BrS.
Esto puede permitir la aplicación de la medicina de precisión en el diagnóstico temprano, el manejo y la prevención de tales afecciones.
* Sun Y, Su J, Wang X, Wang J, Guo F, Qiu H, Fan H, Cai D, Wang H, Lin M, Wang W, Feng Y, Fu G, Gong T, Liang P, Jiang C. Patient-specific iPSC-derived cardiomyocytes reveal variable phenotypic severity of Brugada syndrome. EBioMedicine. 2023 Aug 4;95:104741. doi: 10.1016/j.ebiom.2023.104741. Epub ahead of print. PMID: 37544203.
