Protocolo de estudio para caracterizar marcadores fisiopatológicos y moleculares de cardiopatía reumática y estenosis aórtica degenerativa mediante imágenes cardiovasculares multiparamétricas y técnicas multiómicas.
Investigadores sudafricanos y alemanes diseñaron un protocolo para analizar marcadores que permitieran un conocimiento más profundo y adecuado mediante imágenes y técnicas multiplicas.
Las “ómicas” representan el análisis de un gran número de moléculas a partir de muestras biológicas, gracias al avance tecnológico que se ha dado en los últimos años y a la formación de equipos multidisciplinarios que ayudan a la interpretación de los datos.
La valvulopatía cardíaca (VHD por sus siglas en inglés de valvular heart disease) en el África subsahariana (ASS) es principalmente secundaria a la cardiopatía reumática (RHD por sus siglas en inglés de rheumatic heart disease), la estenosis aórtica degenerativa (EA) y la valvulopatía congénita, que afecta más comúnmente a la válvula aórtica bicúspide (BAV por sus siglas en inglés).
La prevalencia de RHD es notablemente alta en los países de ingresos bajos y medios (PIMB), lo que la convierte en la causa más común de insuficiencia cardíaca en personas jóvenes en dichos países.
Según el Estudio de carga global de enfermedades, las tasas de incidencia de RHD se han mantenido estables (cambios en la prevalencia estandarizada por edad del 0 al 1% entre 1990 y 2019), mientras que las tasas de incidencia de VHD no reumática aumentaron entre 1990 y 2019.
Casualmente, el centro y el sur del África subsahariana mostraron una alta tasa de incidencia de RHD estandarizada por edad (29,40/100.000) en 2017 y un aumento de VHD no reumática de 244,55/100.000 a 247,26/100.000 entre 1990 y 2017.
El diagnóstico de VHD se basa en una historia clínica exhaustiva y un examen físico detallado.
El diagnóstico se confirma mediante imágenes, principalmente con ecocardiografía transtorácica, pero se pueden utilizar otras modalidades de imágenes, incluida la resonancia magnética cardiovascular (RMC), la tomografía computarizada (TC) cardiovascular, las técnicas de fluoroscopia y rayos X, la ecocardiografía transesofágica y la angiografía invasiva.
Además, el diagnóstico de VHD puede respaldarse mediante electrocardiografía y biomarcadores circulatorios.
Según las guías actuales, la ecocardiografía transtorácica 2-D con Doppler es la modalidad de imagen de primera línea para caracterizar a los pacientes con RHD y EA degenerativa.
La RMC se utiliza cada vez más para el estudio de las características de los tejidos y el pronóstico en pacientes con ventanas acústicas deficientes o donde existen características ecocardiográficas y clínicas discrepantes.
Aunque la incidencia de fiebre reumática aguda (ARF por sus siglas en inglés de acute rheumatic fever) ha disminuido en Europa y América del Norte durante las últimas 4 a 6 décadas, la RHD sigue siendo una de las causas más importantes de morbilidad y mortalidad cardiovascular entre las poblaciones social y económicamente desfavorecidas de todo el mundo, especialmente en los países de ingresos bajos y medianos que son el hogar de la mayor parte de la población mundial.
Los criterios de Jones, que han sido el estándar clínico para establecer el diagnóstico de ARF desde 1944, fueron modificados por última vez por la Asociación Estadounidense del Corazón en 1992.
Debido a que las técnicas ecocardiográficas han evolucionado en todo el mundo durante las últimas dos décadas y debido a que la ecocardiografía se ha convertido en una piedra angular de los programas de detección a nivel mundial para evaluar la prevalencia de la RHD, la función diagnóstica limitada de la ecocardiografía en el diagnóstico de carditis ya no es apropiada.
En 2015, la Federación Mundial del Corazón (WHF) revisó los criterios de Jones para el diagnóstico de ARF.
En 2020, el Colegio Estadounidense de Cardiología (ACC) y la Asociación Estadounidense del Corazón (AHA) también revisaron sus pautas para el diagnóstico y tratamiento de pacientes con VHD.
La fiebre reumática aguda comienza por la reactividad cruzada de la respuesta inmune a la infección faríngea con estreptococos del grupo A (GAS por sus siglas en inglés de group A Streptococcus) para albergar proteínas en pacientes genéticamente susceptibles.
La infección provoca la proliferación de células T y células B específicas de GAS.
El antígeno de S. pyogenes y las proteínas humanas (miosina, vimentina y/o tropomiosina) comparten epítopos inmunológicos que conducen a una lesión tisular mediada por el sistema inmunitario mediante mimetismo molecular.
La infección con GAS y anticuerpos de reacción cruzada y células T conduce a síntomas comunes asociados con la FRA (carditis, artritis, corea, eritema marginado y nódulos subcutáneos).
Además, la inflamación conduce a la neovascularización que alimenta la cascada inflamatoria que causa las lesiones granulomatosas.
Varios estudios han indicado que la susceptibilidad a la FRA podría deberse a polimorfismos en genes que codifican proteínas implicadas en la respuesta inmune, lo que sugiere susceptibilidad genética a la FRA.
Se estima que al menos el 60% de los pacientes con FRA desarrollan patología valvular con insuficiencia y/o estenosis mitral o insuficiencia aórtica con algunos casos de estenosis aórtica.
El número de episodios de FRA, la edad en el momento de su diagnóstico inicial, la mala adherencia a la profilaxis y la gravedad de la carditis en el primer episodio, son factores de riesgo asociados con la progresión a RHD crónica.
Las patologías valvulares características de la RHD crónica (engrosamiento de las valvas, engrosamiento de las cuerdas y movimiento excesivo de las valvas anteriores) a menudo progresan de forma asintomática hasta que se produce un daño grave a las válvulas.
Se cree que las patologías valvulares observadas en pacientes con RHD se deben a la remodelación y calcificación del colágeno.
Se ha sugerido que después de la infección por GAS, se desencadena una reacción autoinmune contra el colágeno tipo IV, lo que conduce a reacciones anticolágeno que afectan el equilibrio entre su deposición y degradación, causando fibrosis.
Aunque no se comprende completamente, se postula que las metaloproteinasas de matriz proinflamatorias (MMP) modulan la calcificación mediante la degradación de la elastina, lo que promueve la conversión del músculo liso a fenotipos osteoblásticos.
Además, se cree que la calcificación es promovida por la neovascularización, en la que se expresan factores de crecimiento endotelial vascular, que tienen un efecto regulador sobre la remodelación ósea.
Además, la neovascularización contribuye a la desestabilización de la mecánica de la matriz extracelular y promueve la inflamación local persistente.
Los mecanismos fisiopatológicos implicados en la progresión de la RHD, especialmente los procesos metabólicos y de traducción, no se comprenden completamente.
Por otro lado, la EA degenerativa es causada por vías inflamatorias en el contexto de la edad avanzada, el tabaquismo, la dislipidemia y la hipertensión.
Además, las mutaciones de los genes NOTCH1, fibrilina-1 (FBN1) y filamina (AFLNA) se han asociado con el desarrollo de calcificación degenerativa y prolapso de la válvula mitral.
La progresión de la estenosis aórtica degenerativa se asocia con diferenciación de osteoblastos, activación de miofibroblastos y/o altas fuerzas de corte.
Además, las perturbaciones en los niveles de lípidos, lipoproteínas y glicerofosfolípidos se han asociado con la progresión de la estenosis aórtica calcificada.
Varios estudios han investigado la participación de procesos inmunopatológicos, de señalización celular, genéticos y traslacionales en la patogénesis de la RHD y la EA degenerativa.
En este estudio, los autores pretenden emplear RMC multiparamétrica, biología molecular y análisis multiómicos de biomarcadores para estudiar RHD y estenosis aórtica degenerativa.
La RMN multiparamétrica (Mp-MRI) es una forma avanzada de toma de imágenes. Utiliza tres técnicas de RMN para proporcionar imágenes anatómicas e información sobre la función.
Por otro lado, la autofagia es un mecanismo de limpieza celular que mantiene la homeostasis celular.
La autofagia ayuda a la célula a sobrevivir a estímulos dañinos como la falta de nutrientes, la hipoxia, la inflamación, las especies reactivas de oxígeno (ROS por sus siglas en inglés de reactive oxigen species), el estrés del retículo endoplásmico y las mitocondrias dañadas.
Se ha informado de desregulación de la autofagia en cáncer, neurodegeneración, edad avanzada y enfermedades cardiovasculares (ECV).
La disminución de la autofagia se asocia con el envejecimiento y conduce a mitocondrias cardíacas gigantes, reducción de la producción de trifosfato de adenosina (ATP) y aumento de los niveles de ROS.
Los principales mediadores moleculares de la señalización de la autofagia incluyen la quinasa 1 similar a unc-51 (ULK1), el gen relacionado con la autofagia que interactúa con fosfoinosítido 1 (Atg-WIPI1) y la clasificación de proteínas de vacuolas: fosfoinositol de clase Beclin 1 (Vps34-Beclin 1). Complejos de 3-fosfato-quinasa (PI3-quinasa), gen 12 relacionado con la autofagia (Atg12) y sistemas de conjugación de la cadena ligera 3 de la proteína 1 (LC3).
Hay escasez de datos sobre el papel de los biomarcadores de autofagia en la fisiopatología y la progresión de la RHD y la EA degenerativa.
Se ha informado que la EA está asociada con una deposición excesiva de colágeno, glicoproteínas y nódulos osteogénicos desalineados.
La activación de la autofagia reduce la actividad osteogénica, reduce la calcificación y suprime la inflamación en la EA calcificada.
Los niveles elevados de biomarcadores de autofagia se asocian con un aumento de la muerte celular en la insuficiencia cardíaca.
La caracterización del proteoma en VHD se ha explorado utilizando técnicas proteómicas, que han informado de la participación de vías miofibrogénicas y relacionadas con el estrés oxidativo en la AS calcificada.
Estas técnica se basan en separar las proteínas de una mezcla en dos dimensiones según sus propiedades moleculares.
Se separan mediante su carga eléctrica, en una primera dimensión (mediante isoelectroenfoque), y según su peso molecular en una segunda dimensión (mediante electroforesis en poliacrilamida-SDS).
Se ha informado que la desregulación del complemento plasmático C4A, la anhidrasa carbónica y la vitronectina son biomarcadores potenciales en RHD y EA.
Lumican, vitronectina, colágeno VI y vimentina son algunas de las proteínas de adhesión estructural y celular desreguladas en la RHD.
La metabolómica rara vez se ha utilizado para estudiar la VHD; la desregulación de los procesos inflamatorios, el metabolismo energético, el metabolismo de los aminoácidos, el metabolismo de la serotonina y el metabolismo del calcio se han asociado con la EM y la RM mixomatosas.
Además, las firmas metabólicas han mostrado una fuerte correlación con los parámetros clínicos de morfología valvular, gravedad y marcadores de lesión cardíaca.
El formiato y el lactato han mostrado muy buen rendimiento como biomarcadores de diagnóstico de EM y RM degenerativas.
La glicina, el hipurato y la taurina en orina mostraron un buen rendimiento diagnóstico para diferenciar a los pacientes con VAB de individuos sanos.
La desregulación de las vías del metabolismo del ácido araquidónico después del reemplazo de la válvula aórtica transcatéter (post-TAVR) se asoció con peores resultados y una reducción de la remodelación inversa.
A pesar de la alta prevalencia de RHD y EA en África, la comprensión de su patogénesis ha sido difícil de alcanzar.
Los mecanismos moleculares implicados en la fisiopatología de la RHD no se comprenden bien.
Además, muy pocos estudios han comparado los mecanismos moleculares subyacentes a la RHD y la estenosis aórtica degenerativa a pesar de tener diferentes etiologías.
Hasta donde se sabe, muy pocos estudios han comparado los patrones de biomarcadores circulatorios y específicos de tejido en la FRC y la estenosis aórtica degenerativa.
Además, es un reto explorar biomarcadores moleculares en tejidos cardíacos debido a los desafíos y cuestiones éticas que rodean el acceso a tejidos sanos como controles.
Muy pocos estudios han explorado intervalos post mortem adecuados al considerar el uso de tejidos cadavéricos de control.
En síntesis, la cardiopatía reumática, la estenosis aórtica degenerativa (EA) y las valvulopatías congénitas son frecuentes en el África subsahariana.
Aún quedan muchas lagunas de conocimiento en la comprensión de los mecanismos de la enfermedad, la estratificación de los fenotipos y el pronóstico.
Por lo tanto, el objetivo de los autores fue caracterizar a los pacientes a través de perfiles clínicos, imágenes, histología y biomarcadores moleculares para mejorar la comprensión de la fisiopatología, el diagnóstico y el pronóstico de la RHD y la EA.
Para ello, en este estudio transversal de casos y controles, se planeó reclutar pacientes con RHD y EA y compararlos con controles emparejados.
Los participantes vivos se someterán a una evaluación clínica, ecocardiografía, resonancia magnética nuclear y toma de muestras de sangre para análisis de biomarcadores circulatorios.
Se obtendrán muestras de tejido de pacientes sometidos a reemplazo valvular, mientras que los tejidos sanos se obtendrán de cadáveres.
Se utilizarán análisis de inmunohistología, proteómica, metabolómica y transcriptoma para analizar biomarcadores circulatorios y específicos de tejidos.
Se utilizarán análisis estadísticos univariados y multivariados para probar hipótesis e identificar biomarcadores importantes.
En resumen, este estudio tuvo como objetivo delinear la fisiopatología de la RHD y la EA degenerativa mediante imágenes de RMC multiparamétrica.
Además de descubrir nuevos biomarcadores y explorar los mecanismos patogénicos asociados con RHD y EA a través de perfiles de alto rendimiento del proteoma y metaboloma tisular y sanguíneo y proporcionar una prueba de concepto de la idoneidad del uso de tejidos cadavéricos como controles para estudios de enfermedades cardiovasculares.
La RHD es endémica en los países de ingresos bajos y medios y en el África subsahariana.
La prevalencia de EA degenerativa está aumentando en el África subsahariana debido a la creciente prevalencia de factores de riesgo de ASCVD (diabetes, hipertensión, tabaquismo, dislipidemia y obesidad).
La confluencia de las dos valvulopatías en África ejerce presión sobre los sistemas sanitarios existentes.
Por tanto, este estudio tuvo como objetivo describir los marcadores de imagen fisiopatológicos en pacientes con RHD y EA.
Además, se pretendió investigar la patogénesis de la RHD en contraste con la EA degenerativa e identificar marcadores moleculares para la detección y el diagnóstico tempranos para determinar los patomecanismos moleculares involucrados e identificar posibles objetivos terapéuticos.
Varios estudios han investigado la patogénesis de la RHD y la EA degenerativa y han dilucidado los mecanismos patogénicos asociados con la RHD y la EA.
Sin embargo, hay escasez de datos sobre imágenes y biomarcadores moleculares en pacientes con RHD en etapa temprana y tardía, especialmente en regiones endémicas de FRA.
Hasta donde se sabe, incluso menos estudios han comparado los mecanismos moleculares de RHD y EA.
Los estudios proteómicos sobre EA y RHD han llevado a una mejor comprensión de los mecanismos moleculares que conducen a las patologías valvulares observadas en pacientes con EA y RHD.
Sin embargo, muy pocos estudios de metabolómica han investigado los mecanismos metabólicos implicados en la RHD.
El uso de CMR, proteómica y transcriptómica ha tenido un impacto considerable en la caracterización, el diagnóstico y la comprensión de los procesos patológicos en las VHD.
El uso de múltiples técnicas y plataformas para comprender la VHD brinda una oportunidad única para describir biomarcadores sólidos que expliquen la progresión mecanicista de la enfermedad.
Además, los experimentos con biomarcadores específicos de tejido en pacientes con ECV son limitados debido a los desafíos para acceder a biopsias de válvulas obtenidas quirúrgicamente de los pacientes, pero un desafío mayor es la obtención de biopsias de tejidos no enfermos como controles.
Un puñado de estudios han utilizado muestras cadavéricas como controles, y aún menos han utilizado esta estrategia en el contexto de la ECV.
Ninguno de estos estudios ha discutido su enfoque sobre un PMI (postmortem intervals).aceptable para usar en sus experimentos.
El estudio proporcionará información importante sobre la selección de muestras cadavéricas como controles en estudios cardiovasculares que utilizan proteómica y metabolómica.
En estudios multicéntricos, la manipulación de muestras y el transporte a biobancos o laboratorios para su análisis son las principales causas de variación en los resultados.
Las variaciones son astronómicas cuando se utilizan técnicas sensibles como la metabolómica; sin embargo, se ha demostrado que el uso de análisis de gotas de sangre seca es estable y no requiere un manejo especial durante el transporte.
Este estudio exploró la idoneidad del uso de técnicas/plataformas de sangre entera seca o plasma seco para recolectar muestras para estudios metabolómicos, especialmente en regiones remotas con instalaciones de refrigeración limitadas, como muchos países de ingresos bajos y medianos.
Este estudio no solo proporcionará imágenes y biomarcadores moleculares para la detección y el diagnóstico tempranos de RHD y EA, sino que también proporcionará información sobre muestras cadavéricas adecuadas para usar como controles.
Además, este estudio proporcionará un método alternativo para el manejo y almacenamiento de muestras adecuado para regiones de África con recursos limitados.
* Mutithu DW, Aremu OO, Mokaila D, Bana T, Familusi M, Taylor L, Martin LJ, Heathfield LJ, Kirwan JA, Wiesner L, Adeola HA, Lumngwena EN, Manganyi R, Skatulla S, Naidoo R, Ntusi NAB. A study protocol to characterise pathophysiological and molecular markers of rheumatic heart disease and degenerative aortic stenosis using multiparametric cardiovascular imaging and multiomics techniques. PLoS One. 2024 May 13;19(5):e0303496. doi: 10.1371/journal.pone.0303496. PMID: 38739622; PMCID: PMC11090351.
