El sulfuro de hidrógeno como diana terapéutica en la artrosis

[Resumen]La OA es una de las enfermedades más prevalentes e incapacitantes del mundo desarrollado. En una articulación con OA todos los tejidos articulares se ven afectados, pero la degeneración del cartílago articular es el punto clave en el desarrollo de la patología. El cartílago articular es un tejido conectivo especializado compuesto por una pequeña proporción de células, los condrocitos, que son responsables de la síntesis y el mantenimiento de la MEC. Entre los factores que contribuyen a la progresión de la OA se encuentra un proceso inflamatorio persistente que resulta en niveles anormalmente elevados de citoquinas tales como la IL-1β y la IL-6, de prostaglandinas, fundamentalmente la PGE2, y de metaloproteasas de matriz tales como la colagenasa 3 (MMP13) o la estromelisina (MMP3). También se produce un incremento de especies reactivas de nitrógeno y de oxígeno, que someten a las células a un aumento de estrés oxidativo y desencadenan la muerte celular de los condrocitos. Globalmente, todos estos mediadores actúan destruyendo la MEC de manera irreversible. Actualmente no existe ningún tratamiento que cure o cuando menos detenga la progresión de la OA y los tratamientos existentes (combinación de terapia física y terapia farmacológica analgésica e anti-inflamatoria) tienen efectos secundarios indeseados. Un tratamiento en exploración es la balneoterapia con aguas minero medicinales sulfuradas, pero se desconoce el mecanismo de acción por el cual alivian la sintomatología de patologías como la OA. El H2S, que es el componente principal de estas aguas, ha sido identificado recientemente como un gas endógeno (se produce en el organismo a través de la enzimas CBS, CTH y MPST) y como un mediador de la inflamación. La relación entre el cartílago y el H2S es el aspecto clave en el que se ha centrado esta Tesis. Se ha comprobado la presencia de las enzimas de producción de H2S en los tejidos de la articulación (membrana sinovial, hueso subcondral y cartílago) y al cuantificar su biosíntesis se ha encontrado que en el cartílago OA se produce menos H2S que en cartílago sano. Esto es consecuencia, cuando menos, de una menor expresión de MPST en este tejido. Además, se han utilizado diferentes dosis de dos compuestos, el NaSH, que produce H2S de manera instantánea, y el GYY4137, que lo hace gradualmente, para administrar H2S de manera exógena a condrocitos y cartílago OA. Se ha comprobado que ambos, pero sobretodo el GYY4137, son capaces de revertir el proceso inflamatorio y reducir el estrés oxidativo en las células, así como prevenir el desequilibrio anabólico-catabólico en la MEC. Colectivamente nuestros resultados sugieren que la administración exógena de H2S resulta beneficiosa en la OA porque la articulación OA presenta unos niveles inferiores a la articulación sana. Esto proporciona evidencias científicas que apoyan el hecho empírico de que las aguas mineromedicinales sulfuradas mejoren la sintomatología de los pacientes con OA.[Resumo]A artrose é unha das enfermidades máis prevalentes e incapacitantes do mundo desenvolvido. Na articulación con OA todos os tecidos están afectados mais a dexeneración da cartilaxe articular é o punto clave no desenrolo da patoloxía. A cartilaxe articular é un tecido conectivo especializado composto por unha pequena proporción de células, os condrocitos, que son os responsables da síntese e mantemento da MEC. Entre os factores que contribúen á progresión da OA atópase un proceso inflamatorio persistente que resulta en niveis anormalmente elevados de citoquinas tales coma a IL-1β, a IL-6, de prostaglandinas, fundamentalmente a PGE2, e de metaloproteasas de matriz tales coma a colaxenasa 3 (MMP13) e a estromelisina (MMP3). Tamén se produce un incremento das especies reactivas de nitróxeno e osíxeno, que someten ás células a un aumento de estrés oxidativo, e desencadean a morte celular dos condrocitos. Globalmente, todos estes mediadores actúan destruíndo a MEC de maneira irreversible. A data de hoxe non existe ningún tratamento que cure ou polo menos deteña a progresión da OA e os tratamento existentes (combinacións de terapia física e terapia farmacolóxica analxésica e anti-inflamatoria) teñen efectos secundarios indesexados. Un tratamento en exploración é a balneoterapia con augas mineromedicinais sulfuradas, pero descoñécese o mecanismo de acción polo cal melloran a sintomatoloxía deA artrose é unha das enfermidades máis prevalentes e incapacitantes do mundo desenvolvido. Na articulación con OA todos os tecidos están afectados mais a dexeneración da cartilaxe articular é o punto clave no desenrolo da patoloxía. A cartilaxe articular é un tecido conectivo especializado composto por unha pequena proporción de células, os condrocitos, que son os responsables da síntese e mantemento da MEC. Entre os factores que contribúen á progresión da OA atópase un proceso inflamatorio persistente que resulta en niveis anormalmente elevados de citoquinas tales coma a IL-1β, a IL-6, de prostaglandinas, fundamentalmente a PGE2, e de metaloproteasas de matriz tales coma a colaxenasa 3 (MMP13) e a estromelisina (MMP3). Tamén se produce un incremento das especies reactivas de nitróxeno e osíxeno, que someten ás células a un aumento de estrés oxidativo, e desencadean a morte celular dos condrocitos. Globalmente, todos estes mediadores actúan destruíndo a MEC de maneira irreversible. A data de hoxe non existe ningún tratamento que cure ou polo menos deteña a progresión da OA e os tratamento existentes (combinacións de terapia física e terapia farmacolóxica analxésica e anti-inflamatoria) teñen efectos secundarios indesexados. Un tratamento en exploración é a balneoterapia con augas mineromedicinais sulfuradas, pero descoñécese o mecanismo de acción polo cal melloran a sintomatoloxía deA artrose é unha das enfermidades máis prevalentes e incapacitantes do mundo desenvolvido. Na articulación con OA todos os tecidos están afectados mais a dexeneración da cartilaxe articular é o punto clave no desenrolo da patoloxía. A cartilaxe articular é un tecido conectivo especializado composto por unha pequena proporción de células, os condrocitos, que son os responsables da síntese e mantemento da MEC. Entre os factores que contribúen á progresión da OA atópase un proceso inflamatorio persistente que resulta en niveis anormalmente elevados de citoquinas tales coma a IL-1β, a IL-6, de prostaglandinas, fundamentalmente a PGE2, e de metaloproteasas de matriz tales coma a colaxenasa 3 (MMP13) e a estromelisina (MMP3). Tamén se produce un incremento das especies reactivas de nitróxeno e osíxeno, que someten ás células a un aumento de estrés oxidativo, e desencadean a morte celular dos condrocitos. Globalmente, todos estes mediadores actúan destruíndo a MEC de maneira irreversible. A data de hoxe non existe ningún tratamento que cure ou polo menos deteña a progresión da OA e os tratamento existentes (combinacións de terapia física e terapia farmacolóxica analxésica e anti-inflamatoria) teñen efectos secundarios indesexados. Un tratamento en exploración é a balneoterapia con augas mineromedicinais sulfuradas, pero descoñécese o mecanismo de acción polo cal melloran a sintomatoloxía depatoloxías coma a OA. O H2S, que é o compoñente principal destas augas, identificouse recentemente coma un gas endóxeno (prodúcese no organismo a través das enzimas CBS, CTH e MPST) e coma un mediador da inflamación. A relación entre a cartilaxe e o H2S é o aspecto clave no que se centrou esta Tese. Comprobouse a presenza das tres enzimas de produción de H2S nos tecidos da articulación (membrana sinovial, oso subcondral e cartilaxe) e ao cuantificar a súa biosíntese atopouse que na cartilaxe OA se produce menos H2S que no tecido normal. Isto é a consecuencia cando menos dunha menor expresión de MPST neste tecido. Ademais, utilizáronse diferentes doses de dous compostos, o NaSH, que produce H2S de maneira instantánea, e o GYY4137, que o fai gradualmente, para administrar H2S de maneira esóxena aos condrocitos e a cartilaxe artrósicos. Comprobouse que ambos, mais sobre todo o GYY4137, foron capaces de reverter o proceso inflamatorio e reducir o estrés oxidativo nas células, así coma previr o desequilibrio anabólico-catabólico na MEC. Colectivamente, os nosos resultados suxiren que a administración esóxena de H2S resulta beneficiosa na OA porque a articulación OA presenta uns niveis inferiores á articulación sa. Isto achega evidencias científicas que apoian o feito empírico de que as augas mineromedicinais sulfuradas melloran a sintomatoloxía dos doentes con OA.[Abstract]Osteoarthritis is one of the most prevalent and incapacitating diseases of the developed world. All the tissues of the affected joint are involved, but cartilage degradation is the key event in the progression of the disease. Articular cartilage is an specialized connective tissue with a small proportion of cells, chondrocytes, that are responsible for the synthesis and maintenance of the extracellular matrix. Prominent among the intervening factors that contribute to OA is a persistent inflammatory process that results in abnormally high concentrations of pro-inflammatory cytokines such as IL-1β, IL-6, of prostaglandins, mainly PGE2, and metalloproteinases such as collagenase 3 (MMP13) and stromelysin (MMP3). There is also an increase in reactive nitrogen and oxygen species that subject cells to increased oxidative stress resulting in increased chondrocyte apoptosis. Collectively, all these mediators act to destroy the extracellular matrix irreversibly. As of now there is no cure for OA and current treatments (combined physical and pain and anti-inflammatory therapy) have undesirable side effects. Balneotherapy, and in particular the use of sulfurous thermal waters, is currently being explored as a treatment for OA. However, the mechanisms that could explain why these treatments reduce OA symptoms are not known. Hydrogen sulfide, the active component of these waters, has been recently identified as an endogenous gas (it is produced in the body by the enzymes CBS, CTH and MPST) and as mediator in inflammation. The relationship between H2S and cartilage has been the central topic of this Dissertation. The presence of the three H2S synthesizing enzymes has been demonstrated in synovium, subchondral bone and cartilage, and the quantification of H2S biosynthesis in cartilage has shown its levels to be reduced in OA with respect to normal tissue. This is the result of, at least, the reduced expression of MPST in this tissue. In addition, different doses of two compounds, NaSH, that produces H2S instantaneously and GYY4137, with slow H2S production, were used to exogenously supply H2S to OA chondrocytes and cartilage. It was shown that both compounds, but especially GYY4137, were able to reduce the inflammatory response and to reduce the oxidative stress affecting the cells, as well as to prevent the anabolic-catabolic disequilibrium in the cartilage matrix. Overall, our results suggest that exogenous administration of H2S has a beneficial effect in OA because the OA joint suffers from lower than normal H2S levels. This provides scientific evidence supporting the empirical fact that sulfurous thermal waters provide relief for patients with OA