LABORATORIO DE URGENCIAS

Candida Albicans - Micosis Cerebral

                                            Yifan Wu; Shuqi Du; Lynn H. Bimler; Bernhard Hube; Julian R. Naglik; David B. Corry et al
                                                                                      *Department of Medicine, Baylor College of Medicine, One Baylor Plaza, Houston, USA
                                                                                      *Department of Pediatrics, Baylor College of Medicine, One Baylor Plaza, Houston,USA
                                                                                      *Department of Neuroscience, Baylor College of Medicine, One Baylor Plaza, Houston,USA
                                                                                      *Centre for Host-Microbiome Interactions, Faculty of Dentistry, Oral & Craniofacial Sciences, King’s      
                                                                                        College London, London SE1 1UL, UK
                                                                                      *Institute of Microbiology of the Czech Academy of Sciences, Prague, Czech Republic
                                                                                      *Department of Microbial Pathogenicity Mechanisms, Leibniz Institute for Natural Product Research and
                                                                                        Infection Biology - Hans Knoell Institute Jena (HKI), 07737 Jena, Germany
                                                                                      *National School of Tropical Medicine, Baylor College of Medicine, One Baylor Plaza, Houston,USA
                                                                                      *Departments of Pathology & Immunology, Baylor College of Medicine, One Baylor Plaza, Houston,USA
                                                                                      *Biology of Inflammation Center, Baylor College of Medicine, One Baylor Plaza, Houston, USA
                                                                                      *Michael E. DeBakey VA Center for Translational Research on Inflammatory Diseases, Houston, USA
                                                                                      *Huffington Center on Aging, Baylor College of Medicine, One Baylor Plaza, Houston, USA
                                                                                      *Institute of Microbiology, Friedrich Schiller University, 07737 Jena, Germany

                                                                                     Cells Reports (October, 2023) Volume 42, Issue 10113240

Los hongos ambientales y comensales se reconocen cada vez más como factores clave en diversos trastornos inflamatorios crónicos, como el asma, la rinosinusitis crónica (RSC), la aspergilosis pulmonar crónica, el eccema y otras dermatosis pruriginosas, la vaginosis y la colitis. Solo unos pocos cientos de especies de hongos son patógenas para los humanos, siendo Candida albicans uno de los patógenos fúngicos más comunes que causan diversas infecciones.
C. albicans, junto con otras especies de Candida estrechamente relacionadas que son patógenas para los humanos, es un miembro comensal de la microbiota humana, pero produce infecciones mucosas y sanguíneas oportunistas graves, especialmente en el contexto de inmunodeficiencias. De particular preocupación es la micosis cerebral por C. albicans, la forma más común de cerebritis fúngica, que se desarrolla como secuela de la sepsis aguda, especialmente en el período perinatal y como complicación de los cuidados intensivos. La sepsis de cualquier etiología es un factor de riesgo tanto para la mortalidad intrahospitalaria como para la demencia que surge como complicación de una enfermedad crítica.
También se ha detectado C. albicans en el cerebro de pacientes con enfermedad de Alzheimer (EA) y otros trastornos neurodegenerativos crónicos que carecen de características evidentes de enfermedad aguda, como fiebre, alteración repentina del estado mental, cefalea y leucocitosis.⁸ Si bien esto implica que la cerebritis por C. albicans no induce inmunidad esterilizante en el cerebro, lo que lleva a una persistencia a largo plazo, hemos demostrado previamente que la cerebritis aguda leve por C. albicans se resuelve completamente en ratones sanos y asintomáticos después de 10 días.
Los hongos son reconocidos inmunológicamente por receptores presentes especialmente en las células fagocíticas (neutrófilos, macrófagos, células dendríticas) como Dectin1-3, receptores tipo Toll 2/4, galectina-3 y DC-SIGN, que se unen a los ligandos fúngicos β-glucano, quitina, β-manosa y N/O-manosa, respectivamente. Este reconocimiento promueve respuestas inmunitarias fagocíticas, de péptidos antimicrobianos, oxidativas, del inflamasoma y adaptativas que resuelven eficazmente la mayoría de las infecciones agudas. C. albicans es reconocido específicamente mediante la detección de la toxina peptídica secretada candidalisina, que, en el contexto de la micosis aguda de las vías respiratorias, es detectada por el receptor GP1bα expresado en plaquetas para promover la liberación de la proteína antagonista de la vía Wnt dickkopf-1 (Dkk), que impulsa las respuestas antifúngicas Th2 y Th17. Sin embargo, durante la micosis cerebral aguda de bajo grado causada por C. albicans, no se detectan macrófagos, neutrófilos ni linfocitos convencionales en el cerebro del ratón. En cambio, las células fúngicas se ven rodeadas por células microgliales altamente activadas que forman granulomas gliales inducidos por hongos (FIGG), los cuales coordinan la eliminación del hongo mediante mecanismos aún desconocidos. Además, se desconoce cómo C. albicans ingresa al cerebro, un paso inicial necesario para la micosis cerebral.
Demostramos que las proteinasas aspárticas secretadas (Saps), especialmente Sap2, de C. albicans degradan las proteínas de las uniones estrechas endoteliales para permitir la invasión cerebral. Sin embargo, una vez en el parénquima cerebral, las Saps escinden la proteína precursora amiloide (APP) expresada neuronalmente en péptidos similares al péptido beta-amiloide (Aβ), que se unen al receptor tipo Toll 4 (TLR4) para activar las células microgliales. Demostramos además que la candidalisina secretada por C. albicans es un segundo activador importante de la microglía mediante su unión a la integrina CD11b, y que la incapacidad de reconocer la candidalisina en ratones, al abolir la interacción CD11b-candidalisina, resulta en una infección cerebral prolongada. Por lo tanto, las proteínas Saps de C. albicans y la candidalisina son fundamentales en la patogénesis de la micosis cerebral causada por C. albicans.

Discusión

A pesar de ser reconocido como uno de los patógenos humanos más importantes y de los avances cruciales en el conocimiento de los mecanismos por los cuales C. albicans causa enfermedad a través de factores de virulencia como las proteínas Sap y la candidalisina, los principales mecanismos inmunitarios de los mamíferos que controlan las infecciones por C. albicans aún no se comprenden completamente. Hemos demostrado que las proteínas Sap de C. albicans median la entrada de células fúngicas transportadas por la sangre al parénquima cerebral del ratón. Tras este evento patológico, la microglía cerebral reconoce los péptidos Aβ generados por la escisión de la APP mediada por las proteínas Sap a través de TLR4 para activar respuestas antifúngicas. Además, hemos demostrado que la candidalisina secretada por C. albicans se une a CD11b en las células microgliales para impulsar también la inmunidad antifúngica innata. Los ratones incapaces de reconocer C. albicans a través de CD11b mostraron una incapacidad prolongada para eliminar el hongo del cerebro. Además de las vías genéricas de detección de hongos que probablemente operan simultáneamente, incluyendo el reconocimiento de β-glucano por la dectina 1 y de residuos de manano por TLR2/4, receptores de manosa, dectina 2/3, galectina 3 y DC-SIGN, las vías inmunitarias antifúngicas específicas de C. albicans, basadas en Aβ-TLR4 y candidalisina-CD11b, fueron altamente efectivas para resolver la cerebritis aguda por C. albicans. A pesar de estas robustas vías antifúngicas, C. albicans es capaz de persistir en múltiples órganos, incluyendo el cerebro humano, potencialmente de por vida. Por lo tanto, comprender cómo C. albicans persiste in vivo a pesar de la inmunidad esterilizante altamente efectiva que opera al menos en el cerebro de ratones no senescentes permitirá mejorar los enfoques preventivos y terapéuticos contra este importante patógeno fúngico. Aunque Sap2 es indispensable para que C. albicans atraviese la barrera hematoencefálica (BHE), otras Saps (es decir, Sap1, Sap3 y Sap4-6) participan en este proceso, lo que indica que la acción sinérgica de múltiples Saps permite la entrada rápida de C. albicans al cerebro del ratón. La translocación a través de la barrera probablemente se deba a la capacidad de las Saps para degradar proteínas de las uniones estrechas, como la E-cadherina en la cavidad oral y la ocludina-1 presente en la BHE. Una vez dentro del cerebro, las Saps pueden actuar sobre la APP, una proteína de membrana expresada en muchos tejidos y concentrada en las sinapsis neuronales. Por lo tanto, las Saps son similares a las β- y γ-secretasas que median la escisión intrínseca de la APP, ya que tanto las enzimas de ratón como las humanas son proteinasas de la clase aspártica que funcionan de manera óptima a pH ácido (pH 3,5-6). Se sabe que C. albicans genera micronichos ácidos durante la infección, lo que debería facilitar la actividad óptima de la Sap, necesaria para la translocación a la barrera hematoencefálica y la escisión de la APP.
Las Sap son proteinasas extraordinariamente potentes, capaces de hidrolizar completamente muchas proteínas; sin embargo, nuestros hallazgos indican que la APP constituye una notable excepción, ya que la región Aβ es resistente a la hidrólisis por Sap. Esta resistencia in vivo podría deberse, en parte, a que esta región se encuentra parcialmente contenida dentro de la membrana neuronal, protegiéndola así del ataque proteolítico. No obstante, la resistencia a la proteólisis persiste cuando la APP recombinante, no asociada a membranas, se incuba con Sap, lo que indica que la resistencia a la proteólisis es una característica intrínseca de la región Aβ. Además, la capacidad de C. albicans para penetrar y alterar las membranas de las células huésped indica que la APP completa estaría disponible para la proteólisis por parte de C. albicans in vivo. La liberación proteolítica de péptidos inmunoestimulantes similares al Aβ podría haber evolucionado como un centinela en el contexto de la invasión cerebral por C. albicans y posiblemente otros organismos altamente proteolíticos para alertar al sistema inmunitario innato a través de TLR4. Esta posibilidad cobra mayor fuerza dado que demostramos previamente que el fibrinógeno en las vías respiratorias cumple una función inmunoestimulante crucial, también a través de CD11b y TLR4, en el contexto de la micosis de las vías respiratorias causada por hongos filamentosos. El fibrinógeno no puede cumplir la misma función en el contexto de la enfermedad de las vías respiratorias o del cerebro por C. albicans porque es completamente degradado por las savias de C. albicans, lo que impide la liberación de péptidos inmunorrelacionados generados por las proteinasas del moho, menos potentes.
No podemos asegurar si los péptidos similares a Aβ generados por Sap son idénticos a los péptidos Aβ endógenos resultantes de la acción secuencial de las β- y γ-secretasas.
Sin embargo, las observaciones de que los péptidos similares a Aβ dependientes de C. albicans:
   (1) se agregan directamente sobre las células fúngicas en el centro de los FIGG, incluso en ratones BACE−/−,
   (2) se detectan fácilmente mediante inmunología con anticuerpos dirigidos contra los péptidos Aβ,
   (3) se unen a TLR4 y activan la actividad antifúngica microglial de forma similar a los péptidos Aβ40 y Aβ42, proporcionan evidencia
        sólida de que los péptidos similares a Aβ son muy parecidos, y probablemente idénticos, a los péptidos Aβ canónicos.
Proponemos que los agregados de Aβ cerebrales que caracterizan diversas afecciones neurodegenerativas asociadas a Candida, como la enfermedad de Alzheimer, la enfermedad de Parkinson y otras, podrían ser el resultado de la acción tanto de proteinasas fúngicas como intrínsecas.
La candidalisina es un factor de virulencia crítico de C. albicans, como lo demuestran los múltiples receptores de mamíferos que han evolucionado para reconocer la actividad de la toxina peptídica, como el receptor del factor de crecimiento epidérmico (EGFR), o la toxina misma, como GP1bα y CD11b (este estudio). La interacción directa de GP1bα y CD11b con la candidalisina promueve respuestas antifúngicas potentes a través de los sistemas inmunitarios adaptativo e innato, respectivamente. Junto con nuestro hallazgo previo de que la inmunidad antifúngica contra el hongo filamentoso Aspergillus niger se coordina mediante el reconocimiento del fibrinógeno activado proteolíticamente por CD11b en macrófagos, nuestros resultados enfatizan la importancia de CD11b como sensor inmunitario capaz de detectar múltiples ligandos derivados de hongos para coordinar la inmunidad antifúngica. A pesar de la eficacia de los mecanismos inmunitarios dependientes de Aβ-TLR4 y candidalisina-CD11b, como se muestra aquí, y del papel dominante que desempeña C. albicans en la determinación de respuestas inmunitarias humanas eficaces contra diversos hongos, la paradoja crítica aún sin resolver de las infecciones por C. albicans es la capacidad del hongo para persistir in vivo a pesar de la existencia de respuestas inmunitarias esterilizantes robustas en sitios como el cerebro y otros. La persistencia in vivo de C. albicans en el cerebro podría deberse a la inmunosenescencia, como lo demuestra la deficiencia de CD11b; la reactivación de la infección desde un estado latente o un sitio privilegiado que impide la detección inmunitaria; la reinfección frecuente dada la ubicuidad de C. albicans en las poblaciones humanas; y, probablemente, a los tres mecanismos combinados.
Por lo tanto, es fundamental aclarar estas cuestiones para comprender la amenaza a largo plazo que C. albicans representa para la salud humana y el posible papel de este hongo en los trastornos neurológicos.

Limitaciones del estudio

La mayor parte del trabajo presentado en este estudio se realizó mediante experimentos in vitro y en ratones, que no reproducen de forma perfecta los tejidos, el metabolismo ni la fisiología humanos. Por lo tanto, se desconoce la relevancia de estos hallazgos para las infecciones humanas causadas por C. albicans y hongos relacionados, y específicamente para enfermedades neurodegenerativas humanas como la enfermedad de Alzheimer.
Experimentalmente, si bien los experimentos in vivo con ratones TLR4−/− y CD11b−/− mostraron una eliminación cerebral más lenta de C. albicans, similar a la observada en ratones APP−/− y ratones de tipo silvestre a los que se les administró C. albicans ece1Δ/Δ, es posible que otras vías moleculares, que potencialmente incluyen otros TLR, estén implicadas en esta compleja respuesta inmunitaria y merecen un estudio más profundo.
Además de la interacción entre la candidalisina y el CD11b, nuestro ensayo de precipitación in vitro mostró afinidad de la candidalisina por el CD11c, aunque no se observó interacción alguna en nuestro ELISA comparativo. Esto sugiere que, bajo ciertas condiciones, la candidalisina también podría unirse a CD11c.
Si bien utilizamos tres anticuerpos anti-CD11c diferentes en nuestro ensayo de fungistasis, ninguno de los cuales inhibió la eliminación de hongos, no se ha demostrado que ninguno de ellos bloquee funcionalmente CD11c, lo que impide extraer conclusiones definitivas sobre su eficacia neutralizante en este ensayo.