Hialuronidasa

Por Elsa Martín y Paula Nieves, Biología Sanitaria, UAH.

RESUMEN

La hialuronidasa es una proteína que degrada el ácido hialurónico teniendo múltiples aplicaciones en dermatología, oftalmología…

INTRODUCCIÓN

La hialuronidasa es una proteína que degrada el ácido hialurónico, y, por tanto, participa en la deshidratación. La degradación del ácido hialurónico promueve la difusión de los fluidos inyectados facilitando su absorción.

Se encuentra de forma natural en el acrosoma de espermatozoides para perforar la capa protectora más externa del óvulo en la fecundación. Además, es usada por bacterias patógenas y algunos tumores cutáneos para mejorar su extensión e infiltración en los tejidos. Por otro lado, es uno de los principales componentes de los venenos de muchas serpientes, escorpiones, abejas y avispas.

Imagen de la molécula de hialuronidasa, basada en el código 1FCQ de PDB.

UN POCO DE HISTORIA

En 1934 fue la primera vez que se aisló el ácido hialurónico de muestras de humor vítreo y de cordón umbilical de humanos. Fue obtenida por Karl Meyer y John Palmer. En 1950 se halló la constitución química.

Descubrieron entonces que la molécula estaba compuesta por dos macromoléculas de azúcar, una de las cuales era el ácido urónico. Tras el hallazgo, se decidió darle el nombre de ácido hialurónico, que deriva de los términos hialoide (vítreo) y ácido urónico.

El ácido hialurónico fue utilizado por primera vez en 1942 para usos comerciales. El científico Endre Balazs utilizó las técnicas de Meyer y planteó su primer uso como sucedáneo de la clara de huevo en los productos de pastelería. Él es quien ha realizado la mayoría de los descubrimientos en relación al ácido hialurónico en los últimos 50 años.

Francesc Duran i Reynals fue la primera persona en identificar la actividad enzimática de la hialuronidasa, la cual denominó como ‘Factor T’. Éste tenía la capacidad de promover la difusión que, experimentalmente, observó en pruebas en tejidos de conejos. Después de su descubrimiento, más de 70 años después se encontró el gen humano de la hialuronidasa PH20, hecho que llevó al desarrollo de la hialuronidasa humana recombinante rHuPH20. Hoy en día, son las preparaciones hialuronidasa recombinante ovina, bovina y humana las usadas en el ámbito de la medicina.

La hialuronidasa se halla en múltiples lugares del organismo humano y de los animales, ya sea en mayor o menor proporción. Se encuentra en casi todos los órganos de los mamíferos, pero es el testículo el que posee una mayor concentración, y más todavía, el semen. La función de la presencia de hialuronidasa en el semen es la liberación del óvulo de su envoltura, motivando así la fecundación.

ESTRUCTURA Y MECANISMO

El ácido hialurónico es el principal componente del tejido conectivo esponjoso. Por otro lado, es un glicosaminoglicano de alto peso molecular compuesto por ácido glucurónico y N-acetil-D-glucosamina, que se repiten formando el polisacárido. El ácido glucurónico es hidrofílico (polar) debido a que el grupo carboxilo contiene dos átomos de oxígeno electronegativos, los cuales atraen a los átomos de hidrógeno del agua. La N-acetil-D-glucosamina le proporciona estructura. Esta molécula, por tanto, presenta una alta densidad de carga negativa, por lo que le permite capturar cationes como el sodio o el potasio.

Este compuesto es comúnmente utilizado en retoques estéticos, para los cuales se busca disminuir su solubilidad en agua y aumentar, por lo tanto, el tiempo de duración del relleno. Por ello, se crean enlaces cruzados a partir de agregar grupos hidroxilo, de manera que a mayor número de enlaces la solubilidad va a disminuir.

La hialuronidasa es inactivada a temperaturas superiores a 57º centígrados y a un pH superior a 7.5 e inferior a 4. Esta es destruida por la acción de los rayos X, rayos ultravioleta, tripsina o pepsina y por la acción de productos químicos como yodo, formol, etc. Además, es soluble en agua, pero insoluble en alcohol y en otros disolventes orgánicos.

En la degradación del ácido hialurónico (glicosaminoglicano, GAG) se va a separar el C1 de la molécula  N-acetil-β-D-glucosamina y el C4 del ácido D-glucurónico.

Imagen de la hialuronidasa unida por su centro activo a un tetrámero de ácido hialurónico, basada en el código 1FCV de PDB.
En amarillo el enlace C1-C4. Componentes del ácido hialurónico: en verde el ácido D-glucurónico, en rojo la N-acetil-β-D-glucosamina

Los cambios en la naturaleza molecular de los glicosaminoglicanos inducen a diferentes enfermedades del tejido conectivo, como por ejemplo, la Artritis Reumatoide; la cual está correlacionada con un aumento de la concentración de hialuronidasa ya que la enfermedad progresa con la degradación de ácido hialurónico.

Los distintos tipos de hialuronidasa (enzimas) tienen un papel importante en la introducción del veneno a través de los tejidos; van a causar daño a la matriz extracelular activando las metaloproteinasas, que son las principales degradadoras de colágeno.

La acción fundamental de la hialuronidasa sobre los tejidos es aumentar su permeabilidad y disminuir la viscosidad de los líquidos que inyectemos, y como consecuencia de ambas propiedades, facilita la difusión y paso a la sangre de los líquidos.

TIPOS DE HIALURONIDASAS

Se pueden diferenciar 3 tipos de hialuronidasas:

  • En el primer grupo se encuentran las hialuronato-4-glicanohidrolasas o endo-ß-N-acetil-hexosaminidasas que degradan no solo el ácido hialurónico, sino también los condroitín sulfato (A y C).
  • El segundo grupo lo conforman las hialuronato-3-glicanohidrolasas o endo-ß-glucoronidasas. Estas tienen la capacidad de producir tetra y hexasacáridos partiendo del ácido hialurónico.
  • En el tercer grupo se hallan las hialuronato liasas o endo-ß-N-acetil-hexosaminidasas, las cuales producen disacáridos.
Imagen de la estructura de las hialuronato liasas junto con dos disacáridos de AH en magenta y verde, basada en el código 1C82 de PDB.

Las hialuronidasas que vienen de venenos de serpientes van a constituir un grupo especial ya que forman parte del primer grupo, pero no son capaces de degradar otro sustrato distinto al ácido hialurónico.

APLICACIÓN BIOMÉDICA

Tras múltiples investigaciones se ha constatado la presencia de la hialuronidasa-1 en extractos de tejidos tumorales. Fueron Harris y Harris, Duran-Reynals, Dux, Guerin y Lacour los investigadores que demostraron este hecho.

La estructura de esta hialuronidasa-1 está compuesta por dos dominios muy asociados. Un dominio catalítico que se adapta al modelo de hialuronidasa obtenida del veneno de abeja, y un dominio del tipo factor de crecimiento epidérmico (EFG). En cuanto a su plegamiento, el dominio EFG es idéntico en las cuatro isoformas de su splicing alternativo, mientras que el dominio catalítico es propenso a desnaturalizarse. Así, las distintas variantes compiten por la funcionalidad de la enzima completa, regulando la actividad de células sanas o actuando en la proliferación del cáncer, enfermedades inflamatorias.

Imagen de hialuronidasa-1 humana, en morado el dominio catalítico, en negro el dominio EFG; basada en el código 2PE4 de PDB.

En 1951, Benzer, mostró los resultados que obtuvo en el tratamiento con hialuronidasa en los casos de inflamación y edema postoperatorio en cirugía bucal.

Por último, no podemos olvidar la importancia que tiene la hialuronidasa en el mundo de la cosmética. Conforme aumenta la edad, disminuye la elasticidad de la piel debido al incremento de actividad de elastasas, hialuronidasas y metaloproteinasas, las principales degradadoras de la matriz extracelular. No obstante, es necesaria tanto en tratamientos de celulitis, aumentando la absorción de sustancias lipolíticas como la fosfatidilcolina y la carnitina; como en correcciones de exceso de ácido hialurónico en retoques estéticos, ya que es más rápido que esperar a que sea absorbido por nuestro propio organismo.

EXPERIMENTO

Las aplicaciones de esta enzima son muy elevadas, teniendo uno de sus papeles más importantes en la inmunoterapia.

Pongámonos en contexto primero. Los pacientes con inmunodeficiencias primarias deben seguir un tratamiento de administración de inmunoglobulinas G (IgG), normalmente por vía intravenosa (IGIV) y, por tanto, debía darse en un hospital con monitorización. Este tratamiento, por otro lado, ha provocado reacciones como nauseas, dolor de cabeza, mialgia, deficiencia renal, hipertensión, etc. Esto implica consecuencias claras como la necesidad de atención médica, las instalaciones, etc., pero además podía suponer un problema para personas con venas poco accesibles, con problemas circulatorios o que no fueran capaces de soportar el método intravenoso. Por estos motivos, se planteó una nueva forma que se llevaría a cabo por infusión subcutáneamente (IGSC), lo que supondría poder realizar el tratamiento desde casa, y, por consiguiente, siendo muchísimo más práctico.

¿Dónde está el problema entonces? Las dosis administradas subcutáneamente son mucho más tediosas. La cantidad inyectada va a estar limitada por las características del ácido hialurónico de la matriz extracelular que oponen resistencia a su difusión hasta el sistema circulatorio; apareciendo, por tanto, signos de hinchazón. Aquí es donde interviene nuestra querida hialuronidasa. Se constató que, la infusión IGSC facilitada por la hialuronidasa humana recombinante rHuPH20 (IGHy), podía ser tolerada a intervalos de volúmenes equivalentes a la infusión IGIV. Es decir, combinar una primera inyección de la hialuronidasa y, posteriormente, proceder a la infusión subcutánea ya mencionada.

AUC: Area under the concentration versus time curve (Imagen tomada de la fuente [5])

Se llevaron a cabo los tres tratamientos (IGIV, IGSC e IGHy) en un mismo paciente y se obtuvieron los resultados de esta tabla sobre la concentración de IgG en el organismo del paciente a lo largo del tiempo. Así, se estudiaron, la infusión IGIV, la infusión IGSC mediante una dosis del 10% cada semana, hasta ser un 143% de la concentración de la dosis de IGIV, y la IGHy al 104% de la dosis de IGIV. Estos datos revelan la semejanza entre la eficacia de los tratamientos, al obtener concentraciones de IgG, tras 4 semanas de los tratamientos, bastante parecidas. Esto supone una ventaja clara de la infusión IGHy capaz de conseguir los resultados de la infusión IGIV y IGSC, evitando sus grandes inconvenientes.

Se probaron otras estrategias sobre la infusión IGSC, como el aumento de la concentración de las dosis ya que se demostró que se evitan en parte las restricciones de la matriz extracelular, pero una vez más se limita el volumen que podemos inyectar. Entonces, también se podría aumentar la frecuencia y el número de dosis, sin embargo, la ventaja que conseguíamos subcutáneamente de las facilidades de administración en casa, la perdemos con el esfuerzo que debemos invertir en el gran incremento del número de dosis.

Por tanto, el método más efectivo encontrado sería la preinfusión de rHuPH20 que disminuye la viscosidad que aporta el ácido hialurónico y facilita un camino a la infusión de IgG, permitiendo su fluidez hasta el sistema circulatorio. Se ha evaluado su buena tolerancia y su seguridad, y se ha comprobado que tiene un tiempo de absorción medio total de 30 minutos, detectándose en la sangre ya al minuto de su administración.

Por todas estas razones, con todos los resultados favorables del estudio, se aprobó la infusión de IGHy en 2013 por la Agencia Europea de Medicamentos, siendo el método preferido para la terapia de IgG. Por otro lado, como es lógico, la aplicación de rHuPH20 también es utilizada en otras áreas terapéuticas como la oncología o la endocrinología, o junto con analgésicos narcóticos.

Imagen tomada de la fuente [5]

CONCLUSIÓN

La hialuronidasa, como se ha podido comprobar a lo largo de la historia, nos ha servido como medio para aumentar la fluidez de los fluidos biológicos y, de esta manera, tener múltiples aplicaciones en diferentes sectores como la dermatología. Resulta ser una proteína de gran importancia en numerosos tratamientos médicos relativamente recientes debido a sus propiedades y quién sabe en cuántos más en el futuro.

REFERENCIAS

[1] Caballero, A. B., Rivero, C. M., Rosas, F. P., Sifontes, S. S. L., & Giansante, E. (2019). Hialuronidasa. Uso e indicaciones en dermatología. Dermatología Venezolana57(2). esta página era de ejemplo de césar

[2] Buhren, B. A., Schrumpf, H., Hoff, N. P., Bölke, E., Hilton, S., & Gerber, P. A. (2016). Hyaluronidase: from clinical applications to molecular and cellular mechanisms. European journal of medical research21(1), 1-7.

[3] Sgariglia, M. A., Soberón, J. R., Sampietro, D. A., Quiroga, E. N., & Vattuone, M. A. (2007). Actividad inhibitoria de hialuronidasa en extractos de Caesalpinia paraguariensis (D. Parodi) Burk.(Fabaceae). Boletín Latinoamericano y del Caribe de Plantas Medicinales y Aromáticas6(5), 274-275.

[4] Ludeña, J. G. (1958). ORIGINALES: La hialuronidasa. Estudio farmacológico experimental y aplicaciones terapéuticas. In Anales de medicina y cirugía (pp. 343-373).

[5] Wasserman, R. L. (2014). Overview of recombinant human hyaluronidase-facilitated subcutaneous infusion of IgG in primary immunodeficiencies. Immunotherapy6(5), 553-567.

[6] Delgadillo Arone, J. C. (2019). Caracterización bioquímica, biológica, molecular y funcional de la enzima hialuronidasa del veneno de la serpiente peruana Bothrops atrox “Jergon de la Selva”.

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