Ácido heneicosapentaenoico (HPA) como biomarcador y molécula efectora terapéutica en el tratamiento de la Enfermedad de Alzheimer

Abstract

[spa] La enfermedad de Alzheimer (EA) constituye la enfermedad neurodegenerativa más común en personas mayores y aún carece de una terapia eficaz. La prevalencia creciente de la EA en personas de edad avanzada (entre 60 y 80 años), combinada con el aumento progresivo de la esperanza de vida y el envejecimiento poblacional, la convierten en uno de los desafíos más apremiantes en el ámbito de la salud. Aunque la causa exacta de la enfermedad, probablemente de origen multifactorial, aún no se comprende completamente.

En años recientes, se ha establecido una conexión entre el desarrollo de la EA y cambios lipídicos, especialmente la disminución de los ácidos grasos poliinsaturados omega-3, como el ácido docosahexaenoico (DHA). Ensayos en modelos animales han generado expectativas prometedoras sobre el uso de DHA como tratamiento. Sin embargo, los ensayos clínicos en pacientes con EA no han arrojado resultados concluyentes sobre su eficacia farmacológica.

Recientemente, se ha reconocido la importancia de las neuroprotectinas, derivados hidroxilados naturales del DHA, como lípidos bioactivos que influyen en el sistema nervioso. En este contexto, presentamos el ácido 2-hidroxi-docosahexaenoico (DHA-H), un ácido graso hidroxilado sintético con similitudes estructurales con el DHA, así como el ácido heneicosapentaenoico (HPA), un ácido graso poliinsaturado generado tras la metabolización del DHA-H. Ambos buscan restablecer el equilibrio lipídico en el cerebro como posible terapia para la EA.

Al administrar DHA-H a cultivos celulares, se demostró que se metaboliza a HPA vía α-oxidación, acumulándose en mayor medida que el DHA-H. Ambas moléculas presentaron un papel neuroprotector frente a estímulos excitotóxicos. La incorporación de DHA-H a las células fue significativamente menor en comparación con el DHA no hidroxilado. Además, el perfil de los principales ácidos grasos en los cultivos celulares no se alteró significativamente tras la administración de DHA-H, excepto para el propio DHA-H y su metabolito HPA.

En ratones transgénicos modelos de EA (5xFAD), la administración de DHA-H resultó en niveles superiores de HPA en muestras plasmáticas en comparación con los niveles de DHA-H. Sin embargo, no se detectaron niveles de DHA-H en muestras cerebrales en ratones 5XFAD o ratas Wistar que recibieron hasta 40 veces la dosis terapéutica establecida en ratones. Por otra parte, los niveles cerebrales de HPA se correlacionaron positivamente con mejoras cognitivas en los animales 5xFAD tras la administración de DHA-H durante 4 meses.

Para indagar en los mecanismos moleculares implicados en el efecto terapéutico de DHA-H, se recurrió a un modelo in silico que predijo distintas dianas moleculares para DHA-H y HPA, identificando al receptor nuclear PPARg (Peroxisome Proliferator-Activated Receptor) como uno de los principales candidatos. La actividad de PPARg aumentó en cultivos celulares al incorporar varios ácidos grasos poliinsaturados. La resonancia plasmogénica de superficie confirmó la interacción específica de PPARg con DHA-H y HPA. El tratamiento con DHA-H y DHA en ratones 5xFAD, así como en cultivos celulares, demostró una reducción en los niveles de C99, sAPPβ y beta-amiloide derivados del procesamiento amiloidogénico de la Proteína Precursora del Amiloide (APP). La inhibición de PPARg con GW9662 no inhibió la disminución mediada por DHA-H de dichos fragmentos. Finalmente, PPARg no mostró un incremento de su actividad en muestras cerebrales de animales tratados con dosis terapéuticas de DHA-H, pero sí mostró un aumento en animales tratados a dosis superiores, demostrando que el efecto terapéutico de DHA-H puede ser independiente de PPARg.

[cat] La malaltia d'Alzheimer (MA) constitueix la malaltia neurodegenerativa més comuna en persones majors i encara manca d'una teràpia eficaç. La prevalença creixent de la MA en persones d'edat avançada (entre 60 i 80 anys), combinada amb l'augment progressiu de l'esperança de vida i l'envelliment poblacional, la converteixen en un dels desafiaments més urgents en l'àmbit de la salut. Encara que la causa exacta de la malaltia, probablement d'origen multifactorial, encara no es comprèn completament.

En anys recents, s'ha establert una connexió entre el desenvolupament de la MA i canvis lipídics especialment la disminució dels àcids grassos poliinsaturats omega-3, com l'àcid docosahexaenoic (DHA). Els assajos en models animals han generat expectatives prometedores sobre l'ús de DHA com a tractament. No obstant això, els assajos clínics en pacients amb EA no han obtingut resultats concloents sobre la seva eficàcia farmacològica.

Recentment, s'ha reconegut la importància de les neuroprotectines, derivats hidroxilats naturals del DHA, com a lípids bioactius que influeixen en el sistema nerviós. En aquest context, presentem l'àcid 2-hidroxi-docosahexaenoic (DHA-H), un àcid gras hidroxilat sintètic amb similituds estructurals amb el DHA, així com l'àcid heneicosapentaenoic (HPA), un àcid gras poliinsaturat generat després de la metabolització del DHA-H. Tots dos busquen restablir l'equilibri lipídic en el cervell com a possible teràpia per a la MA.

En administrar DHA-H a cultius cel·lulars, es va demostrar que es metabolitza a HPA via α-oxidació, i acumulant-se en grau més alt que el DHA-H. Totes dues molècules van presentar un paper neuroprotector enfront d'estímuls excitotòxics. La incorporació de DHA-H a les cèl·lules va ser significativament menor en comparació amb el DHA no hidroxilat. A més, el perfil dels principals àcids grassos en els cultius cel·lulars no es va alterar significativament després de l'administració de DHA-H, excepte per al propi DHA-H i el seu metabòlit HPA.

En ratolins transgènics models de MA (5xFAD), l'administració de DHA-H va resultar en nivells superiors de HPA en mostres plasmàtiques en comparació amb els nivells de DHA-H. No obstant això, no es van detectar nivells de DHA-H en mostres cerebrals en ratolins 5xFAD o rates Wistar que van rebre fins a 40 vegades la dosi terapèutica establerta en ratolins. Per altra banda, els nivells cerebrals de HPA es van correlacionar positivament amb millores cognitives en els animals 5xFAD després de l'administració de DHA-H durant 4 mesos.

Per a indagar en els mecanismes moleculars implicats en l'efecte terapèutic de DHA-H, es va recórrer a un model in silico que va predir diferents dianes moleculars per a DHA-H i HPA, identificant al receptor nuclear PPARg (Peroxisome Proliferator-Activated Receptor) com un dels principals receptors candidats. L'activitat de PPARg va augmentar en cultius cel·lulars en incorporar diversos àcids grassos poliinsaturats. La ressonància plasmogènica de superfície va confirmar la interacció específica de PPARg amb DHA-H i HPA. El tractament amb DHA-H i DHA en ratolins 5xFAD, així com en cultius celulars, va demostrar una reducció en els nivells de C99, sAPPβ i beta-amiloide derivats del processament amiloidogènic de la Proteïna Precursora de l'Amiloide (APP). La inhibició selectiva de PPARg mitjançant GW9662 no va inhibir la disminució mediada per DHA-H d'aquests fragments. Finalment, PPARg no va mostrar un increment de la seva activitat en mostres cerebrals d'animals tractats amb dosis terapèutiques de DHA-H, però sí que va mostrar un augment en animals tractats a dosis superiors, demostrant que l'efecte terapèutic de DHA-H pot ser independent de PPARg.

[eng] Alzheimer's disease (AD) is the most common neurodegenerative disease in older adults and still lacks an effective therapy. The increasing prevalence of AD in elderly individuals (between 60 and 80 years old), combined with the progressive rise in life expectancy and population aging, makes it one of the most pressing health challenges. Although the exact cause of the disease, likely of multifactorial origin, is not yet fully understood.

In recent years, a connection has been established between the development of AD and changes in lipids, especially the decrease of omega-3 polyunsaturated fatty acids, such as docosahexaenoic acid (DHA). Trials in animal models have generated promising expectations about the use of DHA as a treatment. However, clinical trials in patients with AD have not produced conclusive results regarding its pharmacological efficacy.

Recently, the importance of neuroprotectins, natural hydroxylated derivatives of DHA, has been recognized as bioactive lipids that influence the nervous system. In this context, we present 2-hydroxy-docosahexaenoic acid (DHA-H), a synthetic hydroxylated fatty acid with structural similarities to DHA, as well as heneicosapentaenoic acid (HPA), a polyunsaturated fatty acid generated after the metabolization of DHA-H. Both aim to restore lipid balance in the brain as a potential therapy for AD.

When administering DHA-H to cell cultures, it was shown that it metabolizes to HPA via α-oxidation, accumulating to a greater extent than DHA-H. Both molecules exhibited a neuroprotective role against excitotoxic stimuli. The incorporation of DHA-H into cells was significantly lower compared to non-hydroxylated DHA. Additionally, the profile of the main fatty acids in the cell cultures was not significantly altered after DHA-H administration, except for DHA-H itself and its metabolite HPA.

In transgenic AD model mice (5xFAD), DHA-H administration resulted in higher levels of HPA in plasma samples compared to DHA-H levels. However, DHA-H levels were not detected in brain samples from 5xFAD mice or Wistar rats that received up to 40 times the therapeutic dose established in mice. On the other hand, HPA brain levels positively correlated with cognitive improvements in 5xFAD animals after DHA-H administration for 4 months.

To investigate the molecular mechanisms involved in the therapeutic effect of DHA-H, an in silico model was used, predicting different molecular targets for DHA-H and HPA, identifying the nuclear receptor PPARg (Peroxisome Proliferator-Activated Receptor) as one of the main candidate receptors. PPARg activity was increased in cell cultures upon incorporating various polyunsaturated fatty acids. Surface plasmogenic resonance confirmed the specific interactions of PPARg with DHA-H and HPA. Treatment with DHA-H and DHA in 5xFAD mice, as well as in cell cultures, showed a reduction in levels of C99, sAPPβ, and beta-amyloid derived from amyloidogenic processing of Amyloid Precursor Protein (APP). Selective inhibition of PPARg by GW9662 did not inhibit the DHA-H-mediated decrease of these fragments. Finally, PPARg did not show an increase in its activity in brain samples from animals treated with therapeutic doses of DHA-H, but it did show an increase in animals treated at higher doses, demonstrating that the therapeutic effect of DHA-H may be independent of PPARg.