Fundamentos Neurocientificos de La Psiquiatria[1]

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Capítulo 1

FUNDAMENTOS NEUROCIENTÍFICOS DE LA PSIQUIATRÍA

JOSEPH T. COYLE, M.D.STEVEN E. HYMAN, M.D.

Durante los últimos 20 años, los avances en la investiga-ción del cerebro se han sucedido a un ritmo rápido y cre-ciente y han alcanzado un punto en que la neurocienciapuede considerarse justificadamente como el fundamentobiomédico de la psiquiatría. El crecimiento logarítmico denuestra comprensión de la organización y el funciona-miento del cerebro ha hecho posible empezar a analizarla conducta a nivel de sistemas celulares y moleculares. Diversas técnicas, como la resonancia magnética, la es-pectroscopia y la tomografía por emisión de positrones,permiten en la actualidad caracterizar las alteraciones estructurales, metabólicas y fisiológicas del cerebro de losenfermos psiquiátricos. Avances paralelos a nivel celular ymolecular nos permitirán definir las bases genéticas de lavulnerabilidad a los trastornos de la conducta y, en últimolugar, determinar los mecanismos moleculares y celularesresponsables de las enfermedades psiquiátricas. Estos pro-gresos están reduciendo la separación cartesiana entre lamente y el cerebro, mejorando nuestra capacidad para co-rrelacionar la experiencia mental con los procesos cere-brales.

La investigación en el campo de la neurociencia ofreceimportantes oportunidades a la psiquiatría para su aplica-ción a la asistencia de los pacientes y, a largo plazo, au-menta la comprensión de la experiencia y conducta hu-manas. Por ello, es esencial para la psiquiatría aprovecharesta área de conocimiento en rápida evolución. Por consi-guiente, el propósito de este capítulo es revisar los aspec-tos moleculares y celulares de la investigación en neuro-ciencia. No es posible, por limitación de espacio, tratar en

profundidad todos los avances acaecidos en la investiga-ción del cerebro; por tanto, hemos preferido abordar lostemas principales y las estrategias más destacadas de la in-vestigación en neurociencia que afectan directamente a lapsiquiatría. Esperamos que esta revisión sirva como funda-mento para comprender la base de los conocimientos ac-tuales y para evaluar de manera crítica el significado quelos progresos futuros puedan tener para la psiquiatría.

ANATOMÍA FUNCIONAL DE LA NEURONA

La neurona es un tipo de célula altamente especializada,tanto desde el punto de vista anatómico como bioquími-co, para llevar a cabo las funciones de procesamiento de lainformación. En el sistema nervioso existen cientos de ti-pos de neuronas, cada uno de los cuales se ocupa de fun-ciones especiales. A diferencia de muchos tipos de células—como las que constituyen el hígado, la epidermis o elsistema hematopoyético, que pueden dividirse en otras cé-lulas durante toda la vida del individuo—, las neuronas nose dividen hasta que no han alcanzado la madurez com-pleta. Esta incapacidad de la mayoría de las neuronas depresentar mitosis posee implicaciones obvias en la irrever-sibilidad de las lesiones del sistema nervioso.

La neurona puede dividirse en cuatro componentesdistintos: el cuerpo celular (o soma), las dendritas, el axón y laterminación presináptica (fig. 1-1). La síntesis de proteínas y

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4 PARTE I. FUNDAMENTOS TEÓRICOS

de otros componentes estructurales de la neurona tienelugar, generalmente, en el soma, aunque existen cada vezmás pruebas de que la síntesis de proteínas también pue-de producirse en las dendritas. Situado en el interior delsoma de la neurona se halla el núcleo, que contiene el ma-terial genético en forma de ácido desoxirribonucleico(DNA). La información para la síntesis de proteínas estácodificada por lo genes que contiene el DNA; esta infor-mación genética se lee mediante un proceso denominadotranscripción, en el cual el DNA sirve como molde para lasíntesis de ácido ribonucleico (RNA). El RNA resultante esentonces procesado para dar lugar a RNA mensajero ma-duro (RNAm), que es transportado del núcleo al cito-plasma del soma. Allí, el RNAm sufre un proceso de tra-ducción a proteínas en unas organelas denominadasribosomas. La alta concentración alrededor del núcleo deeste sistema de síntesis de proteínas a través del RNA ex-plica la presencia de la sustancia de Nissl observada con al-gunas tinciones clásicas de neuronas en el tejido cerebral.La síntesis de proteínas ocurre mayormente en el soma,pero recientemente se han detectado ribosomas activos enlas dendritas, lo que aumenta la posibilidad de que existaun control local de síntesis de proteínas por estímulo neu-ronal. El tamaño del soma de la neurona es aproximada-mente proporcional a la extensión de las proyecciones delas dendritas y los axones de la neurona. Es necesario des-tacar que el soma tan sólo contiene un porcentaje muy re-ducido de volumen neuronal; la parte principal se distri-buye a lo largo del axón y el árbol dendrítico. Por estemotivo, las necesidades metabólicas y sintéticas del somade la neurona son considerables, dado que nutre el restode la neurona. Las proteínas sintetizadas en el interior delsoma son transportadas a lo largo de los axones y dendri-tas por transporte axoplásmico, para reemplazar los com-ponentes inactivados. Por el contrario, los productos resul-tantes del metabolismo de las proteínas estructurales y

metabólicas en los axones y las dendritas son a menudotransportados en sentido inverso al cuerpo celular paraser catabolizados.

El axón es una fina extensión tubular del cuerpo neuro-nal por la que circulan impulsos eléctricos hasta las termi-naciones nerviosas. Las neuronas emiten habitualmenteun solo axón, cuya longitud varía desde menos de 1 mmen las interneuronas hasta más de 1 m en las neuronasmotoras que inervan las extremidades. El axón, cuando seacerca a su campo de inervación, se ramifica en funcióndel número de neuronas con las que establece contacto si-náptico. Algunas neuronas presentan uniones sinápticasmuy restrictivas, mientras que otras, como las dopaminér-gicas nigroestriadas, presentan axones que pueden ramifi-carse enormemente para conectar con millones de neuro-nas en su zona terminal de inervación.

Las dendritas son finas extensiones tubulares múltiplesdel cuerpo celular neuronal, que sirven de estructura pri-maria para la recepción de uniones sinápticas procedentesde otras neuronas. Las neuronas participan generalmenteen la integración de las múltiples aferencias sinápticas. Al-gunas neuronas, como las células de Purkinje en el cere-belo y los componentes del sistema reticular del tronco ce-rebral, que poseen funciones integradoras, presentanárboles dendríticos muy extensos, que reciben aferencias si-nápticas de miles de neuronas.

La sinapsis es una estructura especializada que participaen la transmisión de información de una neurona a otra;la transmisión se efectúa habitualmente mediante mensa-jeros químicos denominados neurotransmisores, aunque enocasiones puede tratarse de mensajeros eléctricos. Desdeel punto de vista estructural, la sinapsis consiste en unaevaginación de la porción terminal del axón de la neuronapresináptica conocida como botón, que se halla finamentesujeta a la membrana de las dendritas de la neurona postsi-náptica adyacente. La membrana dendrítica de la sinapsis

FIGURA 1-1. Representación esquemática de una neurona. Se muestra un canal dependiente de ligandos, posiblemente un receptorde glutamato, que permite la entrada de Na+ en el cuerpo de una neurona. Si el equilibrio de cargas positivas y negativas es adecuadopara despolarizar la neurona hasta llegar al umbral en la región del axón proximal o el cono del axón, los canales de intercambio ióni-co de Na+ se abrirán, generando así un potencial de acción. El potencial de acción se propaga a lo largo del axón debido a la aperturasecuencial de los canales de Na+. Cuando el potencial de acción invade el terminal presináptico, los canales de intercambio iónico deCa++ se abren y la entrada de Ca++ provoca la liberación de neurotransmisores (v. exposición en el texto). La repolarización de la neuro-na es el resultado de la apertura en rápida sucesión de los canales de intercambio iónico de K+ después de la entrada de Na+.

Canal dependiente de ligandos

Dendritas

Na+

Cono del axón

Potencial de acción

Canales de Na+

dependientes del voltaje

Axón

Terminal axónico

Ca++

Na++

CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS NEUROCIENTÍFICOS DE LA PSIQUIATRÍA 5©

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se encuentra repleta de receptores que responden al neu-rotransmisor liberado por el botón terminal de la neuronapresináptica. Ésta contiene numerosas estructuras celula-res que le permiten ser relativamente independiente delcuerpo celular de la neurona desde el punto de vista meta-bólico y funcional. El terminal contiene mitocondrias –lasunidades energéticas de la célula que generan adenosintrifosfato (ATP) a partir del metabolismo aerobio de laglucosa–, enzimas implicadas en la síntesis y degradaciónde neurotransmisores y vesículas de almacenamiento en-cargadas de mantener importantes concentraciones deneurotransmisores en un estado protegido, esperando su li-beración. Cuando el tejido cerebral se homogeneiza demodo experimental en soluciones tampón adecuadas, lasinapsis con el botón terminal y la especialización de lamembrana adyacente postsináptica se separan del restopara formar sinaptosomas. Estas estructuras se han utilizadopara estudiar los aspectos bioquímicos de las funciones si-nápticas, como los tipos y el número de receptores deneurotransmisores hallados en el cerebro.

La propiedad fundamental que permite a las neuronasprocesar la información y las señales es la naturaleza exci-table de su membrana. Esta propiedad deriva de la natura-leza especializada de la membrana: mantiene un gradien-te de voltaje entre el interior de la neurona y el líquidoextracelular, y deja pasar de modo selectivo el flujo de io-nes a ambos lados. Dos tipos de proteínas son los principa-les responsables de regular la distribución de iones y elvoltaje a ambos lados de ésta: las bombas de iones y los cana-les de iones dependientes del voltaje. Atendiendo a la clonaciónmolecular del DNA que codifica para ciertas bombas y ca-nales de iones dependientes del voltaje, parece ser quecada uno representa una familia de genes que deriva deun gen ancestral común. Más importante es que la clona-ción molecular ha iniciado una era de estructura detalla-da, análisis de actividad que probablemente conducirá a lacreación de fármacos neuroactivos mejores y más eficaces.

Las bombas necesarias para establecer el gradiente fi-siológico de iones a ambos lados de la membrana son unabomba dependiente de energía (ATP), la ATPasa sodio-potasio, que extrae dos iones de Na+ fuera de la célula porcada ion de K+ que entra, y bombas que extraen iones deCa++ de la célula. En situación de reposo, hay concentra-ciones relativamente altas de Na+ y Cl– fuera de la célula yconcentraciones relativamente altas de K+ dentro. La fuen-te principal de carga eléctrica negativa del interior de lacélula proviene de los aminoácidos cargados negativamen-te. La membrana se polariza en su totalidad, con una dife-rencia de voltaje a ambos lados de la membrana de alrede-dor de –70 mV con respecto al exterior. Esto se denominapotencial de reposo transmembrana.

Cuando la membrana de la neurona se despolariza has-ta llegar a un voltaje aproximado de –35 mV, se produceun potencial de acción, que representa el disparo celular yque constituye el mecanismo fundamental de la estimula-ción neuronal. Concretamente, a medida que el interior

de la célula se vuelve más positivo, los canales de Na+ de-pendientes del voltaje se abren, permitiendo a los ionespositivos penetrar en el interior de la célula (fig. 1-1). El potencial de acción representa la extensión de la despola-rización por la apertura vectorial de los canales de Na+ de-pendientes del voltaje. Debido a que cada canal de Na+

que se abre en sucesión proporciona la carga positiva quehace que el siguiente segmento del axón alcance el um-bral de apertura de estos canales, el potencial de acción esautorregenerador, y una vez ha empezado, se propaga a lolargo del axón sin detenerse. Al llegar al terminal presi-náptico, el potencial de acción provoca la apertura de loscanales de Ca++ dependientes del voltaje de aquella zona(denominados canales de Ca++ tipo N, en contraposicióncon los canales tipo L bloqueados por los antagonistas delos canales Ca++ tipo verapamilo, utilizados en clínica). Laentrada de los iones de Ca++ inicia una serie de procesosbioquímicos complejos que causan una fusión de las vesí-culas que contienen neurotransmisores con la membranapresináptica y, por tanto, liberan su contenido en la sinap-sis, permitiendo la transmisión sináptica. Dado que la en-trada de cargas positivas despolariza la membrana, acer-cando la neurona al umbral del potencial de acción, losreceptores de neurotransmisores que permiten la entradade cationes como el Na+ y el Ca++ son excitadores, y los quecausan la entrada de aniones como el Cl– o la salida de ca-tiones como el K+ son inhibidores.

Las dendritas y los cuerpos celulares suman continua-mente los potenciales de las aferencias excitadoras e inhi-bidoras, con el fin de determinar si una neurona generaráun potencial de acción. La inervación de la neurona no esaleatoria, sino que se halla altamente organizada. Las afe-rencias de tipo excitador se concentran habitualmente enel extremo distal de las dendritas, mientras que las de tipoinhibidor se localizan principalmente en el extremo proxi-mal de las dendritas, alrededor del soma. Esta distribuciónespacial significa que las aferencias inhibidoras desempe-ñan un papel predominante al determinar la generaciónde un potencial de acción. Dado que este tipo de poten-cial se autorregenera, la decisión de «disparar» un poten-cial de acción es un proceso de «todo o nada». Cuando elequilibrio se decanta hacia la despolarización adecuada enla región del axón proximal (es decir, el cono del axón),en donde la densidad de canales de Na++ dependientes delvoltaje es alta, se genera un potencial de acción (fig. 1-1).

NEUROTRANSMISORES

Aunque a menudo no se aprecia, pero no por ello re-sulta inadecuado, la psiquiatría, la especialidad médicaque se ocupa de muchos aspectos de la comunicación, fo-mentó la mayor parte de la investigación sobre los meca-nismos de la comunicación química entre neuronas. Demodo notable, poco después del descubrimiento de la


existencia de neurotransmisores en el cerebro, Smythessugirió que la esquizofrenia aparecía como consecuenciade una alteración en el metabolismo del neurotransmisoradrenalina, que generaría un metabolito psicomiméticodenominado «adrenocromo». Aunque esta hipótesis nopudo probarse, originó en la década de los años sesenta larealización de estudios que caracterizaron la disposiciónmetabólica de las catecolaminas cerebrales. Más reciente-mente, los esfuerzos por comprender la comunicaciónneuronal en el cerebro han llevado a identificar diversassustancias que actúan como neurotransmisores. Pero amediados de los años sesenta, solamente un grupo muydeterminado de sustancias satisfacían todos los criteriospara ser un neurotransmisor cerebral. El término putativose refiere a que es muy difícil satisfacer todos los criteriospara que una sustancia se considere sin lugar a dudas unneurotransmisor cerebral (tabla 1-1). En la última década,el número de neurotransmisores putativos ha aumentadoaproximadamente 10 veces (tablas 1-2 y 1-3). Además, cadavez está más claro que la mayoría de las neuronas liberanmás de un neurotransmisor, a menudo una pequeña mo-lécula neurotransmisora y uno o más péptidos.

La siguiente exposición se centra en ejemplos represen-tativos de los dos tipos principales de neutransmisores enel cerebro: los neurotransmisores de pequeño tamaño«clásicos», como la noradrenalina, que se sintetizan local-mente en las terminales nerviosas, y los neurotransmisoresneuropéptidos, como las endorfinas, sintetizadas en elsoma. Para más detalles, veáse Hyman y Nestler (1993) yCooper y cols. (1991).

CATECOLAMINAS

El sistema de neurotransmisores mejor caracterizadodesde el punto de vista de la síntesis, almacenamiento, libe-ración y metabolismo es el sistema catecolaminérgico. Losprincipios establecidos para la neurotransmisión catecola-minérgica periférica y central presentan una aplicabilidadgeneral a otros sistemas de neurotransmisores clásicos. Losneurotransmisores catecolaminérgicos comprenden la do-pamina, la noradrenalina y la adrenalina. A pesar de quecada uno actúa como neurotransmisor, todos ellos formanparte de una misma ruta biosintética (fig 1-2). Las enzimas

TABLA 1-1. Criterios que debe cumplir un neurotransmisor

La neurona contiene la sustanciaa

La neurona sintetiza la sustanciaa

La neurona libera la sustancia en la despolarizacióna

La sustancia es fisiológicamente activa en las neuronasa

La respuesta fisiológica postsináptica a la sustancia es idéntica ala del neurotransmisor liberado por la neurona

aTodas las sustancias citadas en las tablas 1-2 y 1-3 cumplen este crite-
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responsables de la síntesis de catecolaminas se sintetizanen el soma de la neurona y se transportan a lo largo delaxón, hasta la terminación presináptica. Las neuronas queutilizan la dopamina como neurotransmisor presentan lasdos primeras enzimas de esta vía, la tirosinhidroxilasa y ladopadescarboxilasa; las neuronas que liberan noradrenali-na presentan una tercera enzima, la dopamina β-hidroxi-lasa, y las neuronas que producen adrenalina expresan una cuarta enzima, la feniletanolamina-N-metiltransferasa(PNMT). Dado que la tirosinhidroxilasa es una enzima li-mitante en el proceso de síntesis, los mecanismos regulado-res que determinan la disponibilidad de un neurotransmi-sor son comunes a todo este grupo de sustancias.

Las rutas sintéticas de los neurotransmisores clásicos ha-bitualmente, aunque no de manera invariable, participanen la conversión de un precursor inactivo a un neurotrans-misor «cargado» de información. En el caso de las catecola-minas, el aminoácido L-tirosina sirve de precursor. La tiro-sinhidroxilasa, la enzima limitante en la ruta sintética, sehalla virtualmente saturada por los niveles periféricos de ti-

TABLA 1-2. Neurotransmisores «clásicos»

Acetilcolina Ácido aspárticoHistamina Ácido γ-aminobutíricoSerotonina Ácido glutámicoDopamina GlicinaNoradrenalina HomocisteínaAdrenalina Taurina

TABLA 1-3. Neuropéptidos neurotransmisores putativos

Angiotensina IIAtriopeptinaß-endorfinaa

BombesinaBradicininaCarnosinaColecistocininaDinorfinaa

Factor liberador de corticotropinaFactor liberador de hormona luteinizanteGalaninaGastrinaGlucagónHormona adrenocorticotropa (ACTH)Hormona liberadora de tirotropina (TRH)InsulinaLeuencefalinaa

Metencefalinaa

N-acetilaspartilglutamatoNeuropéptido YNeurotensinaPéptido intestinal vasoactivo (VIP)Péptido relacionado con el gen de la calcitonina (CGRP)SomatostatinaSustancia PVasopresina

aMiembros de la familia de las endorfinas.


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rosina cerebrales. Por este motivo, el incremento de los ni-veles de este aminoácido no afectaría de modo significativola biosíntesis de catecolaminas. Además, para prevenir uncírculo vicioso en la síntesis y degradación de catecolami-nas, la tirosinhidroxilasa se halla sujeta a un mecanismo deretroalimentación negativo regido por el producto final. Deeste modo, cuando las concentraciones de catecolaminasen las terminaciones nerviosas aumentan de modo que sesobrepasa la capacidad de almacenamiento, el exceso de ca-tecolaminas inhibe la actividad de la tirosinhidroxilasa, evi-tando que prosiga la síntesis de catecolaminas. Así, cuandolas neuronas catecolaminérgicas no transmiten, la síntesisde catecolaminas se detiene. Por otra parte, cuando se libe-ran catecolaminas y se agotan las reservas, esta retroalimen-tación inhibidora desaparece y la síntesis se reanuda.

Con la actividad neuronal, sin embargo, aparecen otrosmecanismos aún más significativos desde el punto de vistabiológico. Los disparos repetidos de las neuronas catecola-minérgicas producen la activación de los sistemas de se-gundos mensajeros y, por tanto, de las proteincinasas (véa-se más adelante). La fosforilación de la tirosinhidroxilasapor las proteincinasas reduce la sensibilidad para la retro-alimentación inhibidora y, además, aumenta su afinidadpor un cofactor crítico, la pterina (Nose y cols., 1985). Losperíodos de actividad neuronal catecolaminérgica prolon-gada provocan la puesta en marcha de un segundo meca-nismo: la síntesis de moléculas enzimáticas adicionales enla vía de biosíntesis de las catecolaminas. Este segundoproceso está regulado en el cuerpo de las neuronas cate-colaminérgicas, donde el RNAm adicional codificado porla tirosinhidroxilasa es copiado a partir del DNA del nú-cleo. De este modo, la síntesis de catecolaminas se hallasometida a una regulación dinámica altamente coordina-da por la actividad de la neurona catecolaminérgica.

Tras la síntesis enzimática de catecolaminas en el cito-sol de la terminación nerviosa, las catecolaminas se con-centran en vesículas, pequeños sacos membranosos deeste terminal nervioso. El almacenamiento vesicular de ca-tecolaminas es un proceso activo que consume energía enforma de ATP, y es inhibido de modo irreversible por el

FIGURA 1-2. Vía de biosíntesis de las catecolaminas. Obsérveseque la tirosinhidroxilasa se activa por la fosforilación llevada acabo por las proteincinasas y que la síntesis de feniletanolaminaN-metiltransferasa es regulada por los corticosteroides.

L-Tirosina

Tirosinhidroxilasa

L-DOPA

DOPA-descarboxilasa

Dopamina

Dopamina-β-hidroxilasa

Noradrenalina

Corticosteroides

Adrenalina

CinasasFeniletanolamina N-metiltransferasa

fármaco antihipertensivo reserpina. Las vesículas de alma-cenamiento presentan dos funciones: primero, protegen alas catecolaminas de la degradación enzimática por la en-zima monoaminooxidasa (MAO). Esta enzima catabólicase halla localizada en la membrana de las mitocondrias. Eltratamiento con reserpina interfiere con el almacena-miento vesicular y como consecuencia se observa una libe-ración de catecolaminas en el terminal nervioso, que sonrápidamente degradadas por la MAO. En segundo lugar,las vesículas participan en la liberación de catecolaminasmediante exocitosis cuando un potencial de acción alcan-za el terminal nervioso.

Además de la enzima intracelular MAO, existe una se-gunda enzima que inactiva las catecolaminas y que se hallalocalizada en la superficie externa de la membrana neuro-nal, así como en la superficie externa de muchos otros ti-pos de células. Esta enzima, la catecol-O-metiltransferasa(COMT), cataliza la inactivación de las catecolaminas me-diante la metilación de uno de los anillos hidroxilo.

Sin embargo, la degradación enzimática no es el meca-nismo más significativo por el cual termina la acción de lascatecolaminas en la sinapsis. El mecanismo más crítico esla recaptación activa de las catecolaminas en el terminalnervioso que las ha liberado. La recaptación se halla me-diada por una proteína de transporte específica que inter-cambia las catecolaminas en un proceso dependiente deenergía dirigido por el gradiente de sodio a través de lamembrana neuronal (Pacholczyk y cols., 1991). Los trans-portadores de dopamina y noradrenalina son miembrosde una gran familia genética de proteínas que incluyetambién los transportadores de serotonina, glutamato yácido γ-aminobutírico (GABA) (v. revisión en Giros y Ca-ron, 1993).

Los procesos que participan en la síntesis, almacena-miento, secreción e inactivación de los neurotransmisoresclásicos se resumen en la figura 1-3. Estos procesos interre-lacionados aseguran una disponibilidad estable del neuro-transmisor en los terminales nerviosos que puede regularsepor la actividad neural y la inactivación del neurotransmi-sor liberado en la hendidura sináptica, por lo que no pro-duce efectos adversos en las neuronas vecinas.

Mecanismos similares actúan, de modo variable, en losotros neurotransmisores clásicos, como la serotonina, laacetilcolina y la histamina. Los neurotransmisores de tipoaminoácido, sin embargo, representan una excepción importante al principio de acuerdo por el que los neuro-transmisores son sintetizados a partir de precursores neu-rofisiológicamente inactivos. El aminoácido glutamato pa-rece ser el neurotransmisor excitador predominante en elcerebro, y el aminoácido glicina el inhibidor. Estas molécu-las se encuentran presentes en el plasma y son importantesprecursores de la síntesis de proteínas, propiedades queparecerían incompatibles con el papel de neurotransmisor,que debe presentar acciones temporales y espaciales muydeterminadas. Sin embargo, el cerebro consume conside-rable energía en procesos de transporte selectivo y en enzi-


mas catabolizadoras con el fin de mantener concentracio-nes extremadamente bajas de estos neurotrasmisores detipo aminoácido en el espacio extracelular del cerebro. Lamagnitud de esta protección se ilustra por el hecho de quelas concentraciones intracelulares de glutamato en ciertasregiones del cerebro son mayores de 10 mM, mientras quelas del líquido cefalorraquídeo (LCR) son aproximada-mente 0,1 µM, lo que representa un gradiente extracelular-intracelular 100.000 veces mayor.

NEUROPÉPTIDOS

El hecho de que las proteínas de pequeño tamaño (p. ej., péptidos) son utilizadas en el organismo como señaleses bien conocido desde hace mucho tiempo, por su funcióncomo hormonas en la hipófisis y en otros órganos endocri-nos. El posible papel de los péptidos como neurotransmiso-res se conoció tras el descubrimiento de que los factores deliberación que controlan la secreción de varias hormonashipofisarias son, de hecho, péptidos sintetizados por neuro-nas en el núcleo arcuato del hipótalamo. Sin embargo, elhallazgo decisivo que desencadenó el interés por los pépti-dos como neurotransmisores fue el descubrimiento de lasendorfinas, péptidos opioides endógenos con una ampliadistribución en el sistema nervioso central (SNC) (Hughesy cols., 1975). Desde el descubrimiento de las endorfinas,hace aproximadamente dos décadas, el número de pépti-dos que se cree que actúan como neurotransmisores en elcerebro ha aumentado considerablemente.

La investigación sobre los neuropéptidos (para una revi-sión, v. Hokfelt, 1991) a lo largo de la última década ha re-velado varios principios generales. A diferencia de los pe-queños neurotransmisores moleculares, que se sintetizanmediante procesos enzimáticos localizados en los termina-les nerviosos, los neuropéptidos son sintetizados en el inte-rior del cuerpo neuronal (fig. 1-4). Esto supone el hecho

FIGURA 1-3. Representación esquemática de los procesos queintervienen en la síntesis, la acción sináptica y la inactivación delos neurotransmisores clásicos.

Precursor

Enzimas de biosíntesis

Neurotransmisor

Vesícula de almacenamiento

Recaptación

Liberación por exocitosis

Ion

Segundo mensajero

Enzimascatabólicas

de que la síntesis de neuropéptidos, que son pequeñas pro-teínas, se halla dirigida por el RNAm que ha sido transcritoa partir del DNA dentro del núcleo. Los niveles de neuro-péptidos en el terminal nervioso dependen completamen-te de la síntesis, el procesamiento y el transporte de lospéptidos del soma neuronal. Así pues, las neuronas pepti-dérgicas parecen responder más rápidamente a aumentosprolongados en la liberación debido al retraso en la sínte-sis y transporte de neuropéptidos suplementarios del soma.

Uno de los hallazgos más sorprendentes en relación conla síntesis de neuropéptidos es que un único gen da origen amenudo a péptidos activos, y que la gama de péptidos pro-ducido por un único gen puede variar en diferentes tipos decélulas. La generación de tal diversidad empieza tras latranscripción del gen que codifica el precursor del péptido.En células eucariotas, la mayoría de los genes presentan sussecuencias de codificación de proteínas (denominadas exo-nes) interrumpidas por secuencias no codificadas (denomi-nadas intrones). Cuando se transcribe un gen, la transcrip-ción principal es colineal con el DNA y por este motivocontiene tanto exones como intrones. Antes de que el RNAparta del núcleo para ser traducido, los intrones se expulsany los exones se «parten» para formar RNA maduro. Se ha vis-to que la transcripción primaria de ciertos genes neuropép-tidos se parte de modo alternativo en diferentes tipos de cé-lulas. Al incluir o excluir determinados exones en el RNAmcitoplásmico maduro pueden producirse péptidos de RNAmque codifican para diferentes péptidos. Por ejemplo, la calci-tonina y el péptido relacionado con el gen de la calcitoninason productos del mismo gen derivado de esta división.

La codificación de neuropéptidos maduros de RNAmse traduce en el retículo endoplasmático rugoso (RE)

FIGURA 1-4. Secuencia de la síntesis de neuropéptidos. En el nú-cleo, el gen del neuropéptido precursor se transcribe en RNAm.El RNAm se transporta desde el núcleo al citoplasma, donde sefija a los ribosomas. Posteriormente, el RNA se transcribe graciasa la síntesis proteica en los ribosomas del retículo endoplásmicorugoso. En el aparato de Golgi, el péptido precursor se modificaenzimáticamente para convertirse en neuropéptido, que se al-macena en vesículas para su transporte axoplásmico hasta lasterminaciones nerviosas.

DNA Transcripción de DNA

RNA

RNA

Núcleo Citoplasma

Vesículas de almacenamiento Aparato de Golgi

Retículoendoplásmico

rugoso

Ribosomas

5’GPPP

3’AAAA

GPPP

Proteína

AAAA

Polimerasa II


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para dar origen a grandes precursores denominados poli-proteínas. Estos precursores (p. ej., preproopiomelanocorti-na o preproencefalina) contienen una secuencia, casisiempre en el extremo aminoácido de la proteína, que laconduce por la vía secretora de la neurona. Esta secuencialíder, o «presecuencia», se parte rápidamente por acciónde una endopeptidasa, dejando el resto del precursor(proopiomelanocortina o proencefalina). Este precur-sor sufre a continuación una partición de tipo proteolíticoy subsiguientes modificaciones químicas (glucosilación,amidación, acetilación o fosforilación) en el RE y en elaparato de Golgi, y cede numerosos péptidos biológica-mente activos para liberar.

Del mismo modo que la división alternativa de losRNAm permite la generación de múltiples moléculas de es-timulación a partir de un único gen, el procesamiento dife-rencial de precursores de péptidos permite la generaciónde múltiples moléculas de estimulación de un único pre-cursor. Entre los precursores peptídicos, pares de residuosde aminoácidos básicos (lisina o arginina) son reconocidospor las enzimas procesadoras como zonas de división. Lafamilia de enzimas responsables del procesamiento en lascélulas de mamíferos ha sido descubierta recientemente yaún no está completamente caracterizada. Sin embargo,parece ser que ciertas enzimas presentan mayor afinidadpor algunos pares de residuos dibásicos que por otros. Deeste modo, dependiendo de las enzimas que se expresanen un determinado tipo de célula neuronal o endocrina,los precursores grandes pueden dividirse en diferentespéptidos activos con distintos papeles fisiológicos.

Entre los neurotransmisores peptídicos, los péptidosopioides endógenos son los más extensamente estudiados ypresentan una clara relevancia en psiquiatría, debido a supapel en la respuesta al estrés, en las conductas motivadas yen la analgesia. Hughes y cols. (1975) identificaron los pri-meros opioides endógenos, metencefalina y leuencefalina.Desde entonces se han aislado aproximadamente 20 pépti-dos opioides activos del cerebro, la hipófisis y las glándulassuprarrenales de mamíferos. Todos estos opioides endóge-nos contienen los mismos cuatro aminoácidos en su extre-mo aminoterminal: tir, glu, glu y fe, seguidos por met o leu(metencefalina, leuencefalina). Todos los péptidos opiáce-os derivan de uno de los tres grandes precursores polipeptí-dicos, cada uno codificado por un gen distinto. Los precur-sores son la proencefalina (que tiene codificadas 6 copiasde la secuencia de metencefalina y una de leuencefalina),la prodinorfina (precursora del opiáceo endógeno dinorfi-na y de péptidos relacionados) y la proopiomelanocortina.La proopiomelanocortina (POMC) resulta especialmenteinteresante porque contiene las secuencias de péptidos acti-vos con funciones biológicas aparentemente distintas, elpéptido opiáceo β-endorfina y la hormona no opiácea adre-nocorticotropa (ACTH), y porque se procesa para producirdiferentes péptidos activos en tejidos distintos (fig. 1-5).

En el lóbulo anterior de la hipófisis, solamente un sub-grupo de zonas de división dibásicas dentro de la proopio-

melanocortina es reconocido por la enzima procesadoraque se halla presente. En este tejido, el precursor produceun péptido terminal N de función biológica desconocidajunto a ACTH y la hormona β-lipotropina. Esta molécula seve sometida posteriormente a otra división para procesar elpéptido opiáceo β-endorfina. De este modo, cuando laACTH es liberada por la hipófisis, también son liberadas lasβ-endorfinas. Muchos mamíferos (pero no los seres huma-nos) presentan un lóbulo intermedio hipofisario que con-tiene una enzima procesadora adicional. En el lóbulo inter-medio, la ACTH se somete a otra división para procesar unpéptido denominado péptido de tipo corticotropina del lóbulo in-termedio y hormona estimulante de los melanocitos. Este procesono ocurre, sin embargo, en los seres humanos.

A pesar de que los aminoácidos N-terminales de las β-endorfinas presentan una secuencia idéntica a la de lametencefalina, ésta no se libera a partir de las β-endorfi-nas, dado que no existen residuos de aminoácidos dibási-cos en esta molécula que permitan la división de la pepti-dasa para producir metencefalina. Por el contrario, lametencefalina es liberada a partir de otro precursor men-cionado anteriormente, la proencefalina.

COLOCALIZACIÓN

Anteriormente se pensaba que la neurona utiliza unneurotransmisor, y solamente uno. Sin embargo, en la úl-tima década se ha descubierto que en muchos, si no enla mayoría de los casos, las neuronas pueden liberar másde un neurotransmisor. En la mayoría de los casos se hademostrado la colocalización de un neurotransmisor clá-sico y de uno o más neuropéptidos, pero actualmenteexisten situaciones en las que dos neurotransmisores,como la serotonina y el GABA, coexisten en la mismaneurona. Los mismos neurotransmisores no siempre sehallan colocalizados. Por ejemplo, se ha demostrado que

FIGURA 1-5. Procesamiento de la proopiomelanocortina (POMC). La proteína precursora POMC, que contiene 165 aminoácidos, sedivide enzimáticamente para convertirse en los péptidos fisioló-gicamente activos que se indican. En función de la localización(hipófisis anterior, hipotálamo, terminales nerviosas del mesen-céfalo), algunos de estos neuropéptidos se expresan y otros no.CLIP, péptido del lóbulo intermedio tipo corticotropina (v. Wat-son y cols., 1985).

Fraccionamiento

Fraccionamiento

β-lipotropina

γ-lipo-tropina

β-endorfina

Metencefalina

Met

3’ 5’

1651

TirPOMC

Ser Fe Glu GLN

γ-MSH ACTH

α-MSH

β-MSH

CLIP


la encefalina, un péptido opiáceo, se halla colocalizadoen determinadas neuronas noradrenérgicas del sistemanervioso simpático y en ciertas neuronas serotoninérgicascerebrales. En el cerebro, se sabe que la colecistocinina secolocaliza en las neuronas dopaminérgicas que inervan elsistema corticolímbico, pero no en las neuronas dopami-nérgicas que inervan el sistema estriado. Con el gran nú-mero de neurotransmisores putativos existentes en el ce-rebro, el número de posibles combinaciones para lacolocalización es inmenso. Por lo tanto, la colocalizaciónsugiere un mayor grado de complejidad en la neurotrans-misión sináptica del que se había estimado con anterio-ridad.

Los distintos mecanismos que participan en la síntesis y liberación de neuropéptidos en compación con los pe-queños neurotransmisores moleculares sugieren que losneurotransmisores colocalizados pueden desempeñar fun-ciones algo diferentes, pero complementarias. Algunos es-tudios indican que los neuropéptidos se liberan solamentedurante los períodos de marcada actividad neuronal (p. ej., solamente durante los disparos repetitivos), mien-tras que los neurotransmisores clásicos se liberan en fun-ción del flujo de impulsos. Sin embargo, nuestra compren-sión de los mecanismos que participan en la comunicacióncompartida es aún muy rudimentaria.

RECEPTORES

La identificación, caracterización y, más recientemente,la clonación molecular de los receptores de neurotransmi-sores constituye un gran avance en neurociencia, con unimpacto considerable en la comprensión del procesamien-to de la información en el cerebro y en los lugares de acción de las sustancias neuroactivas, incluyendo los fár-macos psicotropos. A pesar de que los neurotransmisoresson frecuentemente descritos como excitadores o inhibi-dores, como si estas acciones fueran inherentes a su es-tructura molecular, la naturaleza de las respuestas neuro-nales a un neurotransmisor depende en última instanciade la presencia de un receptor unido a un transductor.Por este motivo, dependiendo de los receptores y trans-ductores localizados en una neurona determinada, unneurotransmisor puede ejercer efectos inhibidores, excita-dores o moduladores.

Los receptores para neurotransmisores son proteínassituadas en la membrana neuronal. Estas proteínas pre-sentan regiones de fijación a ligandos accesibles a losmensajeros extracelulares y a otras regiones que partici-pan en la transducción de la interacción de unión a unefecto intercelular. La unión reversible del neurotransmi-sor al receptor origina un cambio conformacional quedesencadena la posibilidad de que la membrana sea atra-vesada. Los receptores de neurotransmisores conocidospueden transducir la fijación de neurotransmisores en

uno o dos tipos distintos de efectos: pueden controlar demanera directa o provocar la apertura de un canal ióni-co, que es una parte intrínseca del receptor, o pueden ac-tuar regulando la función de una proteína G estimulado-ra de transducción (v. más adelante) asociada a lasuperficie interna de la membrana. Los receptores queprovocan la apertura de un canal iónico intrínseco se de-nominan canales dependientes de ligandos, y los que actúanpor medio de la proteína G reciben el nombre de recepto-res ligados a proteínas G. Como en el caso de otros tipos im-portantes de moléculas ya mencionadas en este capítulo,como los canales iónicos dependientes del voltaje y lostransportadores de neurotransmisores, los canales ióni-cos, los receptores ligados a proteínas G y las mismas pro-teínas G forman grandes familias de moléculas indepen-dientes con estructuras homólogas. Se cree que cada unade estas grandes familias de genes proviene de un únicopredecesor (p. ej., un canal dependiente de un ligandoancestral) que, mediante la duplicación y la mutación degenes, dio origen a un gran número de genes y de proteí-nas con funciones específicas pero relacionadas, permi-tiendo una complejidad creciente de estimulación neu-ronal durante la evolución.

FIJACIÓN DE LIGANDOS

Los receptores se unen a su ligando de un modo espe-cífico, reversible y saturable (p. ej., el número de recepto-res es limitado). Los neurocientíficos han aprovechado es-tas características para marcar receptores específicos conligandos radiactivos. Si la avidez de una interacción especí-fica entre el ligando marcado radiactivamente y el recep-tor es suficientemente alta, dicho ligando puede ser «atra-pado en el momento de la unión» con el receptor eltiempo necesario como para que el complejo radiactivoresultante pueda ser aislado. Esta estrategia ha facilitadoenormemente la realización de estudios orientados a exa-minar las características de las interacciones entre el neu-rotransmisor y el receptor y su localización en el sistemanervioso. Por ejemplo, la afinidad relativa de los fármacoso sustancias parecidas a los neurotransmisores y al recep-tor puede determinarse midiendo su potencia para evitarla unión del ligando radiactivo a su receptor. Con este mé-todo, Snyder y cols. demostraron una correlación de lasafinidades de los fármacos antipsicóticos y los receptoresdopaminérgicos D2 y la potencia clínica de estos fármacosen el tratamiento de trastornos psicóticos (fig. 1-6). Losmétodos de fijación de ligandos combinados con modelostridimensionales de receptores clonados deberían facilitarla comprensión de la estructura precisa de las moléculasrequeridas para un reconocimiento óptimo en la zona delreceptor, y así, finalmente, para el diseño racional de fár-macos.

Gracias a que algunos radioligandos se unen estrecha-mente a receptores específicos ha sido posible visualizar la


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distribución de receptores en el cerebro mediante técni-cas autorradiográficas. Con este método pueden incubar-se pequeños cortes de tejido de cerebro en un tampón fi-siológico con un ligando marcado radiactivamente. Cadacorte se lava con un tampón libre de radioligando especí-ficamente asociado con el receptor. Esta asociación puedeser revelada por aposición del corte del tejido con una pe-lícula sensible a los rayos X, con lo que se produce la pre-cipitación de los gránulos de plata de la emulsión fotográ-fica en las zonas que contienen ligandos radiactivos. Lafigura 1-7 presenta un autorradiograma de la distribuciónde los receptores muscarínicos evaluados por fijación delantagonista muscarínico, muy potente y específico, marca-do con H3-quinuclidinilbencilato, en una sección parasagi-tal de cerebro de mono.

Con el desarrollo de los métodos de imagen asistidapor ordenador, capaces de localizar la fuente de emisio-nes radiactivas en un espacio tridimensional, ha sido po-sible emplear técnicas de fijación de ligandos y recepto-res in vivo, con el objeto de determinar la distribucióndel receptor del neurotransmisor en el cerebro de sereshumanos. Por ejemplo, utilizando espiperona marcadacon carbono-11 y emisora de positrones, que es un neu-roléptico con alta afinidad por la familia de receptoresD2, Wong y cols. (1986) han visualizado la distribuciónde estos receptores dopaminérgicos en el cerebro huma-no (fig. 1-8). A medida que se vayan desarrollando ligan-dos emisores de positrones lo suficientemente ávidos

FIGURA 1-6. Correlación entre la potencia clínica de los neuro-lépticos y su afinidad por los receptores dopaminérgicos D2. Lasordenadas muestran la dosis media diaria de neurolépticos ad-ministrada para tratar la esquizofrenia y las abscisas indican laafinidad de los neurolépticos por el receptor dopaminérgico. Sesabe desde hace poco tiempo que existe una familia de recepto-res D2 (v. texto). (Cortesía de S. Snyder.)

Dos

is c

línic

a di

aria

pro

med

io

Inhibición de la fijación de 3H-espiroperidol en el núcleo caudado (KD nM)

EspiroperidolBenperidol

α-Flupentixol

Bromperidol

FluspirilenoClofluperol

Trifluperidol

HaloperidolPimocida

(+) ButaclamolTrifluoperacinaDroperidol

Moperona

Fluanisona

Clorpromacina

TioridacinaClozapina

Promacina

Pipamperona

Receptores de dopamina

100

100 1.000

10

10

1,0

0,1

1,0

para otros receptores podrán utilizarse para visualizarotros receptores cerebrales con la tomografía por emi-sión de positrones (PET). Estas técnicas ofrecen la posi-bilidad de estudiar los cambios producidos en receptoresin vivo en diversos trastornos y en respuesta a la ingestade fármacos.

NEUROFISIOLOGÍA

Los transductores con los que interacciona el receptorde un neurotransmisor determinan en último lugar la res-puesta fisiológica resultante de la unión del neurotransmi-sor al receptor. La relativa facilidad de los estudios de fija-

FIGURA 1-7. Corte coronal de un cerebro de mono que mues-tra los receptores muscarínicos. El corte se incubó con 3N-quinu-clidinilbencilato, un potente antagonista de los receptores mus-carínicos. A continuación se colocó sobre una película de rayos Xpara revelar el autorradiograma. Esta imagen negativa pone demanifiesto los receptores muscarínicos en forma de puntos decolor blanco: las áreas con alta densidad de receptores, como elnúcleo caudado (C), el putamen (P) y la corteza (Cx), aparecen decolor blanco; las áreas con baja densidad de receptores, como elcuerpo calloso (CC), aparecen de color negro.


ción de ligandos permite caracterizar las interaccionesneurotransmisor-receptor, pero no elimina la tarea másardua de definir los transductores acoplados a receptoresespecíficos y los efectos fisiológicos de la fijación de ligan-dos a la neurona diana. Esta dificultad deriva del hecho deque las interacciones receptor-transductor no pueden, amenudo, valorarse bajo condiciones en las que se hallanpresentes amplias poblaciones de receptores, al igual quesucede en los estudios de fijación de ligandos. Esto ocurreporque los receptores pueden asociarse a diferentes trans-ductores de diferentes neuronas y porque estos estudiosrequieren medidas más complejas, desde el punto de vistatécnico, de la respuesta fisiológica de activación de recep-tores específicos en neuronas específicas.

Se han desarrollado diversos métodos para medir lasconsecuencias electrofisiológicas de la aplicación local deneurotransmisores en neuronas concretas. Con micropi-petas múltiples, un electrodo registrador con un conjuntode pipetas adosadas puede adosarse a las neuronas del ce-rebro. El neurotransmisor o el fármaco es enviado desde

FIGURA 1-8. Tomografía por emisión de positrones de los re-ceptores dopaminérgicos D2 en un cerebro humano marcado con11C-espiperona. Obsérvese la intensa fijación del caudado-puta-men (C·P), una región notablemente densa en receptores D2.(Cortesía de L. Tune.)

las micropipetas a la neurona, pudiendo determinar losefectos del neurotransmisor o del fármaco administradotópicamente sobre la actividad de la neurona.

Para obtener información más precisa sobre los canalesiónicos implicados en la producción de una respuesta elec-trofisiológica, los investigadores han empleado cada vezmás las técnicas de registro intracelular, en las que se inser-ta una fina micropipeta en el cuerpo de la neurona paravalorar los cambios de voltaje a ambos lados de la membra-na que se producen en respuesta a la aplicación del neuro-transmisor en la superficie de la neurona. Los estudios deregistro intracelular en el animal intacto son difíciles,como pretender pinchar una uva colgada de un palo a 30 m de altura. Por ello los investigadores han desarrollado pre-paraciones en las que los cortes de tejido cerebral puedenmantenerse durante varias horas en un baño de perfusióncon medio fisiológico oxigenado. En este tipo de prepara-ciones, las neuronas que nos interesan pueden observarsedirectamente con microscopia de contraste de fases, y elelectrodo de registro celular puede ser insertado en neuro-nas identificadas bajo control lumínico directo.

Finalmente, un nuevo procedimiento para obtener in-formación lo más precisa posible sobre la unión de recep-tores individuales con un canal iónico determinado es elpatch clamping, en el que un fragmento microscópico demembrana neuronal es mantenido mediante aspiración en la punta de una micropipeta. Con este método, el flujode corriente a través de canales iónicos individuales puedeser controlado mediante la exposición del canal de mem-brana a los agonistas del receptor o de otros fármacos. Esposible determinar qué tipos específicos de canales iónicos(sodio, potasio, calcio) se hallan afectados por el agonista y,así, estudiar con detalle las conductancias iónicas a travésde canales únicos. Aunque las propiedades de los canalesiónicos pueden parecer lejos de la psiquiatría clínica, pro-porcionan la base fisiológica para la estimulación neuronal.Por lo tanto, la función del canal es una consideración im-portante cuando se habla de fisiopatología de los trastornospsiquiátricos y los efectos globales de los fármacos psicotro-pos. De hecho, los fármacos anticonvulsivos carbamacepinay ácido valproico, actualmente utilizados en el tratamientodel trastorno bipolar, tienen como principal acción unefecto directo sobre ciertos canales de Na+ dependientesdel voltaje y sobre canales depedientes de ligandos.

CANALES DEPENDIENTES DE LIGANDOS

Los canales dependientes de ligandos son receptores deneurotransmisores que contienen una zona de unión alneurotransmisor y un poro como canal. Para formar elporo, cada subunidad de la proteína atraviesa la membra-na cuatro veces. Los receptores están formados por cincosubunidades diferentes ordenadas en forma de barril. Laactivación de esta clase de receptores, que contienen cana-les iónicos intrínsecos de respuesta rápida, es la responsa-


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ble de la transmisión rápida de información de «extremo aextremo» en el cerebro. El principal neurotransmisor exci-tador del cerebro es el glutamato. Un subtipo de estos re-ceptores modula directamente los canales de Na+, de ma-nera que cuando el glutamato se une al receptor, el canaltransmembrana de la molécula del receptor se abre parapermitir el flujo de sodio, despolarizando así la neurona.Otros canales dependientes de ligandos en el sistema ner-vioso incluyen los receptores de acetilcolina y serotonina(5-hidroxitriptamina, 5-HT3). El principal neurotransmisorinhibidor del cerebro es el GABA y en la médula espinal elaminoácido glicina. Los canales de GABA y glicina puedencaptar Cl–, produciendo como consecuencia una hiperpo-larización de la membrana neuronal.

RECEPTORES LIGADOS A PROTEÍNAS G

La neurotransmisión excitadora rápida en el cerebroparece estar regulada por un pequeño número de neuro-transmisores, especialmente glutamato. Por el contrario,con solamente dos excepciones conocidas (el receptor 5-HT3 de la serotonina y los receptores nicotínicos de laacetilcolina), los receptores de todas las monoaminas yneuropéptidos no abren directamente canales iónicos,sino que actúan a través de proteínas asociadas a membra-na y transductoras de estímulos, denominadas proteínas G.Tal y como se verá, los receptores ligados a proteínas Gparticipan en un proceso constante de modulación de larespuesta de los circuitos neuronales. Esto añade una grancomplejidad a la rápida transmisión de impulsos excitado-res e inhibidores de glutamato, GABA y neurotransmiso-res relacionados por todo el sistema neural.

Los receptores unidos a proteínas G que se han analiza-do estructuralmente hasta la fecha en estudios de clona-ción molecular presentan una estructura global común,que cruza la membrana neuronal siete veces (Kobilka,1992). El terreno de fijación del ligando parece estar enun bolsillo producido por estos territorios transmembranaen la membrana. El acoplamiento a los mecanismos intra-celulares de estimulación tiene lugar en el lado citoplas-mático de la membrana neuronal. Las proteínas G, así de-nominadas porque unen nucleótidos de guanina, seasocian en el interior de la membrana celular. La unióndel ligando al receptor origina un cambio en la conforma-ción de éste que produce una activación de las proteínasG. Éstas, a su vez, transducen la estimulación mediada porel receptor en efectos intracelulares.

Las proteínas G son heterotrímeros (es decir, proteínasconstituidas por tres subunidades distintas) cuyas subuni-dades reciben el nombre de α, β y γ. Con pocas excepcio-nes, las subunidades α, muy diversas, son las que causanespecíficamente la activación de las proteínas G (Simon ycols., 1991) (fig. 1-9). En estado inactivo, las subunidadesα, β y γ se hallan unidas, y una molécula de guanosindifos-fato (GDP) está unida a la subunidad α. Cuando la molé-

cula de GDP se activa por un receptor, se reemplaza porguanosintrifosfato (GTP) en esta subunidad, que luego sedisocia de las subunidades α y γ. Esta subunidad activapermanece asociada a la membrana, donde puede produ-cir la apertura o el cierre de canales iónicos dependientesdel voltaje o la activación o inhibición de enzimas que pro-ducen segundos mensajeros intracelulares.

La acción particular depende de qué tipo de subunidadα es activada por un receptor determinado. Por ejemplo,los receptores β-adrenérgicos y dopaminérgicos D1 activanuna proteína denominada Gs. La proteína G entera senombra por su subunidad α. Esta subunidad α activa pue-de estimular ciertos canales de calcio dependientes delvoltaje (los canales tipo L son los bloqueados por fármacosanálogos al verapamilo) y activar la adenilatociclasa, unaenzima que cataliza la producción de segundo mensajero,el AMP cíclico. La subunidad α activa presenta una activi-dad GTPasa intrínseca que conduce a la hidrólisis de GTPa GDP. Cuando esto sucede, la subunidad α se reasociacon las subunidades β y γ y la acción finaliza.

Los efectos de las proteínas G sobre los canales iónicosalteran las respuestas de las neuronas a la estimulaciónsubsiguiente por neurotransmisores excitadores o inhibi-dores, como el glutamato y el GABA. Por ejemplo, lospéptidos opiáceos endógenos pueden actuar medianteun tipo de receptor (designado como µ) y activar el canalde K+. Debido a que la fuerza de conducción electroquí-mica sobre el ion K+ se halla en el exterior de las células,estos opiáceos disminuyen la carga positiva neta en lasneuronas diana. La neurona responde entonces menosdel glutamato (es decir, se muestra menos inclinado aldisparo). Por este mecanismo las proteínas G pueden al-terar la capacidad de respuesta de los circuitos neuro-nales.

Además de sus efectos sobre los canales iónicos, lasproteínas G regulan enzimas que producen segundosmensajeros. Como ya se ha descrito, los receptores liga-dos a Gs activan la adenilatociclasa para aumentar la pro-ducción de AMP cíclico. Los receptores ligados a Gi inhi-ben la adenilatociclasa. Otra proteína G, designadacomo Gq, activa la enzima fosfolipasa C, que hidrolizaciertos fosfolípidos de membrana para generar dos se-gundos mensajeros, diacilglicerol e inositoltrifosfato(IP3) (fig. 1-10). Otras vías importantes de segundosmensajeros parecen involucrar a los metabolitos del áci-do araquidónico y el óxido nítrico.

Aunque el número de segundos mensajeros hallado enlas células es elevado, conceptualmente sus mecanismosde acción pueden generalizarse. Salvo algunas excepcio-nes (p. ej., el AMP cíclico puede activar ciertos canales ió-nicos en el sistema olfatorio), los segundos mensajerosejercen sus principales efectos biológicos mediante pro-teincinasas específicas, enzimas que transfieren gruposfosfato del ATP a sustratos proteicos específicos. Según sucarga y tamaño, los grupos fosfato modifican la confor-mación de las proteínas y aumentan su función. Dado


++

FIGURA 1-9. Sistema de segundo mensajero de la adenilatociclasa. En la parte superior se muestra un esquema de la membrana neu-ral. Los receptores de neurotransmisores (trama gris), los canales dependientes del voltaje (se muestra un canal de Na+ en negro) y laadenilatociclasa (AC) son proteínas integrales de la membrana. Las subunidades de las proteínas G heterotriméricas (v. texto) –α, β, y γ–están asociadas a la superficie interna de la membrana. Se muestra un receptor no ocupado a la izquierda; en esta circunstancia, la su-bunidad alfa se une a GDP y las subunidades de proteína G se asocian totalmente. Con la unión de un neurotransmisor (triángulo ne-gro) que se muestra a la derecha, el receptor puede activar la proteína G. La GDP se intercambia por GTP, y la subunidad α se disociade β y γ. Aquí, αs se muestra en el centro activando la adenilatociclasa que cataliza la síntesis del segundo mensajero intracelular AMPcdel adenosintrifosfato (ATP). El AMPc activa la proteincinasa A (que se muestra fosforilando el canal de calcio), la enzima sintetiza-dora de neurotransmisores tirosinhidroxilasa y el factor de transcripción CREB en el núcleo de la neurona.

Proteincinasa A

Tirosinhidroxilasa

NúcleoRNA

DNACREB

GDPATP

AC

AMPc

GTP

βγ

α β αsγ

Ca

PO4

PO4

PO4

que la fosforilación es una modificación covalente, puedeactuar durante un período de tiempo muy largo. Los sus-tratos para la fosforilación activada de segundos mensaje-ros incluyen canales iónicos, receptores, enzimas sinteti-zadoras de neurotransmisores, proteínas citoesqueléticasy proteínas que controlan la transcripción de genes. Me-diante la activación de la fosforilación de proteínas los re-ceptores ligados a proteínas G regulan diversas funcionesde la célula, y mediante la regulación de la expresión gé-nica pueden incluso regular los constituyentes de la célu-la. La fosforilación puede, por ejemplo, inactivar recepto-res o aumentar o disminuir la posibilidad de apertura delos canales iónicos dependientes del voltaje, puede alte-rar el modo en que las neuronas procesan la informacióny puede, por tanto, modificar significativamente la con-ducta de los circuitos cerebrales. Claramente, en conse-cuencia, el cerebro no es simplemente un sistema de altatensión en donde la información se transmite a través delos potenciales excitadores e inhibidores. El cerebro mo-difica constantemente el modo como las neuronas proce-san la información. Tal plasticidad de funcionamientoneuronal es necesaria para procesos como el aprendizajey la memoria, pero está implicado en el origen de los es-tados psicopatológicos (p. ej., los cambios que tienen lu-gar al inicio de la depresión) y, como se describirá másadelante, los mecanismos de acción de muchos psicofár-macos.

NEUROANATOMÍA

MÉTODOS

Si bien una descripción detallada de la neuroanatomíadel cerebro queda fuera de la intención de esta revisión,merecen mencionarse algunos temas y estrategias de in-vestigación nuevos. Hasta hace más de 15 años, los proce-dimientos neuroanatómicos se hallaban restringidos a lastécnicas de tinción que revelaban la presencia de neuro-nas, sobre la base de características químicas peculiaresque no eran exclusivas de una clase determinada de neu-ronas. Las conexiones entre neuronas podían deducirsesolamente mediante métodos indirectos o mediante estu-dios de microscopia electrónica. Dos adelantos técnicoshan facilitado el progreso en el conocimiento de la orga-nización funcional del cerebro: el primero emplea méto-dos específicos para identificar los únicos constituyentesquímicos (proteínas y RNAm) de las neuronas y el segun-do revela las conexiones entre neuronas.

El alto grado de especificidad de las interacciones antí-geno-anticuerpo permite la tinción selectiva de partes con-cretas de tejido, como los neurotransmisores, las enzimaso los marcadores de superficie, contra el antisuero prepa-rado. La eficacia y la selectividad de estas técnicas han idoaumentando gracias a la capacidad de generar anticuer-


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FIGURA 1-10. Sistema de segundo mensajero fosfatidilinositol. Muchos receptores de neurotransmisores están conectados por las pro-teínas G Gq y, en ocasiones, Go a la enzima fosfolipasa C, que hidroliza el fosfatidilinositol 4,5-bifosfato (PIP2) para generar segundosmensajeros, diacilglicerol y 1,4,5-trifosfatoinositol (Ins 1,4,5-P3, a menudo abreviado IP3). El IP3 actúa en las neuronas liberando calciodel almacenamiento intracelular. Se metaboliza en formas que pueden ser inactivas, incluyendo 1,3,4,5-tetrafosfatoinositol (Ins 1,3,4,5-P4). Estas formas son metabolizadas para producir tres monofosfatos inositol diferentes que se distinguen sólo por el átomo de carbo-no al que se une el grupo de fosfatos. La síntesis de inositol a partir de glucosa-6-fosfato también debe pasar por un intermediario deinositolmonofosfato. Todos los inositol monofosfato se metabolizan por la enzima fosfatasa de inositolmonofosfato. El litio, en con-centraciones terapéuticas inhibe esta enzima. Como resultado, en presencia de litio los inositolmonofosfatos no pueden desfosforilarsepara producir el inositol libre que se necesita para regenerar fosfatidilinositol-4-5-bifosfato. También se muestra en la figura la capaci-dad del litio para inhibir una enzima adicional en este ciclo (inositolpolifosfato 1-fosfatasa), que se requiere para los dos pasos metabó-licos anteriores de la vía de reciclaje. (Adaptado de Hyman y Nestler, 1993.)
Barrera hematoencefálica

Fosfolipasa C

Fosfatidilinositol-4,5-bifosfato

Segundos mensajeros

Diacilglicerol Inositol-1,4,5-P3

Reciclaje

Síntesis

Glucosa-6-fosfato

Glucosa

Inositol

Receptor

Gq

Li+

Inositol

Ins 4-P

Ins 1-P

Ins 3-P

Li+

Ins 1,4-P2

Ins 1,3-P2

Ins 3,4-P2

Ins 1,3,4,5-P4

Ins 1,3,4-P3

Li+


pos monoclonales, que reconocen una parte específicaúnica de un antígeno (es decir, un epítopo).

Con los procedimientos inmunocitoquímicos conven-cionales se preparan los antisueros capaces de reconocerun mayor número de epítopos. Aunque pueda perdersealgo de especificidad, aumenta la posibilidad de detectarun antígeno de interés. Tanto si se utilizan anticuerposmonoclonales como policlonales, son incubados con sec-ciones de tejido y unidos al antígeno que reconocen. Estareacción es, entonces, visualizada mediante la incubaciónde este corte con un segundo anticuerpo, a la que se ha

FIGURA 1-11. Tinción inmunocitoquímica de fibras serotoninér-gicas en la corteza somatosensorial del mono. Se incubó un cortede 10 µm de corteza de mono previamente fijado, con un anti-cuerpo antiserotonina de cobaya. Los complejos anticuerpo-sero-tonina en los axones serotoninérgicos se visualizaron medianteun anticuerpo ovino antigammaglobulina de cobaya conjugadocon fluoresceína. Obsérvese la densa red de axones serotoninér-gicos dispuestos aleatoriamente en el campo de observación en-tre las capas I y II. P, superficie de la piamadre; V, vaso sanguí-neo. (Cortesía de M. A. Wilson y M. E. Molliver.)

unido un marcador visualizable, como la enzima peroxida-sa. A continuación se revelan los cortes de cerebro y pue-de observarse la presencia de antígeno en determinadasneuronas y en sus estructuras, ya sea con procedimientosdel microscopio óptico o electrónico.

La vía inmunocitoquímica ha sido explotada en gradoconsiderable para visualizar la anatomía de las neuronasque utilizan neurotransmisores específicos, basándose enel desarrollo de anticuerpos frente al neurotransmisor,contra su enzima de síntesis específica o contra un neuro-péptido. A diferencia de las técnicas histológicas tradicio-nales, que revelan la presencia de neuronas partiendo deuna base de rasgos comunes, como la presencia de ácidosnucleicos en la tinción de Nissl o la capacidad de impreg-nación con iones de plata en la tinción de Golgi, la tincióninmunocitoquímica para antígenos relacionados con elneurotransmisor permite la visualización de una neuronay sus axones basándose en el tipo de neurotransmisor utili-zado (fig. 1-11).

El enfoque inmunocitoquímico está siendo empleadopara identificar otros componentes importantes del siste-ma nervioso y comprender mejor su organización y fun-ción a nivel molecular.

Un método adicional para identificar los componentesespecíficos de las neuronas es la hibridación in situ. Esta téc-nica explota el principio del emparejamiento de basecomplementario que caracteriza los ácidos nucleicos. ElRNA mensajero que codifica las proteínas celulares es deuna hebra. Un RNA radiactivo de una sola hebra o sondade DNA hibridará solamente su RNAm complementarioen una sección de tejido bajo las condiciones experimen-tales adecuadas. De manera muy similar a lo que sucedeen la autorradiografía de receptores, descrita anterior-mente, la sección puede después yuxtaponerse sobre unapelícula. Los granos de plata pueden entonces visualizarseen las células que expresan el RNAm. Combinada con lainmunohistoquímica, la hibridación in situ ha reveladomuchas especies moleculares que dotan a determinadasneuronas de su identidad específica.

Un segundo método que ha contribuido considerable-mente al entendimiento de la organización del cerebroaprovecha el proceso de transporte axoplásmico, median-te el que las sustancias son transportadas de forma anteró-grada del cuerpo neuronal a la terminación nerviosa, y deforma retrógrada desde la terminación nerviosa al cuerponeuronal. Los cuerpos neuronales pueden proporcionarproyecciones que inerven distintas áreas del cerebro. Paraentender el papel funcional de un núcleo neuronal espe-cífico, resulta esencial comprender qué neuronas inerva.Este tema puede estudiarse con técnicas de trazado tantoanterógrado como retrógrado.

Con estos métodos se realiza una inyección mínima detintura u otro marcador en una región cerebral específica.La tintura es captada por estas terminaciones nerviosas ytransportada al cuerpo neuronal en 24-48 horas. Despuésde este tiempo, los cuerpos neuronales que envían axones


MA

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para inervar el área inyectada pueden identificarse en elcerebro gracias a la tintura que contienen. A la inversa,puede inyectarse una tintura en la zona del cuerpo neuro-nal, que será transportada de modo anterógrado y pondráde manifiesto los axones y las terminaciones que procedende la neurona. Recientemente estas técnicas de trazado sehan combinado con técnicas inmunocitoquímicas para de-terminar el circuito neuronal exacto de los sistemas neu-ronales definidos por los neurotransmisores (fig. 1-12).

FORMACIÓN RETICULAR

Entre los sistemas neuronales de mayor interés para lapsiquiatría se hallan los componentes de la formación re-ticular del tronco cerebral y su extensión rostral en el cerebro anterior (Coyle, 1986). La implicación de estoscomponentes en la fisiopatología de las enfermedadesmentales se basa en el descubrimiento casual de varias cla-ses de agentes psicofarmacológicos eficaces cuyo mecanis-mo de acción se ha atribuido a modificaciones en la neu-rotransmisión sináptica de componentes específicos delsistema reticular. Estos hallazgos tienen validez neurofisio-lógica y neuroanatómica gracias a la organización y fun-ción poco habitual de las neuronas del sistema reticular.

Las neuronas de la formación reticular no participanen la transmisión de información específica, sino que mo-dulan la función neuronal mediante receptores ligados aproteínas G en el sistema nervioso, incluyendo regionescorticales y límbicas. Por tanto, la alteración de su funciónno está, generalmente, asociada con los signos neurológi-cos focales que habitualmente se relacionan con lesionesde importantes sistemas de procesamiento de informa-ción, como los sistemas sensoriales ascendentes o los siste-mas motores descendentes, sino con alteraciones en lasfunciones conductuales, afectivas, de activación y cogniti-vas. Naturalmente, estos hallazgos no impiden pensar enla posibilidad de que alteraciones localizadas de las neuro-nas que inervan o están influidas por las proyecciones delsistema reticular puedan contribuir de manera sustancialen la etiología o las manifestaciones sintomáticas de lostrastornos mentales.

Algunos componentes del sistema reticular han sidobien caracterizados en cuanto a sus neurotransmisores.Los de mayor relevancia para la psiquiatría son las víasnoradrenérgicas, serotoninérgicas, dopaminérgicas y co-linérgicas.

Neuronas noradrenérgicas

La noradrenalina es el principal neurotransmisor deuna clase importante de neuronas del sistema reticular deltronco cerebral. En la figura 1-2 se muestra la vía de sínte-sis de la noradrenalina. El núcleo noradrenérgico princi-pal es el locus coeruleus, denominado así por su color azula-do en las secciones frescas de cerebro. El locus coeruleus se

localiza bilateralmente en la protuberancia dorsal, cercadel suelo del cuarto ventrículo (fig. 1-13). Existen otrosnúcleos noradrenérgicos (neuronas liberadoras de nora-drenalina) esparcidos por el bulbo y la protuberancia, queinervan principalmente el tronco cerebral. Las 40.000neuronas que se estima que existen en el locus coeruleus delos seres humanos son la fuente principal de inervaciónnoradrenérgica para la mayor parte del SNC, incluyendoel cerebro anterior, el cerebelo y la médula espinal. Así,una amplia arborización neuronal abarca más del 95% delvolumen celular de las neuronas noradrenérgicas del locus

FIGURA 1-12. Técnica de trazado neuronal retrógrado. A) Talcomo se ilustra de modo esquemático, se inyecta una cantidadde sustancia marcadora (p. ej., peroxidasa de rábano) en un áreade inervación neuronal. Tras un intervalo adecuado para permi-tir el transporte retrógrado del marcador hacia el cuerpo celularde la neurona, se efectúan cortes histológicos y se examinan loscuerpos celulares de las neuronas. Si una neurona envía axonesque inervan el área inyectada, contendrá el marcador en su cuer-po celular; en caso contrario se hallará exenta de marcador. B) Neuronas colinérgicas del septo medio visualizadas mediantemicroscopio de campo oscuro. Estas células habían sido marcadascon peroxidasa de rábano mediante inyección del marcador enel hipocampo, la región inervada por estas neuronas septales.

A


coeruleus. Al igual que los otros componentes de la forma-ción reticular, los axones noradrenérgicos son procesos fi-nos y desmielinizados que contienen neurotransmisoresen toda su longitud. Los abultamientos arrosariados distri-buidos a lo largo de los axones son zonas de contacto si-náptico especializadas denominadas sinapsis de paso. Comoocurre en la corteza cerebral, los axones noradrenérgicosindividuales efectúan contactos sinápticos con millones deneuronas, y el árbol axonal parece una densa trama que seramifica a lo largo de todas las capas corticales (fig. 1-13).Además, las neuronas noradrenérgicas individuales envíanaxones que inervan diversas regiones funcionales del cere-bro (p. ej., corteza cerebral y cerebelo).

En el cerebro, los efectos de la noradrenalina están me-diados por dos clases de receptores: α y β (tabla 1-4). Estasclases se subdividen, a su vez, según sus características far-macológicas y efectos fisiológicos, en α1 y α2, y en β1 y β2.La estimulación de los receptores α1 se traduce en unainactivación del recambio de los fosfoinositoles. Los recep-tores α-2 están relacionados, mediante la Gi/Go, con la inhibición de la adenilatociclasa y la apertura de un canalde K+. Estas acciones tienden a disminuir los disparos delas neuronas. Los receptores α2 del soma de la neurona,que pueden ser estimulados mediante colaterales noradre-nérgicos recurrentes, reducen la tasa de descarga de lasneuronas noradrenégicas. Además, la activación de los re-ceptores α2 de los terminales noradrenérgicos disminuyenla cantidad de noradrenalina liberada, presumiblementemediante la reducción del flujo de calcio durante la des-polarización. La clonidina es un agonista de los receptoresα2 que inhibe el disparo del locus coeruleus. Esto explica sueficacia a la hora de atenuar los síntomas físicos de la abs-tinencia aguda de opiáceos.

Los receptores β1 y β2 se distinguen por la baja activi-dad intrínseca de la noradrenalina en el último receptory por su diferente sensibilidad a ciertos antagonistas. Enel cerebro, los receptores β1 parecen tener un alto gradode localización en las neuronas, mientras que los β2 se ha-llan predominantemente, aunque no de modo exclusivo,

FIGURA 1-13. Proyecciones primarias del locus coeruleus nora-drenérgico.

Noradrenalina

OHOHH

H H

NH2C CHO

Locus coeruleus

asociados a elementos no neuronales, como las célulasgliales. La activación de los receptores β comporta la esti-mulación de la adenilatociclasa mediante la proteína Gs yla elevación de los niveles intracelulares de AMP cíclico.Así, las respuestas celulares a los agonistas β reflejan la activación de proteincinasas dependientes de AMP. Ladesensibilización de los receptores corticales β-adrenérgi-cos constituye un efecto general de los fármacos antide-presivos.

Neuronas serotoninérgicas

Las neuronas que liberan serotonina presentan sus so-mas en los núcleos del rafe, cerca de la línea media deltronco cerebral (fig. 1-14). Al igual que las neuronas nora-drenérgicas del locus coeruleus, las neuronas serotoninérgi-cas proporcionan una inervación altamente colateral aprácticamente todas las áreas del SNC. Sin embargo, loscomponentes de los núcleos del rafe la proporcionan másregionalizada.

Los efectos sinápticos de la serotonina se hallan media-dos por un gran número de receptores pre y postsinápti-cos (tabla 1-4). Los estudios farmacológicos y de clonaciónactuales sugieren que existen al menos cuatro tipos de re-ceptores de la 5-HT, con múltiples subtipos. Los recepto-res 5-HT1 relevantes en farmacología humana son los 5-HT1A, receptores mayoritariamente presinápticos, zonade acción del fármaco ansiolítico buspirona; el receptor 5-HT1C, que es tanto pre como postsináptico, y el receptor5-HT1D, del que es agonista el nuevo fármaco antimigraño-so sumatriptán. El receptor 5-HT2 es un receptor post-sináptico que parece ser la zona de acción clave de la dietilamida del ácido lisérgico (LSD), la mescalina y aluci-nógenos relacionados. Los receptores 5-HT1A y 5-HT1D

inhiben la adenilatociclasa y activan el canal de K+ depen-diente del voltaje vía Gi. Los receptores 5-HT1C y 5-HT2

activan las vías del segundo mensajero inositoltrifos-fato/diacilglicerol. El receptor 5-HT3 es el único receptormonoamínico conocido que se une a un canal dependien-

FIGURA 1-14. Vías de las neuronas serotoninérgicas del rafe.

Serotonina

Núcleos del rafe

HO CH – CH2NH2

N


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o.

TABLA 1-4. Farmacología de los receptores de monoaminas y acetilcolina

Agonistas AntagonistasReceptor clínicamente relevantes clínicamente relevantes Acoplamiento

Receptores adrenérgicosα1-adrenérgicos (4 subtipos) Fenilefrina Prazosina IP3/DGα2-adrenérgicos (3 subtipos) Clonidina Yohimbina AMPc disminuido; canal K+

aumentadoβ-adrenérgicos (3 subtipos: Isoproterenol Propranolol AMPc aumentado

β1 en el corazón; β2 en los pulmones)

Receptores dopaminérgicosD1 (o D1A) SKF38393 SCH39166 AMPc aumentadoD2 (o D2A) Bromocriptina Antipsicóticos típicos AMPc disminuido; canal K+

(racloprida selectivo) aumentado; canal Ca++

disminuidoD3 (o D2B) Quinpirol Antipsicóticos típicos DesconocidoD4 (o D2C) Quinpirol Clozapina AMPc disminuidoD5 (o D1B) SKF38393 AMPc aumentado

Receptores serotoninérgicos5-HT1A Agonista parcial buspirona AMPc disminuido; canal K+

(8-OH-DPAT selectivo) aumentado5-HT1B AMPc disminuido5-HT1D Sumatriptán AMPc disminuido5-HT1E AMPc disminuido5-HT1F AMPc disminuido5-HT2A α-metil-5-HT Ritanserina (selectivo) IP3/DG

Clozapina (no selectivo)5-HT2B α-metil-5-HT IP3/DG5-HT2C (antes 5-HT1C) α-metil-5-HT Clozapina (no selectivo) IP3/DG5-HT3 2-metil-5-HT Odansetrón Canal catiónico intrínseco5-HT4 5-metoxitriptamina AMPc aumentado

Receptores muscarínicos Oxotremorina AtropinaM1 Oxotremorina Pirencepina selectivo IP3/DGM2 Oxotremorina Metroctamina selectivo AMPc disminuido; canal

K+ aumentadoM3 Oxotremorina Hexahidrosiladifenidol selectivo IP3/DGM4 Oxotremorina Tropicamida selectivo AMPc disminuido

DG, diacilglicerol; 8-OH-DPAT, 8-hidroxi-2-(di-n-propilamino) tetralina.

te de ligando. El nuevo fármaco antiemético odansetrónantagoniza los efectos de la serotonina en el receptor 5-HT3 de la zona gatillo del bulbo raquídeo. (El otro tipo dereceptor significativo en estas neuronas es el receptor D2;por tanto, los antieméticos más antiguos son antagonistasde los receptores dopaminérgicos.) No está clara la fun-ción de los receptores 5-HT4. Las neuronas serotoninérgi-cas, mediante la inervación de la corteza cerebral, se hanasociado con la regulación del estado de vigilia. Los efec-tos serotoninérgicos en el sistema límbico pueden desem-peñar un papel en el control del estado de ánimo, la an-siedad y la agresión, así como en la modulación del dolor.

Neuronas dopaminérgicas

Tres grandes sistemas dopaminérgicos han sido de par-ticular interés en la investigación psiquiátrica (fig. 1-15).Las neuronas dopaminérgicas ampliamente pigmentadas y

localizadas en la sustancia negra del cerebro medio pro-porcionan una inervación considerablemente densa de losnúcleos caudado y putamen, responsable al menos del15% de las sinapsis de dichas neuronas. Esta vía altamentecolateralizada de axones desmielinizados se ramifica enuna fina red de axones repletos de varicosidades, propor-cionando miles de sinapsis de paso. La proyección nigroes-triada dopaminérgica participa íntimamente en la inicia-ción y ejecución fina de las actividades motoras y puedeinfluir de forma similar en la función cognitiva, reflejandola proyección principal de la corteza frontal al núcleo cau-dado. La degeneración de las proyecciones nigroestriadasdopaminérgicas produce los síntomas de la enfermedadde Parkinson, y el bloqueo de los receptores dopaminérgi-cos por los fármacos neurolépticos comporta la apariciónde efectos adversos clínicos similares a los extrapiramida-les, ocasionando una alteración de la neurotransmisióndopaminérgica estriada.


Los cuerpos neuronales dopaminérgicos localizadosmás medialmente, en el área tegmental ventral, inervan elnucleus accumbens, la zona central del circuito límbico, asícomo el neocórtex, el córtex cingulado, la amígdala y elhipocampo. Mientras que en la rata la inervación dopami-nérgica de la corteza se halla dispersa y limitada a las re-giones prefrontales, en los primates parece ser muy nota-ble (Levitt y cols. 1984). La proyección dopaminérgica delárea tegmental ventral al nucleus accumbens ha sido consi-derada como un circuito de «recompensa cerebral», me-diando los efectos reforzadores positivos de las drogas deabuso, como la cocaína, las anfetaminas y probablementelos opiáceos. Las proyecciones dopaminérgicas corticalespueden estar implicadas en la atención, la «memoria acti-va» y, por inferencia, la integración cognitiva. Basándoseen las propiedades antagonistas dopaminérgicas de los fár-macos antipsicóticos (v. más adelante), se ha supuesto laexistencia de una disfunción de los circuitos dopaminérgi-cos mesocorticolímbicos en la esquizofrenia y otras altera-ciones psicóticas.

Finalmente, un grupo de neuronas dopaminérgicas lo-calizado en el núcleo arcuato del hipotálamo envía axonesque terminan en los senos venosos de la hipófisis. Estaproyección dopaminérgica tuberoinfundibular inhibe laliberación de la hormona hipofisaria prolactina. Este pa-pel fisiológico ha sido ampliamente utilizado como unamedida periférica de las alteraciones de la neurotransmi-sión dopaminérgica central. De este modo, los neurolépti-cos, como potentes bloqueantes dopaminérgicos D2, incre-mentan la liberación de prolactina.

Los efectos sinápticos de la dopamina parecen estarmediados por varios y distintos receptores farmacológicosy fisiológicos (tabla 1-4). Es posible que no se hayan descu-bierto todos los tipos de receptores dopaminérgicos, y ac-tualmente no existe una nomenclatura establecida. Segúnsu estructura (deducida por clonación molecular) y suspropiedades farmacológicas, los receptores dopaminérgi-

FIGURA 1-15. Las tres vías dopaminérgicas principales: la nigro-estriada, la mesocorticolímbica (que tiene su origen en el áreategmental ventral, ATV) y la del núcleo arcuato al infundíbulo.

Sustancia negra

Núcleo arcuato

Dopamina

ATV

OH

HO

H

H

C

H

H

NH2C

cos pueden agruparse en dos familias, denominadas seu-do-D1 (los receptores D1 y D5, también denominados D1A yD1B por algunos investigadores) y seudo-D2 (los receptoresD2, D3 y D4, también denominados D2A, D2B y D2C por algu-nos investigadores). Además, se ha hallado una forma lar-ga y una corta del receptor D2 sobre la base de la divisióndel receptor D2 del RNAm de este receptor, pero no sehan observado diferencias funcionales obvias entre estasdos formas. Los distintos tipos de receptores presentandistribuciones que se solapan pero no son idénticas en lasregiones cerebrales inervadas por las fibras dopaminérgi-cas. Los receptores D1 y D5 activan la adenilatociclasa me-diante la proteína Gs. El receptor D2 inhibe la adenilatoci-clasa y activa los canales de K+ dependientes del voltajemediante la proteína Gi. Los efectos precisos de segundomensajero de los receptores D3 y D4 todavía no están cla-ros. Los fármacos antipsicóticos son antagonistas de los re-ceptores D2, D3 y D4. Una observación importante, que seabordará más adelante, es que el antipsicótico clozapinapresenta una especial y alta afinidad por los receptores D4

(Van Tol y cols, 1991). Su baja afinidad por el receptor D2

explica probablemente su ausencia de efectos extrapirami-dales.

Neuronas colinérgicas

La fuente principal de inervación colinérgica que reci-be la corteza cerebral, el hipocampo y las estructuras lím-bicas es un complejo de grandes neuronas localizado en elcerebro anterior (fig. 1-16). El núcleo basal de Meynert,un grupo de células colinérgicas dispersadas por la zonaventral y medial del globus pallidus, envía axones que iner-van la corteza cerebral. La banda de Broca, localizada másanteriormente y el núcleo septal medial inervan la forma-ción hipocámpica y el córtex cingulado. Las ramificacio-nes terminales de las aferencias colinérgicas proporcionan

FIGURA 1-16. Neuronas colinérgicas prosencefálicas. Las neuro-nas colinérgicas de la base del prosencéfalo (incluyendo el nú-cleo basal de Meynert, la banda diagonal de Broca y el núcleoseptal medio) inervan estructuras de la corteza cerebral, el hipo-campo y el sistema límbico. El estriado posee un circuito local deinterneuronas colinérgicas.

Acetilcolina

Estriado intrínseco

Cerebro anterior

O

CH3 – C – O – CH2 – N – CH3

– –

CH3

–

CH3

–


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una trama de fibras orientadas al azar y distribuidas por to-das las capas de la corteza cerebral, mientras que en la for-mación hipocámpica se puede observar una distribuciónmucho más laminar, especialmente en la circunvolucióndentada. La densa inervación colinérgica de los núcleoscaudado y putamen no está proporcionada por estas pro-yecciones ascendentes sino por circuitos neuronales res-tringidos a los ganglios basales.

Los efectos postsinápticos de la acetilcolina en el cerebroanterior parecen estar mediados tanto por receptores mus-carínicos como nicotínicos. Los receptores nicotínicos delcerebro son canales dependientes de ligandos, algo diferen-tes a los que median los efectos de la acetilcolina en launión neuromuscular, identificados en varias subunidadesde receptores específicos del cerebro. Aparte de los efectospsicotrópicos centrales de la nicotina, el papel de los recep-tores nicotínicos en el cerebro aún no está muy claro.

Se han identificado al menos cinco tipos de receptoresmuscarínicos colinérgicos gracias a los estudios farmacoló-gicos y de clonación (M1-M4) (tabla 1-4). Los receptoresmuscarínicos que median los efectos de la acetilcolina enlas prolongaciones colinérgicas corticales e hipocámpicasdesempeñan un papel integrador en las funciones cogniti-vas, en especial el aprendizaje y la memoria. Los fármacosque bloquean estos receptores, como la escopolamina o laatropina, o la destrucción de las proyecciones colinérgicasdel cerebro anterior en animales de experimentación pro-duce déficit selectivos en las funciones de memoria. Es dedestacar que pérdidas importantes de axones colinérgicoscorticales e hipocámpicos parecen ser una constante en laenfermedad de Alzheimer y pueden contribuir a las altera-ciones cognitivas presentes en este trastorno (Coyle y cols.,1983). El sistema colinérgico también se ha relacionadocon el control de los estados de ánimo, ya que los antago-nistas de los receptores muscarínicos mejoran el estado deánimo en el hombre, mientras que la fisostigmina, un inhi-bidor de la acetilcolinesterasa de acción central, se ha des-crito que provoca un estado de ánimo depresivo. Final-mente, las proyecciones colinérgicas intervienen en elsueño, especialmente en la fase de movimientos ocularesrápidos (REM). Durante esta fase, las neuronas noradre-nérgicas del locus coeruleus se hallan tónicamente inhibidas,mientras que las neuronas colinérgicas están activas. Losfármacos colinérgicos estimulan la fase REM y los anticoli-nérgicos la antagonizan. La observación de que la latenciaREM se halla disminuida en la depresión mayor (consisten-te con la hiperactividad de las neuronas colinérgicas) da fede que los sistemas colinérgicos intervienen en la regula-ción del estado de ánimo y en sus alteraciones.

AMINOÁCIDOS

Los principales neurotransmisores cerebrales excita-dores e inhibidores son los aminoácidos L-glutamato yGABA. Su amplio papel en el procesamiento de la infor-

mación indica que se hallan localizados en un gran núme-ro de sistemas neuronales diferentes a lo largo del cere-bro, a diferencia de las neuronas del sistema reticular, enel que los cuerpos están concentrados en núcleos concre-tos del tronco cerebral.

GABA

Las neuronas gabaérgicas son especialmente importan-tes en psiquiatría porque las benzodiacepinas, los barbitú-ricos y muchos anticonvulsivos ejercen sus efectos median-te la activación de los receptores GABA (v. más adelante).En la corteza cerebral, el hipocampo y las estructuras lím-bicas, las neuronas gabaérgicas son predominantementeneuronas de circuitos locales que muestran sus cuerposcelulares y sus ramificaciones terminales axonales comple-tamente dentro de dichas estructuras (fig. 1-17). De he-cho, domina en ellas la neurotransmisión inhibidora ga-bárgica, dado que el bloqueo farmacológico de losreceptores GABA con el fármaco bicuculina provoca unadesinhibición difusa y crisis epilépticas. Las neuronas ga-baérgicas también se pueden hallar como neuronas conproyecciones de largo recorrido en otras áreas del cere-bro. Por ejemplo, la salida principal de los núcleos cau-dado y putamen que se proyecta al globus pallidus y a la sustancia negra consiste en neuronas gabaérgicas. La vul-nerabilidad de los subtipos de estas neuronas gabaérgicasestriadas en la enfermedad de Huntington contribuye alos movimientos anormales que caracterizan esta enferme-dad. Las neuronas eferentes cerebelosas, las células dePurkinje, son también neuronas de proyección de largorecorrido. Los síntomas cerebelosos como la ataxia, queresultan de dosis excesivas de barbitúricos o etanol, refle-jan seguramente la potenciación de la neurotransmisióngabaérgica en este tipo de eferencias del cerebelo.

FIGURA 1-17. Principales vías gabaérgicas. El neurotransmisorinhibidor GABA (ácido γ-aminobutírico) se sintetiza en un circui-to local de células estrelladas de la corteza cerebral, en las célu-las cerebelosas de Purkinje y en las neuronas nigroestriadas.

Neuronas nigroestriadas

Células de Purkinje

Ácido γ-aminobutírico

H2N – CH2 – CH2 – CH2 – C

– –

O

Células estrelladas


Glutamato

El glutamato es el principal neurotransmisor excitadordel cerebro; ejemplos bien estudiados de neuronas que uti-lizan glutamato son las células piramidales de la corteza cerebral y la formación hipocámpica (fig. 1-18) y las princi-pales aferencias sensitivas. La mayor parte de la neuro-transmisión excitadora rápida del cerebro utiliza receptoresdel glutamato que son canales dependientes de ligandos.Estos receptores han sido nombrados por sus agonistas far-macológicos, kainato, ácido α-amino-3-hidroxi-5-metil-4-isoxazolpropiónico (AMPA) y N-metil-D-aspartato (NMDA).Los genes que codifican para los polipéptidos que formanlos canales de glutamato han sido clonados (Seeburg,1993). También existen receptores para el glutamato queactivan las proteínas G, actualmente conocidos como re-ceptores del glutamato «metabotrópicos». Los estudios declonación han identificado asimismo múltiples subtipos de estos receptores (Schoepp y Conn, 1993).

La unión del glutamato provoca que los canales kainatoy AMPA abran los canales intrínsecos de Na+, aunque cier-tos subtipos pueden también admitir Ca++. Los receptoresNMDA son únicos porque su canal, que permite la entra-da de Na+ y Ca++, son bloqueados por el Mg+ en el poten-cial de membrana en reposo (–70 mV). La activación delos receptores NMDA se produce sólo cuando ocurren si-multáneamente dos fenómenos: el glutamato debe unirseal receptor y la membrana debe despolarizarse (p. ej., me-diante la activación de los receptores no NMDA que lo ro-dean), lo cual permite que el Mg+ salga por el canal. Debi-do a que hacen falta estos dos fenómenos simultáneos (esdecir, el receptor es un detector de coincidencias), los re-ceptores NMDA se han considerado como un posible sus-

FIGURA 1-18. Vía glutamatérgica principal. El neurotransmisorexcitador ácido L-glutamato se libera en numerosas neuronas,como las células piramidales corticales e hipocámpicas, las célulasgranulares cerebelosas, las fibras trepadoras cerebelosas y lasaferencias sensoriales primarias.

Células piramidales

Célulasgranulosas

Corteza sensorial primaria

L-glutamato

CH – CH2 – CH2 – C

– –

––

O

OC

NH2

trato para el aprendizaje asociativo, mediante el procesode potenciación a largo plazo. Esta potenciación hace re-ferencia a un incremento persistente de la eficacia de la si-napsis como consecuencia de un período de alta actividadpresináptica excitadora (Bliss y Collingridge, 1993).

El glutamato se ha implicado en un número crecientede trastornos neurológicos y psiquiátricos. Un hallazgo im-portante y relevante para la psiquiatría es que los efectospsicomiméticos de la fenciclidina (PCP) y compuestos re-lacionados son debidos a la capacidad de estos compues-tos de bloquear el canal receptor NMDA (Martin y Lodge,1985). Dado que el glutamato es el neurotransmisor de lasneuronas piramidales corticales e hipocámpicas, se ha su-puesto que los efectos disociativos y psicomiméticos de laPCP pueden reflejar la interferencia con la neurotransmi-sión glutamatérgica de estas regiones cerebrales.

Olney (1969) fue el primero en demostrar que la in-yección periférica de glutamato en animales recién naci-dos produce un patrón selectivo de degeneración neuro-nal que afecta a las neuronas del núcleo arcuato delhipotálamo, los órganos ventriculares del cerebro y lascapas internas de la retina, y propuso que la neurotoxici-dad del glutamato proviene de una despolarización exce-siva de las neuronas mediadas por los receptores del glu-tamato. Estudios realizados posteriormente revelaronque la inyección intracerebral de agonistas en tres tiposde receptores de glutamato —los receptores de kainato,AMPA y NMDA— destruía las neuronas próximas a lazona de inyección pero no los axones de las neuronasdistantes y los elementos no neuronales, como la glía.Dependiendo de la zona de la inyección en el cerebro,estas «excitotoxinas» pueden constituir un modelo parala patología de diversas enfermedades neurodegenerati-vas como la enfermedad de Huntington, la epilepsia dellóbulo temporal y la degeneración espinocerebelosa(Schwarz y Meldrum, 1985).

Estas observaciones llevaron a los científicos a pregun-tarse si el glutamato y los neurotransmisores excitadoresendógenos relacionados podían producir la degenera-ción de neuronas del cerebro bajo determinadas circuns-tancias, como resultado de una liberación excesiva o deuna inactivación insuficiente. Con la aparición de los po-tentes y específicos antagonistas de los receptoresNMDA, los recientes descubrimientos han confirmadoesta hipótesis (Choi y Rothman, 1990). Por tanto, el tra-tamiento con antagonistas NMDA previene la degenera-ción de neuronas en el sistema límbico causada por crisispersistentes, en el estriado como consecuencia de una hi-poglucemia aguda y en el hipocampo como resultado deuna isquemia. Estos resultados auguran el desarrollo denuevas clases de medicaciones «neuroprotectoras» quepuedan prevenir o disminuir notablemente el daño cere-bral consiguiente a hipoxia e isquemia, las causas másfrecuentes de morbilidad y muerte tras un accidente vas-cular cerebral o un infarto de miocardio (Robinson yCoyle, 1988).


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PURINAS

Del mismo modo que los aminoácidos que forman gru-pos de proteínas (p. ej., glutamato, glicina) pueden actuarcomo moléculas estimuladoras en el sistema nervioso, seha observado que ciertos grupos de purinas pueden asi-mismo actuar como neurotransmisores. La purina adeno-sina actúa mediante dos tipos de receptores ligados a pro-teínas G. Se ha establecido que los efectos estimulantes dela cafeína sobre la conducta resultan de su acción comoantagonista competitivo de los receptores de la adenosina.Además, parece que el ATP, la fuente principal de energíapara las células, puede también actuar como neurotrans-misor. Un tipo de receptor ATP ha demostrado ser un ca-nal dependiente de ligandos.

ENDORFINAS

Tal y como se ha descrito anteriormente en este capítu-lo, los neuropéptidos mejor estudiados y más importantespara la psiquiatría son las endorfinas. Esta familia de neu-ropéptidos fue originalmente descubierta en estudios des-tinados a determinar si existían sustancias cerebrales en-dógenas que sirvieran como antagonistas de los receptoresopiáceos. Los pentapéptidos metendorfina y leuencefalinafueron los primeros péptidos opiáceos endógenos descu-biertos, aunque estudios subsiguientes han revelado lapresencia de una familia completa de estos péptidos condistintos efectos sobre las diversas subclases de receptoresopiáceos. Algunos de estos péptidos que se han identifica-do en el cerebro se muestran en la tabla 1-3.

Las encefalinas se encuentran principalmente en cir-cuitos locales de neuronas de diversas regiones del SNC,pero también en neuronas de proyección. Las interneuro-nas que contienen encefalinas en la sustancia gris peria-cueductal, los núcleos del rafe y el asta posterior de la mé-dula espinal son los componentes más importantes de lossistemas analgésicos endógenos. Las interneuronas quecontienen encefalinas capaces de liberar las neuronas do-paminérgicas del área tegmental ventral de la inhibicióntónica de neuronas gabaérgicas pueden presentar partedel sustrato de recompensa cerebral inducida por los opiá-ceos y, por lo tanto, del abuso y adicción a estos compues-tos. Las encefalinas se hallan también en altas concentra-ciones en el caudado, el putamen y el globus pallidus, áreasprobablemente relacionadas con la función motora.

El péptido endógeno opiáceo de mayor tamaño, la β-en-dorfina, presenta una doble localización. Se halla en ungrupo de neuronas del hipotálamo que emiten axonesque se proyectan hacia las áreas límbicas; además, tal ycomo se ha descrito en este capítulo, también es segrega-da por los corticotropos en la hipófisis anterior. La coloca-lización de la ACTH y la β-endorfina refleja la fuente co-mún de estos dos péptidos del precursor POMC. Durantelos períodos de estrés, la liberación de ACTH y β-endorfi-

na pueden explicar la analgesia relacionada con el estrés.Es más, las alteraciones hipotálamo-hipofisosuprarrenalesobservables en el trastorno depresivo mayor implican unasecreción excesiva de β-endorfina, así como de ACTH ycortisol.

NEUROBIOLOGÍA MOLECULAR

Quizás los descubrimientos más interesantes de la in-vestigación neurocientífica reciente procedan del uso cre-ciente de las técnicas de biología molecular (Hyman yNestler, 1993). Estos métodos abren considerables espe-ranzas de poder salvar el lapso entre la genética clínica enpsiquiatría y los procesos moleculares que regulan la es-tructura y la función del cerebro. Estas poderosas metodo-logías incluyen el análisis de acoplamiento con los polimorfis-mos del DNA para localizar los genes que pueden serresponsables de trastornos psiquiátricos; métodos para laidentificación de genes que codifican las proteínas impli-cadas en la estructura y función del cerebro, y métodospara estudiar la regulación de la expresión génica por estí-mulos ambientales, incluyendo los fármacos. Con el rápi-do aumento de la información sobre la localización de ge-nes importantes para la función cerebral en el genomahumano, se producirá probablemente en la próxima déca-da una convergencia de información que aclarará las ba-ses celulares y moleculares de muchos trastornos psiquiá-tricos y de muchas conductas no patológicas.

CLONACIÓN MOLECULAR

La aproximación más utilizada para identificar y locali-zar los genes neurales requiere la purificación de la pro-teína que interesa estudiar. La proteína podría ser, porejemplo, una enzima relacionada con la síntesis de neuro-transmisores, de un receptor, de un neuropéptido o deuna proteína transportadora. La proteína es entonces se-cuenciada para determinar las series de aminoácidos.Dado que el código genético es conocido, la secuencia deproteína puede ser traducida a la inversa en una secuenciade DNA y ser utilizada para generar DNA sintético marca-do radiactivamente (es decir, oligonucleótidos) que pue-de emplearse para identificar el gen que interesa. Esto seconsigue utilizando la sonda para la hibridación de unfragmento de DNA complementario (DNAc) dentro de loque se denomina la biblioteca de DNAc.

En resumen, el proceso de clonación molecular requie-re la presencia de enzimas denominadas endonucleasas derestricción que cortan el DNA en secuencias específicas, ylas enzimas denominadas ligasas, que pueden unir frag-mentos de DNA. Una biblioteca de DNAc contiene unamezcla de fragmentos de DNA que representan todos losgenes expresados en un tipo de tejido o célula. Para desa-


rrollar una biblioteca de DNAc se disecciona y homoge-neiza un tejido concreto (p. ej., una región cerebral), y suRNAm proporciona una representación de todos los ge-nes contenidos que se han transcrito (p. ej., expresados).De este modo, una muestra de núcleo estriado contendríaRNAm que codificaría para receptores de dopamina perono para hemoglobina. Las copias complementarias deDNA de cada RNA se producen en un proceso que incluyela enzima transcriptasa inversa (así denominada porque«transcribe de modo inverso» el RNA a DNA). Cada unode los DNAc que salen como resultado debe propagarse(es decir, clonarse) mediante su inserción en un plásmidobacteriano o el DNA de un virus bacteriófago. Ambos pue-den servir como vector que puede replicarse de modo au-tónomo en bacterias como la Escherichia coli. Los plásmidosson pequeños círculos de DNA que contienen solamenteunos pocos genes; los utilizados en la clonación se sinteti-zaron originalmente a partir de plásmidos resistentes a an-tibióticos que ya se encontraban en bacterias. Las endonu-cleasas de restricción se utilizan para abrir el vector declonación. Cada vector se vuelve a cerrar con ligasas de-pués de introducir un DNAc. La población de plásmidos obacteriófagos, cada uno con una copia única de DNAc deun gen expresado en el tejido que interesa, se reintroduceen la E. coli, donde se replica. Cuando estas bacterias secultivan en un medio de agar, cada una crecerá en una co-lonia que contiene múltiples copias de un único DNAc, lallamada biblioteca de DNAc. Se puede efectuar una selec-ción en la biblioteca para hallar genes concretos utilizan-do sondas que detectarán secuencias particulares por em-parejamiento de base complementaria o con anticuerposfrente a las proteínas que interesen.

Un ejemplo del poder de este método fue la clonacióndel gen que codifica para la proteína β-amiloide, el mayorcomponente de las placas seniles neuríticas de la en-fermedad de Alzheimer. La β-amiloide se purificó a par-tir de cerebros de pacientes con enfermedad de Alzhei-mer, determinándose la secuencia de aminoácidos. A par-tir de esta secuencia se sintetizó y utilizó una sonda deDNAc para seleccionar una biblioteca de DNAc de cere-bro humano. Sin embargo, el poder de estos métodos vamás allá. Pueden utilizarse para la clonación de DNAcpara proteínas que nunca han sido purificadas. Tal ycomo ya se ha descrito, muchas proteínas importantes delsistema nervioso son miembros de familias relacionadasevolutivamente. Éstas incluyen receptores, transportado-res y canales iónicos. Recientemente, los transportadoresde GABA y de noradrenalina han sido purificados y clona-dos (Pacholczyk y cols., 1991). Así ha sido posible compa-rar sus secuencias y determinar qué regiones se conserva-ban entre las dos proteínas de transporte. Las regiones deconservación de secuencias compartidas por proteínas re-lacionadas representan generalmente dominios críticosfun-cionales que han sido preservados de la tendencia mu-tacional por selección natural. Las sondas sintéticas de
DNA que codifican estas regiones conservadas se utilizan
luego para seleccionar bibliotecas bajo condiciones quetoleran un pequeño grado de desparejamiento entre lasondas y su complemento; alternativamente, la sonda pue-de utilizarse en un proceso que amplifica los DNAc a losque se une en una solución (una técnica denominada reacción en cadena de la polimerasa, PCR). Explotando las se-cuencias transportadoras conservadas y derivadas de trans-portadores de GABA y noradrenalina se han clonadotransportadores de serotonina y dopamina, así como otrostransportadores desconocidos. Se utilizaron técnicas simi-lares para clonar toda la familia de receptores de la dopa-mina (p. ej., Van Tol y cols., 1991).

POLIMORFISMOS DEL DNA

Los avances recientes han proporcionado diferentesmétodos para localizar los genes responsables de los tras-tornos hereditarios que no requieren ningún conocimien-to a priori de la proteína defectuosa responsable de la alte-ración (Wexler y cols., 1991). Se conoce actualmente muypoco sobre los productos genéticos defectuosos que pue-den ser responsables de trastornos psiquiátricos como eltrastorno bipolar, la esquizofrenia, o el síndrome de Gillesde la Tourette, sobre los que se tienen pruebas de la exis-tencia de una predisposición genética, por lo que este mé-todo representa una poderosa herramienta para aclararlos mecanismos hereditarios que participan en estos tras-tornos. Estas técnicas permiten la identificación de locicromosómicos estrechamente relacionados con la mani-festación fenotípica de un defecto génico y, por lo tanto,resultan prometedores para identificar de forma definitivalos genes defectuosos que confieren vulnerabilidad paraestos trastornos. Una vez identificado el gen, es posible ca-racterizar su función, que en muchos casos implicará unproducto genético deficiente o alterado.

Estos métodos representan un tipo especial de análisisde ligamiento genético, pero el ligamiento no es a un mar-cador fenotípico como el de tipo HLA, sino a marcadoresDNA polimórficos. Estos marcadores son regiones detecta-bles de cromosomas que contienen variaciones en la se-cuencia primaria de DNA (es decir, polimorfismos) en lapoblación humana. Dos de estos tipos de polimorfismosde DNA que se utilizan frecuentemente en análisis de liga-miento son los polimorfismos de longitud de los fragmentos derestricción (RFLP) y los polimorfismos en número de se-cuencias repetidas, muy a menudo repeticiones de dinucleóti-dos, pero también secuencias más largas denominadas números variables de repeticiones en tándem (VNTR). Los mar-cadores de DNA polimórfico pueden utilizarse en los aná-lisis de ligamiento mediante la observación de una cose-gregación de un rasgo de interés (p. ej., trastorno bipolar)dentro de un linaje con un marcador determinado.

En el método RFLP, la demostración de la variación deuna secuencia entre individuos depende de las endonu-cleasas de restricción, las enzimas mencionadas anterior-


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mente que reconocen secuencias determinadas de DNA ylo dividen dentro o cerca de la secuencia (Botstein y cols.,1980). Si se produce una variación en la secuencia del ge-noma humano dentro de la secuencia de reconocimientode una enzima de restricción, alterando incluso una únicabase, la enzima ya no se dividirá en esta zona. Alternativa-mante, una variación puede crear una secuencia de reco-nocimiento donde no existía previamente. Una pérdida oganancia en la zona de restricción conducirá a diferentesfragmentos de distinto tamaño cuando el DNA sea digeri-do por la enzima. Estos fragmentos de distinto tamaño sedenominan RFLP.

En la práctica, una enzima de restricción se utiliza paradigerir el DNA de los linfocitos obtenidos de un sujetodeterminado. Una determinada enzima de restricciónpuede cortar el DNA genómico humano un millón de ve-ces y producir un ininterpretable número de fragmentosde DNA de distinto tamaño. Sin embargo, los fragmentosde DNA pueden ordenarse según su tamaño medianteelectroforesis de gel. En la electroforesis, el DNA, que sehalla cargado negativamente, migra hacia el cátodo en uncampo eléctrico aplicado. Dado que el DNA pasa por ungel que retrasa sus movimientos, los fragmentos más pequeños de DNA son los que migran más rápido. Losfragmentos específicos de DNA pueden identificarse en-tonces mediante la técnica secante Southern. En este pro-cedimiento, el DNA es transferido por acción capilar des-de el gel al filtro de la membrana a la que se adhiere demodo irreversible. El filtro pasa a incubarse con una son-da de DNA marcada radiactivamente desde una localiza-ción cromosómica conocida que hibridará sólo aquellashebras de DNA del filtro que contengan secuencias com-plementarias a la sonda. El secante se expone entonces auna película de rayos X, que revela la localización de losfragmentos de DNA marcados radiactivamente. La ganan-cia o pérdida de la zona de restricción cambiará el patrónde migración del DNA visualizado porque modificará lalongitud de los fragmentos de dicho DNA (es decir, elRFLP) detectados por la sonda radiactiva (fig. 1-19). Me-diante la hibridación sistemática de un panel de sondasque cubre el genoma humano puede demostrarse que undeterminado patrón de RFLP (o, alternativamente, unarepetición de dinucleótidos) cosegrega con la enferme-dad en un linaje determinado. Si la unión es fuerte, la in-formación puede obtenerse a partir de la localización ge-neral del gen vulnerable a la enfermedad. El siguientepaso es el aislamiento del gen y la determinación de sufunción.

El interés de esta técnica radica en que no requiereningún conocimiento previo sobre la fisiopatología deltrastorno, sino que depende de la herencia de un poli-morfismo lo suficientemente próximo al gen de la enfer-medad para que estos alelos cosegreguen a lo largo de ge-neraciones. La secuencia en cuestión se ha utilizado parahallar los genes que causan la enfermedad de Huntington,la fibrosis quística y actualmente el trastorno maníaco-de-

presivo (Berrettini y cols. 1994). Sin embargo, este enfo-que supone una enorme cantidad de trabajo.

Puede utilizarse una estrategia similar para identificargenes de enfermedades si se dispone de una informaciónfisiopatológica que proporcione pistas sobre las proteínasespecíficas que pudieran ser potencialmente anómalas enun trastorno determinado. Los genes que codifican paraestas proteínas pueden clonarse y utilizarse como genes can-didatos de la enfermedad. Los polimorfismos se identificanen o cerca de la localización de estos genes que se utilizancomo análisis de ligamiento. Este análisis no sólo es máseficaz, sino que si el gen candidato se convierte en el gende la enfermedad, no hace falta más trabajo para pasar delmarcador de unión al gen enfermo. En el caso de la enfer-medad de Huntington, el intento continuado de ir desdeel marcador fuertemente unido al gen real de la enferme-dad duró una década.

Una vez identificado el gen de la enfermedad, deben in-vestigarse sus acciones en el cerebro. Existe una gran varie-dad de sistemas, incluyendo la posibilidad de expresar elgen humano en otras especies, con frecuencia en ratas, o deinactivar el gen implicado en un modelo con ratas medianteuna técnica denominada recombinación homóloga. Tales méto-dos suelen permitir el estudio detallado de las acciones de laproteína codificada por el gen, proporcionando pistas parala fisiopatología del trastorno humano. De hecho, el genmutante de la proteína precursora del amiloide, responsa-ble de un tipo de enfermedad de Alzheimer hereditaria, hasido insertado en el genoma de la rata originando la enfer-medad de Alzheimer en el ratón transgénico.

FIGURA 1-19. Técnica de los polimorfismos de la longitud delos fragmentos de restricción. El DNA aislado de los linfocitos sedivide mediante incubación con una endonucleasa de restricciónespecífica. Los fragmentos se separan según su tamaño (p. ej., lalongitud) mediante electroforesis en gel de agarosa. A continua-ción, estos fragmentos de DNA se transfieren a nitrocelulosa, ala que se fijan firmemente, y se incuban con una sonda de DNAcmarcada radiactivamente que se fija sólo al fragmento o frag-mentos de los que sea complementaria. La sonda de DNAc librese eliminará por lavado y la banda o bandas a las que se haya fi-jado el DNAc radiactivo se identifica mediante autorradiografía.

DNA

Fragmentos de DNA

Fraccionamientomediante enzimas derestricción

Electroforesis en gel (tamaño)

Tamaño delfragmentode DNA

Más largo

Más corto

Transferencia

a nitrocelulosa

Autorradiografía

DNAc

radiactivo


REGULACIÓN DE LA FOSFORILACIÓN DE PROTEÍNAS Y DE LA EXPRESIÓN NEURALGÉNICA POR NEUROTRANSMISORES Y FÁRMACOS

Una de las propiedades del sistema nervioso más im-portantes es su plasticidad: puede adaptarse a cambios enel ambiente y puede formar recuerdos. Un buen ejemplode adaptación es el descrito en la explicación de la tirosin-hidroxilasa, la enzima limitante en la biosíntesis de cateco-laminas. Bajo circunstancias en las que las neuronas que liberan noradrenalina o dopamina deben disparar a velo-cidades rápidas, se adaptan incrementando la actividad dela tirosinhidroxilasa y, además, producen más moléculasde esta enzima. La primera adaptación es debida a la fos-forilación de proteínas y la última a la regulación de la ex-presión génica. Juntas constituyen los mecanismos más sig-nificativos que regulan la adaptación a largo plazo —y contoda probabilidad, todas las formas de memoria— en elsistema nervioso. La regulación de la expresión génicaneural por neurotransmisores, hormonas y fármacos pue-de potenciar las alteraciones a largo plazo en prácticamen-te todos los aspectos del funcionamiento de la neuronamediante la alteración de los niveles de enzimas de sínte-sis de neurotransmisores, neurotransmisores peptídicos,receptores, canales iónicos, proteínas de transducción deseñales, componentes citoesqueléticos de las células yotras proteínas neurales críticas.

La fosforilación de proteínas y la regulación de la expre-sión genética se hallan a menudo relacionadas. En la mayo-ría de los casos es la fosforilación dependiente de proteinci-nasas la que acopla estímulos ambientales a cambios en laexpresión génica neural. (Otro mecanismo regulador im-portante de la expresión genética neural es el de las hormo-nas esteroides, tal y como se describe más adelante.) Aun-que la expresión de genes se regula a varios niveles, elcontrol del inicio de la transcripción parece ser el mecanis-

mo que regula el flujo de información dede el genoma a laproducción de proteínas celulares. La regulación del iniciode la transcripción comprende dos procesos críticos: la po-sición de la polimerasa, la enzima que transcribe el DNA enRNA en el lugar correcto de partida de los genes, y el con-trol de la eficacia de las iniciaciones para producir la veloci-dad transcripcional apropiada. Estas funciones de controlson favorecidas por extensiones cortas de DNA (elementos cis-reguladores) dentro de los genes (fig. 1-20), que actúan comolugares específicos de unión para proteínas que regulan latranscripción, generalmente denominadas factores de trans-cripción. Los análisis mutacionales han mostrado que cadagen presenta una combinación de elementos cisregulado-res. La naturaleza, el número y la disposición espacial de es-tos elementos determina el patrón único de cada gen, in-cluidos los tipos de células en los que se expresan, losmomentos del desarrollo en los que se expresan, los nivelesbasales en los que se expresan y sus respuestas a los estímu-los ambientales (Mitchell y Tjian, 1989).

Tal y como se ha descrito en una sección anterior, la es-timulación de receptores ligados a proteínas G activa o in-hibe los sistemas de segundos mensajeros y, a su vez, pro-teincinasas. Cuando se activan, ciertas proteincinasas nosólo actúan en el citoplasma celular sino que se trasladanal núcleo de la célula donde pueden fosforilar factores detranscripción. Estos factores de transcripción que se acti-van (o inactivan) por la fosforilación pueden unir la esti-mulación de receptores de neurotransmisores a cambiosen la expresión de genes.

Estos elementos cisreguladores que unen factores detranscripción que son regulados fisiológicamente (p. ej.,mediante la fosforilación) y que, por lo tanto, otorgan ca-pacidad de respuesta a un neurotransmisor, una hormonao un segundo mensajero en los genes se denominan a me-nudo elementos de respuesta. Quizás el ejemplo mejor carac-terizado de la respuesta de un elemento de un segundomensajero es el que confiere la activación por AMP cíclico(y por lo tanto la proteincinasa dependiente de AMP cícli-

FIGURA 1-20. Regulación de la expresión del gen. Se requieren ciertas regiones de DNA, los potenciadores y los promotores designa-dos para la transcripción precisa de los genes y para determinar la velocidad a la que se expresarán. Una función específica del gen pro-motor es la de determinar la zona precisa en que empezará la transcripción por la RNA polimerasa. Los promotores y los potenciadoresson secuencias de DNA que funcionan sirviendo zonas específicas de unión para las proteínas involucradas en la regulación de la trans-cripción (es decir, los factores de transcripción).

Factores de transcripción

DNA Potenciador Promotor

RNA polimerasaRNA

Secuencias transcritas


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co) en aquellos genes que la poseen (Comb y cols., 1987).El descubrimiento y análisis de los elementos que respondenal AMP cíclico (CRE) de muchos genes depende de la capa-cidad de mutación de las secuencias de DNA in vitro y dereintroducción en células en cultivo (un proceso denomi-nado corte transversal). Pueden entonces observarse losefectos de las mutaciones en las secuencias de DNA res-pecto a la capacidad del AMP cíclico de activar el gen. Me-diante la utilización de estos métodos se ha descubiertoque los CRE contienen la secuencia de CGTCA de DNA osecuencias relacionadas y que esta secuencia de nucleóti-dos podría fijar una proteína denominada CREB (proteí-na fijadora de CRE). Una vez unido a CRE, la CREB activala transcripción al ser fosforilada por la proteincinasa de-pendiente de AMP. Han sido caracterizados muchos ele-mentos de respuesta adicionales, así como factores detranscripción.

RECEPTORES DE HORMONAS ESTEROIDEAS

Una familia importante de elementos de respuesta deDNA que no precisan necesariamente de la fosforilaciónes la de los elementos de respuesta de los glucocorticoides(GRE) y otros elementos de respuesta a otras hormonasesteroideas. A diferencia de los neurotransmisores u hor-monas peptídicas, que se fijan a los receptores de la super-ficie celular, los glucocorticoides u otras hormonas este-roideas son liposolubles y penetran directamente en lascélulas. Actúan mediante la fijación a receptores especí-ficos dentro del citoplasma celular. Los receptores cito-plasmáticos esteroideos incluyen los receptores para losglucocorticoides, los receptores para los estrógenos, los re-ceptores para los mineralocorticoides y otros parecidos.Debido a que las hormonas esteroideas se difunden am-pliamente, la especificidad de la respuesta depende de lapresencia o ausencia de receptores específicos en célulasdeterminadas. Cuando se activan mediante la fijación ahormonas, los receptores esteroideos se trasladan al nú-cleo, donde se unen a los GRE (u otros elementos de res-puesta a las hormonas esteroideas) contenidos en deter-minados genes. La fijación del receptor al DNA aumentao disminuye la velocidad a la que estos genes diana setranscriben. Así, los receptores de las hormonas esteroi-deas actúan como factores de transcripción sensibles ahormonas. La mayoría de los efectos conocidos de los glu-cocorticoides, los esteroides gonadales, las hormonas tiroi-deas, y la vitamina D en la función celular se hallan media-dos por su acción sobre la expresión génica.

PSICOFARMACOLOGÍA MOLECULAR

El descubrimiento de fármacos que reducen selectiva-mente la sintomatología de los trastornos psiquiátricos ha

proporcionado una productiva batería de pruebas farma-cológicas para estudiar las funciones de sistemas neu-ronales específicos en la fisiopatología de los trastornospsiquiátricos. Naturalmente, no puede asumirse que ellugar de acción molecular o celular de una medicaciónpsicotrópica localice la alteración fisiopatológica respon-sable del trastorno. Es posible que el sistema neuronalafectado por el fármaco participe solamente de modo se-cundario y que la alteración inducida farmacológica-mente en su función compense un defecto primario encualquier otro lugar del sistema nervioso. Sin embargo,nuestra capacidad de identificar los objetivos molecularesy los sistemas neurales en los que actúan los fármacos psi-cotropos ha potenciado el desarrollo de teorías fisiopato-lógica importantes y descubrimientos en la neurocienciabásica. En esta sección se revisan los conocimientos ac-tuales de los mecanismos de acción de los principales ti-pos de fármacos psicotropos, haciendo particular hinca-pié en las estrategias de investigación utilizadas paraaclarar sus funciones.

FÁRMACOS ANTIPSICÓTICOS

El descubrimiento de que tanto la reserpina como laclorpromacina reducen la agitación, las alucinaciones y losdelirios de los pacientes psicóticos abrió la moderna erade la psicofarmacología hace más de 35 años. En las dé-cadas siguientes, la industria farmacéutica sintetizó grannúmero de fármacos con posibles efectos antipsicóticos.Aunque muchos de estos fármacos mostraban variacionesestructurales de la clorpromacina, se desarrollaron tambiénnuevos compuestos, como las butirofenonas, con el halo-peridol como máximo exponente. Debido a que la causade la esquizofrenia y de otros trastornos psiquiátricos eradesconocida, el uso clínico se basaba en la reducción em-pírica de los síntomas evitando en lo posible los efectos se-cundarios.

A principio de los años sesenta, la Veterans Administra-tion y el National Institute of Mental Health (NIMH) lleva-ron a cabo un estudio para demostrar de manera inequívo-ca la eficacia clínica de los fármacos antipsicóticos. Paraevitar sesgos subjetivos, se utilizó la técnica doble ciego y eluso de placebo, considerada actualmente la regla de oro a la que se someten la mayoría de los fármacos nuevos (Kurland y cols., 1961). Los fármacos activos se comparaban conplacebo para determinar si el fármaco es más eficaz queuna sustancia inherte, un tema especialmente importantepara estudios relacionados con enfermedades cuyos sínto-mas aparecen y desaparecen a lo largo del tiempo. Paracontrolar la posibilidad de que el mero hecho de recibirtratamiento pudiera influir positivamente sobre la sintoma-tología, no se informó a los pacientes acerca de si recibíanfármaco activo o placebo. Para eliminar factores conscien-tes o inconscientes que pudieran afectar la evaluación de larespuesta al tratamiento, tampoco se informó a los clínicos


y a los evaluadores acerca de si el paciente se hallaba reci-biendo fármaco activo o placebo.

Estos estudios generaron gran cantidad de informaciónque fue esencial para el conocimiento del mecanismo deacción de los fármacos antipsicóticos. En primer lugar, es-tablecieron que la sedación por sí sola no podía explicarla eficacia terapéutica, ya que el fenobarbital no era eficaz.En segundo lugar, revelaron que la sola estructura de lasfenotiacinas no era suficiente, ya que la prometacina erarelativamente ineficaz en comparación con la clorproma-cina. En tercer lugar, estos y otros estudios que compara-ron otros neurolépticos con la clorpromacina revelaronque todos los fármacos antipsicóticos estándar eran igual-mente eficaces, aunque había una diferencia de casi 50 ve-ces en la potencia clínica. Estos estudios generaron unaherramienta clínica, la relación entre estructura y activi-dad de los fármacos antipsicóticos, que podía ser utilizadapara investigar los mecanismos de acción de los fármacos ypara diseñar nuevos compuestos activos.

Diversas observaciones realizadas a principios de losaños sesenta implicaron a las neuronas dopaminérgicasdel cerebro anterior en el mecanismo de acción de losneurolépticos. Hornykiewicz (1966) demostró que la en-fermedad de Parkinson estaba asociada a una marcadapérdida de dopamina en la sustancia negra y en los nú-cleos caudado y putamen. Se halló que la reserpina, un an-tipsicótico no relacionado estructuralmente con las feno-tiacinas, originaba una marcada depleción de las aminasbiógenas, como la dopamina, en los cerebros de animalesde experimentación. Finalmente, los efectos adversos neu-rológicos más frecuentes con todos los fármacos antipsicó-ticos eficaces fueron los síntomas parkinsonianos.

En estudios realizados con clorpromacina y haloperi-dol, Carlsson apuntó que aunque estos antipsicóticos nodeplecionaban la dopamina del cerebro, como lo hacía lareserpina, producían un marcado aumento en el recanbiode la dopamina. Enlazando ambas evidencias, Carlssonfue el primero en proponer que los fármacos antipsicóti-cos podían ejercer sus efectos terapéuticos mediante elbloqueo de los receptores cerebrales de dopamina (Carls-son y Lindqvist, 1963). Esta hipótesis recibió apoyo, aun-que indirecto, de los estudios psicofarmacológicos con-ductuales. Así, la aparición de fenómenos como laestereotipia y el vómito inducidos en animales de experi-mentación por fármacos que directa o indirectamente aumentan la neurotransmisión dopaminérgica central po-dría prevenirse mediante la administración de neurolép-ticos.

Las hipótesis sobre las interacciones de los fármacos an-tipsicóticos con los receptores de dopamina quedaron a laespera de una confirmación directa hasta que en los años setenta se desarrollaron métodos para caracterizar bioquí-micamente los receptores de los neurotransmisores. Trasla observación de que el receptor β-adrenérgico activa laadenilatociclasa y de este modo estimula la formación deAMP cíclico, Kebabian y cols. (1972) demostraron que la

dopamina estimulaba la formación de AMP cíclico en ho-mogeneizados preparados a partir de los núcleos caudadoy putamen, un área cerebral ricamente inervada por fibrasde dopamina, pero no de noradrenalina. En estos homo-geneizados, el fármaco antagonista del receptor β-adre-nérgico propranolol presentó un débil bloqueo en la for-mación de AMP cíclico, mientras que los neurolépticosfenotiacínicos se mostraban eficaces a la hora de bloquearla actividad de la adenilatociclasa estimulada por la dopa-mina. Además, debido a que su potencia en este estudioera proporcional a su eficacia clínica como antipsicótico,se concluyó que las fenotiacinas actuaban sobre un recep-tor dopaminérgico. Sin embargo, la conclusión de queeste receptor de dopamina mediaba los efectos antipsicóti-cos de los neurolépticos quedó en entredicho por la ob-servación de que potentes neurolépticos como el haloperi-dol eran extraordinariamente débiles como antagonistasde la formación de AMP cíclico.

La utilización de haloperidol radiactivo como ligandopara identificar los receptores dopaminérgicos por técni-cas de fijación de ligandos revelaron que la ausencia deefecto sobre la adenilatociclasa era debida al hecho de ha-llarse unido a un receptor de dopamina distinto. El 3H-ha-loperidol se unía con alta afinidad a diversas zonas de re-conocimiento de distintas áreas cerebrales que recibíaninervación de tipo dopaminérgico. Aunque la dopaminapor sí misma presenta una afinidad 1.000 veces inferiorpor este lugar que el 3H-haloperidol, constituyó el neuro-transmisor activo más potente en dicha zona. Es más,cuando se examinó el amplio elenco de neurolépticos efi-caces desde el punto de vista clínico, se observó una mar-cada correlación entre su potencia clínica como antipsicó-ticos y su afinidad para esta nueva zona del receptor,independientemente de su estructura química (Creese ycols., 1976). Actualmente se sabe que estos dos receptoresdopaminérgicos son estructuralmente distintos: el prime-ro, que activa la adenilatociclasa mediante la proteína Gs,fue designado receptor D1, y el segundo, que constituye ellugar de acción de los neurolépticos, es conocido comoreceptor D2. La acción de las fenotiacinas sobre el recep-tor D1 refleja la falta de especificidad más que una acciónterapéutica crítica. Subsecuentemente se demostró que elreceptor D2 inhibía la adenilatociclasa y activaba un canalde K+ mediante la proteína Gs. Tal y como se ha descritoen una sección anterior, estudios recientes de clonaciónmolecular han identificado al menos tres receptores adi-cionales de dopamina. Estos estudios se plantean si es ne-cesario o incluso suficiente el papel de los antagonistas D2

en la acción antipsicótica de los fármacos, debido a que elantipsicótico clozapina, que puede presentar eficacia úni-ca en la esquizofrenia pero que está relativamente libre deefectos extrapiramidales, se une con baja afinidad a los re-ceptores D2 y con alta al nuevo receptor descubierto D4.Parece ser que prácticamente todos los fármacos que in-teraccionan con los receptores D2 también lo hacen conlos receptores D3 y D4. La baja afinidad de la clozapina por


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el receptor D2 explica su ausencia de efectos colateralesextrapiramidales, y posiblemente su eficacia única a lahora de tratar los síntomas «negativos» de la esquizofre-nia, como el repliegue emocional, que puede estar causa-do por el antagonismo del receptor D2. La relativa impor-tancia de bloquear los receptores D2, D3 y D4, o incluso losreceptores dopaminérgicos todavía desconocidos, en la ac-ción de los fármacos antipsicóticos es, en estos momentos,objeto de una investigación intensiva.

Existe una observación adicional sobre la acción delos antipsicóticos que es de gran importancia para lacomprensión de su mecanismo. Todos los antipsicóticosprecisan semanas de administración antes de conseguirsu máximo efecto terapéutico. Los pacientes bajo trata-miento con clozapina pueden incluso continuar mejo-rando durante meses, lo que implica que el bloqueo delos receptores de la dopamina (o cualquier tipo que seconvirtiera en el más importante) representa la inter-acción inicial de los fármacos antipsicóticos con el siste-ma nervioso. Sin embargo, esto forma parte de la todavíadesconocida respuesta adaptativa de aparición lenta delsistema nervioso, lo que representa el mecanismo actualpor el que los síntomas de tipo psicótico desaparecen.Los mecanismos probablemente más involucrados secentran en la posibilidad de que el bloqueo del receptorde dopamina conduzca a cambios significativos en lasproteínas (p. ej., canales iónicos, receptores, enzimas)contenidas por neuronas diana (que puede ser la neuro-na dopaminonociceptiva u otras neuronas alejadas poruna o más sinapsis). Se postula que tales cambios condu-cen a un funcionamiento alterado del circuito límbico.Esta aparición lenta y los cambios de larga duración en elfuncionamiento nervioso son probablemente los queparticipan en los cambios mediados por segundos men-sajeros en la expresión del gen.

ANTIDEPRESIVOS

Las primeras pistas para discernir el mecanismo de ac-ción de los antidepresivos fueron resultado de los estudiosfundamentales de Axelrod en el NIMH. En un experimen-to destinado a controlar el catabolismo de la noradrenali-na in vivo, Axelrod observó que una pequeña cantidad denoradrenalina administrada por vía sintética era retenidapor los tejidos periféricos sin ser metabolizada (Axelrod y cols., 1959). La cantidad de noradrenalina radiactiva secuestrada en estos tejidos era proporcional al grado de inervación simpática. En estudios posteriores, Axelroddemostró que las neuronas noradrenérgicas poseen unmecanismo de transporte de alta afinidad para recaptarnoradrenalina y que los antidepresivos tricíclicos son po-tentes inhibidores de este proceso de transporte. Se ob-servó posteriormente que las neuronas noradrenérgicas,dopaminérgicas y serotoninérgicas poseían proteínas detransporte específicas para sus neurotransmisores. Estos

transportadores, actualmente clonados, son el principalmecanismo por el que el neurotransmisor liberado en elespacio sináptico deja de ejercer su acción.

Estudios detallados han revelado que los antidepresivostricíclicos son potentes bloqueantes de los transportadoresde noradrenalina y/o serotonina y por ello potencian laacción de estos dos neurotransmisores en la hendidura si-náptica. Más recientemente se han introducido los inhibi-dores de recaptación de serotonina, como la fluoxetina yla sertralina. Estudios sobre antidepresivos tricíclicos y losnuevos inhibidores selectivos de la recaptación de seroto-nina han revelado la importante distinción entre identifi-car el lugar inicial de acción de un fármaco y conocer sumecanismo de acción terapéutica. Mientras que la inhibi-ción de la recaptación y, por lo tanto, la potenciación dela neurotransmisión noradrenérgica y serotoninérgica esuna consecuencia inmediata de la administración de losantidepresivos, se produce un retraso sustancial en el ini-cio de la mejoría sintomática. Este retraso evoca la acciónde los fármacos antipsicóticos mencionada anteriormente.

El retraso en el inicio de los efectos clínicos llevó a loscientíficos a investigar sobre los efectos de los antidepresi-vos que sólo aparecían tras su administración crónica. Elprimer efecto con inicio retrasado que se observó fue ladesensibilización de los receptores β-adrenérgicos en lacorteza cerebral de ratas. Es interesante el hecho de queesta desensibilización aparece en respuesta a prácticamen-te todos los tratamientos antidepresivos, incluso antidepre-sivos altamente específicos del transportador de la seroto-nina. Se demostró posteriormente que la destrucciónselectiva de las neuronas serotoninérgicas del cerebro pre-viene la desensibilización del receptor β inducida por losantidepresivos, demostrando una unión funcional entrelos sistemas serotoninérgico y noradrenérgico (Janowsky ycols., 1982). Subsecuentemente, se ha demostrado que al-gunos, aunque no todos los tratamientos antidepresivos,desensibilizan los receptores adrenérgicos α2 y 5-HT2 (v. apartado anterior sobre neuronas serotoninérgicas parauna revisión de los receptores serotoninérgicos).

A medida que se ha dispuesto de pruebas, parece pro-bable que estas alteraciones en la sensibilidad del receptorsean marcadores de los efectos crónicos de los antidepresi-vos, aunque probablemente no representen el mecanismode acción terapéutico. Los hallazgos, sin embargo, sugie-ren estrategias de investigación factibles. Por ejemplo, sesabe que la desensibilización del receptor β-adrenérgico esdebida al aumento de la actividad de la proteincinasa de-pendiente del AMP cíclico, así como de otras cinasas conalta especificidad para este receptor. La activación de estascinasas proviene probablemente de un aumento en la esti-mulación noradrenérgica de los receptores β, consecuen-cia de las acciones iniciales de los antidepresivos (p. ej., elbloqueo de la recaptación o la inhibición de la MAO). Deeste modo, la desensibilización es un marcador celularque muestra que la administración crónica de antidepresi-vos conduce a un aumento de las proteincinasas en las


neuronas inervadas noradrenérgicamente. En la actuali-dad se pueden buscar otras funciones de estas cinasas,como factores de transcripción que pueden alterar la ex-presión génica. También hacen falta estudios complemen-tarios en los sistemas, por ejemplo, el análisis del estadode los receptores monoaminérgicos en pacientes deprimi-dos que pueden abordarse con técnicas como la PET o laresonancia magnética. Juntos, estos métodos prometen enla próxima década investigaciones excitantes sobre las ac-ciones de los antidepresivos.

LITIO

El mecanismo exacto de acción del litio en el tra-tamiento de la enfermedad maníaco-depresiva es desco-nocido, pero existen pistas científicas interesantes. Enconcreto, parece que entre los fármacos utilizados en psi-quiatría, el litio actúa directamente sobre las proteínas G y los sistemas de segundos mensajeros. Muchos recepto-res de neurotransmisores, incluyendo receptores adrenér-gicos y 5-HT2, están ligados a través de proteínas G (ma-yormente Gq) para la activación de la fosfolipasa C, una enzima que hidroliza un fosfolípido de membrana, el fos-fatidilinositol bifosfato (PIP2) para formar dos segundosmensajeros, diacilglicerol e inositoltrifosfato (IP3). Tal ycomo se muestra en la figura 1-10, el litio inhibe algunospasos del ciclo fosfatidilinositol, y algunos investigadoreshan supuesto que estas acciones son las responsables de los efectos antimaníacos y antidepresivos de esta sus-tancia.

El fosfatidilinositol bifosfato se sintetiza a partir de ino-sitol libre y de grupos lipídicos, siendo a continuación fos-forilado. La mayoría de las células obtienen inositol paraesta síntesis directamente del plasma, pero las neuronasno pueden porque el inositol no cruza la barrera hemato-encefálica. Como consecuencia, las neuronas deben reci-clar el inositol o sintetizarlo de novo a partir de glucosa-6-fosfato, un producto de la glucólisis. Como muestra la fi-gura 1-10, tanto el reciclaje como la síntesis requieren ladesfosforilación del inositolfosfato; sin embargo, a las con-centraciones utilizadas en terapéutica, el litio inhibe variasinositolfosfatasas. De este modo, las neuronas expuestas allitio han disminuido la capacidad de regenerar PIP2 des-pués de que haya sido hidrolizado como respuesta a laactivación del receptor del neurotransmisor (Berridge ycols., 1989). Se ha propuesto que cuando la velocidad dedisparo de las neuronas es anormalmente alta, las neuro-nas tratadas con litio se vacían de PIP2 más rápidamente, yla neurotransmisión dependiente de este sistema de se-gundos mensajeros se frena. La hipótesis de la depleciónde inositol es atractiva porque los efectos del litio puedenhacerse evidentes solamente en células con velocidades dedisparo anormalmente altas, y porque el litio frena losefectos de los múltiples sistemas de neurotransmisores,por lo que podría tratar tanto los estados maníacos como

los depresivos. Sin embargo, aunque esta hipótesis sea co-rrecta, permanece incompleta. Las células del cerebro queson objeto de la acción terapéutica del litio se desconocentodavía, y no está claro qué sistemas de neurotransmisoresdependientes de fosfatidilinositol deben ser frenados paraque el litio tenga efectos terapéuticos.

Además de sus efectos sobre el ciclo fosfatidilinositol, el litio altera la unión de algunos receptores de neuro-transmisores a las proteínas G, alterando la función demúltiples vías de transducción de neurotransmisores esti-muladores en el cerebro (Avissar y cols., 1988). Sin embar-go, a diferencia de la hipótesis de depleción del inositol, no existe en la actualidad ninguna teoría que expliquecómo el efecto del litio sobre las proteínas G conduciría a efectos específicos sobre los estados maníacos y depre-sivos.

El litio también inhibe la adenilatociclasa. Sin embar-go, las concentraciones requeridas para ejercer este efectoen el cerebro son más altas que los niveles obtenidos clíni-camente.

ANSIOLÍTICOS

Aunque el prototipo de las benzodiacepinas, el clordia-cepóxido, se descubrió de manera casual, pronto se obser-varon las notables propiedades de ésta y otras benzodiace-pinas sintetizadas más tarde, y su superioridad frente a losbarbitúricos utilizados comúnmente como sedantes y ansiolíticos. Las benzodiacepinas presentan, en compara-ción con los barbitúricos, una relación más favorable en-tre acción ansiolítica y efectos sedativos, mayor índice tera-péutico y menor riesgo de dependencia y síntomas deabstinencia.

El conocimiento de las zonas de acción moleculares delas benzodiacepinas así como de los barbitúricos mejoró alelucidar los mecanismos fisiológicos y de los receptoresque mediaban los efectos del GABA, el principal neuro-transmisor inhibidor del cerebro. La aplicación local deGABA a neuronas comporta la inhibición de sus descar-gas, causada por la apertura de los canales iónicos de lamembrana neuronal, hiperpolarizando la neurona. Utili-zando técnicas de fijación con GABA marcado radiactiva-mente se detectó un receptor GABA entre las membranasdel cerebro. Además, mediante la utilización de diacepamradiactivo fue posible marcar directamente las zonas de re-conocimiento para las benzodiacepinas. Tras diversas in-vestigaciones se estableció que el receptor de benzodiace-pinas representaba una zona de unión en el receptorGABAA, una proteína de gran tamaño con múltiples subu-nidades que sirve como principal receptor del GABA en elSNC (Levitan y cols., 1988). El receptor GABAA está for-mado por múltiples subunidades, que se han denomina-do (por estudios de clonación) α, β, γ y δ. Los receptoresGABAA son probablemente pentámeros compuestos dedos subunidaes α, dos β, una γ y otra δ. Las subunidades

CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS NEUROCIENTÍFICOS DE LA PSIQUIATRÍA 31

del receptor GABAA muestran un extraordinario grado deheterogeneidad; hasta la fecha, se han clonado siete subu-nidades α diferentes, cuatro subunidades β y dos subuni-dades γ. Las distintas subunidades se expresan de mododistinto en varias regiones del SNC y muestran diferentespropiedades funcionales.

El receptor GABAA contiene al menos tres lugares de fi-jación relevantes para la psicofarmacología. La zona deunión para el GABA es la subunidad β del receptor; lasbenzodiacepinas se unen a la subunidad α. Sin embargo,la subunidad α es incapaz de fijar benzodiacepinas a me-nos que la subunidad γ se halle presente en el complejo,presuntamente por la regulación alostérica de la subuni-dad α por la subunidad γ (Pritchett y cols., 1989). Las ben-zodiacepinas no abren directamente el canal de cloro;más bien actúan aumentando la afinidad de la zona de fi-jación del GABA y, por lo tanto, realzan las acciones sináp-ticas del GABA.

Los barbitúricos también se unen al receptor GABAA,pero en un lugar distinto al de las benzodiacepinas, y portanto ambos fármacos pueden unirse al receptor a la vez.Los barbitúricos pueden ejercer una influencia en la fun-ción del receptor similar a la de las benzodiacepinas, au-mentando la afinidad del receptor GABA e incrementan-do la capacidad del GABA para activar los canales de Cl–.A diferencia de las benzodiacepinas, sin embargo, a altasdosis pueden producir directamente la apertura del canalde cloro en ausencia de GABA. Esto puede explicar porqué los barbitúricos causan más depresión del SNC (conmás probabilidad de ser letales) que las benzodiacepinascuando se toman sobredosis. Además de incrementar laafinidad del receptor GABAA para el GABA, las benzodia-cepinas y los barbitúricos aumentan la afinidad del recep-tor mútuamente.

El alcohol etílico produce sus efectos en el SNC a con-centraciones sanguíneas más altas que cualquier otra sus-tancia psicotrópica ampliamente utilizada. A concentra-ciones plasmáticas sanguíneas de alcohol que se asociancon intoxicación, las alteraciones en las propiedades de lamembrana celular pueden afectar el funcionamiento deuna amplia gama de proteínas de membrana, como recep-tores, canales y transportadores. Existen cada vez máspruebas de que un pequeño número de receptores deneurotransmisores y posiblemente de canales iónicos sus-ceptibles a los cambios inducidos por el etanol en su en-torno de membrana sean los responsables de los efectosconductuales. Especialmente a concentraciones farmaco-lógicamente relevantes, el etanol inhibe las acciones de untipo de receptor (el receptor NMDA) que hace de media-dor de efectos importantes del principal neurotransmisorexcitador cerebral, el glutamato (Tsai y cols., 1996). Aconcentraciones bajas, el etanol también altera el funcio-namiento del receptor GABAA más de lo que lo hacen lasbenzodiacepinas y los barbitúricos a dosis bajas: el recep-tor presenta una mayor afinidad por el GABA. Al igualque los barbitúricos, el etanol a altas concentraciones pue-©

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de producir la apertura del canal de cloro independiente-mente del GABA. Además, el etanol aumenta la aparenteafinidad del receptor para las benzodiacepinas y los barbi-túricos. Así, el etanol atenúa la neurotransmisión excita-dora y aumenta la neurotransmisión inhibidora.

Nuestro cada vez mayor conocimiento de la farmacolo-gía de este receptor racionaliza un número de observa-ciones clínicas. La similitud de acciones entre el etanol adosis bajas y los fármacos ansiolíticos y sedantes es consis-tente con la utilización de etanol por muchos individuospara aliviar la ansiedad, para superar las inhibiciones so-ciales y para provocar somnolencia. (Este uso es un error, ya que a medida que las concentraciones sanguí-neas de alcohol disminuyen pueden aparecer síntomas de rebote como reflejo de tolerancia. De este modo, laansiedad puede hacerse mucho peor de lo que era antes de haber tomado alcohol y el sueño puede interrumpir-se.) Una zona de acción común para el etanol, las benzo-diacepinas y los barbitúricos también explica por qué estos fármacos producen tolerancia y dependencia cruza-das, rasgos que apoyan la utilización de las benzodiacepi-nas para la desintoxicación de etanol. También explica por qué estos fármacos se potencian unos a otros, ha-ciendo tan peligrosas las sobredosis de una combinación de ellos.

CONCLUSIONES

La psiquiatría, como especialidad médica principal-mente dedicada al diagnóstico y tratamiento de los trastor-nos de la conducta, debe incorporar por necesidad la neu-rociencia en sus fundamentos científicos. Sobre la base delcrecimiento de la investigación en neurociencia a lo largode la última década, los avances en la comprensión de laestructura, organización y función del cerebro prometenofrecer nuevos métodos para el diagnóstico de los trastor-nos psquiátricos, clarificando su fisiopatología y desarro-llando terapias más específicas y eficaces.

El miedo a que estos avances puedan minar la tradiciónhumanística de la psiquiatría y nieguen la importante rela-ción entre el médico y el paciente es infundado. En pri-mer lugar, incluso cuando sean factibles las técnicas diag-nósticas de base genética para diagnosticar algunos de losprincipales trastornos mentales, el método clínico actual-mente utilizado para el desarrollo del diagnóstico provi-sional continuará siendo necesario para determinar quéindividuos deben ser sometidos a las pruebas. En segundolugar, los diagnósticos no pueden ser emitidos ni acepta-dos de un modo mecánico. En tercer lugar, la investiga-ción clínica sobre los tratamientos psicofarmacológicos deciertos trastornos psiquiátricos está demostrando que lafarmacoterapia sola es insuficiente para el manejo comple-to y eficaz de muchos pacientes. Por el contrario, existencada vez más pruebas de que las estrategias conductuales,


psicológicas y psicosociales deben aplicarse conjuntamentecon la farmacoterapia para conseguir un resultado óp-timo en el tratamiento de las alteraciones psiquiátricas. Encuarto lugar, los métodos para establecer de un modo ri-guroso la eficacia de los tratamientos somáticos deberánaplicarse a las terapias conductuales y psicológicas, a fin de determinar las intervenciones más eficaces en cada en-fermedad en particular. De este modo, los clínicos podránindividualizar los tratamientos, sean somáticos o psicoló-gicos, con una confianza creciente en su eficacia y especifi-cidad.

Aunque los progresos en neurociencia y en biologíamolecular pueden contemplarse como causantes de uncambio paradigmático en psiquiatría, hay que mirar más allá para considerar el siguiente grupo de cuestiones queeste conocimiento traerá consigo. Al ocuparse del cere-bro, un órgano sensible a la experiencia vital, es posible que se despierte de nuevo el interés por los acontecimien-tos vitales, ya que éstos ejercen una influencia importante en la expresión fenotípica de los genes y, en último térmi-no, afectan a los sistemas neuronales cerebrales relaciona-dos con los impulsos, los afectos y las funciones cognitivas.Además, será posible someter este tipo de cuestiones a unestudio riguroso. El desvelamiento de los mecanismos ce-lulares que participan en la psicopatología hará surgirnuevas cuestiones sobre los mecanismos de protección que modifican o previenen la expresión de trastornos psi-quiátricos en aquellos individuos que son genéticamentevulnerables. De este modo, las investigaciones sobre la fi-siopatología de la enfermedad mental y la disparidad en-tre las características fenotípicas y genotípicas conduciránen última instancia a una mejor comprensión de los facto-res que determinan tanto el «bienestar mental» como laenfermedad mental.

BIBLIOGRAFÍA


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Fundamentos Neurocientificos de La Psiquiatria[1]

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