¿Qué es LL-37?

LL-37 es un péptido antimicrobiano (AMP) catiónico de 37 aminoácidos que representa el único miembro de la familia de las catelicidinas expresado en humanos. Derivado por escisión proteolítica de su proteína precursora hCAP-18 (human cationic antimicrobial protein, de 18 kDa), LL-37 desempeña un papel central en la defensa inmunitaria innata frente a infecciones, al tiempo que modula las respuestas inmunitarias adaptativas, favorece la cicatrización de heridas e influye en la biología del cáncer. El péptido fue identificado y caracterizado por primera vez por Zanetti, Gennaro y colaboradores a principios de la década de 1990; el gen de la catelicidina humana (CAMP) fue clonado y la secuencia del péptido maduro LL-37 se determinó en 1995.

Estructura molecular

El nombre LL-37 deriva de su longitud de 37 aminoácidos y de los dos residuos de leucina en su extremo N-terminal. La secuencia completa de aminoácidos es LLGDFFRKSKEKIGKEFKRIVQRIKDFLRNLVPRTES. El peso molecular es de aproximadamente 4493 daltons, y el péptido presenta una carga neta positiva de +6 a pH fisiológico, una característica propia de los péptidos antimicrobianos que facilita su interacción con las membranas microbianas cargadas negativamente. En solución, LL-37 existe como una estructura desordenada (random coil) a bajas concentraciones, pero adopta una conformación alfa-helicoidal anfipática a concentraciones más altas y en presencia de entornos que imitan membranas, como bicapas lipídicas, micelas de detergente o trifluoroetanol. Esta conformación helicoidal es esencial para su actividad antimicrobiana de disrupción de membranas: una cara de la hélice es hidrófoba y se inserta en las bicapas lipídicas, mientras que la cara opuesta está cargada positivamente e interactúa con los componentes aniónicos de la membrana.

Biosíntesis y expresión

El precursor hCAP-18/LL-37 está codificado por el gen CAMP, localizado en el cromosoma 3p21.3. La proteína precursora consta de un péptido señal, un dominio similar a catelina y el péptido LL-37 en el extremo C-terminal. El procesamiento de hCAP-18 para liberar el LL-37 maduro es realizado por la proteinasa 3 en los neutrófilos, por calicreínas en la piel y por gastricsina en el fluido vaginal. LL-37 es producido por múltiples tipos celulares: neutrófilos (que almacenan hCAP-18 en gránulos específicos a concentraciones de hasta 630 microgramos por mililitro), células epiteliales de la piel, el tracto respiratorio, el tracto gastrointestinal y el tracto genitourinario, monocitos, macrófagos, células dendríticas, mastocitos y células NK. La expresión es constitutiva en los neutrófilos, pero inducible en las células epiteliales, donde puede aumentar por infección, inflamación y la señalización de la vitamina D.

Mecanismos antimicrobianos

El mecanismo antimicrobiano de LL-37 opera a través de varias vías complementarias. El mecanismo principal implica la unión electrostática al lipopolisacárido (LPS) cargado negativamente de las bacterias gram-negativas, o al ácido lipoteicoico y los fosfolípidos aniónicos de las membranas de las bacterias gram-positivas. Tras la unión inicial a la membrana, LL-37 se inserta en la bicapa lipídica y forma poros transmembrana, o provoca adelgazamiento y disrupción de la membrana mediante el modelo de alfombra o el modelo de poro toroidal. La rapidez de la disrupción de la membrana (que ocurre en cuestión de minutos) dificulta que las bacterias desarrollen resistencia mediante mutaciones puntuales, ya que el blanco es la estructura fundamental de la membrana y no una proteína específica. LL-37 muestra actividad antimicrobiana de amplio espectro frente a bacterias gram-positivas (incluidas Staphylococcus aureus, especies de Streptococcus y Enterococcus), bacterias gram-negativas (incluidas Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa y Klebsiella pneumoniae), micobacterias, hongos (incluidas especies de Candida) y virus con envoltura (incluidos el virus de la influenza, el VIH y el virus del herpes simple).

Más allá de la eliminación directa, LL-37 neutraliza la endotoxina bacteriana (LPS) al unirse a su fracción lípido A, impidiendo que el LPS active el TLR4 en las células inmunitarias y desencadene cascadas de citocinas inflamatorias. Esta actividad antiendotoxina es terapéuticamente relevante porque la endotoxemia y la cascada séptica resultante son causas importantes de morbilidad y mortalidad en infecciones bacterianas graves. LL-37 también destruye las biopelículas bacterianas, comunidades microbianas estructuradas notoriamente resistentes a los antibióticos convencionales. El péptido impide la formación de biopelículas a concentraciones subinhibitorias al interferir con el quorum sensing y la fijación a superficies, y a concentraciones más altas puede penetrar y destruir biopelículas ya establecidas.

Inmunomodulación y autoinmunidad

Las funciones inmunomoduladoras de LL-37 van mucho más allá de la actividad antimicrobiana directa y cada vez se reconocen más como los papeles biológicos más importantes del péptido. LL-37 actúa como agente quimiotáctico para neutrófilos, monocitos, mastocitos y células T mediante la activación del receptor FPRL1/FPR2 (formyl peptide receptor-like 1). Esta actividad quimiotáctica recluta células inmunitarias hacia los sitios de infección y lesión, amplificando la respuesta inmunitaria innata. LL-37 activa los mastocitos, favoreciendo su degranulación y la liberación de histamina, lo que contribuye a la permeabilidad vascular local y al reclutamiento de células inmunitarias. El péptido modula la diferenciación y la función de las células dendríticas, favoreciendo el desarrollo de células dendríticas polarizantes hacia Th1 que impulsan la inmunidad mediada por células.

Una propiedad inmunológica de importancia crítica de LL-37 es su capacidad de formar complejos con ADN y ARN propios liberados por células dañadas o moribundas. Los complejos de LL-37 con ácidos nucleicos están protegidos de la degradación por nucleasas extracelulares y son captados eficientemente por las células dendríticas plasmacitoides, donde activan el TLR9 endosomal (en el caso de los complejos LL-37-ADN) y el TLR7/8 (en el caso de los complejos LL-37-ARN), desencadenando una producción intensa de interferón de tipo I. Este mecanismo vincula a LL-37 con la patogénesis de enfermedades autoinmunitarias, en particular la psoriasis, en la que los complejos de LL-37 con ADN propio sostienen la respuesta crónica de interferón de tipo I que perpetúa la inflamación cutánea. Este descubrimiento de Lande, Gilliet y colaboradores en 2007 fue un hallazgo trascendental que cambió de manera fundamental la comprensión tanto de la biología de las catelicidinas como de la patogénesis de la psoriasis.

Cicatrización de heridas

En la cicatrización de heridas, LL-37 favorece la reepitelización al estimular la migración y proliferación de los queratinocitos mediante la transactivación del EGFR. El péptido activa metaloproteinasas de matriz (en particular la MMP-9) que remodelan la matriz extracelular para facilitar la migración celular. LL-37 favorece la angiogénesis al activar el FPRL1 en las células endoteliales y al incrementar la expresión de VEGF. También estimula la proliferación y migración de los fibroblastos, contribuyendo a la formación de tejido de granulación. Estas actividades de cicatrización operan en conjunto con la función antimicrobiana de LL-37, proporcionando simultáneamente prevención de infecciones y reparación tisular en el sitio de la herida.

Regulación por la vitamina D

La regulación de la expresión de LL-37 por la vitamina D se ha convertido en uno de los aspectos clínicamente más significativos de la biología de las catelicidinas. El promotor del gen CAMP contiene un elemento de respuesta a la vitamina D (VDRE), y la 1,25-dihidroxivitamina D3 (la forma activa de la vitamina D) induce directamente la expresión de LL-37 en monocitos, macrófagos y células epiteliales. Este mecanismo fue esclarecido en un estudio seminal de Liu y colaboradores publicado en 2006, que demostró que la activación de monocitos mediada por TLR2 por lipopéptidos micobacterianos incrementa la expresión del receptor de vitamina D y de la enzima CYP27B1 (que convierte la 25-hidroxivitamina D en la forma activa 1,25-dihidroxivitamina D3), lo que conduce a la inducción de LL-37 dependiente de vitamina D y a actividad antimicrobiana contra Mycobacterium tuberculosis. Esta vía ofrece una explicación molecular para la asociación histórica entre la deficiencia de vitamina D y la susceptibilidad a la tuberculosis y otras infecciones, y ha proporcionado una base racional para la suplementación con vitamina D en la prevención de infecciones.

Cáncer y otras enfermedades

El papel de LL-37 en la biología del cáncer es complejo y depende del contexto. En algunos tipos de cáncer (cáncer de ovario, cáncer de mama, cáncer de pulmón), LL-37 favorece el crecimiento tumoral, la angiogénesis y la metástasis mediante la transactivación del EGFR, la señalización proliferativa mediada por FPRL1 y mecanismos de evasión inmunitaria. En otros cánceres (cáncer gástrico, cáncer de colon, neoplasias hematológicas malignas), LL-37 muestra actividad antitumoral mediante citotoxicidad directa contra las células cancerosas, reclutamiento de células inmunitarias y modulación del microambiente tumoral. Esta doble naturaleza refleja las actividades biológicas pleiotrópicas del péptido y subraya la importancia de comprender el contexto tumoral específico antes de considerar a LL-37 en aplicaciones oncológicas.

La desregulación de la expresión de LL-37 está implicada en varios estados patológicos. La sobreexpresión contribuye a la patogénesis de la psoriasis (mediante la formación de complejos con ácidos nucleicos propios), la rosácea (en la que fragmentos de LL-37 procesados por la calicreína 5 impulsan la inflamación y la angiogénesis) y la aterosclerosis (en la que LL-37 se acumula en las placas y puede favorecer el reclutamiento de células inflamatorias). La deficiencia de LL-37 se asocia con una mayor susceptibilidad a infecciones, en particular en condiciones como heridas crónicas, fibrosis quística y quemaduras graves. Los pacientes con enfermedad de Kostmann (neutropenia congénita grave) presentan una deficiencia casi completa de LL-37 y sufren enfermedad periodontal grave.

Desarrollo terapéutico

El desarrollo terapéutico de LL-37 y sus análogos se está llevando a cabo por varias vías. OP-145 (P60.4Ac) es un péptido sintético de 24 aminoácidos derivado de LL-37 que se ha desarrollado como tratamiento tópico para la otitis media crónica y ha completado ensayos clínicos de fase I/II. SAAP-148, otro péptido derivado de LL-37 con potencia antimicrobiana aumentada, se encuentra en desarrollo preclínico para infecciones resistentes a antibióticos. Brilacidin, un peptidomimético que imita la estructura anfipática de LL-37 sin ser un péptido, ha sido desarrollado por Innovation Pharmaceuticals y ha completado ensayos clínicos de fase II para infecciones bacterianas agudas de piel y estructuras cutáneas. Estos programas de desarrollo validan el potencial terapéutico del enfoque antimicrobiano basado en catelicidinas, al tiempo que abordan los retos de la estabilidad del péptido y el coste de fabricación.

En resumen, LL-37 es un péptido multifuncional situado en la intersección de la defensa antimicrobiana, la regulación inmunitaria, la cicatrización de heridas y la biología del cáncer. Su descubrimiento ha hecho avanzar de manera fundamental la comprensión de la inmunidad innata y ha abierto vías terapéuticas para infecciones, enfermedades inflamatorias y cicatrización de heridas. El eje vitamina D-LL-37 ha aportado conocimientos moleculares que vinculan la nutrición, la inmunidad y la susceptibilidad a enfermedades infecciosas. A medida que la resistencia antimicrobiana continúa amenazando la salud global, LL-37 y sus derivados representan una clase prometedora de terapias que explotan las diferencias fundamentales en la composición de las membranas microbianas y de los mamíferos.