Desarrollo y función de los adipocitos beige

El tejido adiposo marrón o pardo (BAT) es un sitio clave de producción de calor (temogénesis) en los mamíferos.  Los adipocitos marrones del BAT son ricos en mitocondrias que contienen la proteína desacopladora-1 (UCP1) que incrementa  la actividad de la cadena respiratoria. El calor es generado a partir de la combustión de los sustratos disponibles  y es distribuido al resto del cuerpo  a través de la circulación.  Los adipocitos que expresan la UCP1 también se desarrollan en el tejido adiposo blanco (WAT) en respuesta a diversos estímulos y son conocidos con varios nombres: beige, “brite” (brown in white), iBAT (induced  BAT), BAT reclutable y wBAT (white adipose BAT). Las células beige del WAT, como ocurre con los adipocitos del BAT, son definidos por su morfología multilocular, el alto contenido  de mitocondrias y la expresión  de un conjunto de genes específicos de la grasa marrón. Sin embargo, las células marrones y beige tienen algunas características que permiten diferenciarlas por lo que deben ser consideradas como tipos de células distintas. En primer lugar, las células beige, al menos en los depósitos subcutáneos, no derivan de los mismos precursores embrionarios que dan origen a los adipocitos marrones.  En segundo lugar, existe un número de factores asociados  con el desarrollo inducido  de los adipocitos beige pero no de los marrones, lo que sugiere que estos tipos de células son regulados de maneras  diferentes. En tercer lugar, los adipocitos beige y marrones expresan distintos genes. En cuarto lugar, los adipocitos marrones expresan altos niveles de Ucp1 y otros genes termogénicos en condiciones basales (sin  estimulación) y en respuesta a activadores, mientras que los adipocitos beige expresan estos mismos genes solamente en respuesta a activadores  como la exposición al frío o  agonistas del receptor β-adrenérgico o del receptor activado por el proliferador de peroxisoma-γ (PPAR-γ).

La pregunta que surge de inmediato es sí las células marrones y beige tienen funciones diferentes. La respuesta a esta pregunta es aún desconocida y no ha sido bien estudiada. Sin embargo, un estudio reciente sugiere que ambos tipos de adipocitos cuando son completamente estimulados contiene cantidades comparables de Ucp1, por lo que tendrían similar  capacidad termogénica. Sin embargo, es altamente probable que los adipocitos beige y marrones tengan acciones específicas que aún no han sido estudiadas. Por ejemplo, los adipocitos beige pueden secretar ciertos factores que afecten la función del WAT, el metabolismo sistémico o a ambos.  En humanos, por mucho tiempo se consideró  que había poco grasa parda presente en los adultos, pero los estudios de imagenología han revelado la presencia  de depósitos sustanciales de adipocitos que expresan UCP1 en adultos cuya masa o actividad es menor en sujetos obesos o adultos mayores. La pregunta clave ahora es sí la actividad termogénica reducida de las células grasas es una causa o una consecuencia de la ganancia de peso en los humanos.

El BAT se forma durante el desarrollo embrionario antes que los otros depósitos de grasa y contiene una población uniforme de adipocitos. En los roedores, los mayores depósitos de BAT están en la región interescapular y alrededor de los músculos profundos de la espalda. En los humanos, el depósito interescapular de BAT es notorio en los infantes pero desaparece en los adultos. La mayoría de células grasas marrones se originan a partir de células precursoras en el mesodermo embrionario que también dan origen a células de músculo esquelético y a una subpoblación de adipocitos blancos. Estos precursores expresan Myf5 y Pax7, dos genes reconocidos como característicos de células miogénicas esqueléticas. El origen embrionario y la jerarquía celular de los adipocitos beige son menos claros. Es probable  que  los adipocitos beige y marrón  tengan linajes celulares diferentes, dado que las células beige, al menos en los depósitos subcutáneos, no expresan Myf5. Una pregunta importante  es sí en el WAT los adipocitos beige  se forman a través de  la transdiferenciación de los adipocitos blancos o por diferenciación de novo  y maduración  de precursores.  La idea inicial era que los grandes adipocitos blancos uniloculares  se transformaban en adipocitos beige en respuesta al frío o a agonistas β₃-adrenérgicos. Sin embargo, la evidencia reciente sugiere que, si no todos, la mayoría de los adipocitos beige  derivan de una población precursora más que de adipocitos pre-existentes.

El perfil termogénico de los adipocitos beige es reversible. En ratones, los adipocitos beige formados en el WAT durante la exposición al frío pierden la expresión de UCP1 cuando los animales son desplazados a un ambiente cálido. Cuando estos ratones son re-expuestos al frío, las mismas células inducen nuevamente la expresión de UCP1. Esto sugiere que los adipocitos beige  son retenidos y pueden funcionar como células grasas blancas  por un cierto periodo de tiempo en los animales previamente expuestos al frío.  Los datos recientes  sugieren que el  frío  (a través de agonistas β-adrenérgicos) dispara la diferenciación de las células precursoras en adipocitos beige y que las células beige requieren estimulación constante para mantener su perfil termogénico. Presumiblemente, los adipocitos beige son depletados  a través de los mecanismos normales que controlan el  recambio tisular.

Los adipocitos beige son más abundantes en el WAT inguinal, uno de los mayores depósitos subcutáneos de los roedores. Sin embargo, en respuesta a la exposición al frío, los adipocitos que expresan UCP1  son evidentes, si no en todos, en la mayoría de los depósitos WAT. En la grasa perigonadal (visceral) de ratones machos, los adipocitos beige  se desarrollan a partir de una población  de precursores que también se diferencia en adipocitos blancos. Estos precursores bipotentes expresan el receptor del factor de crecimiento derivado de plaquetas-α (Pdgfr-α) y están íntimamente asociados con los vasos sanguíneos. Después del tratamiento de los ratones con agonistas β₃-adrenérgicos, las células precursoras  proliferan, pierden el Pdgfr-α y se diferencian en adipocitos que expresan UCP1.  Por el contrario, una dieta rica en grasas estimula la diferenciación de las células  que expresan Pdgfr-α en adipocitos blancos.  Este resultado es consistente con el hallazgo que la mayoría (si no todos) de  adipocitos blancos descienden de células que expresan Pdgfr-α. En los humanos, es conocido que el WAT contiene células precursoras  que son capaces de expresar UCP1 y otras características de los adipocitos beige, particularmente en respuesta a la activación PPAR-γ.

Varios factores regulan  la diferenciación de adipocitos marrones y beige a través de la modulación de la expresión de Prdm16, un factor transcripcional que contiene un gran  dedo de cinc y es altamente expresado en el BAT de ratones y humanos. Entre estos factores está la proteína morfogenética de hueso-7 (Bmp7), una señal que es esencial para el desarrollo de la grasa marrón, y que incrementa las cantidades de ARNm de Prdm16 en células precursoras de adipocitos. Adicionalmente, la tiazolidinediona, un agonista de PPAR-γ, induce la expresión de genes termogénicos en células grasas  a través de efectos sobre el Prdm16. La exposición al frío también incrementa las cantidades de Prdm16.

El PGC-1α es inducido por el frío en la grasa marrón y actúa como un regulador master de la biogénesis mitocondrial y el metabolismo oxidativo. El PGC-1α también induce la expresión de UCP1 y otros componentes termogénicos. Aunque no es requerido para el desarrollo tisular, el PGC-1α es esencial para la activación termogénica , inducida por el frío o por agonistas β-adrenérgicos, de los adipocitos marrones y la expresión de genes termogénicos en el WAT. La expresión y la actividad del PGC-1α son reguladas directamente por la ruta de señalización adrenérgica. Específicamente, el PGC-1α es fosforilado (y activado) por la proteína kinasa activada por mitogenos (MAPK) en respuesta a la estimulación simpática. El PGC-1α regula la expresión de los genes termogénicos a través de su interacción con PPAR-γ, PPAR-α, receptor de hormonas tiroideas y otros factores. El PPAR-γ es un factor adipogénico que activa genes termogénicos específicos en los adipocitos marrones y beige, particularmente en respuesta a los activadores β-adrenérgicos.

Aunque la actividad del sistema nervioso  simpático es la señal primaria que activa la termogénesis en el BAT e induce el desarrollo de los adipocitos beige otros factores  y hormonas también regulan  el gasto de energía en el tejido adiposo. La irisina secretada por  el músculo esquelético estimula la “marronización” del WAT a través de acciones específicas  sobre la población de preadipocitos beige. Los niveles circulantes de irisina aumentan con el ejercicio  y estimulan el desarrollo de la grasa beige en ratones y humanos. El factor de crecimiento fibroblástico 21 (FGF21) es una hormona circulante que regula el balance energético. En el BAT, la expresión de FGF21 aumenta con la exposición al frío y tiene un importante papel en la termogénesis estimulando la oxidación de ácidos grasos  y las rutas de disipación de energía. En el WAT, el FGF21 incrementa la cantidad de PGC-1α que maneja el reclutamiento de adipocitos beige en respuesta al frío. El  péptido natriurético atrial (ANP) es liberado por el corazón en respuesta a la insuficiencia cardiaca o a la sobrecarga de presión  y actúa reduciendo el volumen sanguíneo, la presión arterial y el gasto cardiaco a través de  vasodilatación y  excreción de sal y agua por los riñones.  El ANP también promueve la lipólisis en los adipocitos, las altas concentraciones circulantes de ANP han sido asociadas con pérdida de peso en los humanos. Estudios recientes señalan que el ANP promueve el desarrollo de adipocitos beige en el WAT e incrementa la expresión de genes termogénicos en el BAT. Estos cambios obedecen a una acción directa del ANP sobre las células adiposas. El frío incrementa las concentraciones de ANP lo que constituye un efecto  protector de la función cardiaca  en animales durante la exposición al frío. El ANP dispara la lipólisis y la “marronización” del WAT a través de la activación de la proteína kinasa dependiente de GMPc (PKG). La PKG trabaja en paralelo con la ruta β-adrenérgica-PKA para disparar la lipólisis y estimular la termogénesis.  Las hormonas tiroideas y las orexinas reclutan y activan adipocitos marrones y son particularmente efectivas en promover el gasto de energía y la pérdida de peso en humanos.  Las hormonas tiroideas inducen directamente la expresión de genes termogénicos en los adipocitos marrones y las orexinas aumentan la función del BAT regulando la inervación simpática y promoviendo la diferenciación de los precursores de adipocitos marrones.  

El BAT es un tejido clave para mantener la temperatura corporal  en respuesta al frío, pero también es activado como un mecanismo para preservar el balance energético y limitar la ganancia de peso. Los ratones con deficiencia  de UCP1 ganan  peso  sólo cuando se encuentran en condiciones termoneutras (28-30 ^oC). Cuando la temperatura disminuye (20-22 ^oC), los ratones son fríos y deben gastar energía extra para conservar  su temperatura corporal. Los ratones con deficiencia de UCP1, que no pueden utilizar el BAT, activan mecanismos termogénicos alternos. El efecto obesogénico de la deficiencia de UCP1  en los ratones calientes  indica que la actividad de la grasa parda, beige o ambas puede afectar el balance energético. Los ratones con incremento de la actividad de la grasa marrón, beige o ambas resisten la ganancia de peso y también mejoran su metabolismo sistémico, incluyendo una mejor tolerancia a la glucosa y un aumento de la sensibilidad a la insulina. En este sentido, se ha sugerido que el incremento de la relación adipocitos beige/adipocitos blancos en el WAT modula la acción de la insulina sistémica a través de mecanismos  no termogénicos.

El frío es un regulador dominante de muchos aspectos de la biología del BAT. El frío, es procesado por varios mecanismos, incluyendo termorreceptores en la piel y activación simpática en el BAT a través de un intrincado circuito neural. Adicionalmente, los macrófagos activados en el BAT producen catecolaminas en respuesta al frío. El frío es también un activador del desarrollo y función del adipocito beige. La norepinefrina activa receptores adrenérgicos en los adipocitos, lo cual dispara una cascada de señalización intracelular que produce un incremento adaptativo en la expresión de genes termogénicos. La prolongada exposición al frío también estimula la proliferación y diferenciación de las células precursoras  marrones para expandir la masa de BAT e incrementar la capacidad termogénica. La actividad simpática también estimula la producción de calor activando la función UCP1. Por otra parte, la exposición al frío induce el crecimiento de vasos sanguíneos en el tejido adiposo para facilitar el aporte de oxígeno y el intercambio de calor. Este efecto angiogénico es regulado a través de un incremento de la producción del factor de crecimiento del endotelio vascular (VEGF). El VEGF secretado por el tejido adiposo también aumenta el reclutamiento de adipocitos marrones y beige.

Fuente: Harms M y Seale P (2013). Brown and beige fat: development, function and therapeutic potential. Nature Medicine 19: 1252-1263.

Interacciones entre la vitamina D y el IGF-I

La vitamina D, regulando la expresión de aproximadamente 3% del genoma, afecta la función de muchos tipos de células. Esta amplia actividad incluye interacciones con otras hormonas, entre ellas el IGF-I. Dado que tanto la vitamina D como el IGF-I son ampliamente expresados en el cuerpo y que ambos tienen un amplio espectro  de efectos, sus interrelaciones son extremadamente complejas. 

En humanos, la vitamina D, sintetizada en la piel (colecalciferol) o ingerida con suplementos  o ciertos alimentos (ergocalciferol o colecalciferol), es hidrolizada  a 25-hidroxivitamina D (25(OH)D) por enzimas dependientes de citocromo P-450 principalmente en el hígado. Otra  hidroxilasa dependiente de citocromo P-450, CYP27B1 (o 1α-hidroxilasa), cataliza la conversión  de 25(OH)D en 1,25 dihidroxivitamina D (1,25(OH)₂D) o calcitriol, la principal forma hormonalmente activa de la vitamina D. A través de la unión y activación del receptor nuclear de vitamina D (VDR), el calcitriol modula la transcripción de miles de genes. El receptor retinoide X y varios cofactores cooperan con el complejo calcitriol-VDR en la regulación de la  expresión de genes. Adicionalmente, algunos efectos del calcitriol son mediados por un VDR asociado con la membrana plasmática de ciertas células. Ejemplos de estas respuestas no genómicas son la rápida absorción intestinal de Ca²⁺, la inducción de exocitosis en las células de Sertoli y la secreción de insulina por las células β del páncreas.

Las células tubulares renales producen calcitriol a partir del 25(OH)D suministrado por la circulación. La mayor parte del calcitriol sintetizado en el riñón deja el órgano  y actúa de la clásica manera endocrina en el metabolismo óseo, la absorción intestinal de Ca²⁺ y fosfato, la reabsorción renal de Ca²⁺ y la liberación de PTH por las glándulas paratiroides. La actividad de la 1α-hidroxilasa renal y las acciones endocrinas del calcitriol  son reguladas por el fosfato, la PTH y el factor de crecimiento fibroblástico 23. Este último es secretado principalmente por los osteocitos y es un potente inhibidor  de la 1α-hidroxilasa. Sin embargo, la mayor parte del 25(OH)D circulante es tomado por tejidos extrarrenales, que expresan la 1α-hidroxilasa, para producir su propio calcitriol con actividad paracrina y autocrina.  La 1α-hidroxilasa extrarrenal es regulada de manera específica en cada tejido  por varios factores, como por ejemplo citoquinas.  En condiciones normales, el calcitriol producido localmente es usado rápidamente y no pasa a la circulación. Por tanto, los niveles sanguíneos de calcitriol solamente miden la vitamina D derivada del riñón. Por el contrario, la concentración de 25(OH)D es un buen indicador  de la cantidad de vitamina D globalmente disponible  para las funciones endocrinas y paracrinas/autocrinas.

El IGF-I es transportado por la circulación sanguínea  a los tejidos o es secretado por células locales. Estas dos fuentes  dictan la modalidad  de la acción de la hormona, endocrina o paracrina/autocrina. Aproximadamente 75% del IGF-I circulante es producido por el hígado. En la circulación sanguínea, la mayor parte del IGF-I es transportado formado parte de un complejo ternario con la proteína ligadora de IGF (IGFBP)-3 y la subunidad ácido lábil (ALS), secretadas también por el hígado. Este complejo estabiliza al IGF-I en la circulación, reduce su aclaramiento y prolonga el aporte  a las células blanco. Los órganos periféricos también liberan IGF-I en la circulación, pero en menor proporción que el hígado. La hormona de crecimiento es el principal regulador de la síntesis hepática de IGF-I, pero en los otros sitios, los factores tejido-específicos son iguales o más importantes que la hormona de crecimiento. En los mamíferos, para algunos efectos específicos, el IGF-I local  no puede ser sustituido por la hormona derivada del hígado pues dependen primariamente de la hormona producida localmente como ocurre con la inducción del desarrollo de la glándula mamaria.

En sujetos sanos, se ha demostrado ampliamente la correlación positiva que existe entre las concentraciones sanguíneas de IGF-I, 25(OH)D y 1,25(OH)₂D. La evidencia actual indica que al menos en parte esta asociación  es causal. El tratamiento con colecalciferol incrementa significativamente los niveles circulantes de  IGF-I  en niños y adultos con deficiencia de vitamina D. No hay información definitiva sobre el mecanismo por el cual la vitamina D modifica las concentraciones de IGF-I, pero si está bien establecido que el IGF-I estimula la síntesis de calcitriol en el riñón. Sobre la base de los resultados de estudios recientes se ha propuesto la hipótesis que indica que la vitamina D promueve la producción hepática de IGF-I e IGFBP-3 induciendo directamente la transcripción de los genes relevantes y/o aumentando el efecto estimulador de la hormona de crecimiento. Las células hepáticas no parenquimatosas (células estrelladas, células de Kupffer y células del endotelio sinusoidal) más que los hepatocitos expresan el VDR y por tanto son el blanco principal de la vitamina D. La vitamina D puede modular la síntesis hepática de IGFBP-3 vía SRC-3 (steroid receptor co-activator-3). Aunque el VDR es expresado en la hipófisis, la vitamina D no influye significativamente en la secreción de hormona del crecimiento. Es posible que la vitamina D incremente las concentraciones de IGF-I aumentando la absorción intestinal de Ca²⁺, pues la ingesta de Ca²⁺  está asociada positivamente con el IGF-I circulante en humanos.  El IGF-I induce la síntesis y actividad de la 1α-hidroxilasa renal, acción que también lleva a cabo la hormona de  crecimiento  pero a través del IGF-I local y endocrino. El IGF-I también estimula la síntesis de calcitriol en la placenta.

Las interacciones paracrinas/autocrinas entre la vitamina D y el IGF-I han sido descritas en diferentes tejidos. Varios autores han reportado interacciones entre metabolitos de la vitamina D, IGF-I e IGFBPs que pueden regular la diferenciación, proliferación  y función de osteoblastos y condrocitos en el tejido óseo. Por otra parte, hay datos  que sugieren  que la vitamina D  y la IGFBP-3  actúan conjuntamente para modular la sensibilidad a la insulina. Sin embargo, es el cáncer de mama el que puede ser considerado como modelo de las interacciones paracrinas/autocrinas  entre la vitamina D y el IGF-I. En el cáncer de mama, la acción del IGF-I es central en el desarrollo de hiperplasia, lesiones precancerosas y eventuales tumores de la glándula mamaria. En este caso el IGF-I producido localmente es más importante que la hormona circulante. La IGFBP-3 puede oponerse  a la acción tumorigénica del IGF-I evitando la unión con su receptor o a través de una acción anti-tumor independiente del IGF-I. La vitamina D disminuye la proliferación y estimula la apoptosis  de las células del cáncer de mama por dos vías: antagoniza los efectos mitogénicos y antiapoptóticos  del IGF-I y estimula la expresión de  IGFBP-3. Es conveniente señalar que las interacciones descritas entre vitamina D, IGF-I e IGFBP-3 pueden caracterizar solamente algunos subtipos de cáncer de mama.

En resumen, las interacciones entre vitamina D e IGF-I ocurren a nivel endocrino y paracrino/autocrino. La vitamina D incrementa los niveles circulantes de IGF-I  e IGFBP-3. El IGF-I estimula la producción renal de calcitriol, lo cual incrementa su actividad endocrina. Como resultado aumenta la disponibilidad de calcio y fosfato en el cuerpo y disminuye la secreción de hormona paratiroidea. A pesar de la abundancia de datos experimentales, el significado e importancia  de las interacciones paracrinas/autocrinas entre vitamina D e IGF-I aún no son muy claras. El cáncer de mama, en el cual la vitamina D modula la relación IGF-I/IGFBP-3 para disminuir la proliferación  e incrementar la apoptosis de células cancerosas, representa una excepción.

Fuente: Ameri P et al (2013). Interactions between vitamin D and IGF-I: from physiology to clinical practice. Clinical Endocrinology 79: 457-463.

El INSL3 como marcador de la funcionalidad de la célula de Leydig

El factor insulinoide 3 (INSL3) es una  hormona peptídica, estructuralmente relacionada con la relaxina y la insulina, de aproximadamente 6 kDa una vez liberada por las células que la producen.  Tanto el precursor (pro-INSL3) como la forma madura (heterodímero A-B) son bioactivos. La pro-INSL3, aproximadamente 14-18 kDa,  incluye un dominio (péptido C) conector. Al menos en el cerdo, la pro-INSL3 es la principal forma circulante de la hormona, aunque la forma madura también está presente en la sangre. El dominio B comprende  el sitio de unión con el receptor, pero es esencial para la actividad de la hormona que ese sitio se encuentre en una conformación específica determina por el dominio A. El dominio C es parte del producto de la traslación inicial del gen y no interfiere con la unión o activación el receptor.  En todos los mamíferos machos, el INSL3  es secretado por las células de Leydig, puede cruzar la barrera hemato-testicular y estar presente en el líquido luminal de túbulos seminíferos, rete testis o epídidimo. 

En la mayoría de especies hay dos poblaciones de células de Leydig: fetal y adulta. Una población de células de Leydig aparece durante el desarrollo fetal después de la expresión del gen SRY y en la diferenciación temprana del testículo fetal a partir de la cresta gonadal. Estas células producen INSL3, así como también andrógenos, esencial para el correcto desarrollo del sistema reproductor masculino. En humanos, la secreción del INSL3 es máxima en la primera mitad del embarazo, mientras que en roedores los niveles máximos se observan al final del embarazo.  Estudios recientes sugieren que en el feto las células de Leydig producen androstenediona, la cual es convertida por las células de Sertoli en testosterona. Mientras la testosterona es necesaria para el adecuado desarrollo  de los derivados del conducto de Wolff, el INSL3 es esencial para la fase transabdominal del descenso testicular. El INSL3 actúa sobre receptores específicos, llamados RXFP2, localizados en el gubernáculo que une al testículo con la región inguinal de la cavidad abdominal.  Bajo la influencia del INSL3, el bulbo del gubernáculo se engruesa reteniendo efectivamente  al testículo en el abdomen inferior mientras el resto del cuerpo y sus órganos crecen dorsalmente. Poco se sabe acerca  de la regulación de la población fetal de células de Leydig, mientras en humanos al menos algunos aspectos de la regulación son gobernados por la hormona luteinizante (LH), en ratones la diferenciación de las células de Leydig fetales es independiente de la LH y más bien parece que depende  de la hormona adrenocorticotropica (ACTH). Esto es  bastante diferente  en la población de células de Leydig tipo adulto, la cual depende absolutamente  de la secreción de LH en humanos y ratones.

En humanos hay una población intermedia de células de Leydig durante la fase postnatal inmediata. Estas células dan origen a un pico en la producción de testosterona a los 3-4 meses de vida postnatal, referida como la “minipubertad”. El origen de estas células es oscuro, aunque alguna evidencia sugiere  que pueden representar una generación de células de Leydig independiente de las stem cells. Tampoco se sabe si durante la pubertad estas células nuevamente involucionan  sólo para rediferenciarse. Parte de la confusión en la interpretación de lo anterior se debe al hecho que tradicionalmente las células de Leydig son definidas por su fenotipo maduro y sí esa descripción no es identificable, las células son consideradas desaparecidas o muertas cuando en realidad solamente han sido desdiferenciadas.  Aparentemente la minipubertad es acompañada por un incremento de la secreción de INSL3.

Las células de Leydig han sido caracterizadas por su secreción regulada de testosterona bajo la influencia de la LH o agentes que generen AMPc. Los pulsos  de testosterona son liberados, y/o su síntesis enzimática  es regulada positivamente, por la estimulación de la LH. Por lo tanto, hay una correspondencia entre la testosterona que ingresa a la circulación  y la pulsatilidad de la LH. Esta relación no se observa con respecto a la secreción y síntesis de INSL3, el cual es liberado de las células de Leydig tan pronto como es producido, es decir de una manera no regulada. Por otra parte, las células de Leydig son altamente adaptativas y su estatus de diferenciación refleja el estatus del eje hipotálamo-hipófisis-testículo (HHT) y, particularmente, de la LH. De manera que el esteroide producido por las células de Leydig forma parte de un asa de retroalimentación negativa que regula la producción (amplitud y frecuencia) de LH. Cuando la testosterona circulante es insuficiente para disparar el asa de retroalimentación negativa, la testosterona es influenciada por el estado de diferenciación de las células de Leydig. Durante la pubertad, la diferenciación de las células de Leydig es influenciada grandemente por el incremento de amplitud y frecuencia  de los pulsos de LH. La diferenciación es evidente por el incremento en el tamaño citoplasmático y nuclear, el incremento concomitante del retículo endoplasmático liso para la esteroidogénesis y por la adopción de la morfología específica de la célula de Leydig adulta madura.

En contraste con la testosterona, el INSL3 es expresado constitutivamente por las células de Leydig, no es regulado por las hormonas del eje HHT y en individuos sanos muestra mínimas variaciones diurnas o fluctuaciones interindividuales. Entonces, a diferencia de la testosterona, el INSL3 proporciona una medida menos ambigua  de la funcionalidad de las células de Leydig (una combinación del estatus de diferenciación y el número absoluto  de células de Leydig en el testículo). El INSL3 declina gradualmente con la edad (12% por década) a partir de la adultez, lo cual presumiblemente refleja la capacidad funcional de las células de Leydig.

Es importante entender los posible roles del INSL3 en el testículo. La principal función del INSL3 parece ser la de inducir la primera fase del descenso testicular durante el desarrollo fetal. Adicionalmente, estudios recientes han sugerido un rol endocrino adicional del INSL3 en el remodelado óseo. En el testículo, los receptores RXFP2, específicos para el INSL3, son expresados en células germinales meióticas y postmeióticas en los túbulos seminíferos y también en las mismas células de Leydig, lo cual sugiere roles paracrinos y autocrinos del INSL3. Estudios recientes han demostrado que el INSL3 protege a las células germinales contra la apoptosis. El INSL3 es capaz de atravesar la barrera hemato-testicular en ratas adultas, del intersticio al compartimento seminífero, en cantidades suficientes para activar sus receptores en las células germinales. También se ha demostrado que el INSL3 endógenamente producido, en bajas concentraciones  es capaz de inducir la esteroidogénesis en las células de Leydig. El receptor RXFP2 actúa vía adenil ciclasa para elevar los niveles intracelulares de AMPc de manera similar a la ruta de la LH. Ahora bien, en el testículo adulto, hay concentraciones muy altas de INSL3  (aproximadamente 400 ng/ml) en el compartimento intersticial lo cual hace que no sea fisiológicamente relevante para las células de Leydig adultas en el testículo sexualmente maduro posiblemente por desensibilización del receptor RXFP2.  La situación puede ser bastante diferente al inicio de la pubertad durante la primera ola espermatogénica, cuando la LH aún no está disponible en cantidades sustanciales y la secreción de INSL 3 podría ser relevante. Esto también podría ser cierto para los receptores RXFP2 de las células germinales pues al inicio de la pubertad la barrera hemato-testicular no está completamente establecida y las concentraciones intersticiales de INSL3 podrían alcanzar el compartimento seminífero fácilmente.

En conclusión, el INSL3 es un producto de las células de Leydig expresado de manera constitutiva. Su secreción en el espacio intersticial testicular  y de aquí al torrente sanguíneo refleja la expresión del gen INSL3 y el estatus de diferenciación  de las células de Leydig así como también su número absoluto.  La expresión constitutiva no pulsátil da al INSL3 una gran ventaja sobre la testosterona como marcador de la funcionalidad de la célula de Leydig pues no es regulado por las hormonas del eje HHT y por consiguiente muestra poca variación interindividual. Por lo tanto, la medición de INSL3 refleja la dinámica de la diferenciación y proliferación de la célula de Leydig en situaciones como la pubertad y el envejecimiento.

Fuente: Ivell R et al (2013). INSL3 as a biomarker of Leydig cell functionality. Biology of Reproduction 88 (6): 1-8.

Regulación circadiana de la función adiposa

La fisiología adiposa muestra variaciones a lo largo del día, respondiendo a las cambiantes demandas en el metabolismo energético. Durante la fase activa los nutrientes son transportados  como triglicéridos o glucosa al tejido adiposo blanco donde son metabolizados  y almacenados. Durante la fase inactiva (ayuno) los triglicéridos de los depósitos  adiposos son liberados como ácidos grasos libres, los cuales sirven como sustratos energéticos para otros órganos.  Los adipocitos se comunican unos con otros y con los tejidos no  adiposos mediante la liberación de hormonas (adipoquinas), las cuales muestran oscilaciones  en un ciclo de 24 horas. Estas oscilaciones son controladas por relojes circadianos endógenos que sirven para coordinar la fisiología del organismo con el tiempo externo. La evidencia acumulada sugiere que el reloj circadiano y la función adiposa van mano a mano regulándose entre sí para asegurar la  adaptación óptima  a los cambios ambientales en un ciclo de 24 horas.

Los relojes circadianos se caracterizan por dos propiedades: sostenimiento  y entrenamiento. El sostenimiento significa que los relojes circadianos son capaces de mantener oscilaciones endógenas en ausencia de información externaacerca del tiempo del día. El período endógeno de los relojes circadianos bajo estas condiciones es de 24 horas, aproximadamente. Sin embargo, los relojes circadianos para ser adaptativos tiene que estar sincronizados al ciclo externo luz-oscuridad de 24 horas. Este proceso de sincronizaciónes llamado entrenamiento  y el estimulo para la sincronización en humanos y roedores es principalmente la luz. La base molecular del reloj circadiano es un sistema de asas de retroalimentación transcripcional-traslacional. Los factores de transcripción CLOCK y BMAL1 se unen a los elementos promotores E-box y activan la transcripción de los genes Período (Per1-3) y Criptocromo(Cry1-2). Las proteínas PER y CRY forman heterodímeros y se trasladan al núcleo donde inhiben al complejo activador CLOCK/BMAL1 durante la fase de oscuridad. Un asa de retroalimentación adicional está formada por los receptores nucleares REV-ERbα/β y RORα/β/γ, los cuales regulan la transcripción rítmica de Bmal1. BMAL1 A su vez controla la transcripción de REV-ERBα/β y RORα/β/γ. Además de este sistema de asas hay numerosos componentes y sistemas de retroalimentación adicionales que afinan y estabilizan el mecanismo reloj.  En los mamíferos, el marcapaso circadiano se localiza en los núcleossupraquiasmáticos (NSQ), un par de estructuras neuralesdel hipotálamo ventral localizadas arriba del quiasma óptico.El NSQ sincroniza diariamente las actividades fisiológicas como el sueño y la ingesta de alimentos con las condiciones ambientales cíclicas.  Además del marcapaso, existen relojes periféricos distribuidos en los órganos  del cuerpo. De acuerdo con el modelo actual, el NSQ coordina los relojes periféricos y mantiene bien sincronizado el sistema del tiempo circadiano.

El tejido adiposo blanco almacena energía bajo la forma de triglicéridos, los cuales se forman a partir de los ácidos grasos (lipogénesis). Durante los períodos de ayuno prolongado  esta energía puede ser liberada en la forma de ácidos grasos libres y glicerol, un proceso conocido como lipólisis. Tanto la lipogénesis como la lipólisis necesitan ser reguladas  porque el exceso de lípidos en la circulación  así como el excesivo almacenamiento de triglicéridos promueven desordenes metabólicos.  Los niveles sanguíneos de ácidos grasos, triglicéridos y glicerol muestran  prominentes ritmos circadianos en humanos y roedores. Estos ritmos no necesariamente reflejan cambios en la ingesta de alimentos, sino que son regulados por el reloj circadiano, generalmente  a través de ritmos de transcripción adiposa y de las enzimas  involucradas en ambos procesos metabólicos que  están bajo control circadiano. En humanos, durante el día aumentan los niveles sanguíneos de triglicéridos y disminuyen los  de ácidos grasos y glicerol, en la noche ocurre lo contrario.  Además de funcionar como depósito de energía, el tejido adiposo es también un órgano endocrino, libera una variedad de hormonas llamadas adipoquinas que regulan el apetito, el metabolismo energético y los procesos inflamatorios.  Las adipoquinasleptina, adiponectina y visfatina son liberadas de una manera circadiana que es endógenamente regulada por el sistema circadiano. En los humanos, los niveles circulantes de leptina y visfatina aumentan durante el día y disminuyen durante la noche, mientras que con la adiponectina ocurre lo contrario, disminuyen en el día y aumentan en la noche.

Las variaciones diurnas de la lipólisis en el tejido adiposo blanco y la liberación rítmica de ácidos grasos en la sangre aseguran su óptima utilización como fuente de energía y minimizan los efectos de  la lipotoxicidad.  El reloj circadiano del adipocito regula la entrada de lípidos de la sangre a través del control trancripcional de la lipoproteína lipasa, la enzima que hidroliza los triglicéridos para formar ácidos grasos y facilita su transporte a través de la membrana plasmática del adipocito. Por otra parte, la proteína BMAL1 se une a los promotores de Elovl6 y Scd1, genes responsables de la elongación y des-saturación  de los ácidos grasos libres, creando un ritmo en la síntesis de novo  de los ácidos grasos poliinsaturados. Los dímeros BMAL1/CLOCK controlan la transcripción  de Nampt, la principal enzima de la regeneración de NAD⁺ la cual puede ser secretada como visfatina. Más aún, la NAMPT puede regular a la des-acetilasa SIRT1 dependiente de NAD⁺ la cual está presente en el complejo BMAL1/CLOCK y modular su actividadtranscripcional, acoplando de esta manera el ritmo circadiano al estado metabólico de la célula. Otro aspecto interesante de la actividad de la proteína BMAL1 es la regulación de la ruta Wnt canónica (Wnt10a, β-catenina, Dvl2) conocida por su acción supresora de la adipogénesis.

Los genes reloj también regulan la expresión de otros factores de transcripción con lo cual expanden la información temporal a varias rutas metabólicas. Por ejemplo, muchos miembros  de la familia de receptores nucleares se cuentan entre los blancos BMAL1 en el hígado y muestran perfiles de expresión rítmica. Entre ellos se encuentran los componentes Rev-erbα/β los cuales regulan la expresión  de genes involucrados en el metabolismo de los lípidos en el hígado.  Los ARNmPparα/γ muestran su máxima  expresión en el tejido adiposo blanco y en el hígado al final de la fase inactiva del día, preparando la maquinaria metabólica para recibir los lípidos derivados de los alimentos  y depositarlos como triglicéridos. Por otra parte, muchos genes blancos del PPARγ  muestran perfiles rítmicos, incluyendo la adiponectina y la leptina. Estas adipoquinas cuando son secretadas en la circulación regulan el metabolismo de lípidos y carbohidratos y la conducta alimentaria.  El reloj circadiano puede también modular el eje PPARγ de una manera post-traslacional vía PER2, el cual interactúa físicamente con el PPARγ en el núcleo e inhibe su actividad transcripcional pro-adipogénica.  La nocturnina, una desadenilasa circadiana, puede también regular la translocación nuclear del PPARγ y por tanto afectar la adipogénesis. Muchos genes metabólicos son regulados por más de un modulador circadiano, incluyendo las señales metabólicas sistémicas. Por ejemplo, la insulina induce la señal PPARγ e inhibe la señal PCG1α, las cuales pueden afectar directamente la expresión de Bmal1  en los adipocitos. En humanos, la desincronización  forzada del reloj circadiano  (por ejemplo:la adaptación a un ciclo de  28 horas  bajo condiciones de laboratorio controladas) resulta en la disminución de las concentraciones sanguíneas de leptina, aumento de los niveles de glucosa y resistencia a la insulina. En línea con lo anterior, la restricción crónica desueño incrementa la ingesta de alimentos y disminuye  los niveles de leptina  durante la fase de luz. La duración del sueño en general se correlaciona negativamente  con el índice de masa corporal y la adiposidad. Los sujetos que duermen menos de 6 horas muestran niveles bajos de leptina y niveles aumentados de grelina, una combinación que promueve el apetito.

Fuente: Shostak A et al (2013). Circadian regulation of adipose function.Adipocyte 2: 201-206.