Rol del glucagón en páncreas y tejidos extra-pancreáticos
El glucagón es un polipéptido de 29 aminoácidos secretado por las células α
de los islotes de Langerhans del páncreas en respuesta a la hipoglucemia, la
arginina, la gastrina y el cloruro de potasio.
El glucagón mantiene los niveles
sanguíneos de glucosa activando la
glucogenólisis y la gluconeogénesis. El glucagón también reduce los niveles de
triglicéridos y colesterol, estimula la oxidación de ácidos grasos y ejerce
efectos significativos en riñón, corazón, tejido adiposo, tracto
gastrointestinal y sistema nervioso central. La transducción de la acción del
glucagón la lleva a cabo un receptor transmembrana que pertenece a la
clase II de los receptores
acoplados a proteína G y que través de la
adenil ciclasa incrementa la producción de AMPc. El AMPc activa rutas de señalización que causan
un incremento en la gluconeogénesis, la glucogenólisis y la oxidación de
ácidos grasos. Adicionalmente, el
glucagón controla, al menos en parte, el metabolismo de glucosa, lípidos y
energía a través de señales independientes de adenil ciclasa/AMPc como
p38MAPK, IP3/DAG/Ca y PPARα. El
receptor de glucagón ha sido identificado en hígado, riñón, músculo
liso intestinal, tejido adiposo, corazón, células β del páncreas y placenta. La
expresión del gen del receptor de glucagón (Gcgr) es regulada
positivamente la glucosa y negativamente
por el glucagón y agentes que incrementan el AMPc intracelular.
Durante el desarrollo fetal, el glucagón
es requerido para la diferenciación temprana de las células β del páncreas
y la maduración de las células α. En
roedores, la disrupción del gen Gcgr está asociada con un incremento en el número de islotes pancreáticos y de células productoras
de somatostatina sin alteración de la masa de células β. La ausencia de la señal glucagón también está asociada con una marcada hiperplasia de células α. La
expansión de células α se observa
en la mayoría de modelos animales con
inactivación del glucagón y/o receptor
de glucagón por manipulación genética, bloqueo inmunológico o tratamiento con antisuero
de oligonucleótidos. En estos modelos, la expansión de células α está
acompañada con elevados niveles plasmáticos de glucagón. En ratones, la
inactivación específica del gen Gcgr en los hepatocitos reduce la glucosa en ayunas, mejora la tolerancia a la glucosa y la sensibilidad
a la insulina y provoca hiperplasia de células α e hiperglucagonemia. Estos hallazgos sugieren que un factor
circulante independiente producido por la ausencia de Gcgr en el hígado podría ser el responsable de incrementar la proliferación de células α. La disrupción del gen Gcgr durante el embarazo
está asociada con hipoglucemia e hiperglucagonemia en la madre, anormalidades
de la placentación, pobre crecimiento fetal y muerte postnatal temprana. La
ausencia de la señal glucagón en la placenta
regula negativamente los genes
que controlan el crecimiento, la señal adrenérgica, la vascularización, el
estrés oxidativo y los receptores acoplados a proteína G.
El glucagón tiene efectos beneficiosos
sobre la ingesta de alimentos, la masa grasa corporal y el gasto de
energía. El glucagón estimula la saciedad porque disminuye el tamaño de la comida a través de una combinación de acciones centrales y periféricas.
Adicionalmente, regula el peso corporal promoviendo la perdida de peso en
condiciones fisiológicas y patológicas. Los estudios in vitro con modelos roedores han demostrado que el
glucagón incrementa el gasto de energía
a través de la activación del tejido
adiposo marrón. En estados patológicos como la deficiencia de insulina, el glucagón incrementa el gasto
de energía y la termogénesis. El incremento en la termogénesis involucra la
lipolisis en tejido adiposo marrón y tejido adiposo blanco. Por otra parte, el
glucagón es esencial para la supervivencia
del hepatocito mediante la
regulación de rutas dependientes de AMPc
que disminuyen la actividad de las caspasas.
El glucagón juega un rol central en la respuesta a la hipoglucemia a través de la estimulación de la gluconeogénesis y la glucogenólisis en el
higado y por efectos opuestos a los de insulina. Su acción en el hígado es mediada por la
activación de la adenil ciclasa y la
ruta de señalización de la proteína quinasa A (PKA). En el hígado, el glucagón estimula cambios a un estado
menor de energía mediante la
activación de la ruta de señalización
AMPK, lo cual mejora la eficiencia con
la que el hígado convierte los sustratos
gluconeogénicos en glucosa. El glucagón con su acción en el hígado también
ejerce un efecto inhibitorio sobre la secreción de insulina. Recientemente se
ha demostrado que el glucagón a través de la ruta de señalización AMPc-PKA-CREB
estimula la producción hepática de kisspeptina 1, la cual suprime la secreción
de insulina. Una elevada relación glucagón/insulina acelera la gluconeogénesis
y la oxidación de ácidos grasos, lo cual resulta en la formación de cuerpos
cetónicos. La hiperglucemia y los niveles elevados de cuerpos cetónicos son los principales componentes de la cetoacidosis diabética. Por
otra parte, el glucagón puede suprimir la producción hepática de glucosa a través del hipotálamo mediobasal, lo que
sugiere que el glucagón puede limitar su
propio efecto estimulador en el hígado.
En los humanos, el efecto lipolítico del glucagón ha sido muy cuestionado.
Sin embargo, en modelos animales, el glucagón ejerce potentes acciones
hipolipidémicas porque disminuye la liberación de triglicéridos y VLDL por el
hígado, reduce el colesterol plasmático e incrementa la β-oxidación. La acción
del glucagón sobre el metabolismo de los lípidos es mediada
a través de mecanismos
dependientes de AMPK, p38 MAPK, PPARα,
Foxa2 y FGF21. Adicionalmente, el glucagón juega un rol central en la oxidación
de ácidos grasos durante el ayuno
prolongado y en la respuesta al ejercicio.
En roedores, la disrupción del gen Gcgr está asociada con niveles bajos
de glucosa en sangre durante el día y el desarrollo de hipoglucemia durante el
ayuno prolongado, incremento de los niveles plasmáticos de LDL y, en las
hembras, disminución de los niveles de triglicéridos. Por otra parte, la
disrupción del gen Gcgr incrementa los niveles circulantes de FGF21 y GLP1, los cuales promueven la
tolerancia a la glucosa de una manera independiente del nivel de insulina. FGF21 y GLP1 son los principales factores en
la prevención del desarrollo de diabetes
en ratones que carecen de Gcgr.
En humanos, el glucagón tiene una variedad de efectos neuroendocrinos
incluyendo la estimulación de la
secreción de hormona de crecimiento y cortisol y la inhibición de la secreción de grelina. Adicionalmente,
induce la liberación de insulina estimulada por la glucosa en las células β del
páncreas y estimula su propia secreción en las células α a través del incremento en AMPc y la estimulación de la liberación de somatostatina en las
células δ. La sobre expresión de Gcgr en las células β incrementa la liberación
de insulina y aumenta significativamente el volumen celular, lo que sugiere un rol del Gcgr en el
incremento de la competencia de la célula β. En roedores, la disrupción del gen
Gcgr está asociada con hiperglucagonemia, niveles elevados de GLP1y niveles
normales de insulina y lactato. Recientemente se ha demostrado que, en ciertas
situaciones, las células β pueden originarse a partir de células que
previamente han expresado glucagón, un fenómeno conocido como
transdiferenciación. Tales situaciones
incluyen pérdida extrema de células β, incremento en la expresión de Pax4 en
las células α, expresión forzada de PDX1, manipulación epigenómica o el uso del péptido ceruleina después del
tratamiento con aloxana.
En tejidos extra-pancréaticos, el glucagón tiene marcados efectos anti-motilidad en los humanos.
Estos efectos anti-motilidad sobre el tracto gastrointestinal (esófago,
estomago, intestino delgado e intestino grueso) se observan cuando el glucagón es administrado en dosis farmacológicas. El glucagón también controla el tamaño de la
comida y la saciedad en humanos y roedores.
En modelos de roedores, la disrupción del gen Gcgr está asociada con
pérdida de la función de la retina,
pérdida de la agudeza visual y eventualmente muerte de las células retinianas.
Estos cambios en la retina se correlacionan directamente con el grado de
hipoglucemia. El glucagón y su receptor
son expresados por células de receptores gustativos relacionados con los
sabores dulce y/o umami. Sin embargo, no se han descrito mayores
alteraciones en el sentido del gusto en ratones que carecen de Gcgr. Por otra
parte, el glucagón ejerce efectos inotrópicos y cronotrópicos positivos en el
miocardio ventricular y un efecto positivo sobre el flujo sanguíneo renal y la tasa de
filtración glomerular.
En conclusión, se ha sugerido que, en estados de deficiencia de insulina,
el exceso de secreción de glucagón juega un rol importante en las
perturbaciones asociadas con la diabetes
como hiperglucemia y cetonuria.
Entonces, la inhibición de la
señal glucagón representa una posible opción para el tratamiento de la
diabetes. Los estudios con modelos animales han demostrado que los procesos fisiológicos regulados por el glucagón y su receptor son
más amplios de lo esperado. El glucagón juega roles importantes en el
desarrollo pancreático, la función de las células β, la producción hepática de
glucosa, la respuesta metabólica al ayuno prolongado y el
ejercicio, el metabolismo de los lípidos, el tamaño de la comida y la saciedad,
el vaciamiento gástrico, la motilidad intestinal, la agudeza visual, la
placentación y la contractilidad cardiaca.
Adicionalmente, bajo algunas condiciones metabólicas extrema de
deficiencia de insulina, las células α poseen la capacidad de transdiferenciación en células β. Estos hallazgos sugieren que el glucagón juega roles
importantes en múltiples órganos.
Fuente: Charron MJ y Vuguin PM (2015). Lack of glucagon receptor signaling and its implications beyond glucose
homeostasis. Journal of Endocrinology
224: R123-R130.