Funciones de la ACTH

La hormona adrenocorticotrópica (ACTH) (39 aminoácidos) resulta del clivaje PC1/3 del precursor proopiomelanocortina (POMC) y posteriormente puede ser clivada por la proconvertasa 2 para generar α-hormona estimulante de melamocitos (α-MSH) (1-13 aminoácidos de ACTH). La ACTH es producida principalmente  en las células corticotropas de la hipófisis anterior,  pero también  es producida en el cerebro, la médula adrenal, la piel y la placenta. Las células de la corteza adrenal expresan receptor de ACTH y esta hormona es el estimulo más potente de la corteza adrenal. La corteza adrenal adulta  está divida en tres zonas. En la periferia, debajo de la cápsula de tejido conectivo, la zona glomerulosa (ZG) consiste de pequeñas células  organizadas como asas alrededor de capilares, la zona fasciculada (ZF) ocupa la mayor parte  de la corteza y la zona reticular (ZR) está formada por células que cambian progresivamente  a partir columnas centrípetas radiales, separadas por sinusoides a una red menos organizada. Todas las células de la corteza adrenal producen esteroides y se caracterizan por la presencia de gotas de lípidos que contienen esteres de colesterol (EC) como precursores de la esteroidogénesis. Estas gotas de lípidos son escasas y pequeñas en la ZG y más grandes y numerosas en la ZF externa. En las células  de ZR, las gotas de lípidos varían en tamaño y forma. Las glándulas adrenales son altamente vascularizadas e inervadas por fibras pre y postganglionares simpáticas, fibras sensoriales y fibras vagales.

El receptor de ACTH, llamado receptor melanocortina 2 (MC2R), clonado en 1992,  es miembro de la familia de cinco receptores MC que incluye también a MC1, MC3, MC4 y MC5 que se unen a péptidos MSH. Esta familia de receptores acoplados a proteína G (GPCR) actúa primariamente a través  del AMPc como segundo mensajero. Los MCR se caracterizan por su inusual secuencia corta y la ausencia  de residuos  de aminoácidos altamente conservados  en la mayoría de GPCR. El MC2R es a la vez, el más pequeño de los MCR y el más pequeño  de los GPCR conocidos. En comparación con otros MCR, el MC2R  es único en el sentido que solamente une ACTH y no posee afinidad por otras melanocortinas.  Otro importante progreso  en el entendimiento  del complejo ACTH-MC2R  fue el descubrimiento  de la proteína accesoria del MC2R-1 (MRAP1). En ausencia de MRAP1, el MC2R no es funcional, no hay producción de AMPc aunque el MC2R esté  correctamente ubicado en la membrana celular. Otra particularidad  es que el tratamiento con ACTH de las células adrenocorticales (4 horas o más) incrementa la expresión de MC2R así como el nivel de MRAP1. La estimulación de corta duración de las células que expresan MC2R (15-60 minutos) con ACTH induce la desensibilización e internalización  del MC2R a través de un mecanismo dependiente  de la PKA, posiblemente  en sinergia con la PKC. Los estudios de la relación estructura-actividad determinaron que la ACTH (1-16) es la secuencia mínima requerida para la unión de la ACTH en el MC2R y posteriormente desencadenar la señalización intracelular.  Algunos fragmentos  de la ACTH, como la ACTH (7-38), no sólo carecen de actividad, sino que actúan como antagonistas competitivos  de la ACTH de longitud completa. El fragmento ACTH (7-38) es actualmente conocido como péptido inhibidor de corticotropina (CIP). Por otra parte, el fragmento ACTH (11-24) ha sido descrito como antagonista competitivo de la ACTH (1-39), mientras  otro estudio reporta que estimula la producción  de corticosterona de las células de la ZF y la producción de aldosterona  de las células de la ZG, además de potenciar los efectos de la ACTH (1-39). El fragmento 6-9 (en humanos, His⁶Phe⁷Arg⁸Trp⁹)  (secuencia HFRW), es esencial para la producción de AMPc  y es conocido como “secuencia mensaje”,  mientras el fragmento 15-18 (secuencia KKRR) es esencial para la unión de la ACTH al MC2R y es llamado “secuencia dirección”.

La corteza adrenal humana produce  varias hormonas esteroides, pero los más importantes son el cortisol (glucocorticoide), la aldosterona (mineralocorticoide) y precursores de andrógenos.  Todas estas hormonas son esenciales para la homeostasis y la supervivencia. La aldosterona es producida exclusivamente en la ZG debido a la expresión especifica  de la P450 aldosterona sintetasa (P450aldo, CYP11B2), mientras las células de ZF y ZR, las cuales expresan P450c11β-hidroxilasa (P450c11, CYP11B1), sintetizan glucocorticoides (GC), (cortisol en humanos y perros, corticosterona en roedores). Sin embargo, la ZR, a través de la P450c17,20liasa (GYP17A1) produce en humanos y primates superiores, pero no en roedores, los precursores  de andrógenos, dehidroepiandrosterona  (DHEA), su derivado sulfatado DHEAS (el cual circula en concentraciones  1000 veces mayores que la DHEA) y androstenediona.  El grosor de cada zona se correlaciona con la eficacia y la producción diaria de esteroides. En humanos, la producción de aldosterona está en el orden  de pmol/L (100-150 g/día) comparada con el rango nmol/L del cortisol (10-20 mg/día) y mol/L de DHEAS (por arriba de 20mg/día).  Los mineralocorticoides,  como la aldosterona,  estimulan la reabsorción de sodio, y mantienen el volumen sanguíneo y la presión arterial en condiciones de depleción de sodio. La excesiva secreción de aldosterona no solo produce hipertensión  y desbalance de electrolitos,  también está asociada  con complicaciones cardiometabólicas. Por su parte, los GC están implicados en un amplio rango de funciones  metabólicas, incluyendo respuestas anti-inflamatorias, la respuesta al estrés y funciones conductuales, al tiempo que incrementan la concentración sanguínea de glucosa a través de su acción  sobre el metabolismo de  carbohidratos, proteínas y lípidos. Los niveles crónicamente elevados de GC alteran la distribución  corporal de grasa, incrementan la adiposidad visceral y son responsables  de varias anormalidades metabólicas.

Los niveles circulantes de GC son mayores durante el periodo de actividad (día para especies diurnas, noche para especies nocturnas) y el nivel pico está relacionado con el inicio del periodo de actividad. Estos cambios circadianos en ACTH y GC están asociados  con la expresión circadiana  de los genes esteroidogénicos y los involucrados en la señal ACTH. La sensibilidad de las glándulas adrenales a la ACTH, además del rol disparador del núcleo supraquiasmático en el ritmo circadiano, puede ser regulada  a través de la inervación  esplácnica y por relojes circadianos intra-adrenales.  En las ratas, aunque el gen Mc2r es inducido por la ACTH, los niveles de ARNm Mc2r son más altos en la mañana cuando los niveles de ACTH son mínimos. Por el contrario, el pico de expresión de MRAP es en la tarde, consistente con el ritmo circadiano de la ACTH. Estos datos sugieren  que en la rata,  el ritmo circadiano  de MRAP, más que el de MC2R, es el que resulta en incremento de la sensibilidad a la ACTH en la tarde. Por el contrario, el ritmo circadiano de la aldosterona en sujetos normales es independiente de la ACTH, pero es regulado por la actividad de la renina plasmática. Las alteraciones  en la ritmicidad de los GC y la disociación  de la secreción  de GC y la secreción de ACTH ocurren durante  varias condiciones patológicas, incluyendo síndrome de Cushing y síndrome metabólico.

En condiciones fisiológicas, la secreción de cortisol y los andrógenos adrenales  son controlados primariamente por la ACTH, pero con la secreción de aldosterona  en la ZG la acción es más compleja La respuesta de las células adrenocorticales a la ACTH puede ser dividida  en dos fases: la fase aguda que ocurre en segundos o minutos e involucra la estimulación -independiente  de transcripción-  de la síntesis de esteroides y la fase más sostenida que afecta no sólo la capacidad esteroidogénica  sino también  el tamaño y la integridad  estructural de la glándula. La respuesta aguda de la ACTH  involucra la movilización y el manejo del colesterol libre  de las gotas de lípidos en la membrana mitocondrial interna donde es metabolizado por la P450scc/CYP11A1 a pregnenolona –la primera etapa enzimática en la ruta de síntesis de hormonas esteroides. La transferencia  de colesterol libre  de la membrana externa a la membrana interna  es disparada por la fosforilación y activación  de la proteína reguladora aguda de la esteroidogénesis (StAR), la proteína de la etapa limitante  de la esteroidogénesis. En las células de la ZG, tales efectos también involucran  al Ca²⁺ y procesos dependientes de  calmodulina. La StAR no actúa sola sino como parte de un complejo que incluye a la proteína translocadora (TSPO) y metabolitos del ácido araquidónico. Entonces, las diversas etapas de la esteroidogenésis tienen lugar alternativamente  en las mitocondrias y en el retículo endoplásmico, donde están localizadas tres  enzimas citocromo P450 y una hidroxiesteroide deshidrogenasa (3β-HSD). Los esteroides debido a que son hormonas lipofílicas son liberados después de la síntesis, en contraste con las hormonas peptídicas que son almacenadas en vesículas. El estrés crónico (el cual es equivalente a un  tratamiento crónico con ACTH) induce hiperplasia  en la ZF externa  e hipertrofia en la ZF interna, pero reduce el tamaño y las propiedades de la ZG. Estos efectos están asociados  con elevadas respuestas GC.

La intensa eseteroidogénesis  en la ZF provoca estrés oxidativo debido  a la peroxidación de lípidos y a la producción  de metabolitos reactivos  de aldehído como el isocaproaldehído. Esto puede explicar la gran cantidad de antioxidantes endógenos (vitamina E,  β-caroteno y vitamina C) y la presencia de enzimas implicadas en la destoxificación  en las glándulas adrenales. Para prevenir la toxicidad celular,  las especies reactivas de oxigeno (ROS) son metabolizadas a ácido isocaproico por una familia  de aldo-ceto reductasas (AKR), incluyendo la AKR1B10 en humanos.  Estas enzimas son altamente expresadas en las glándulas adrenales y sus niveles de expresión se correlacionan con el nivel de ACTH. Otro mecanismo usado por las células para contrarrestar los efectos colaterales negativos de la intensa esteroidogénesis  es a través de la inducción  de la 24-dehidrocolesterol reductasa (DHCR24), un miembro de la familia de oxidoreductasas dependientes de flavina adenina dinucleotido (FAD). Los niveles crónicos de ACTH incrementan la transcripción de los genes que codifican a las enzimas esteroidogénica y a aquellas involucradas en la destoxificación de ROS.

El rol de la ACTH en la ZG y en la secreción de aldosterona es un tema controversial y probablemente  más complejo que lo que generalmente se piensa. Los estudios in vivo sugieren que la ACTH es un estimulo débil  de la secreción de aldosterona; sin embargo, en los estudios in vitro, la ACTH es el estimulo más potente de la  secreción de aldosterona. La infusión pulsátil de ACTH provoca la estimulación de la secreción de aldosterona, la cual se mantiene por más de 72 horas. Más aún, la secreción de aldosterona es más sensible  a dosis bajas  de ACTH que la secreción de cortisol o DHEA, especialmente en humanos en condiciones de baja ingesta de sodio. Por otra parte, la exposición sostenida a ACTH (2 días o más) provoca la transformación  de las células ZG en células ZF. Varios mecanismos pueden explicar esta respuesta transitoria de las células ZG a la ACTH. Por ejemplo, en células ZG de ratas tratadas con ACTH (6 días, 2UI/día), los receptores Ang II y la aldosterona estimulada por Ang II disminuyen marcadamente, mientras la producción de deoxicorticosterona y precursores esteroides aumentan, indicando un bloqueo en la síntesis de aldosterona. Estos cambios funcionales son acompañados por la transformación morfológica de las células ZG en células similares a ZF.

La corteza adrenal es un órgano muy dinámico, en el cual las actividades secretoras se correlacionan con la morfología y la estructura de acuerdo a los estímulos externos o las condiciones ambientales. Por ejemplo, una dieta deficiente en sodio  incrementa el ancho y el volumen de la ZG, sin afectar a la ZF.  Un estudio con adrenales obtenidas por autopsia  revela que la ZG se desarrolla bien en las adrenales humanas  desde recién nacido hasta la tercera década. Sin embargo, después de los 40 años de edad, se observa una importante disminución de la ZG. Las células ZG se vuelven escasas y tanto la ZG como la ZF se ven rodeadas por una zona progenitora, la cual tiene la capacidad  para diferenciarse bidireccionalmente en columnas ZG o columnas ZF. Este estudio sugiere  que la involución de la ZG puede deberse a la actual dieta alta en sodio/baja en potasio  de los humanos. Los  mecanismos involucrados en la remodelación adrenocortical son complejos. Hay indicaciones que la ACTH está involucrada en varios aspectos de la organización dinámica de la corteza adrenal, principalmente en la  migración y la proliferación de células.  En general, se acepta que la proliferación celular tiene lugar debajo de la cápsula  (región de stem cell), en la ZG o en la parte externa de la ZF y que la senescencia de células ocurre principalmente en la ZR. Por otra parte, actualmente es relativamente  bien aceptado que la ACTH es principalmente un factor de diferenciación que controla la secreción de esteroides más que un factor de proliferación. Sin embargo, la ACTH favorece la supervivencia de la  célula cuando su viabilidad está comprometida, pero el efecto protector ocurre solamente cuando las glándulas adrenales están intactas. Más aún, en un estudio con ratones, se observó atrofia adrenal después de 14 días de tratamiento con dexametasona, una condición que suprime la secreción de ACTH. Este tratamiento provocó una importante disminución  en el peso adrenal y la celularidad debido a inhibición de la proliferación celular, inducción de apoptosis y regresión progresiva de la red vascular. Estos datos apoyan el concepto que la ACTH tiene una acción trófica sobre la corteza adrenal a través de un mecanismo dual que involucra un efecto anti-apoptosis y un efecto sobre los vasos sanguíneos.

Los eventos primarios  que siguen a la unión  de la ACTH con el MC2R son la activación de la adenil ciclasa (AC),  la producción de AMPc y la entrada de Ca²⁺. Después, el AMPc puede activar directamente  a varias proteínas quinasas, incluyendo a la proteína quinasa A (PKA), la proteína quinasa C (PKC), la proteína quinasa activada por mitogenos (MAPK), canales iónicos y factores de transcripción.  Varios estudios han demostrado que el AMPc y el Ca²⁺ interactúan  a través de asas de retroalimentación positiva para aumentar la secreción de esteroides. La ACTH no induce una rápida y transitoria entrada de Ca²⁺  como la Ang II, sino que induce  una lenta, pero sostenida, entrada de Ca²⁺ mediada principalmente por la fosforilación -dependiente de PKA- de canales de Ca²⁺ tipo L. Al menos en las células ZG, el Ca²⁺ actúa en casi todas las etapas de la esteroidogénesis: activación de la subunidad G_s de la AC, actividad de la colesterol ester hidrolasa, activación  de la transferencia de colesterol intramitocondrial y expresión de la StAR y la mayoría de enzimas esteroidogénicas. Los niveles de AMPc y la entrada de Ca²⁺ son regulados por múltiples y sofisticados mecanismos. En particular, la concentración de AMPc  es parcialmente determinada  por (1) un balance entre la activación de la AC a través de la proteína G_s que une GTP y la inhibición  a través de la proteína G_i inhibidora que une GTP;  (2) varias isoformas de la AC (AC5/6 insensible a Ca²⁺, AC3 activada por Ca²⁺ y AC4 activada por subunidades de proteína G); (3) varias isoformas de fosfodiesterasas (PDE), en particular GMPc-PDE2 (con la mayor concentración  en la ZG) y PDE8, importante en la regulación  de la secreción de corticosterona en las células ZF.

Las células adrenocorticales  se caracterizan por un potencial de membrana en reposo muy negativo que varía entre -78 y -90 mV (similar al de las células excitables) y por la presencia de varios canales, incluyendo  (1) canales de K⁺ y Ca²⁺ dependientes de voltaje; (2) dos tipos de canales de Ca²⁺: el tipo T o canales activados por bajo voltaje (Ca_v3.x)  y los canales tipo L o canales activados por alto voltaje (Ca_v1.x); (3) canales de Ca²⁺ independientes de voltaje;  (4) canales TASK y TREK. Además, las células adrenocorticales, como células excitables,  son capaces de generar potenciales de acción. Una diferencia importante entre células ZG y ZF es su sensibilidad a los iones K⁺, los cuales están involucrados en la despolarización celular y por consiguiente en la entrada de Ca²⁺, con mayor impacto en la secreción de aldosterona que en la secreción  de corticosterona/cortisol en las células ZF. Estas observaciones podrían explicar que, en humanos, la secreción de aldosterona es más sensible a dosis bajas de ACTH que la secreción de cortisol o DHEA, especialmente en condiciones de depleción de sodio. En las células ZG de ratas y humanos, la unión de la ACTH a su receptor induce una rápida  despolarización de la membrana  debido en parte al  bloqueo de canales de K⁺. Simultáneamente, la despolarización transitoria elimina la actividad de los canales T e incrementa la amplitud  de la corriente tipo L, a través de la fosforilación de los canales tipo L dependiente del AMPc  o de la PKA.

Aunque la mayoría de efectos de la ACTH son mediados por la ruta AMPc-PKA-Ca²⁺ hay  rutas no canónicas que están bien documentadas. Por ejemplo, el citoesqueleto, en particular la reorganización de la red de filamentos de actina y sus proteínas asociadas, está implicado en la respuesta ACTH. Por otra parte, es conocido que la producción de IP₃ inducida por la ACTH no es suficiente para liberar Ca²⁺  de los depósitos intracelulares, lo que sugiere que el diacilglicerol, el otro segundo mensajero  que resulta  de la degradación  del Ptlns(4,5)P₂, y la posterior activación  de la PKC pueden tener un rol en la secreción de esteroides inducida por la ACTH. También está bien documentada la contribución  de la interacción célula-matriz en los eventos de la esteroidogénesis, en la cual la fibronectina y el colágeno favorecen la síntesis de esteroides y la laminina favorece la proliferación celular. Adicionalmente, otros componentes de la matriz extracelular como las efedrinas  y las trombospondinas  afectan la morfología y la función de la célula adrenocortical, especialmente en la ZG. Asimismo, estudios in vivo e in vitro  han demostrado  una fuerte correlación positiva entre la esteroidogénesis  inducida por la ACTH y la expresión  de conexina 43, el principal componente  de las uniones gap en la corteza adrenal.

Estudios recientes reportan la presencia de MC2R en tejidos distintos a la corteza adrenal. En muchos casos, el MC2R tiene las mismas propiedades que en la corteza adrenal, es decir, actúa como factor de diferenciación con las mismas rutas  de señalización. En este contexto, la presencia de MC2R en adipocitos confirma que la ACTH estimula la actividad lipolítica en adipocitos maduros. La estimulación crónica de adipocitos blancos con altas dosis de ACTH disminuye la captación de glucosa inducida por insulina así como la expresión de los genes visfatina  y adiponectina. Entonces, la ACTH podría provocar disrregulación del balance energético, resistencia a la insulina y complicaciones cardiometabólicas cuando el eje hipotálamo-hipófisis-adrenal es disrregulado o está en una condición de inflamación crónica. Experimentos con adipocitos de sujetos obesos han demostrado bajos niveles de MC2R. No obstante, el MC2R es expresado en células mesenquimales humanas durante la inducción de la adipogénesis, lo que sugiere que el MC2R puede tener un rol  como factor de diferenciación  durante la adipogénesis, pero no en células completamente diferenciadas. La expresión  de MC2R también ha sido documentada en osteoblastos humanos. La ACTH parece ser un regulador de la masa ósea, aumentando la producción de colágeno. La ACTH también controla directamente el crecimiento del timo a través del MC2R, el cual es expresado en el epitelio tímico. En la piel, se han detectado todos los componentes del eje hipófisis-adrenal, lo que sugiere un rol en la regulación  del sistema inmune o el crecimiento del vello. En testículo fetal/neonatal de ratón, el complejo ACTH-MC2R ha sido localizado en células de Leydig, donde estimula la producción de andrógenos. En la próstata, la ACTH, a través de MC2R-AMPc, promueve la proliferación celular. En el cerebro, los neuropéptidos ACTH/MSH afectan la conducta social, interactúan con sitios de unión de opiódes y poseen propiedades antiepilépticas.  Los péptidos ACTH/MSH también poseen actividades neurotrópicas, estimulando la regeneración de células nerviosas dañadas.

En conclusión, la ACTH  juega un rol importante  en la homeostasis y en la respuesta al estrés y por tanto es un componente principal del eje hipotálamo-hipófisis-adrenal.  Aunque el AMPc es considerado el principal segundo mensajero de la acción de la ACTH y la PKA la quinasa más importante  estimulada por la ACTH, otros efectores  también son importantes en la modulación de la respuesta ACTH, como parte de la compleja plataforma  de señalización intracelular. Todas las rutas implicadas en la esteroidogénesis  y el crecimiento adrenal  están íntimamente interconectadas  y probablemente  dependen de la  matriz extracelular y el citoesqueleto. La interacción entre la matriz extracelular y el citoesqueleto  puede disparar la activación de la plataforma de señalización y potencialmente estimular o reprimir la potencia esteroidogénica de la ACTH. Por otra parte,  el ambiente celular es importante para dictar la naturaleza del esteroide secretado (cortisol o DHEA) y la activación de factores de transcripción.  La ACTH también lleva a cabo acciones en tejidos extra-adrenales. Además de sus conocidos efectos lipolíticos en los adipocitos, la ACTH tiene un  rol en la diferenciación en una variedad  de tipos de células.

Fuente: Gallo-Payet N (2016). Adrenal and extra-adrenal functions of ACTH.  Journal of Molecular Endocrinology 56: T135-T156.