Funciones y fisiología de nesfatina-1

En el año 2006, Oh-I y colaboradores re-descubrieron el NEFA/nucleobindin 2 (Nucb2), un gen activado por el receptor γ de proliferador de peroxisoma (PPARG) en líneas  de células inmortalizadas y  más tarde en el hipotálamo  de roedores.  Un producto de este gen es NUCB2, un péptido de 396 aminoácidos, originalmente descrito como una proteína secretada de función desconocida que posee varios sitios de potenciales clivajes, lo que sugiere un procesamiento posterior.  El fragmento N-terminal del NUCB2, llamado nesfatina-1, fue identificado en el líquido cerebroespinal y el núcleo paraventricular (NPV) del hipotálamo de la rata y posteriormente en plasma humano. También se encontró que reduce la ingesta de alimentos de manera dosis-dependiente cuando es administrado a roedores por vía intracerebroventricular (icv).

El ARNm de Nucb2 es expresado principalmente en mucosa gástrica y tejido adiposo blanco y, en menor extensión, en otros órganos periféricos como páncreas y testículo. En el sistema nervioso central (SNC), el ARNm de Nucb2 está presente en muchas regiones como hipotálamo y tallo cerebral, por ejemplo. El gen Nucb2 codifica un péptido de 420 AA que contiene un péptido señal de 24 AA y un péptido de 396 AA llamado NUCB2.  El potencial clivaje de NUCB2 por las convertasas (PC) 1/3 y PC2 da origen a tres fragmentos: nesfatina-1 (AA 1-82), nesfatina -2 (AA 85-163) y nesfatina-3 (AA 166-396). El NUCB2 se co-localiza con estas enzimas en el citoplasma. Alternativamente, otras enzimas, por ejemplo, la proteína unida a membrana furina, la cual actúa en la misma línea de las PC, puede estar involucrada en el procesamiento de NUCB2.  Sin embargo, aunque la existencia de nesfatina-1 ha sido demostrada en vivo, se desconoce si nesfatina-2 y nesfatina-3 existen y son secretadas en vivo. Para la acción biológica, es de particular relevancia el segmento medio de la nesfatina-1 que corresponde a los AA 24-53.  A nivel celular, al menos en el NPV, la nesfatina-1 se localiza principalmente en vesículas secretoras en el pericario cerca del aparato de Golgi, pero no en los terminales axónicos, lo cual sugiere una liberación dendrítica y eventuales acciones autocrinas o paracrinas. Por otra parte, está demostrado que la nesfatina-1 puede cruzar la barrera hematoencefálica por difusión transmembrana no saturable. Este hallazgo sugiere que la nesfatina-1 periférica (endógena o exógena) puede tener acceso al SNC y ejercer acciones biológicas.

Aunque el receptor de nesfatina-1 aún no ha sido identificado, se han detectado sitios de unión específicos para nesfatina-1 en el SNC (por ejemplo, hipotálamo, corteza cerebral) y órganos periféricos (por ejemplo, tracto gastrointestinal, páncreas). En la mayoría de los tipos de células, la nesfatina-1 estimula la entrada de Ca²⁺ a través de canales tipo L, P/Q o N. La despolarización neuronal y el incremento en el Ca²⁺ intracelular se pueden prevenir con el pretratamiento con toxina pertussis, lo que indica compromiso de un receptor acoplado a proteína G. En efecto, diversos estudios sugieren la existencia de uno o más receptores acoplados a proteína G en la señal nesfatina-1. Sin embargo, los hallazgos actuales sobre los eventos de señalización intracelular de la nesfatina-1 deben ser interpretados con precaución, algunas observaciones no son eventos de señalización de un potencial receptor de nesfatina-1 sino resultados de cascadas de señalización de receptores relacionados con el receptor de nesfatina-1, como el receptor melanocortina (MC) 3 o 4.

La nesfatina-1 y su precursor NUCB2 poseen propiedades anorexigénicas. La inyección de NUCB2 o nesfatina-1 en el tercer ventrículo en dosis similares reduce la ingesta de alimentos en ratas alimentadas ad libitum. Más aún, el efecto anorexigénico de la nesfatina-1 es independiente de la leptina. Por otra parte, la administración intraperitoneal del segmento medio de nesfatina-1 disminuye la ingesta de alimentos en ratones delgados y obesos resistentes a leptina, lo cual sugiere que también la nesfatina-1 periférica induce anorexia de manera independiente de leptina.  La nesfatina-1 periférica puede afectar la regulación de la ingesta de alimentos en el SNC a través del acceso directo al cerebro, por aferentes vagales o vía mensajeros endocrinos, como la colecistoquinina (CCK). Cómo y en qué extensión estos diferentes medios de señalización son de relevancia fisiológica, no ha sido dilucidado hasta ahora.

Aunque la nesfatina-1 endógena regula la conducta alimenticia, su expresión también puede ser regulada por el estado de alimentación. En roedores, los niveles de NUCB2/nesfatina-1 en los núcleos hipotalámicos supraóptico (NSO) y paraventricular (NPV) y tejido adiposo subcutáneo son reducidos por el ayuno y se normalizan con la realimentación. Adicionalmente, la inyección aguda central y periférica del segmento medio de nesfatina-1 reduce la ingesta de alimentos en ratones alimentados con una dieta rica en grasas, lo cual indica que la exposición de larga duración a una dieta rica en grasas no causa resistencia a la nesfastina-1. Más aún, la señal nesfatina-1 es importante en la mediación de la anorexia inducida por leptina. Estudios recientes demuestran que la leptina incrementa la expresión del ARNm de Nucb2 en el NPV in vivo e in vitro. De acuerdo con esto, en los ratones que carecen de NUCB2 en el NPV, la administración central y periférica de leptina falla en inducir anorexia.

El sistema nesfatinérgico interactúa con otros sistemas que regulan la conducta alimenticia. Por ejemplo, el efecto anorexigénico inducido por la nesfatina-1 es bloqueado por la administración central de antagonistas del receptor MC3/4. Contrario a las acciones periféricas de la leptina, la administración central o periférica de nesfatina-1 o su segmento medio a ratas, incrementa la expresión de proopiomelanocortina (POMC) y transcripto relacionado con anfetamina y cocaína (CART) en el núcleo del tracto solitario, (NTS) pero no en hipotálamo. La interacción entre estos dos sistemas es apoyada por el hallazgo que la administración de hormona  estimulante de melanocitos-α (α-MSH) incrementa la expresión de Nucb2 y activa neuronas NUCB2/nesfatina-1 en el NPV.

El efecto anorexigénico de la nesfatina-1 es, al menos en parte, mediado por neuronas oxitocinérgicas. En efecto la nesfatina-1 se co-localiza  con oxitocina  en neuronas de NSO y NPV. La nesfatina-1 influye en la excitabilidad de las neuronas oxitocinérgicas del NPV  in vitro,  la nesfatina-1 endógena  altera la liberación de oxitocina en cortes de NPV. Sin embargo, la administración central  de nesfatina-1  no afecta los niveles plasmáticos  de oxitocina en ratas, lo que indica que la liberación axonal de oxitocina liberada por neuronas de NSO y NPV  no es afectada. Por otra parte, cuando es inyectada  en sitios específicos   del NPV, la nesfatina-1  suprime la ingesta de alimentos  por estimulación  del sistema oxitocina, junto con un incremento en la expresión de c-fos en el NTS, lo cual sugiere que las neuronas oxitocinérgicas que se proyectan del NPV al NTS son moduladas por  nesfatina-1 para inducir anorexia. El sistema nesfatinérgico también interactúa  con  el sistema hormona liberadora de corticotropina/receptor CRH2 (CRF/CRHR2)  para modular la conducta alimenticia.  En la rata, la nesfatina-1 se co-localiza con CRH  en el NPV e in vitro influye en la excitabilidad de neuronas que expresan Crh. La administración de un antagonista específico de CRHR2 (astressin₂-B) en el cerebro anterior elimina el efecto anorexigénico  de la nesfatina-1. La nesfatina-1 también se co-localiza  con  neuropéptido Y, un péptido orexigénico, en el núcleo arcuato (ARC). Un estudio electrofisiológico demuestra que  la mayoría de neuronas que expresan NPY  en el ARC son hiperpolarizadas por la nesfatina-1, lo que indica que la nesfatina-1 podría suprimir la ingesta de alimentos regulando hacia abajo la señal NPY. Otro estudio  reporta que el efecto orexigénico  de la ghrelina periférica   es bloqueado por desacil ghrelina a través de la activación  de neuronas NUCB2/nesfatina-1 del ARC.  También ha sido sugerida una interacción entre nesfatina-1  y el sistema serotoninérgico. La m-clorofenilpiperazina, agonista del receptor 5HT_1B/2C, induce anorexia de manera independiente  de leptina regulando hacia arriba la expresión de Nucb en el hipotálamo de la rata.  Finalmente, otro estudio, involucra a la histamina  y a la hormona liberadora de tirotropina (TRH) en la mediación de los efectos   de la nesfatina-1. La histamina es conocida  por su potencia  en la reducción  del apetito y la nesfatina-1 es expresada en el área hipotalámica tuberal (AHT) donde  se localizan exclusivamente las neuronas histaminérgicas. La administración central de histamina incrementa la expresión de NUCB2/nesfatina-1 en el NPV y, a su vez, la administración central de nesfatina-1 incrementa el recambio de histamina en el hipotálamo. La administración de nesfatina-1 también resulta  en un incremento en la expresión del ARNm de TRH  en el  NPV pero cuando se co- administran anticuerpos contra TRH, el efecto anorexigénico de la nesfatina-1 es atenuado.

La nesfatina-1 altera el patrón de comida. En ratones, la administración central de nesfatina-1 reduce el tamaño  de la comida e incrementa los intervalos entre comidas indicando  saciedad (terminación de la comida) y saciación  (inicio retardado de la comida), mientras la inyección central de segmento medio de  nesfatina-1 induce  saciedad sin afectar la saciación. Por el contrario, en ratas alimentadas con comida normal, el segmento medio de nesfatina-1  induce saciación, mientras en ratas con obesidad inducida por dieta induce saciedad.  Estos resultados mixtos pueden ser explicados por diferencias en especies, en la afinidad de la unión con el receptor  entre la nesfatina-1 y su segmento medio y/o en la activación de diferentes rutas de señalización dependiendo de las condiciones de la dieta. En un estudio reciente, el tratamiento con nesfatina-1  resulta en la regulación hacia arriba  de CCK (un péptido que induce saciación) y en la regulación hacia abajo  del péptido YY (PYY, un péptido que induce saciedad), in vitro e in vivo.

La nesfatina-1 no solo está involucrada  en la conducta alimenticia sino también  en la regulación  de los líquidos corporales. La inyección icv  de nesfatina-1 reduce la ingesta de agua, un efecto mediado por receptores MC3/4  y de oxitocina. El efecto antidipsogénico  de la nesfatina-1 tiene un inicio más temprano  que el efecto anorexigénico (60 min vs 150 min), lo cual aumenta la posibilidad que la reducción en la ingesta de alimentos puede ser una consecuencia  de la reducción en la ingesta de fluido.  Adicionalmente, la reducción en la ingesta  provocada por la nesfatina-1 es más pronunciada  con el   agua que con la comida (70% vs 50%, respectivamente). El ARNm de Nucb2 es expresado en el órgano subfornical (OSF), un área involucrada en la regulación  de los fluidos corporales y un estudio electrofisiológico in vitro  demuestra la capacidad de las neuronas del OSF para responder a la nesfatina-1. La prolongada deprivación de agua  incrementa los niveles de NUCB2/nesfatina-1  en  OSF, NSO y NPV, los cuales son normalizados  con la rehidratación.  

La nesfatina-1 está involucrada en los aspectos relacionados con la recompensa  de la conducta alimenticia.  En efecto, la proteína NUCB2/nesfatina-1 es expresada en áreas relacionadas  con la recompensa como el núcleo amigdaloide, el núcleo accumbens (NAcc), el hipotálamo lateral y los núcleos del rafe dorsal (RD). Por otra parte, la nesfatina-1 hiperpolariza  neuronas dopaminérgicas  de la sustancia negra, un área cerebral  involucrada en funciones sensorimotoras,  la recompensa y la aversión. Las neuronas dopaminérgicas se originan en el área  tegmental ventral (ATV), inervan el NAcc y liberan dopamina en respuesta a estímulos  de recompensa (o aversivos).  La administración icv de nesfatina-1  disminuye la liberación de dopamina en el NAcc.  Si la nesfatina-1  actúa directamente  o a través del reclutamiento de otros sistemas neurotransmisores  para modular rutas de la recompensa es algo que no sido dilucidado.  Una posibilidad es que las neuronas NUCB2/nesfatina-1 interactúen con los sistemas melanocortina y oxitocina.  En apoyo a esta idea, se ha demostrado que la melanocortina y la oxitocina  juegan un rol en la modulación de rutas hedónicas.  Un estudio reciente  demuestra que la motivación  para obtener sucrosa en ratas  es regulada hacia abajo por la activación  de receptores  MC3 en áreas relacionadas con la recompensa.  Asimismo, la oxitocina reduce la conducta de búsqueda inducida por metanfetamina en roedores y maneja la recompensa  a la ingesta de alimentos en humanos.  Un segundo escenario posible es la interacción  entre la nesfatina-1 y  el sistema ghrelina. Ghrelina y nesfatina-1 son co-expresadas  en las células X/A de la mucosa gástrica.  La ghrelina regula la homeostasis de la alimentación  incrementando la ingesta de alimentos en roedores y humanos. En roedores, la administración icv  de nesfatina-1 suprime  la ingesta de alimentos y regula hacia abajo  la expresión de preproghrelina y receptor de ghrelina  en el cerebro anterior, mientras la ghrelina icv promueve la ingesta de alimentos  y regula hacia abajo  la expresión de ARNm de Nucb2 en el cerebro anterior. Como la ghrelina participa en la regulación  hedónica de la alimentación, se puede especular  que los dos péptidos interactúan  en áreas relacionadas con la recompensa.

La nesfatina-1 es un regulador de funciones gastrointestinales, enlentece el vaciamiento gástrico, por ejemplo. La inyección icv de una dosis anorexigénica de nesfatina-1  disminuye el vaciamiento gástrico  en ratas. Adicionalmente, la nesfatina-1  regula la motilidad gastroduodenal. Las áreas cerebrales  responsables de los efectos de la nesfatina-1 sobre las funciones gastrointestinales son NPV, ARC, CeA y amígdala basomedial (ABM). Cuando se administra nesfatina-1 en el NPV disminuye la motilidad y el vaciamiento gástrico, un efecto mediado por neuronas oxitocinérgicas.  Asimismo, la inyección de nesfatina-1  en ARC, CeA  o ABM,  disminuye la motilidad y el vaciamiento gástrico, pero en este caso con participación del sistema  melanocortina.  La distensión gástrica (por ejemplo, a consecuencia de la reducción de la motilidad y el vaciamiento gástrico) puede ser transmitida al cerebro  para inducir saciedad a través de la CCK. Además de este mecanismo, los datos experimentales apoyan la existencia  de una conexión neuronal entre el sistema gastrointestinal y las neuronas NUCB2/nesfatina-1 del SNC. En la rata,  las neuronas NUCB2/nesfatina-1 del NTS  reciben  impulsos aferentes  a través del nervio vago, el cual se activa después de la distensión gástrica.  La secreción gástrica de ácido también es afectada por  la nesfatina-1. Particularmente, la inyección central  de una dosis anorexigénica de nesfatina-1  es capaz de inhibir la secreción de ácido a través de eferentes vagales.

La participación de la nesfatina-1  en la regulación del gasto  de energía  es menos investigada y entendida. Un estudio reciente reporta un incremento en la temperatura corporal después de la administración icv de nesfatina-1. Este hallazgo ha sido sustanciado  en otro estudio  con calorimetría directa   para cuantificar la pérdida de calor seco  como medida de la termogénesis y por tanto del gasto de energía.  Los mecanismos centrales y periféricos que subyacen al impacto  de la nesfatina-1 sobre la termogénesis no han sido dilucidados.

La proteína NUCB2/nesfatina-1  se co-localiza  casi exclusivamente  con la insulina en las células β de los islotes pancreáticos. En efecto, la inmunoreactividad  NUCB2/nesfatina-1  está presente en todas o casi todas  las células β con una distribución  subcelular distinta  a la inmunoreactividad de insulina.  La co-localización  de NUCB2/nesfatina-1 con PC1/34 y PC2 sugiere que el procesamiento de nesfatina-1 puede tener lugar fisiológicamente  en los islotes pancreáticos. En las células β pancreáticas, la síntesis o liberación de NUCB2/nesfatina-1  son reguladas dinámicamente por los niveles de glucosa. Esta regulación es alterada  en las enfermedades glucémicas.  Los islotes de pacientes con diabetes tipo 2 exhiben una reducción en ARNm de Nucb2 en comparación con los islotes  de sujetos sanos; esto se correlaciona significativamente con la capacidad de secreción de insulina.  Por otra parte, la nesfatina-1  aumenta la secreción  de insulina inducida por glucosa, promoviendo la entrada de  Ca²⁺ a través de canales  tipo L. Este proceso, a diferencia de las acciones de la nesfatina-1 sobre las neuronas hipotalámicas, es independiente  de PKA. La producción local  de nesfatina-1 en las células β y su secreción por niveles elevados de glucosa puede participar/facilitar la liberación de insulina de una manera autocrina y/o paracrina. En el SNC, la nesfatina-1  está involucrada en el control del metabolismo de la glucosa.  Por ejemplo, la excitabilidad de las neuronas  que responden a la glucosa  es modulada por nesfatina-1 en NPV e hipotálamo ventromedial y lateral. Este efecto parece ser específico  de núcleos hipotalámicos, pues en el NTS, otra importante estructura  para el metabolismo de la glucosa en el SNC, la respuesta de las neuronas sensibles a glucosa no es modulada por la nesfatina-1. La nesfatina-1 administrada icv actúa en el hipotálamo incrementado la sensibilidad  a la insulina en el cuerpo  a través de la estimulación  de la señal del receptor de insulina, en el hígado para inhibir la gluconeogénesis y en el músculo mejorando la captación  de glucosa.

La proteína NUCB2/nesfatina-1 ha sido detectada en el corazón y la nesfatina-1 puede controlar directamente  el rendimiento cardiaco. La administración  de nesfatina-1 en el SNC  ejerce efectos cardiovasculares. Por ejemplo, la administración icv de nesfatina-1 incrementa la presión arterial media  y la frecuencia cardiaca; la fosforilación de ERK  en las neuronas CRH del NPV  está involucrada en estos efectos. Los estudios electrofisiológicos  han identificado  al NTS como un potencial sitio  a través del cual la nesfatina-1 ejerce sus acciones cardiovasculares. Además de sus acciones en el SNC, la administración intravenosa de nesfatina-1 posee un  efecto hipertensivo, potencialmente a través de acciones centrales y a nivel periférico modulando la resistencia arterial.

La inmunoreactividad NUCB2/nesfatina-1 ha sido detectada en áreas cerebrales involucradas  en conductas similares a la ansiedad y la respuesta al estrés, como núcleo amigdaloide, núcleo del lecho de la estría terminal, NPV e hipocampo.  La administración icv de nesfatina-1 incrementa los niveles plasmáticos de ACTH y glucocorticoides, lo que sugiere  que la nesfatina-1 puede jugar  un rol en la modulación  de la actividad del eje hipotálamo-hipófisis-adrenal (HHA).  Más aún, la adrenalectomía bilateral  incrementa la expresión  de ARNm de  NUCB2 en el NPV, indicando que su expresión es regulada por la actividad del eje HHA. Por otra parte, la nesfatina-1 participa en los mecanismos de la respuesta al estrés  reclutando al sistema melanocortina  central. Datos recientes en humanos también sugieren que existe una relación  entre nesfatina-1 y  desordenes relacionados con el estrés.  Los niveles plasmáticos de  NUCB2/nesfatina-1  de los pacientes afectados  por trastornos depresivos mayores  son más altos  que en sujetos sanos.

El descubrimiento de la co-expresión  de NUCB2/nesfatina-1 y hormona concentradora  de melanina (MCH) en el AHT, una estructura  del SNC  relacionada  con la regulación  del sueño de movimientos oculares rápidos (REM) sugiere una potencial conexión funcional entre la proteína NUCB2/nesfatina-1 y el sueño. La abolición del sueño REM reduce la expresión de NUCB2/nesfatina-1  en el hipotálamo dorsal lateral, cuya subsección hipotálamo lateral, entre otros, está involucrada  en la regulación del ciclo sueño/vigilia. El sueño REM  a su vez activa las neuronas  NUCB2/nesfatina-1. Por otra parte, el bloqueo  de la expresión  de la nesfatina-1 endógena afecta negativamente  al sueño REM.  En humanos con síndrome de apnea del sueño se  observa una correlación negativa  entre NUCB2/nesfatina-1 en circulación periférica y severidad de la enfermedad aunque no se dilucidado si hay una relación funcional.

La maduración y la función reproductiva  están íntimamente relacionadas con la disponibilidad de energía. Los mediadores endocrinos como  insulina y  leptina  relacionan el estado metabólico  con la reproducción. Ambas hormonas actúan a nivel hipotalámico  y transmiten información  acerca del estado metabólico a las neuronas  que  expresan hormona liberadora de gonadotropinas (GnRH) que a su vez controla al eje hipotálamo-hipófisis-gónadas (HHG).  Datos recientes sugieren que  la proteína NUCB2/nesfatina-1 está involucrada  en la interacción entre  el estatus energético y la reproducción, particularmente  con respecto a la regulación  de la transición puberal en las hembras, durante la cual la expresión de la proteína aumenta significativamente en el hipotálamo. Por el contrario, durante este estado de desarrollo,  un balance energético negativo disminuye la expresión de NUCB2/nesfatina-1 en el hipotálamo.  Más aún, la administración de nesfatina-1 en el SNC induce la secreción de hormona luteinizante (LH) en ratas hembras puberales.  Hasta el presente, hay sólo información limitada   sobre si la nesfatina-1  también está involucrada  en la regulación del eje HHG en ratas hembras adultas.  Los datos preliminares indican que la administración icv  de una dosis muy alta de nesfatina-1 (1 nmol) incrementa la concentración plasmática de LH y hormona estimulante del folículo (FSH) en ratas machos. Por el contrario, en la hipófisis, la expresión de ARNm de Nucb2  es regulada por el estradiol y la progesterona, lo que sugiere  la existencia  de un mecanismo de retroalimentación  en  la interacción  NUCB2/nesfatina-1-eje HHG. Neuropéptidos como oxitocina y α-MSH conocidos como reguladoras de la acción de la GnRH son potenciales mediadores  hacia abajo de  nesfatina-1. Más aún, el neuropéptido foenixina, recientemente descubierto, se co-localiza  con NUCB2/nesfatina1 en  neuronas de NPV, ARC, hipotálamo ventromedial e hipotálamo lateral, lo cual sugiere que la foenixina podría ser mediador de la acción de nesfatina-1 con respecto a la reproducción.  La foenixina  incrementa la expresión de GnRH, receptor de GnRH y gen Kiss1  y potencia  la liberación de LH estimulada por GnRH  in vitro. Estos hallazgos han sido sustanciados  por estudios in vivo   que demuestran que la foenixina icv incrementa la LH plasmática en el diestro de ratas hembras. En la periferia, la inmunoreactividad NUCB2/nesfatina-1 ha sido detectada en células de Leydig  de testículo de humanos y roedores.

En conclusión, la nesfatina-1 fue identificada en 2006 como un potente péptido anorexigénico involucrado en la homeostasis de la alimentación. El péptido precursor NUCB2 es expresado en el SNC y en la periferia. En hipotálamo y tallo cerebral, la nesfatina-1 recluta a los sistemas oxitocina, melanocortina y otros para transmitir sus propiedades anorexigénicas.  La expresión del péptido NUCB2/nesfatina-1 en áreas relacionadas con la recompensa sugiere que la nesfatina-1 puede estar involucrada en la alimentación hedónica. Además de sus propiedades anorexigénicas, la nesfatina-1  tiene otras funciones relacionadas con  la homeostasis energética como el gasto de energía y la homeostasis de la glucosa. Por otra parte,  la nesfatina-1ejerce acciones a nivel de los sistemas cardiovascular y digestivo. Asimismo, juega un rol  en la respuesta al estrés, la conducta, el sueño y la reproducción.

Fuente: Dore R et al (2017). Nesfatin-1: functions and physiology of a novel regulatory peptide. Journal of Endocrinology 232: R45-R65.