Apelina y fisiología reproductiva

Es bien conocido que  el tejido adiposo está implicado en la secreción de varias hormonas como adiponectina, resistina, leptina, visfatina y apelina llamadas adipoquinas “hormonas derivadas del tejido adiposo”.  Hay evidencia que el incremento en la producción de adipoquinas puede tener una fuerte relación con resistencia a la insulina, síndrome metabólico y obesidad. La apelina es un péptido regulador, identificado como ligando endógeno del receptor apelina llamado APJ. Recientemente, el sistema apelinérgico (apelina y APJ) ha sido localizado en el eje hipotálamo-hipófisis-gónada (HHG) y la apelina ha sido descrita como un factor beneficioso en el control de la  reproducción femenina y masculina.

   La apelina ha sido aislada de extractos de estómago  de bovino como un ligando endógeno del receptor orfan APJ (proteína relacionada con el receptor angiotensina AT1), el cual es un receptor acoplado a proteína G. La apelina humana es codificada por el gen APLN localizado en el cromosoma Xq25-26. Este péptido tiene un precursor preproapelina de 77 aminoácidos y existe en múltiples formas moleculares con diferentes actividades biológicas. La preproapelina nativa, como resultado de hidrólisis enzimática, es transformada en las formas activas: apelina-36 (preproapelina-42-7), apelina-17 (preproapelina 61-77) y apelina-13 (preproapelina 65-77). La forma más corta de la apelina (apelina-13) tiene una potencia biológica mucho mayor que la forma más larga (apelina-36) y ha sido usada en experimentos in vitro e in vivo para investigar las funciones fisiológicas de la apelina.  Adicionalmente, la pir-apelina-13 y la apelina -17 exhiben unión al sitio catalítico de la enzima convertasa de angiotensina-2 (ACE2) y la ACE2 humana puede actuar sobre  pir-apelina-13 y apelina-17. La pir-apelina-13 es una isoforma principal en tejidos humanos, por ejemplo, en el tejido cardiaco de pacientes con enfermedad coronaria y la concentración plasmática varía entre 7,7 y 23,3 pg/ml. Más aún,  pir-apelina-13, apelina-13 y apelina-36 tienen similar eficacia y potencia en el tejido cardiovascular humano.

   La región N-terminal de la apelina es rica en aminoácidos hidrofóbicos, indicando que representa la secuencia señal secretora, mientras la región C-terminal tiene una secuencia de 23 aminoácidos y es crítica para la actividad biológica. Las preproapelinas de bovino, humano, rata y ratón tienen 76-95% de homología. La forma endógena de estas proteínas es un dímero unido por un enlace disulfuro. Las formas maduras de apelina no tienen residuos cisteína y son proteínas monoméricas. Para la unión de la apelina a su receptor es necesario un C-terminal de 13 aminoácidos, lo cual se observa en la apelina-36 y la pir-apelina-13. La expresión de apelina ha sido detectada en varios órganos y tejidos como estómago, cerebro, corazón, pulmón, útero y ovario. Adicionalmente, la literatura documenta la localización de apelina en el endotelio de arterias pequeñas en muchos órganos de la rata como pulmón, bazo, hígado, páncreas y tejido adiposo. La expresión de apelina aumenta durante la diferenciación de los adipocitos y su producción es regulada por varios factores, incluyendo hormona de crecimiento, factor de necrosis tumoral e insulina, los cuales incrementan la producción de apelina por los adipocitos.

   La ruta de señalización de la apelina juega un rol en la regulación central y periférica del sistema cardiovascular, como presión arterial y flujo sanguíneo, en la ingesta de agua y alimento y posiblemente en la función inmune. La apelina causa vasorelajación dependiente del endotelio a través de la liberación de óxido nítrico e incrementa  la contractilidad del miocardio. Más aún, la apelina es un potente factor angiogénico que induce la proliferación y migración de células endoteliales y el desarrollo de vasos sanguíneos. La expresión del receptor APJ ha sido detectada en regiones del cerebro que son críticas para el control de la homeostasis de fluidos. Los niveles de apelina y APJ aumentan en tejido adiposo y plasma de sujetos obesos. Sin embargo, la obesidad ha sido asociada con hiperinsulinemia, la cual puede ser la principal causa del incremento en la expresión de apelina. Por otra parte, la apelina inhibe la liberación de insulina. En ratones, la apelina inhibe la secreción de insulina estimulada por glucosa, lo cual sugiere una relación con la homeostasis de la glucosa. Por otra parte, los niveles plasmáticos de apelina están relacionados con el estatus nutricional en ratones y humanos. El tratamiento con apelina por 14 días en ratones regula la adiposidad  e incrementa la expresión de proteína desacopladora (UCP), lo que sugiere un rol de la apelina en el metabolismo energético. Los datos de la literatura indican que la apelina tiene efectos anti-inflamatorios sobre la liberación de los mediadores inflamatorios. La apelina también inhibe la liberación de especies reactivas de oxígeno (ROS) en los adipocitos y promueve la expresión de enzimas antioxidantes. Adicionalmente, la apelina puede jugar un rol importante en el progreso de tumores linfáticos.

   El receptor APJ es codificado por el gen APLNR (también conocido como AGTRL1, APJR, APJ y FLJ90771). El APJ es un receptor acoplado a proteína G identificado en 1993 y su estructura muestra una alta homología (40-50% en la región transmembrana) con el receptor de angiotensina II tipo AT1, pero la angiotensina II no es capaz de unirse al APJ. La localización de este gen se encuentra en los cromosomas 2E1 (ratones) y 3q24 (rata). La estructura y función del promotor del gen APJ humano no está completamente clara. El APJ tiene una alta semejanza (90%) entre  humanos, ratas y ratones y aproximadamente 50% entre humano, macaco, vaca y rana. El APJ, debido a las diferentes afinidades por las isoformas de apelina, interactúa con la activación de muchas rutas de señalización causando diversos efectos en el cuerpo. En los experimentos iniciales, se observó  que la apelina-13 tiene un efecto estimulador sobre el cAMP por la unión del APJ a la proteína Gi/o. El APJ también puede actuar a través de las proteínas Gαi1 y Gαi2 para inhibir a la adenil ciclasa en ratas.  Adicionalmente, la apelina unida al APJ activa la fosforilación de la fosfoinositido 3 quinasa (PI3K) y la proteína quinasa B (Akt), las cuales juegan un importante rol en la proliferación celular o la apoptosis. La señal APJ cambia el nivel de ROS y la apelina con el APJ puede estimular la producción de catalasa e inhibir la producción de peróxido de hidrógeno y por lo tanto proteger contra la hipertrofia cardiaca. Adicionalmente, la apelina al reducir la producción de ROS y activar a la actina quinasa protege a las neuronas de la muerte celular. Una forma de apelina, apelina-13, a través de la fosforilación de la quinasa activada por 5´AMP (AMPK) disminuye el proceso de apoptosis neuronal. Los estudios con ratones APJ “knockout” demuestran que la apelina-13 al unirse con el APJ regula negativamente a la AMPK, lo cual disminuye el proceso de lipólisis, la degradación hidrolítica de triglicéridos a ácidos grasos y glicerol, en el tejido adiposo. La expresión de APJ ha sido demostrada en varios tejidos incluyendo cerebro, ovario, riñón, páncreas, mama y corazón. En humanos, la expresión de APJ es alta en el cerebro y el bazo y ligeramente menor en el ovario y la placenta. Por el contrario, en ratas y ratones la mayor expresión de APJ se observa en células cardiacas. La expresión de APJ es regulada por muchos factores, por ejemplo, los estrógenos, la  insulina, el cAMP y el estrés estimulan significativamente la secreción de APJ por células del tejido adiposo.

   El reciente descubrimiento de un nuevo péptido endógeno como ligando de APJ, conocido como Elabela y Toddler, en varias especies de vertebrados incluyendo humanos, ha sido involucrado en el desarrollo temprano. Este péptido existe en múltiples isoformas endógenas. Los estudios sobre activación de receptor revelan que el péptido toddler-21 actúa uniéndose al APJ e induce la internalización del receptor. Los perfiles de expresión de elabela/toddler y apelina son diferentes durante el desarrollo. En particular, durante la gastrulación, elabela/toddler es altamente expresado, mientras la expresión de apelina se mantiene baja. Sin embargo, después de este período, la expresión de elabela/toddler cae bruscamente y los niveles de apelina comienzan a aumentar. Estos hallazgos indican que elabela/toddler es un ligando de APJ crítico durante el desarrollo cuya señal difiere significativamente de la señal de la apelina. El ligando elabela/toddler actúa en el corazón humano a través de una ruta de señalización dependiente de proteína G y β-arrestina y en el corazón de la rata incrementa la contractilidad cardiaca de una manera dependiente de ERK1/2.

   El sistema nervioso central, especialmente en hipotálamo e hipófisis, contiene sitios primarios de la acción de la apelina. Las neuronas apelinérgicas tienen múltiples roles en el control de la conducta, la liberación de hormonas por la hipófisis y los ritmos circadianos. La expresión de apelina y APJ ha sido observada en el núcleo supraóptico  (NSO) del hipotálamo y en las partes magnocelular y parvocelular del núcleo paraventricular (NPV) en ratas. En el hipotálamo, las fibras nerviosas apelinérgicas han sido detectadas en los núcleos periventricular, supraquiasmático, ventromedial y dorsomedial y en el  área retroquiasmática. En el núcleo arqueado (ARC) del hipotálamo, la apelina se localiza con propopiomelanocortina (POMC) y neuropéptido Y (NPY). El receptor APJ está presente en las neuronas POMC del ARC. El sistema apelina/APJ también ha sido detectado en hipófisis anterior y posterior de la rata. La localización hipotalámica de la apelina sugiere un rol en el control de la liberación de hormonas. En este contexto, la apelina-17 incrementa significativamente la liberación basal de hormona adrenocorticotrópica (ACTH) por la hipófisis anterior. Más aún, la apelina-17 incrementa la liberación de hormona estimulante de melanocitos-α (MSH-α), lo que sugiere que la apelina liberada somatodendriticamente o axonalmente por las neuronas POMC puede estimular la liberación de MSH-α de una manera autocrina.  En el hipotálamo, la apelina puede estar involucrada en la ingesta de alimento. En ratas, la inyección intracerebroventricular (icv) de apelina-13 incrementa la ingesta de alimento a través de la inhibición de la expresión del transcripto  regulado por anfetamina y cocaína (CART) y la estimulación de la secreción de serotonina a través del incremento en la expresión de orexina en el hipotálamo. En ratones, la infusión crónica icv de apelina-13 incrementa la expresión de factores proinflamatorios asociados con niveles plasmáticos elevados de interleucina-1β (IL-1β). La apelina-13 también está involucrada en la supresión de la autofagia de células neurales. Por otra parte, la apelina-13 disminuye los niveles de prolactina (PRL), hormona luteinizante (LH) y hormona estimulante del folículo (FSH). La administración icv de apelina produce un efecto anticonceptivo mediado por el receptor APJ. 

   El sistema apelinérgico es expresado en el ovario de muchas especies, incluyendo bovino, mono Rhesus, porcino y humano. La expresión de APJ aumenta en las células tecales (CT) con el crecimiento del folículo. Experimentos in vitro demuestran que varios factores regulan  la expresión de apelina/APJ; por ejemplo, la progesterona (P4)  y la FSH estimulan la expresión de APJ en células granulosas (CG), mientras la LH induce la expresión de apelina y APJ en CT. En el ovario bovino, el nivel de expresión de apelina durante el ciclo estral es significativamente mayor que durante la gestación. Más aún, el nivel de apelina es alto durante el ciclo estral y disminuye después de la regresión del cuerpo lúteo (CL), mientras en los folículos ováricos la expresión de apelina/APJ es regulada al alza significativamente en los folículos con una concentración  de estradiol (E2)  de más de 5ng/ml, lo cual sugiere que el sistema apelina/APJ  está involucrado en el mecanismo de regulación de la angiogénesis durante la maduración folicular así como también en la formación y función del CL. La localización de apelina ha sido detectada en el citoplasma de células luteales en todos los estadios del desarrollo del CL. El sistema apelina/APJ también ha sido identificado en células de ovario humano, con los mayores niveles en CG en comparación con las CT. La presencia de apelina/APJ en varias células del ovario y sus cambios durante el desarrollo del folículo y el CL sugiere un rol de la apelina en el control de varios aspectos de la función del ovario como la foliculogénesis, la secreción de hormonas esteroides, la proliferación o la apoptosis.

   Los estudios in vitro indican que la apelina puede regular directamente la estroidogénesis en células ováricas. La apelina a través de la activación del receptor APJ causa un incremento significativo en la secreción de P4 y E2. Como mecanismo molecular  de acción de la apelina en el proceso de síntesis  de hormonas esteroides, varios autores consideran la activación de la proteína quinasa activada por mitogeno (MAPK). En ovario de rata, la apelina estimula la proliferación de CG e inhibe el proceso de apoptosis a través de la activación de la ruta Akt. En células de ovario bovino, un estudio in vitro demuestra que la apelina estimula la producción de P4 y la proliferación de estas células a través de la activación de la Akt. Adicionalmente, los investigadores demostraron un efecto inhibidor de la apelina sobre la maduración de oocitos y la liberación de P4 por células del cúmulus, indicando  el rol directo de esta adipoquina en la maduración de oocitos. Otro estudio, también en ovario bovino, sugiere un rol de la apelina en la atresia folicular inducida por apoptosis de CG en concordancia con la  alta expresión del receptor APJ en los folículos atrésicos. La apelina es también un regulador del proceso de luteolisis. En la mitad de la fase luteal, se observa en el  CL (sensible a PGF2α) un incremento transitorio en el flujo sanguíneo asociado con la estimulación de la sintetasa de óxido nítrico endotelial (eNOS),  considerada como la primera señal del inicio de la luteolisis. La apelina activa la producción de óxido nítrico que resulta en la expansión de vasos sanguíneos.

   Con relación a los efectos de la apelina en la reproducción masculina, la infusión de apelina-13 en ratas machos suprime significativamente la liberación de LH en comparación con un grupo control, mientras los niveles de FSH no difieren significativamente. Más aún, los niveles plasmáticos de testosterona en el grupo apelina-13 son significativamente menores que en el grupo control. El examen histológico demuestra que la infusión de apelina-13 disminuye significativamente el número de células de Leydig, lo cual sugiere que la apelina puede jugar un rol en la regulación central de la liberación de testosterona a través de la supresión de la secreción de LH.

   En conclusión, el sistema apelinérgico (apelina/APJ) ha sido identificado en hipotálamo, hipófisis, ovario y testículo de muchas especies y tiene efectos autocrinos y/o paracrinos sobre la regulación  de la reproducción femenina y masculina. Los estudios recientes indican que la apelina tiene un efecto inhibidor sobre la secreción de gonadotropinas y PRL en hembras, mientras en ratas machos, se reporta un efecto inhibidor de la apelina sobre la secreción de LH y testosterona.  La apelina también participa en la regulación directa de la fisiología del ovario, está claro que la apelina tiene un efecto estimulador sobre la esteroidogénesis y la proliferación celular y una acción inhibidora sobre la apoptosis celular a través de la activación de varias proteínas quinasas como AMPK, ERK y Akt.

Fuente: Kurowska P et al (2018). Apelin in reproductive physiology and pathology of different species: A critical review. International Journal of Endocrinology Article ID9170480.