FGF21 y preferencia de macronutrientes

La capacidad para responder a las variaciones en el estatus nutricional depende de los sistemas reguladores que monitorean la ingesta de nutrientes y alteran adaptativamente el metabolismo y la conducta alimenticia durante la restricción de nutrientes. En las últimas décadas se ha producido un notable progreso en el conocimiento de los mecanismos endocrinos y neurales que controlan la ingesta de alimentos en respuesta a variaciones en el estatus nutricional. El descubrimiento de hormonas como la leptina, la cual actúa en el cerebro para controlar la ingesta de alimentos y el balance energético, disparó un amplio esfuerzo que colectivamente ha identificado señales endocrinas que actúan centralmente así como también una variedad de poblaciones neurales y circuitos que responden  a factores nutricionales circulantes y alteran la ingesta de alimentos cuando son estimulados o inhibidos. Sin embargo, muchos de estos trabajos se han enfocado en la ingesta de alimentos de una manera relativamente invariable. Ratones, ratas y otros animales de laboratorio reciben una dieta simple y por tanto su única opción es variar la ingesta total de alimentos.

   Los cambios en la ingesta total de alimentos (ingesta de energía) son de innegable importancia y de significativa relevancia para la homeostasis del peso corporal y la obesidad. Sin embargo,  los experimentos que proporcionan  solamente una  opción de alimento omiten un aspecto clave de la alimentación que es altamente relevante para los humanos, la escogencia.  Los animales con alimentación libre, incluyendo humanos, raras veces están expuestos a una dieta o fuente de alimento simple; por el contrario se enfrentan a una variedad nutricional  compleja en la cual las fuentes de alimentos difieren en densidad de energía, composición de nutrientes, palatabilidad, disponibilidad, etc. Estar en tal ambiente requiere que los animales hagan una escogencia que maximice la ingesta de nutrientes, minimice los riesgos y responda adaptativamente a los cambios en el estado fisiológico o las condiciones ambientales. Esta escogencia requiere priorizar los alimentos a ingerir porque son pocos los alimentos que proporcionan una composición ideal de nutrientes.

   La adecuada ingesta de líquido es esencial para la supervivencia, consistente con el hecho que un humano puede pasar días o aún semanas sin alimento, pero solo unos pocos días sin agua. La restricción de líquido genera una robusta respuesta fisiológica, la cual incluye adaptaciones metabólicas que promueven la conservación de líquido y adaptaciones conductuales que promueven el consumo de líquido. El sustancial progreso en las investigaciones ha permitido definir los mecanismos neurobiológicos que median la respuesta de la sed, con neuronas en el órgano subfornical (SFO), el núcleo preóptico medial (MnPO) y el órgano vasculoso de la lámina  terminal (OVLT) jugando un rol crítico en la restricción de líquido, organizando la conducta de bebida, alterando la secreción de vasopresina y finalmente detectando la repleción después de la ingesta de líquido. La regulación de líquido corporal está también relacionada con el balance sal/sodio, con neuronas en la lámina terminal, el hipotálamo y el tallo cerebral jugando un rol clave en el apetito por el sodio. La depleción de sodio causa una robusta y altamente específica motivación por consumir sodio, hasta el punto  que las soluciones salinas que son negativas/aversivas en el estado repleto se vuelven preferidas/recompensas en los animales con depleción de sodio. El apetito por sodio es el ejemplo prototipo de un apetito intrínseco que es dinámicamente dependiente del estado de necesidad, con la depleción de sodio incrementando el valor recompensa del sodio a través de un fenómeno innato guiado por el gusto que se manifiesta sin necesidad de aprendizaje o experiencia previa. El balance de líquido es absolutamente crítico para la supervivencia y como tal la defensa del balance de líquido/sodio es uno de los más claros y más fuertes ejemplos de un sistema neural  que media la defensa del apetito de un nutriente específico.

   La ingesta de alimentos generalmente es considerada en términos de la medida de masa (gramos) consumida y, algunas veces, este valor es normalizado con la ingesta de energía (calorías/joules). Dado que la mayoría de estudios en modelos roedores proporcionan solamente una dieta simple, hay también poca información  con los datos de la ingesta porque la composición de nutrientes  es un proporción fija. Solamente cuando se utilizan dietas múltiples, las cuales difieren en su composición de macronutrientes, es que la información de la ingesta de macronutrientes se vuelve relevante. Aun en esta situación, el estudio de la ingesta de macronutrientes es problemática porque un nutriente (por ejemplo, proteína) es reducido mientras otro nutriente (por ejemplo, carbohidrato) es aumentado para mantener igual la densidad de energía. Entonces, puede ser difícil distinguir si los animales escogen un nutriente o rechazan otro. En este contexto, cualquier manipulación de la grasa de la dieta produce la complicación de alterar la densidad de energía y el investigador debe decidir si incluye material no nutritivo para controlar la densidad de energía. Por tanto, la investigación experimental de una dieta es un diseño complejo en el cual es casi imposible controlar todas las variables. 

   Para combatir estos inconvenientes, los investigadores han diseñado pruebas de macronutrientes por separado. Un ejemplo clásico, es la prueba de escogencia de tres alimentos, en la cual los animales reciben, juntos o separados, una fuente de proteína pura (caseína), grasa pura (manteca o aceite) y/o carbohidrato puro (maltodextrina o sucrosa), en forma sólida o líquida. Este diseño proporciona una cantidad sustancial de cada nutriente en forma pura, independientemente de los otros macronutrientes. Sin embargo, hay que tener cuenta que los nutrientes son ofrecidos de una manera que no es representativa de cómo son ofrecido de manera natural (es decir, una dieta mixta). En la forma pura, las propiedades sensoriales y la palatabilidad de los nutrientes son exageradas. Esto puede ser problemático si los estudios son comparativos entre el consumo de una fuente de baja palatabilidad (caseína sólida) y una fuente de alta palatabilidad (sucrosa líquida). Una forma de enfrentar este problema es ofrecer una serie de dietas que cubran el espectro de la composición de macronutrientes, por ejemplo, con la red geométrica nutricional. La naturaleza multidimensional de este modelo geométrico permite explorar cambios en el consumo de macronutrientes (o cualquier otro componente de la dieta) mientras también capta las interacciones más complejas entre nutrientes.   

   La familia de factores de crecimiento fibroblástico (FGF) está compuesta por un gran número de proteínas secretadas que influyen en las funciones fisiológicas y celulares. El FGF21 conjuntamente con el FGF15/19 y el FGF23 forman un subgrupo de FGF, conocido como FGF “endocrinos”, los cuales se encuentran  en cantidades apreciables en la circulación sanguínea y actúan como verdaderas hormonas endocrinas. La señal celular del FGF21 es mediada por un complejo receptor que incluye un receptor clásico (FGFR1c) y un co-receptor conocido como beta-kloto (Klb), con el Klb funcionando como el factor primario de unión que proporciona especificidad celular y el FGFR1c funcionando como la subunidad catalítica que maneja la señal intracelular. Dada la capacidad del FGF21 para reducir el peso corporal, los niveles de glucosa y las concentraciones de lípidos en modelos de obesidad, el FGF21 ha sido relacionado con una variedad de estados metabólicos y enfermedades.

   Aunque identificado inicialmente como hormona del ayuno, trabajos recientes sugieren que la regulación nutricional de FGF21 es mucho más compleja. El efecto del ayuno y las dietas cetogénicas para incrementar los niveles de FGF21 no es tan robusto en humanos como en ratones. El FGF21 también aumenta en la obesidad y un trabajo reciente sugiere que el FGF21 es más apropiadamente una señal de estrés metabólico o celular. Desde un punto de vista nutricional, la producción hepática de FGF21 es estimulada significativamente por un desbalance en macronutrientes, particularmente por la ingesta de una dieta rica en carbohidratos pero baja en proteínas. La ingesta aguda de carbohidratos y la exposición a dietas ricas en carbohidratos por tiempo prolongado  incrementan significativamente la expresión del mARN de FGF21 en el hígado y los niveles circulantes de FGF21, lo cual se debe al menos en parte a la proteína de unión al elemento de respuesta del factor de transcripción carbohidrato (ChREBP), la cual se une directamente al promotor FGF21. Otros estudios indican que la expresión hepática de FGF21 y los niveles circulantes de FGF21 aumentan por la restricción de la ingesta de proteínas en ratones, ratas y humanos con el incremento de FGF21 debido a la restricción de aminoácidos individuales. Estos efectos parecen ser mediados por un mecanismo diferente al de la ingesta de carbohidratos. El promotor de FGF21 contiene elementos de respuesta a aminoácidos (AARE) y aparentemente son regulados al menos en parte por la ruta clásica de respuesta al estrés (GCN2, PERK, ATF4, etc) durante la restricción de aminoácidos y el estrés de retículo endoplásmico.

   El efecto de alta ingesta de carbohidratos y la baja ingesta de proteínas para incrementar el FGF21 parece ser regulado independientemente. Desde un punto de vista experimental, la capacidad de la ingesta de carbohidratos para incrementar el FGF21 ocurre independientemente del estatus o la ingesta de proteínas. De manera similar, la restricción de proteínas es suficiente para incrementar el FGF21 en condiciones de alta o baja ingesta de carbohidratos. Los datos experimentales sugieren que la ingesta de proteína es el disparador primario de los niveles circulantes de FGF21, pero que los máximos niveles de FGF21 ocurren en ratones que consumen dietas pobres en proteínas y ricas en carbohidratos. Por otra parte, los estudios en roedores y humanos demuestran que la ingesta de etanol incrementa la producción hepática de FGF21. El mecanismo a través del cual el alcohol maneja este efecto no está completamente claro. Sin embargo, en vista que el FGF21 ha sido relacionado directamente con el estrés metabólico y la esteatosis hepática, es posible que los efectos metabólicos del alcohol en el hígado podrían ser subyacentes a este efecto. Estudios adicionales apoyan la relación entre FGF21 e ingesta de nutrientes, incluyendo asociaciones con la ingesta de alcohol.

   La relación funcional entre FGF21 y la preferencia de macronutrientes fue inicialmente  mencionada en dos manuscritos publicados simultáneamente que demuestran que el FGF21 actúa en el cerebro, vía Klb, para suprimir la ingesta de alimentos dulces y alcohol. En uno de los trabajos, ratones con deficiencia de FGF21 incrementaron su consumo de una dieta rica en sucrosa sólida y soluciones que contenían sucrosa, glucosa o fructosa. Por el contrario, los ratones tratados con FGF21 redujeron su consumo de una dieta rica en sucrosa así como también el consumo de los edulcorantes no calóricos sacarina y sucralosa. Este efecto del FGF21 sobre la ingesta de alimentos dulces fue alterado  cuando el Klb fue eliminado del núcleo paraventricular (NPV) del hipotálamo. Estos efectos dependientes de FGF21 parecen ser específicos para dulce/azúcar, pues no se observan con el carbohidrato no dulce maltodextrina. En el otro trabajo, los investigadores demostraron que la sobre expresión transgénica de FGF21 reduce la ingesta de sucrosa, sacarina y alcohol. Este efecto sobre la ingesta de alimentos dulces fue reproducido por la administración de FGF21 exógeno en ratones controles, pero no en los ratones que carecían de Klb en el cerebro.  Adicionalmente, la inhibición de la ingesta de sacarina fue reproducida en monos tratados con un análogo de FGF21. El efecto del FGF21 para suprimir la ingesta de alimentos dulces y alcohol ha sido replicado por estudios adicionales.

   El mecanismo que subyace al efecto del FGF21 para suprimir la ingesta de alimentos dulces y alcohol aún no está claro, aunque múltiples estudios implican al sistema nervioso central como el sitio primario de acción.  La evidencia actual apoya al NPV del hipotálamo, pues la alteración del Klb del NPV bloquea los efectos sobre la ingesta de alimentos dulces. Un estudio reciente demuestra que las neuronas oxitocina del NPV influyen en la ingesta dulce, expresan Klb y responden al FGF21. Estos datos sugieren que las neuronas oxitocina pueden ser el mediador neural del efecto del FGF21 sobre la ingesta de alimentos dulces. Colectivamente, estos datos proporcionan evidencia que el FGF21 actúa directamente en el cerebro para suprimir el consumo y la preferencia por alimentos dulces y  alcohol.

   Mientras varios estudios proporcionan evidencia que el FGF21 claramente  influye en la ingesta de carbohidratos, otros estudios proporcionan evidencia que el FGF21 es crítico para la detección de la restricción de proteínas. El incremento en FGF21 está directamente relacionado con la reducción de la ingesta de proteínas. Varios estudios han establecido que este incremento en FGF21 es absolutamente requerido para las respuestas metabólicas a la restricción de proteínas. Aunque los ratones exhiben cambios en el  crecimiento, la composición corporal, la ingesta de alimentos, el gasto de energía y el metabolismo de la glucosa en respuesta a la restricción de proteínas, estos efectos están ausentes en los ratones que carecen de FGF21. La respuesta metabólica a la restricción de proteínas requiere que el FGF21 actúe directamente en el cerebro.

   La evidencia que el FGF21 es necesario para que los animales respondan a la restricción de proteínas ha dado lugar a la pregunta si el FGF21 también puede influir en la ingesta de proteínas. El impacto del tratamiento con FGF21 en ratones fue examinado con una serie de pruebas de preferencia de macronutrientes. En la clásica prueba de escogencia de 3 macronutrientes (donde cada macronutriente es ofrecido en forma pura), el tratamiento con FGF21 sistémico incrementó significativamente la ingesta de proteínas y redujo la ingesta de carbohidratos sin alterar la ingesta de grasa o la ingesta total de alimentos. A continuación a los ratones se les ofreció una serie de dietas pares en las cuales un macronutriente es fijo, pero los ratones pueden seleccionar entre los dos restantes macronutrientes. Cuando la grasa o el carbohidrato fueron fijos, el FGF21 incrementó significativamente el consumo de la dieta rica en proteínas. Por el contrario, cuando la proteína fue fija y los ratones podían seleccionar entre dietas ricas en carbohidratos o ricas en grasa, el tratamiento con FGF21 no alteró la preferencia. Esta capacidad del tratamiento con FGF21 para desviar la preferencia hacia las proteínas se pierde en los ratones que carecen de Klb en el cerebro, lo cual sugiere que el FGF21 actúa en el cerebro para producir una preferencia por las proteínas.

   La administración de FGF21 directamente en el cerebro es suficiente para desviar la preferencia de la dieta pobre en proteínas hacia la dieta mixta rica en proteínas. La restricción de proteínas induce un apetito único y selectivo por proteínas, pero esta adaptativa y fisiológica desviación en la preferencia de macronutrientes se pierde en los ratones que carecen de FGF21 o Klb en el cerebro. Entonces, la evidencia disponible indica que la señal FGF21 en el cerebro no solo es suficiente para incrementar la ingesta de proteínas,  también es absolutamente necesaria para que los ratones exhiban un incremento fisiológicamente adaptativo en la ingesta de proteínas como respuesta a la restricción de proteínas.

   En conclusión, las dietas que contienen bajos niveles de proteínas o altos niveles de carbohidratos o alcohol disparan un incremento en la expresión hepática -y  los niveles circulantes- de FGF21. Estas dietas no disparan las señales tradicionales del balance energético porque no ocurre restricción de energía, pero producen un incremento significativo en FGF21. Aunque el FGF21 puede actuar sobre múltiples tejidos, el cerebro parece ser  un mediador primario.  El FGF21 central suprime directamente la preferencia por alimentos dulces y alcohol e incrementa la ingesta y preferencia de proteínas. El FGF21 central también es requerido para las respuestas metabólicas adaptativas a la restricción de proteínas. En este modelo, el FGF21 tiene un rol fisiológico y nutricional que es único y diferente de otras hormonas nutricionales conocidas, pues no actúa para regular la ingesta de alimento como tal  sino para mediar cambios adaptativos en el metabolismo y la conducta en respuesta al consumo en exceso de carbohidratos y alcohol, y/o reducciones en la ingesta de proteínas. 

Fuente: Hill CM et al (2020). FGF21 and the physiological regulation of macronutrient preference. Endocrinology 161: 1-13.

Melatonina y reproducción femenina

La melatonina (5-metoxi-N-acetil triptamina) es una indolamina descubierta por Aaron Lerner en 1958 y sintetizada de novo a partir de la  serotonina (5-hidroxi-triptamina). Históricamente, la melatonina ha sido considerada una hormona endocrina liberada por la glándula pineal, la cual actúa sobre receptores acoplados a proteína G en tejidos de adultos y fetos. Sin embargo, la evidencia reciente indica que la melatonina es sintetizada en pequeñas cantidades por una variedad de células y tejidos donde presumiblemente tiene acciones paracrinas y autocrinas, algunas de las cuales probablemente son independientes de receptores de melatonina específicos. Por otra parte, está demostrado que la melatonina interactúa con muchas proteínas celulares, incluyendo enzimas, canales, transportadores, moléculas de señalización, etc. Estudios recientes sugieren que la síntesis de melatonina por  mitocondrias puede ser importante para los procesos fisiológicos subcelulares. Entonces, la melatonina es quizá mejor definida como un hormona pineal y una amina bioactiva con blancos celulares cerca de su sitio de síntesis en algunos tejidos.

   Los humanos están expuestos a niveles variables de melatonina desde la concepción hasta la muerte. La melatonina tiene una variedad de roles en las diversas etapas de la vida (embrión, neonato, adolescente o adulto), muchas de estas acciones pueden ser permisivas o sinérgicas con otras hormonas. Un avance significativo en esta dirección son los hallazgos de regulación de los genes reloj circadianos por melatonina en varios tejidos del eje reproductivo en embriones y adultos. La melatonina a menudo es descrita como una señal química del oscilador circadiano central (el núcleo supraquiasmático (NSQ) del hipotálamo). El soporte más claro para este concepto es la abolición de la ritmicidad de la melatonina plasmática que sigue a la disrupción de la conexión neural entre el NSQ y la glándula pineal.

   Con relación a la pubertad humana y su regulación por melatonina, hay reportes conflictivos. Mientras algunos grupos encontraron altos niveles plasmáticos de melatonina asociados con la pre-pubertad y la pubertad retardada y niveles bajos de melatonina después de la pubertad o en casos de pubertad precoz, otros grupos no encontraron diferencias significativas entre pubertad normal y desórdenes de la pubertad. En varones y hembras jóvenes, la disminución de los niveles de melatonina relacionados con la pubertad ha sido correlacionada más con el avance de los estados de Tanner que con la edad cronológica, pero sin establecer  claramente las bases causales de esta relación en humanos. En vista de la secreción circadiana de melatonina por la glándula pineal y la naturaleza circadiana de los niveles de hormonas hipofisarias durante la pubertad y la adultez, se ha sugerido que la melatonina regula los ciclos reproductivos humanos. La liberación pulsátil de hormona liberadora de gonadotropinas (GnRH) por el hipotálamo y, por tanto, la frecuencia de pulsos de secreción de gonadotropinas (hormona luteinizante (LH) y hormona estimulante del folículo (FSH)) por la hipófisis  es alta en la noche durante la pubertad y el pico mensual de la secreción de LH y FSH en la ovulación en las hembras también ocurre durante las últimas horas de la fase de oscuridad. Sin embargo, no está claro en qué extensión la coincidencia temporal de las secreciones hipofisarias y la liberación de melatonina refleja la activación coordinada de las rutas neurales controladas por el oscilador circadiano central en el NSQ.

   Los receptores de melatonina son expresados en una variedad de tipos de células en el tracto reproductivo femenino. La mayoría de estudios demuestran la expresión de los receptores MT1 y MT2 en estas células y, por tanto, son potenciales blancos de la acción de la melatonina. Por otra parte, los estudios iniciales demostraron que el líquido folicular preovulatorio humano contiene melatonina en niveles mayores que los niveles plasmáticos. Esto fue confirmado posteriormente y, además, se demostró que el nivel de melatonina varía inversamente con la duración de la fase diurna y concomitantemente con los niveles de progesterona (P4), lo cual sugiere una captación preferencial de melatonina circulante por el ovario. Por otra parte se demostró que los folículos preovulatorios grandes  tienen mayores niveles de melatonina  que los folículos inmaduros más pequeños. Otro hallazgo en esta dirección es la observación que dosis crecientes de melatonina oral  resultan en concentraciones significativamente elevadas de melatonina en el líquido folicular. La combinación de progesterona y melatonina en dosis altas  es capaz de suprimir la ovulación humana. Más recientemente, en un estudio piloto, se administró dosis farmacológicas de melatonina oral por seis meses a mujeres con síndrome de ovarios poliquísticos (PCOS) con una significativa mejoría en los ciclos menstruales y el balance de andrógenos. Una reducción similar del hirsutismo relacionado con PCOS y los niveles de andrógenos después de 12 semanas de suplementación con melatonina, es reportada por otra investigación.

   Aunque la etiología de la infertilidad es compleja y no está completamente clara, un aspecto recurrente parece ser la excesiva producción de especies reactivas de oxígeno (ROS) en el líquido folicular. Los marcadores de daño oxidativo intra-folicular disminuyen después del tratamiento con melatonina en comparación con el ciclo previo, lo cual sugiere que el tratamiento con melatonina reduce el estrés oxidativo intra-folicular y puede tener un efecto beneficioso sobre la fertilización. Con relación al potencial efecto beneficioso de la melatonina en el proceso de oogénesis, los altos niveles de melatonina requeridos para este efecto son consistentes con las altas concentraciones de melatonina en el líquido folicular. Algunos investigadores han propuesto que las células granulosas foliculares tienen la capacidad de sintetizar melatonina localmente, lo cual, si es confirmado, podría arrojar luces en el rol de la melatonina como modulador paracrino en el sistema reproductivo humano. Muchas hormonas reproductivas femeninas muestran ritmos de 24 horas en condiciones de ciclos sueño-vigilia estándares, indicando que están bajo control circadiano endógeno. Estos ritmos son robustos en la fase folicular temprana  pero no en la fase luteal del ciclo menstrual, la cual está bajo control de las altas concentraciones de P4. Es bastante conocido que las perturbaciones del sistema circadiano humano alteran los ciclos reproductivos. Sin embargo, se carece de datos consistentes sobre el potencial rol de la melatonina en la etiología de estas alteraciones a pesar de algunos hallazgos que demuestran una alta incidencia de ciclos menstruales irregulares en trabajadoras nocturnas cuyos niveles de melatonina eran significativamente bajos.

   En el embarazo, está relativamente bien establecido que una señal de entrenamiento de la circulación materna al feto es melatonina, la cual cruza la placenta y puede unirse a receptores MT en numerosos tejidos fetales. Los transcriptos y proteínas MT han sido detectados en la placenta humana y son expresados durante el embarazo con niveles que disminuyen después del primer trimestre de gestación. La expresión en la placenta de las enzimas de la síntesis de melatonina, AANAT y HIOMT, también ha sido reportada, lo cual sugiere una producción local de melatonina que puede tener un rol paracrino. Un blanco de la melatonina en la placenta pueden ser las células del trofoblasto, las cuales secretan gonadotropina coriónica (hCG). Varios estudios in vitro reportan que altas concentraciones de melatonina elevan significativamente la liberación de hCG por células de trofoblasto humano. Asimismo, un estudio in vitro reciente reporta que la melatonina en altos niveles protege a las células del trofoblasto contra la autofagia y la inflamación inducida por hipoxia/reoxigenación. Otro potencial blanco de la melatonina puede ser la vascularización de la placenta en el embarazo temprano a través de la remodelación de las arterias espirales uterinas maternas, un proceso que parece ser defectuoso en la preeclampsia. El estrés oxidativo placentario y sistémico es considerado un mecanismo que subyace a la patología en la preeclampsia. Considerando las propiedades antioxidantes de la melatonina, es notorio que los niveles sanguíneos y la síntesis placentaria de melatonina disminuyen significativamente en las mujeres con preeclampsia severa. Estos datos fueron corroborados en un meta-análisis que demuestra que los niveles de melatonina se correlacionan con la severidad de la enfermedad. En términos de un posible efecto beneficioso de la melatonina sobre los tejidos placentarios, está demostrado que la melatonina in vitro regula al alza los genes de la respuesta antioxidante en el trofoblasto humano así como también en las células endoteliales de la vena umbilical, aunque en niveles extremadamente altos (1mM). Un estudio clínico reciente corrobora estos hallazgos.

   En la rata, el tiempo de nacimiento está  bajo control circadiano y la melatonina puede servir como una señal circadiana clave para disparar este evento. Esto sugiere que el reloj circadiano puede jugar un rol importante en el proceso reproductivo. Sin embargo, hay que tener cuidado cuando se extrapolan los datos de la rata a los humanos que son predominantemente diurnos, mientras la mayoría de roedores de laboratorio son nocturnos. El modo de acción preciso de la melatonina en el útero aún no está completamente entendido, aunque es claramente especie-específico. Algunos estudios con roedores demuestran efectos inhibidores directos de dosis farmacológicas de melatonina sobre la contractilidad uterina así como la presencia de sitios de unión específicos para melatonina en el útero. Hay reportes de los efectos inhibidores de la melatonina sobre la síntesis de prostaglandinas en varios tejidos de roedores. La melatonina también modula la señal de calcio en varios tejidos, incluyendo músculo liso vascular, a menudo a través de acciones sinérgicas con otros procesos mediados por receptores.

   En contraste con los roedores, estadísticamente, el trabajo de parto y el parto en humanos son más comunes durante la noche. Los datos de varios estudios in vitro reportan una acción sinérgica significativamente positiva de melatonina y oxitocina (OT) sobre las células de músculo liso de miometrio humano, en la cual la melatonina amplifica la señal IP₃ inducida por OT y las contracciones inducidas por OT. Estos hallazgos pueden explicar el alto nivel de contracciones uterinas nocturnas al final del embarazo a término que provoca el trabajo de parto nocturno. Un estudio reciente ha identificado una acción sinérgica de melatonina y OT sobre células de músculo liso miometrial para la inducción del gen circadiano BMAL1, un factor de transcripción en el sistema circadiano que regula la expresión de genes cuyos promotores contienen el dominio E-box, lo cual incluye a receptores de melatonina. Aunque la quiescencia uterina es una función clave de la progesterona durante el embarazo, no está claro si la activación de receptores de melatonina en el miometrio humano en el embarazo a término involucra cambios en la señal progesterona.

   En contraste con la niñez, cuando altos niveles de melatonina se correlacionan con baja secreción de gonadotropinas, la presencia de bajos niveles de melatonina en personas mayores se correlaciona con envejecimiento reproductivo, es decir, alta secreción de gonadotropinas. Está bien establecido que los niveles de melatonina en la vejez están reducidos y que el tiempo circadiano del pico nocturno de melatonina está adelantado. El cese normal de la fertilidad reproductiva femenina (menopausia) está  determinado por la incapacidad de los ovarios para producir folículos viables y cambios en la secreción hormonal que provocan la falta de ciclos menstruales. Entonces, clínicamente, el envejecimiento ovárico se caracteriza por una disminución de la reserva folicular, la cual se correlaciona con una elevada secreción de gonadotropinas por la hipófisis. Algunos estudios han propuesto un rol para la melatonina en el envejecimiento ovárico, incluyendo supresión del estrés oxidativo, protección de la integridad mitocondrial, etc. Sin embargo, como la mayoría de las investigaciones han sido en roedores, hasta ahora no ha sido adecuadamente demostrada una  clara relación etiológica entre la disminución de los niveles endógenos de melatonina y la menopausia humana.

   En conclusión, potencialmente la melatonina puede alcanzar todas las células del cuerpo, proporcionando información circadiana (vía ritmos de melatonina plasmática) y servir como modulador paracrino del estado oxidativo local, respuestas inflamatorias, autofagia, etc (por ejemplo, en el ovario y la placenta). Algunas de estas acciones de la melatonina son dependientes de receptor mientras otras son independientes de receptor. En algunos casos, la melatonina puede servir como una señal permisiva o sinérgica afectando la respuesta de los tejidos a otras moléculas (por ejemplo, oxitocina en el útero). La melatonina no tiene un fuerte impacto sobre la pubertad humana, aunque su contribución como factor endocrino del reloj circadiano necesita un exhaustivo estudio. Su impacto sobre la oogénesis y la ovulación, aunque modesto, podría ser valioso en el desarrollo de nuevos tratamientos para ciertas formas de infertilidad femenina. Por otra parte, la melatonina farmacológica puede tener aplicación en la terapéutica placentaria, incluyendo el tratamiento de inflamación placentaria, estrés oxidativo y preeclampsia. Adicionalmente, los receptores de melatonina en músculo liso uterino humano pueden ser un nuevo blanco para el manejo del trabajo de parto y el parto a término y pre-término.

Fuente: Olcese JM (2020). Melatonin and female reproduction: an expanding universo. Frontiers in Endocrinology 11: 85.

Galanina y metabolismo de la glucosa

Los recientes estudios preclínicos y clínicos indican que los péptidos de la familia galanina (galanina, péptido similar a galanina, alarin y spexin) pueden regular el metabolismo de la glucosa, aliviar la resistencia a la insulina y disminuir la probabilidad de diabetes mellitus tipo 2. La galanina, un péptido de 29/30 aminoácidos, fue descubierta en 1983 como una hormona  peptídica derivada del intestino. Este péptido está ampliamente distribuido en el sistema nervioso central y periférico, así como también en otros tejidos como músculo esquelético, músculo cardiaco, macrófagos, tejido adiposo e islotes pancreáticos. La galanina puede modular funciones fisiológicas y fisiopatológicas, incluyendo aprendizaje, memoria, sueño, alimentación, inflamación, dolor, conducta sexual, conducta parental, liberación de insulina y liberación de hormonas hipofisarias. La acción biológica de la galanina es a través de la unión a tres subtipos de receptores (GAL1-3) acoplados a proteína G y con alta expresión en hipófisis, islotes pancreáticos, glándula tiroides, glándulas adrenales, miocardio, núcleo arqueado del hipotálamo (ARC), hipocampo, área tegmental ventral (VTA) y núcleos del rafe. La activación central de GAL2 por la galanina mejora el metabolismo de la glucosa y la sensibilidad a la insulina. La galanina incrementa la liberación hipotalámica de óxido nítrico que favorece la captación de glucosa en tejidos metabólicos como músculo esquelético, hígado y tejido adiposo. Adicionalmente, la galanina mejora la intolerancia a la glucosa y la resistencia a la insulina estimulando la liberación de óxido nítrico por las neuronas entéricas.   Para entender los efectos de cada subtipo de receptor, se han desarrollado ligandos específicos de los GAL, como el agonista de GAL1, M617; los agonistas de GAL2, M1145, M1153, M1160, NAX 810, Ala5-galanina (2-11) y J18; el antagonista de GAL2, M871 y los antagonistas de GAL3, SNAP37889 y SNAP398299.

   El péptido similar a galanina (GALP), segundo miembro de la familia de péptidos galanina, fue descubierto en 1999 en el hipotálamo porcino. El GALP es un péptido de 60 aminoácidos que muestra la misma secuencia homologa con la galanina (1-13) en posición 9-21 y puede activar los tres GAL como un ligando endógeno. Las neuronas que expresan GALP están limitadas principalmente en el ARC del hipotálamo y la hipófisis posterior. En el hipotálamo, las neuronas GALP positivas se proyectan a varias regiones cerebrales para modular la homeostasis de energía. Varios estudios proponen que el GALP regula el metabolismo y la homeostasis energética a través de la activación de GAL2/3.

   El alarin, tercer miembro de la familia de péptidos galanina, es un neuropéptido de 25 aminoácidos, aislado en 2006 de gangliocitos de tumores neuroblásticos humanos. El alarin es codificado con una variante de GALP que resulta de la exclusión del exón 3 del gen GALP. El alarin se distribuye principalmente en el bulbo olfatorio accesorio, el área preóptica medial, la amígdala y diferentes núcleos del hipotálamo en ratones; el locus coeruleus y el locus subcoeruleus en ratas. El alarin no se une a ningún GAL conocido. El alarin (6-25) antagoniza los efectos específicos del alarin sobre la ingesta de alimentos. Esto sugiere que los efectos del alarin sobre el metabolismo energético son mediados por un receptor diferente a los GAL conocidos. El alarin puede tener receptores específicos que aún no han sido determinados. Hasta el presente la investigación sobre los caracteres fisiológicos y farmacológicos del receptor de alarin ha sido insuficiente.

   El spexin, nuevo miembro de la familia de péptidos galanina, es un neuropéptido de 14 aminoácidos identificado en 2007 por bioinformática a partir de los datos del proteoma humano, confirmado posteriormente usando modelos probabilísticos basados en el genoma de varios vertebrados. El spexin se distribuye ampliamente en el sistema nervioso central y periférico así como también en otros tejidos como hígado, riñón,  pulmón, tiroides, ovario, piel, estómago, intestino, islotes pancreáticos, adrenales y testículos en varias especies. Los estudios sobre la unión a receptores indican que el spexin puede ser un ligando natural de GAL2/3.

   Numerosos estudios han evaluado los efectos de la galanina sobre el metabolismo de la glucosa. Por una parte, la galanina inhibe la secreción de insulina en una variedad de especies incluyendo ratones, ratas, perros y humanos. La galanina inhibe la secreción de insulina vía G(o) 2 de la familia de proteínas G(i/o) en las células β de los islotes pancreáticos. Por otra parte, la galanina tiene efectos beneficiosos sobre la sensibilidad de insulina bajo condiciones de diabetes tipo 2 a pesar de las evidencias que demuestran que los niveles de galanina disminuyen con el inicio de la diabetes tipo 2.

   Hay muchas evidencias que apoyan la paradoja acerca de los efectos de la galanina sobre la secreción y sensibilidad de insulina. (1) Los niveles de glucosa sanguínea disminuyen después de la inyección de galanina en el núcleo paraventricular (NPV) del hipotálamo en ratas machos. En línea con la capacidad central de la galanina para revertir la hiperglucemia in vivo, la administración crónica de galanina oral mejora la homeostasis de la glucosa y la sensibilidad a la insulina vía sistema nervioso entérico en ratones machos diabéticos. (2) La galanina puede elevar el metabolismo de la glucosa y la sensibilidad a la insulina en tejido adiposo, músculo cardiaco y músculo esquelético de ratas machos diabéticos. Las inyecciones de galanina en el NPV favorecen el metabolismo de carbohidratos sobre el metabolismo de lípidos en el músculo para mejorar los disturbios metabólicos inducidos por una dieta rica en grasas. La galanina promueve el desvío de la oxidación de lípidos en el músculo esquelético  hacia el almacenamiento en el tejido adiposo. Hay un efecto preferencial sobre el metabolismo de carbohidratos en el músculo para aliviar la hiperglucemia. (3) Cuando son expuestos a una dieta rica en grasas,  ratones machos con deficiencia de galanina o GAL1 reducen la captación de glucosa independiente de insulina y la sensibilidad a la insulina en comparación con los controles sanos en las pruebas de tolerancia a la glucosa. Por el contrario, ratones transgénicos homocigotos para galanina muestran incrementos en la sensibilidad a la insulina y las tasas metabólicas de lípidos y carbohidratos. (4) Los niveles de mARN del transportador de glucosa GLUT2 disminuyen en células no inervadas por fibras galanina positivas, pero no en las células galanina-hiperinervadas. La elevación de galanina en el hipotálamo media un incremento en el gasto de energía y el metabolismo de la glucosa,  y  la reducción de peso en ratones machos tratados con antagonistas AP1. (5) La inhibición farmacológica de GAL por antagonistas del receptor incrementa la  resistencia a la insulina. Los datos en músculo esquelético y tejido adiposo revelan que el tratamiento con M35, un antagonista de la galanina, disminuye significativamente el mARN de GLUT4 y la expresión de la proteína en comparación con los controles. La galanina endógena  no solo eleva los niveles de expresión de mARN y proteína GLUT4, sino también la translocación de GLUT4 de los compartimentos intracelulares a la membrana plasmática en músculo esquelético y tejido adiposo para sostener la sensibilidad a la insulina.

   Estudios recientes revelan que la galanina es un importante mediador de la acción anorexigénica de la leptina en el hipotálamo lateral. Los alimentos ricos en grasa/ricos en sucrosa pueden interrumpir la acción anorexigénica de la leptina y disminuir la sensibilidad a la leptina en el hipotálamo lateral. La activación del GAL2 central media el efecto promotor de la galanina sobre la sensibilidad a la leptina en el hipotálamo lateral. Por tanto, la activación farmacológica de la señal GAL2 por administración del agonista M1145 mejora el control glucémico vía restauración de la sensibilidad a la leptina.  La administración central de M1145 también disminuye la hiperglucemia y la resistencia a la insulina vía modulación de la expresión de PGC1a/GLUT4. El mecanismo del efecto cooperativo entre galanina e insulina puede tener relación con sus cascadas de señalización. La galanina promueve el tráfico de GLUT4 y la captación de glucosa al menos por dos rutas de señalización. La primera ruta es  activando al  GAL1 vía Gi/o para disminuir la actividad de las proteínas ligadoras del elemento de respuesta a AMPc, lo cual resulta en la activación de la proteína quinasa B (PKB) y el sustrato de 160 kDa (AS160). La segunda ruta es activando al GAL2 vía Gq/11 para hidrolizar inositol fosfato, lo cual resulta en activación de PKB. Estudios recientes demuestran que la administración de galanina incrementa significativamente la actividad de PKB y AS160 en músculo esquelético y tejido adiposo de ratas con diabetes tipo 2. La ruta de señalización canónica de la insulina para disparar la translocación de GLUT4 está compuesta por PKB y AS160. Entonces, PKB y AS160 son los puntos de encuentro de las rutas de señalización de la insulina y la galanina para disparar la translocación de GLUT4. Esta coincidencia e intersección entre ambas cascadas de señalización puede amplificar la intensidad de la señal y aumentar la eficacia de transmisión de la señal, lo cual resulta en una mayor translocación de GLUT4 en miocitos y adipocitos de ratas con diabetes tipo 2. Estos resultados sugieren que hay un sinergismo entre galanina e insulina en el tratamiento de la resistencia a la insulina a través de la ruta PKB/AS160/GLUT4.

   Numerosos estudios reportan que la administración intracerebroventricular (icv) de GALP puede disminuir la ingesta de alimentos y el peso corporal de ratas y ratones machos y hembras. La administración central de GALP también incrementa la β-oxidación de ácidos grasos en el hígado y la lipólisis en el tejido adiposo vía estimulación del sistema nervioso simpático en ratones machos. Estos resultados sugieren que la administración central de GALP tiene un efecto anti-obesidad. Por otra parte, el GALP incrementa significativamente el consumo de oxígeno, la tasa metabólica y el gasto de energía. Sin embargo, algunos estudios reportan que la inyección central de GALP incrementa la captación de glucosa, el metabolismo de lípidos y la expresión de mARN de GLUT4, pero inhibe la gluconeogénesis y la síntesis de ácidos grasos en ratones machos. Estos resultados sugieren que el GALP puede jugar un rol  en el reajuste del balance energético en circunstancias nutricionales cambiantes.

   El alarin juega roles reguladores similares a los de la galanina en actividad orexigénica y metabolismo energético. La administración central de alarin incrementa el consumo de oxígeno, pero suprime la pérdida de calor, provocando un lento y coordinado aumento de la temperatura corporal en ratas machos.  Por otra parte, un estudio reciente demuestra que el tratamiento central con alarin incrementa significativamente el peso corporal, la captación de glucosa, los niveles plasmáticos de adiponectina y la expresión de mARN y proteína GLUT4. Estos resultados sugieren el sistema central de proyección de alarin puede facilitar la sensibilidad a la insulina y la captación de glucosa a través del incremento del contenido y la translocación de GLUT4 desde el pool intracelular a la membrana plasmática en adipocitos y músculo esquelético de ratas con diabetes tipo 2.

   Los estudios en animales demuestran que el nivel de spexin está íntimamente relacionado con resistencia a la insulina y diabetes mellitus tipo 2. (1) La inmunoreacción de spexin en islotes pancreáticos y su liberación por los islotes aumentan significativamente después de la administración de glucosa. Adicionalmente, la secreción de insulina disminuye después de la inyección de spexin en ratas machos obesos. Por otra parte, los niveles plasmáticos o hipotalámicos de spexin aumentan después del tratamiento con glucosa o insulina. Estos resultados sugieren que hay un asa de retroalimentación negativa entre insulina y spexin en los islotes pancreáticos, el spexin disminuye la secreción de insulina, mientras la insulina incrementa el nivel de spexin. (2) La inyección subcutánea crónica de spexin reduce la ingesta de alimentos en ratas hembras obesas. El tratamiento con spexin no solo provoca pérdida de peso sino que también mejora la tolerancia a la glucosa y la sensibilidad a la insulina en ratas machos diabéticos. Estos resultados sugieren que el spexin juega un rol importante en la homeostasis de la glucosa. (3) Está bien establecido que el spexin suprime la lipogénesis y la acumulación de grasa en el hígado. El tratamiento con spexin suprime la captación de ácidos grasos de cadena larga en adipocitos y hepatocitos de ratones machos obesos. El spexin suprime la lipogénesis y la captación de glucosa vía activación de receptores GAL2 y GAL3 en adipocitos humanos. Estos resultados indican que el spexin es un regulador del metabolismo energético en adipocitos y hepatocitos y potencialmente puede ser una opción en el tratamiento de la obesidad.

   Los estudios clínicos indican que la concentración de galanina se correlaciona con la morbilidad de diabetes mellitus  tipo 2 en humanos. Los niveles plasmáticos  de galanina elevados se encuentran en pacientes con síndrome metabólico, hombres y niños obesos y personas con diabetes tipo 1, tipo 2 o gestacional. Estos datos son apoyados por una serie de estudios que demuestran que los niveles plasmáticos de galanina aumentan después de la administración de glucosa. Los niveles de galanina también se correlacionan positivamente con la concentración sanguínea de glucosa en ayunas en voluntarios sanos y pacientes con diabetes mellitus tipo 2 durante una prueba de tolerancia a la glucosa y con los niveles de hemoglobina A1c (HbA1c) en niños con diabetes mellitus tipo 1. Adicionalmente, los estudios epidemiológicos apoyan la relación inversa entre galanina y los índices de tolerancia a la glucosa alterada y resistencia a la insulina. Sin embargo, la infusión endovenosa de galanina (80 y 160 pmol/kg/min) en voluntarios masculinos sanos o pacientes diabéticos y no diabéticos con acromegalia casi no cambia los niveles de glucosa e insulina durante la prueba de tolerancia a la glucosa. Por otra parte, una relación entre galanina y resistencia a la insulina también ha sido sugerida por el hecho de resistencia a la galanina. Resulta paradójico, en primera instancia, que la galanina pueda incrementar la sensibilidad a la insulina para reducir el nivel de glucosa sanguínea, pero en los pacientes con hiperglucemia y diabetes mellitus tipo 2 se observe un alto nivel circulante de galanina. Esto es similar a la situación de la insulina que disminuye el nivel de glucosa sanguínea, pero los pacientes con diabetes mellitus tipo 2 frecuentemente presentan hiperinsulinismo e hiperglucemia. En este contexto, recientemente, ha surgido el concepto de resistencia a la galanina, el cual se refiere a la discrepancia entre nivel alto de galanina y bajo manejo de glucosa. Los resultados apoyan la conjetura que el alto nivel de galanina es en respuesta al desarrollo de resistencia a la galanina en sujetos masculinos obesos y diabéticos tipo 2.

   Los elevados niveles plasmáticos de alarin se encuentran en pacientes con tolerancia a la glucosa alterada, diabetes mellitus tipo 2 y síndrome metabólico. Adicionalmente, los niveles de alarin se correlacionan positivamente con la glucosa sanguínea en ayunas, triglicéridos y HbA1c en pacientes con diabetes mellitus tipo 2 y síndrome metabólico. Más aún, la infusión oral de glucosa en voluntarios masculinos sanos incrementa los niveles circulantes de alarin, mientras la hiperinsulinemia aguda disminuye transitoriamente los niveles circulantes de alarin, lo cual sugiere que los niveles circulantes de alarin están asociados con resistencia a la insulina.

   Los bajos niveles plasmáticos de spexin se encuentran en pacientes con diabetes tipo 1 y tipo 2 y síndrome metabólico. Además, los niveles plasmáticos de spexin durante el ayuno son más bajos en mujeres y niños obesos en comparación con sujetos delgados, pero son altos en mujeres con diabetes mellitus gestacional, la cual se caracteriza por hiperglucemia y resistencia a la insulina. Recientemente, se ha demostrado que la concentración plasmática de spexin  aumenta seis meses después de la cirugía de bypass gástrico en Yde Roux  en mujeres con obesidad severa. Los estudios clínicos indican que el gen spexin es marcadamente regulado a la baja en la grasa subcutánea en sujetos obesos. Por tanto, la expresión de spexin en tejido adiposo así como los niveles circulantes están reducidos en individuos con obesidad. Estos datos sugieren que el spexin puede jugar un rol protector contra la obesidad y la diabetes. La relación entre spexin e insulina es sugerida por el hecho que ambas hormonas exhiben una correlación recíproca durante el día con los niveles de insulina altos cuando los niveles de spexin son bajos y viceversa. Adicionalmente, los niveles de spexin se correlacionan negativamente con el contenido de glucosa sanguínea en ayunas, HbA1c y triglicéridos en mujeres obesas y con diabetes tipo 2.

   Es posible que la galanina pueda contribuir a las diferencias sexuales en la fisiopatología de la diabetes mellitus tipo 2. La mayor parte de los estudios que examinan el rol de la galanina en el metabolismo de la glucosa, preclínicos y clínicos, han sido hechos en hombres. Sin embargo, varios estudios sugieren que la galanina puede ejercer muchos de sus efectos bioquímicos de manera específica de género. En hombres, el grado de localización de GAL en las neuronas entéricas es menor que en mujeres. Por otra parte, la galanina es un producto inducible por estrógenos en una población de neuronas GnRH en el hipotálamo de ratas hembras. Una proporción sustancial de las neuronas que expresan galanina  en el hipotálamo son ERα positivas. El tratamiento con estradiol de ratas ovarectomizadas resulta en niveles altos de galanina en intestino y cerebro. Otro estudio reporta que los estrógenos incrementan la expresión de galanina y sus receptores, pero el mecanismo exacto es desconocido. Los niveles plasmáticos de galanina aumentan en pacientes femeninos con diabetes mellitus tipo 2 en comparación con pacientes masculinos, lo cual puede indicar que la galanina es importante en la etiología de la diabetes mellitus tipo 2 y es más común en hembras. Estos estudios apoyan la idea que la función de la galanina aumenta en roedores hembras y que los estrógenos actúan sobre ERα en el hipotálamo para incrementar la síntesis de galanina. Aunque las diferencias sexuales en galanina han sido reportadas por varios estudios, ni los mecanismos que subyacen a esta diferencia sexual ni las consecuencias funcionales de esta disparidad son entendidos completamente.

   Estudios recientes demuestran que la galanina puede afectar el gasto de energía y la utilización de glucosa en las neuronas proopiomelanocortina (POMC) del hipotálamo. Las neuronas POMC han sido involucradas en la señal central de los estrógenos para regular procesos metabólicos. La alteración de ERα en neuronas POMC de ratones hembras causa hipometabolismo, hiperfagia e incremento de la adiposidad visceral.  Dado que los estrógenos incrementan la expresión de galanina vía ERα en las neuronas que expresan galanina, la galanina podría regular a la baja el efecto modulador del ERα en las neuronas POMC del hipotálamo sobre el metabolismo energético.

   En conclusión, los datos actuales apoyan la idea que los péptidos de la familia galanina pueden regular el metabolismo de la glucosa y mejorar la resistencia a la insulina, lo cual disminuye la probabilidad  de diabetes mellitus tipo 2. La familia de péptidos galanina ejerce una serie de efectos metabólicos, incluyendo la regulación de la motilidad intestinal, el peso corporal y el metabolismo de la glucosa. La activación farmacológica de la señal galanina puede ser de valor terapéutico para mejorar la resistencia a la insulina y la diabetes mellitus tipo 2.

Fuente: Fang P et al (2020). Galanin peptide family regulation of glucose metabolism. Frontiers in Neuroendocrinology 56: 100801.

Ácidos biliares y enfermedades hepáticas crónicas

Los ácidos biliares (AB) son compuestos heterogéneos cuyas propiedades químicas y anfipáticas resultan de la degradación enzimática del colesterol insoluble. Desde su aislamiento a partir de la bilis, el campo de la química de los AB ha proporcionado un estudio intenso de su compleja naturaleza química y los efectos fisiológicos de su composición dinámica en la bilis circulante. El aumento de AB en el hígado provoca inflamación, necrosis y apoptosis en varias células hepáticas lo cual afecta la síntesis y transporte de AB perpetuando el daño inducido por AB. El incremento en la síntesis de AB en combinación con la interrupción de la señal AB puede causar efectos adversos en pacientes con enfermedades hepáticas crónicas. Muchas enfermedades hepáticas crónicas, como la colangitis esclerosante primaria (PSC) y la enfermedad hepática grasa no alcohólica (NAFLD), tienen mínimas opciones de tratamiento y requieren trasplante de hígado como el único remedio permanente.

   El catabolismo del colesterol en AB en el parénquima hepático es regulado por más de 17 enzimas, expresadas preferencialmente en el hígado, que están involucradas en la síntesis y alteración de AB en sales biliares. La alteración de estos mecanismos puede resultar en colestasis, daño hepático, alteración del metabolismo de lípidos y otros disturbios. Las modificaciones y conjugaciones de los AB afectan su solubilidad, hidrofobicidad y la afinidad de unión al receptor. Los AB son secretados por los hepatocitos en los canalículos biliares que drenan en los conductos biliares localizados en la tríada portal. Los colangiocitos son las células epiteliales de la superficie de los conductos biliares y participan en la modificación y circulación de AB por la ruta colehepática, el proceso en el cual los AB son reabsorbidos de la bilis y retornados a los hepatocitos. El sistema de conductos biliares intrahepático permite el flujo de AB en la luz intestinal a través del conducto hepático común en respuesta  a la ingesta de alimentos para intervenir en la emulsificación, el metabolismo y la absorción de los lípidos  y las vitaminas liposolubles (A, D, E y K) de la dieta. Alternativamente los AB son depositados en la vesícula biliar para su almacenamiento y la prevención de la cristalización del colesterol y la formación de cálculos biliares. Aproximadamente 95% de los AB son reabsorbidos en el ileum distal por el transportador de AB dependiente de sodio (ASBT; alternativamente conocido como transportador ileal de AB, IBAT) y llevados al hígado a través del sistema porta vía circulación enterohepática o portal. La microbiota intestinal es capaz de desconjugar los AB primarios y convertirlos en AB secundarios previamente a su absorción o excreción fecal, lo cual afecta a la comunidad del microbioma intestinal, el “pool” de AB y la salud hepática.

   Además de sus roles importantes en la digestión, los AB pueden actuar como moléculas de señalización en el metabolismo de los carbohidratos y los lípidos, el gasto de energía y la enfermedad hepática. Los AB y la activación de sus blancos incluyendo  el receptor de AB acoplado a proteína G (TGR5), el factor de crecimiento transformante-α (TGF-α) y el receptor de esfingosina-1-fosfato-2 (S1PR2) estimulan la proliferación de colangiocitos y contribuyen a la progresión del colangiocarcinoma (CCA) in vitro e in vivo. Alternativamente, el receptor farnesoide X (FXR) es regulado a la baja en el carcinoma hepatocelular (HCC). Está demostrado que el FXR a través de la actividad de CYP450 epoxigenasa suprime la señal NF-κB reduciendo, por tanto, la inflamación hepática. El catabolismo del colesterol resulta en la formación de los AB primarios, ácido cólico (CA) o ácido quenodeoxicólico (CDCA) a través de la ruta clásica o la ruta alternativa/acídica, respectivamente. La trayectoria colehepática altera el pool de AB vía ASBT, resistencia multidroga y transportador de solutos orgánicos α-β (OSTα-β), la secreción de AB en el plexo peribiliar previo a alcanzar los sinusoides hepáticos. La proteína ileal de unión a AB (IBABP) es expresada en colangiocitos grandes para secuestrar AB y prevenir la citotoxicidad biliar. CA y CDCA/ácido ursodeoxicólico (UDCA) son convertidos a ácido deoxicólico (DCA) y ácido litocólico (LCA), respectivamente, vía  7α/β dihidroxilación por varias especies de comensales de la microbiota intestinal en el tracto gastrointestinal. Los AB secundarios humanos (DCA y LCA) son capaces de circular hacia el hígado vía circulación enterohepática provocando un incremento en los niveles hepáticos de AB hidrofóbicos.

   La PSC y la colangitis biliar primaria (PBC) son enfermedades colestáticas hepáticas que afectan el sistema biliar. La PSC es una enfermedad idiopática con colestasis, inflamación y eventualmente fibrosis que resulta de lesiones de los conductos biliares intra y extrahepáticos. La PSC es una de las causas más comunes de trasplante de hígado. Debido a su espontánea y heterogénea progresión, las terapias médicas efectivas aún no han sido desarrolladas. La deficiencia de vitaminas solubles en grasas puede ocurrir en pacientes con PSC como resultado de la disminución del flujo y secreción de bilis. Está demostrado que la PSC tiene una correlación positiva con la colitis ulcerativa, una forma de enfermedad intestinal inflamatoria. Los pacientes con PSC muestran alteración de la excreción fecal de AB y disminución de la diversidad de la microbiota intestinal. Asimismo, tienen disminución de la expresión hepática de FXR, TGR5 y SIPR2. La PBC es una enfermedad autoinmune crónica,  afecta predominantemente a mujeres de mediana edad,  y resulta en ductopenia biliar y colestasis. Los pacientes con  PBC cirróticos muestran niveles plasmáticos elevados de AB totales y FGF19. El UDCA, un epímero de CDCA, fue el primer tratamiento aprobado por la FDA para la PBC. A  pesar del incremento en el flujo de bilis, los niveles bajos de enzimas hepáticas y la disminución de los niveles plasmáticos de AB, uno de cada tres pacientes con PBC no responde al tratamiento o tiene una respuesta limitada.

   La NAFLD y la esteatohepatitis no alcohólica (NASH) son dos de las enfermedades hepáticas más comunes debido al incremento en el estilo de vida sedentario y al consumo de dietas ricas en grasas/ricas en colesterol. Su prevalencia se correlaciona positivamente con un incremento en el número de pacientes obesos y diabéticos tipo II. La señal AB está alterada en pacientes con NAFLD y NASH. Varios estudios reportan mayor excreción fecal de AB e incremento de la relación AB primarios/AB secundarios en pacientes con NASH en comparación con controles sanos. Otros estudios reportan elevados niveles plasmáticos de AB en pacientes con NASH, en comparación con controles sanos, con incremento de AB conjugados con taurina y glicina. Por otra parte, algunos investigadores proponen que la supresión de la inflamación hepática mediada por FXR puede mejorar la progresión de la NAFLD.

   El HCC es actualmente la tercera causa de muerte por cáncer en el mundo y  afecta las células del parénquima hepático, las cuales constituyen 70% del tejido hepático. El HCC se desarrolla en pacientes con enfermedad hepática crónica o hígado cirrótico y usualmente es detectado a través de varios métodos de imagenología. Los pacientes con HCC pueden ser asintomáticos o presentar un rango de síntomas incluyendo dolor relacionado con cirrosis. El daño hepático crónico subyacente y la dificultad en el diagnóstico pueden contribuir a la alta mortalidad del HCC. Por otra parte, el CCA es un raro pero devastador cáncer con pobre pronóstico. Los pacientes presentan ictericia, prurito y heces acólicas debido a la reducción de la excreción de bilis y bilirrubina. Debido a la íntima relación entre hepatocitos, colangiocitos y AB es importante investigar la señal AB en el establecimiento y la progresión de HCC y CCA. Durante el desarrollo del cáncer ocurre un cambio en el pool de AB con elevación de las relaciones trihidroxi/dihidroxi AB y AB conjugados con glicina/AB conjugados con taurina en pacientes con HCC y CCA en comparación con controles sanos. El incremento en el tamaño del pool de AB se debe a la disminución de la inhibición de la síntesis de AB. Algunos estudios indican que la activación del FXR tiene propiedades anti-cáncer con   disminución de su expresión en HCC humano. Por el contrario, la expresión de TGR5 aumenta en pacientes con CCA en comparación con los controles. Este hallazgo se debe al requerimiento de TGR5 por los colangiocitos para la proliferación inducida por AB y la señal anti-apoptosis. Otros receptores de AB como SIPR2 aumentan su expresión en CCA humano.

   El UDCA es un AB conjugado hidrofóbico que retorna al hígado por la circulación enterohepática o es  desconjugado y convertido en LCA por la microbiota intestinal y excretado en las heces. El UDCA tiene la capacidad para  prevenir la formación de cálculos, incrementando la secreción de bicarbonato, lo cual evita la acidificación de la bilis, y adicionalmente tiene un perfil positivo de efectos colaterales en comparación con el tratamiento con CDCA. En muchos pacientes con PBC, el tratamiento con UDCA de larga duración administrado en las etapas tempranas de la enfermedad incrementa la tasa de supervivencia, disminuye los niveles plasmáticos de enzimas hepáticas y mejora la histología del hígado. Sin embargo, 30-40% de los pacientes con PBC no responden al tratamiento con UDCA. Más aún, el UDCA en altas dosis incrementa las complicaciones médicas y la mortalidad en pacientes con PSC.

   El ácido obeticólico (OCA, ocaliva), un derivado sintético del CDCA aprobado por la FDA, es un ligando de alta afinidad del receptor de AB, FXR. El FXR es un receptor nuclear de AB que cuando es expresado es capaz de reducir la síntesis de AB, incrementar la expresión de transportadores de AB y modular el metabolismo de lipoproteínas. El OCA ha sido estudiado como una potencial droga terapéutica en el tratamiento de varias enfermedades hepáticas crónicas. Los eventos adversos con OCA, incluyendo prurito, ocurren en casi todos los pacientes de una manera dependiente de dosis. El uso de OCA mejora los niveles de enzimas hepáticas, disminuye los niveles plasmáticos de bilirrubina e IgM y mejora o estabiliza la fibrosis hepática y el daño biliar en pacientes PBC con cirrosis.

   Durante la circulación enterohepática normal, el ASBT es responsable de la reabsorción de AB en el tracto intestinal previa a la secreción en el sistema sanguíneo porta. Adicionalmente, el ASBT es responsable del desvío de AB entre colangiocitos y hepatocitos, lo cual incrementa  el pool hepático de AB. Un síntoma común de la enfermedad hepática colestática crónica es el prurito debido al incremento de los depósitos de AB en la dermis. Los inhibidores de los ASBT son potenciales candidatos terapéuticos para este síntoma. Los pacientes con PBC que reciben tratamiento con inhibidores de ASBT muestran niveles plasmáticos disminuidos de AB con incremento en los niveles de FGF19. Los eventos adversos más comunes de este tratamiento son cefalea y diarrea.

   Las especies de AB afectan y regulan la composición de la microbiota intestinal. Las especies y concentraciones de AB en las diferentes porciones del tracto gastrointestinal pueden resultar en un incremento de efectos colaterales incluyendo aumento de la permeabilidad intestinal y diarrea inducida por AB. La elevación de AB en el colon es capaz de inducir inflamación, la cual es reducida con el tratamiento con CDCA que alivia la toxicidad de las concentraciones de  AB y los factores secretados por los mastocitos (histamina o factor de crecimiento del nervio NGF). Los pacientes con PBC exhiben alteración de la composición de la microbiota intestinal en comparación con controles sanos. Un estudio reciente implica al incremento en la población de N aromaticivorans como responsable de la inducción de PBC. Otro estudio reporta que la infiltración epitelial de Enterobacteriaceae en pacientes con PBC incrementa la permeabilidad y disminuye la respuesta inmune gastrointestinal.  La barrera epitelial gastrointestinal juega un rol importante en el mantenimiento de la homeostasis de la circulación enterohepática de AB y reduce la inflamación causada por lipopolisacáridos. El CDCA es capaz de reducir la permeabilidad paracelular e incrementar las uniones estrechas célula-célula a través de la activación del FXR. La disrupción del eje intestino-hígado puede causar infiltración de microbios, o sus productos metabólicos, en la circulación enterohepática para prolongar la enfermedad. Los pacientes con enfermedad hepática crónica mantienen su propio microbioma intestinal, el cual inherentemente juega un rol en el desarrollo de la enfermedad.

   En conclusión, la señal AB y las terapéuticas que los alteran tienen efectos sobre la microbiota intestinal y órganos fuera del hígado. El uso de agonistas y antagonistas del receptor de AB y sus efectos indirectos afectan principalmente: el pool, la síntesis y la circulación  de AB y la composición de la microbiota intestinal. En humanos y ratones, la microbiota intestinal fluctúa con el incremento o disminución de AB, lo cual puede provocar mayor inflamación y mala absorción intestinal. El OCA reduce la síntesis de AB, los niveles circulantes de AB y la inflamación hepática. Este tratamiento puede causar prurito e ictericia en pacientes PBC descompensados. El UDCA altera el pool de AB y reduce la inflamación y el daño hepático. Los inhibidores de ASBT afectan la síntesis, circulación y secreción de AB y la composición microbiana en el intestino.

Fuente: Meadows V et al (2020). Bile acid receptor therapeutics effects on chronic liver diseases. Frontiers in Medicine 7:15.

Hormona de crecimiento bioactiva en humanos

La historia de la investigación sobre hormona de crecimiento (GH) cubre más de 80 años, a menudo con resultados controversiales. Uno de los hallazgos controversiales es la detección de un factor de crecimiento que escapa al inmunoensayo, pero que tiene actividad GH en un bioensayo de tibia de rata. En el transcurso de las investigaciones han surgido tres conceptos claves: (1) una subpoblación de células somatotropas de la hipófisis responde a señales de los núcleos hipotalámicos y secreta formas bioactivas similares a HC (bGH-L) que son pobremente reconocidas por antisueros GH dirigidos contra la forma nativa (22kDa). (2) Señales periféricas y/o propioceptivas (aferentes neurales) producidas por músculos de las extremidades  regulan el contenido y liberación de bGH-L. (3) La hipófisis humana contiene un péptido, no relacionado estructuralmente con la GH, que es activo en bioensayos de tibia.

   ¿Cómo se define bGH-L? La definición está restringida a las respuestas de crecimiento in vivo de las pruebas  del organismo tras inyección. Estas incluyen: a) ensanchamiento de la placa de crecimiento de la epífisis tibial en ratas hipofisectomizadas (test tibial) o b) respuestas anabólicas en ratas hipofisectomizadas (cambio muscular y peso corporal).

   La historia del aislamiento de HG de tejidos de hipófisis de varias especies mamíferas comienza en los años 40. En 1956, CH Li propuso que un mejor  nombre para la hormona podría ser “hormona metabólica”. Actualmente, no hay una respuesta directa y simple a la pregunta de cómo se debe medir la actividad biológica de la hormona. En 1978, los estudios de Ellis y colaborados demostraron que el tratamiento de extractos de hipófisis de rata con antisuero GH falló en neutralizar a este factor biológicamente activo. Más tarde, sus experimentos demostraron que los resultados de los ensayos biológicos e inmunológicos no se correlacionan. A partir de estos experimentos surgió el concepto de una dicotomía entre la hormona bioactiva (bGH-L) y la hormona inmuno-reactiva (iGH), una dicotomía que fue confirmada por otros investigadores poco tiempo después. Aunque la(s) razón(es) sigue siendo desconocida, la modificación estructural de la proteína nativa, 191 aminoácidos, 22 kDa, durante su liberación por la hipófisis fue propuesta como un mecanismo para explicar la dicotomía. Durante este período, los tres bioensayos de crecimiento más usados fueron a) el ensayo de ganancia de peso en ratas hembras, b) el ensayo de ganancia de peso en ratas hipofisectomizadas inmaduras y c) el test tibial. El test tibial es especialmente útil para medir concentraciones de bGH-L en plasma humano. La sensibilidad del ensayo es  relativamente alta (3-5 µg), pequeños volúmenes de muestra pueden ser examinados y el ensayo puede realizarse en un período relativamente corto (4 días).

   ¿Por qué es la dicotomía un problema tan complejo? En 2009, Baumann identificó la respuesta: la heterogeneidad surge a nivel del gen GH, el “splicing” de mARN, el procesamiento post-traslacional y el metabolismo de GH. Baumann también definió otros factores de confusión tales como: a) variantes de hGH que no están disponibles en forma pura, b) la posibilidad  que la actividad biológica de las variantes pueda variar entre las especies (por ejemplo, rata y humano y c) el rol e importancia de las proteínas ligadoras de GH en el metabolismo de la GH, cada una de las cuales contribuye a la complejidad del problema. Baumann concluye: “la heterogeneidad de GH es una importante razón para la notoria disparidad entre los resultados de los ensayos… y  el significado biológico de esta heterogeneidad se mantiene grandemente desconocido”.

   Las concentraciones de bGH-L en hipófisis humanas obtenidas en autopsias fueron reportadas por Parlow en 1974. Los datos obtenidos en 542 individuos, expresados en términos de GH bovina estándar, claramente relejan que las concentraciones de bGH-L aumentan con el avance de la edad. Por otra parte, los resultados del laboratorio del Dr Grindeland indican las siguientes concentraciones de bGH-L de hipófisis (ensayo tibial): rata 200-300 µg (iGH); 24-36 µg (bGH-L); humano 4,4 mg (iGH); 0,53 mg (bGH-L). Las pruebas médicas sugieren un rango de 4-8 mg iGH/glándula en la hipófisis postmorten. Casi 10% del peso seco de la hipófisis es GH. Esta concentración es aproximadamente 800 veces mayor que cualquier otra hormona de la hipófisis.

   Los resultados de 10 estudios recientes comparan las concentraciones de bGH-L e iGH en plasma humano después de ejercicio y contracciones musculares voluntarias. Los estudios revelan que las mediciones de la  actividad bGH-L están consistentemente en el rango de varios miles de µg/L mientras las mediciones de iGH en estas muestras son solo de unos pocos µg/L. Esta disparidad es una función del punto final del ensayo. En este contexto es importante señalar que las preparaciones de GH, purificadas de hipófisis de diferentes especies mostraron curva dosis respuesta paralelas en el ensayo tibial. Las curvas de crecimiento tibial similares mostradas por estas preparaciones permitieron expresar la potencia biológica en términos de una hormona estándar de 22 kDa. De 292 individuos (190 hembras, 102 varones), la mayoría (n= 226) eran jóvenes (19-27 años). Las concentraciones de bGH-L en 938 muestras de plasma fueron varios miles de µg/L de plasma (2000-4000), pero este rango fue extremadamente variable. 917 de las 938 muestras de plasma contenían cantidades detectables de bGH-L por el ensayo tibial. Sin embargo, 21 muestras tenían concentraciones indetectables. Estas 21 muestras se obtuvieron de personas con edad promedio de 81 años, aunque las muestras de plasma de otras personas de esa edad en el mismo grupo contenían concentraciones de bGH-L en el rango de 7000-9000 µg/L.

   La principal variable en 8 de los 10 estudios fue el ejercicio de diferentes tipos: ejercicio de resistencia para grupo grande de músculos, ejercicio de resistencia para grupo pequeño de músculos para flexión tobillo plantar o ejercicio aeróbico. En estos 8 estudios, los objetivos primarios fueron: a) encontrar si las concentraciones plasmáticas de bGH-L cambian después de un ejercicio agudo y b) cómo se relacionan con las mediciones de iGH. En 4 de los 10 estudios el ejercicio agudo incrementó las concentraciones plasmáticas de bGH-L, respuesta aparentemente relacionada con el entrenamiento previo al ejercicio; en 2 estudios disminuyó la concentración plasmática de bGH-L mientras  en los 4 restantes no se reportaron cambios con respecto a los controles apropiados. Colectivamente, estos resultados apoyan la hipótesis que el entrenamiento al ejercicio prepara a la hipófisis para que incremente la liberación de bGH-L en respuesta a los futuros estresores del ejercicio. La variabilidad en la respuesta al ejercicio que se observa en la bGH-L aparentemente se debe a diferentes variables externas que modifican el contenido de la hipófisis, la plasticidad celular. Estas variables como edad, sexo, composición corporal, dieta, ambiente, modalidad de ejercicio y estado de entrenamiento pueden contribuir a las variaciones en la concentración plasmática de bGH-L.

   En los años 70, los estudios en plasma y extracto de hipófisis de rata revelaron la presencia de un potente factor de crecimiento hipofisario que no fue detectado por los métodos basados en anticuerpos, pero que era activo en el bioensayo tibial. El factor de crecimiento fue llamado GH bioactiva para distinguirla de la forma fácilmente detectada por inmunoensayo (la nativa GH 22 kDa); el antisuero GH falló en neutralizar la respuesta al crecimiento y, en este sentido, fue similar a la conducta de la actividad similar a insulina no suprimible (NSILA), una actividad atribuida a los péptidos IGF-1 e IGF-2. Los resultados indicaron una potencia bGH-L equivalente a 3000 veces la de la iGH. En esos años se propuso un enlace metabólico, debido a  que los pre-tratamiento de las ratas (hipoglucemia inducida por insulina, ayuno o exposición al frío) redujeron el contenido hipofisario de bGH-L por 65%, incrementaron las concentraciones plasmáticas de bGH-L, pero no tuvieron ningún efecto sobre la concentración plasmática de la iGH hipofisaria. 

   Años más tarde, Grindeland, Hymer y sus colaboradores reportaron mayores diferencias entre la secreción de iGH y bGH-L en tejido de hipófisis de rata después de la exposición a un ambiente de baja gravedad. Estos hallazgos estimularon experimentos que examinaron la hipótesis que perturbaciones propioceptivas en el sistema neuromuscular de la rata también podrían modular la liberación hipofisaria de bGH-L. Estos estudios permitieron el descubrimiento de un nuevo eje aferente muscular-hipófisis que regula la secreción de bGH-L. Las ratas entrenadas a correr sobre una correa sin fin por 15 min a 27 m/min tenían concentraciones plasmáticas de bGH-L 300% mayor y concentraciones hipofisarias de bGH-L 50% menores que los controles, pero las concentraciones de iGH en estas muestras no fueron diferentes a las de los controles. Más aún, la estimulación de ciertos nervios de las extremidades, afectaron diferencialmente la secreción de bGH-L. Específicamente, la estimulación de los nervios peroneal  o tibial (los cuales inervan músculos de contracción rápida) incrementó la bGH-L plasmática más de 250% mientras redujo 60% el contenido hipofisario de bGH-L. Por el contrario, la estimulación del nervio sural cutáneo no afectó y la estimulación del nervio soleo o la activación de músculos de contracción lenta, inhibieron la secreción de bGH-L. Los patrones de estimulación en estos estudios identificaron fibras aferentes de bajo umbral y diámetro grande como un mecanismo para provocar la respuesta bGH-L. En resumen, la activación de aferentes musculares rápidas o lentas tienen efectos opuestos sobre la liberación de bGH-L. La ruta muscular precisa que controla la bGH-L hipofisaria debe involucrar proyecciones neuronales bien establecidas de la médula espinal lumbar al hipotálamo a través del tracto espino-hipotalámico que provoque la liberación de GHRH en el sistema porta.

   Una segunda ruta posible es sugerida por estudios que combinan técnicas neuroanatómicas, de desnervación e inmunoquímica  que demuestran (a) que las fibras que liberan sustancia P inervan directamente la hipófisis anterior a través del ganglio nodoso (cervical inferior) y (b) que la sustancia P, el péptido relacionado con el gen de la calcitonina y las fibras nerviosas positiva a galanina están presentes en la hipófisis anterior de humanos, monos, perros y ratas. Estos hallazgos aumentan la posibilidad que los péptidos hipotalámicos así como también conexiones neurales peptidérgicas directas puedan teóricamente regular la secreción de bGH-L. Esto ha dado lugar a la hipótesis que…”el estrés metabólico agudo y/o activación de grupos de músculos específicos juegan un rol importante en el control del metabolismo de carbohidratos por movilización de bGH-L durante amenazas a la homeostasis”.

   Los estudios de separación de células de hipófisis de rata se basan en las diferencias en las características físicas de las células como tamaño y/o densidad. Estos estudios revelaron que dos poblaciones de células están presentes en la suspensión inicial obtenida por centrifugación; una (somatotropas ligeras, también llamadas células tipo I) con densidad < 1.071 g/cm³, mientras la otra (somatotropas pesadas, también llamadas células tipo II) tiene densidades entre 1.071-1.085 g/cm³. Cada una de estas dos fracciones representa aproximadamente 40% del total de células somatotropas contenidas en la suspensión inicial. Las células densas son granuladas con gránulos de secreción de 300 nm, y escasas regiones de retículo endoplásmico y aparato de Golgi. Las células menos densas son escasamente granuladas, pero tienen abundantes regiones  de retículo endoplásmico y aparato de Golgi. Aproximadamente 48% del total de células somatotropas son de tipo denso. Las células somatotropas tipo I producen péptido tibial que es liberado en la forma bGH-L 5 kDa en el espacio pericapilar.

   Los avances en la tecnología de imágenes  in vivo revelaron que las células endocrinas y no endocrinas de la hipófisis anterior están organizadas en redes estructurales y funcionales. Los resultados indican que los cambios manejados por geometría se correlacionan con la función de las células GH. Los principales hallazgos indican que (a) la red GH es sexualmente dimórfica; (b) la red GH muestra plasticidad funcional en su relación con la fisiología del animal; (c) la plasticidad de la red GH continúa en la adultez aunque puede ser más “flexible” en animales viejos. Las células GH forman una red dinámica, funcionalmente reversible. Todas las células GH, en bandas que se cruzan, están conectadas unas con otras por uniones adherentes. Estos hallazgos solidifican el concepto que el acoplamiento localizado de células, en regiones específicas de la hipófisis, ofrece un mecanismo dominante para el control interno de la función celular en grupos de células GH en la glándula individual. Las técnicas de imágenes tridimensionales demuestran que 30% de las células somatotropas están completamente aisladas de espacios perivasculares mientras 70% están próximas a endotelio vascular. La distribución citoplasmática de los gránulos de secreción es uniforme en el primer caso o asimétrica en el segundo caso, pues los gránulos se acumulan en áreas citoplasmáticas próximas a los vasos a los vasos.

   La biología vascular de la hipófisis es compleja. Dos de los tres principales tipos de capilares (fenestrados y sinusoidales) están presentes en la hipófisis. Mientras los capilares fenestrados tienen poros con un diafragma que permite el paso de solutos con una permeabilidad variable, el endotelio de los capilares sinusoidales tiene un espacio entre las células que permite el paso de grandes solutos como las proteínas plasmáticas. El mantenimiento de los vasos hipofisarios es regulado por hormonas hipotalámicas a través de la señal VEGF. Por otra parte, la sustancia P puede ser parte de una red reguladora para la secreción de hormonas por la hipófisis anterior de varias especies, incluyendo rata y humano. Los tractos de fibras que liberan sustancia P se encuentran en las regiones caudal y central de la glándula.

   La fragmentación de la hormona nativa 22kDa en dos péptidos, hGH 1-43  y hGH 44-191 afecta su fisiología, el fragmento más corto tiene una potencial actividad insulínica mientras el fragmento más largo tiene actividades anti-insulina, lo cual implica que la hormona nativa actúa como una prohormona. El clivaje enzimático entre los residuos treonina-142 y tirosina 143 de la molécula hGH produce una variante de dos cadenas con un fragmento amino-terminal unido por puente disulfuro a un fragmento carboxilo terminal más pequeño que mantiene las dos cadenas juntas. El clivaje proteolítico puede ocurrir durante la secreción por acción de una proteasa unida a la membrana. Aproximadamente 50% de la GH 22 kDa está unida a una proteína ligadora de alta afinidad (GHBP). Esta proteína es la versión soluble del dominio extracelular del receptor de GH (GHR) en humanos. Dos trabajos recientes documentan la importancia del GHR en salud y enfermedad. Uno de los trabajos puntualiza que el GHR virtualmente está presente en todas las células del cuerpo. Los autores enfatizan dos clases de actividad para la GH: 1) acción a través de mediadores/citoquinas de señalización; 2) modulación a través de su acción clásica sobre la regulación de la producción de IGF-1. Ahora bien, ¿tiene la GHBP actividad bGH-L? Los investigadores han abordado esta importante pregunta en una serie de estudios con preparaciones de a) GHBP sola, o b) GHBP en combinación con GH humana recombinante (rhGH) inyectadas diariamente en ratas hipofisectomizadas y evaluadas 8 días después por cambios en ganancia de peso, crecimiento óseo, hGH e IGF-I en plasma.  Los principales hallazgos fueron que a) la GHBP por sí misma no tiene efecto sobre la ganancia de peso, pero aumenta considerablemente el efecto promotor de crecimiento de la rhGH especialmente en hígado y riñón; y b) la GHBP prolonga la presencia de rhGH en el plasma. Este importante trabajo podría apoyar la idea que el monómero de GH, unido a GHBP en el plasma, califica como otra isoforma bGH-L.

   Las  somatotropas son células secretoras que contienen vesículas secretoras y almacenan y transportan proteínas a la membrana celular por exocitosis. Las preparaciones  de gránulos citoplasmáticos de hipófisis son activas en el ensayo tibial. La presencia de péptido tibial en plasma e hipófisis humana aumenta el número de preguntas sobre  su relación con las  formas nativas de bGH-L, los sitios de procesamiento intracelular y la importancia fisiológica. En un gránulo, la bGH-L unida a iones Zn, existe en forma de agregados en alta concentración (4 nm) con dos iones Zn asociados cooperativamente por dímeros GH. Cada gránulo contiene 5000-10000 moléculas. Algunos gránulos contienen citocromo C, citocromo oxidasa y ATP. Varios estudios demuestran que las interacciones Zn-ATP modulan la liberación de GH de los gránulos GH. Los reportes más recientes demuestran que la GH es almacenada como un amiloide funcional en los gránulos. Los amiloides son definidos por sus hojas cruzadas altamente organizadas en regiones en agregados de proteínas o péptidos. En muchas proteínas el estado amiloide es termodinámicamente estable en alta concentración y no energéticamente favorable en concentraciones bajas de proteína/péptido. La configuración amiloide no solo asegura la liberación eficiente de la forma GH 22 kDa del depósito amiloide, sino también protege a la GH de la degradación enzimática, alta temperatura y rango amplio de pH. ¿Cómo pueden interactuar el péptido tibial y la molécula GH (en su configuración amiloide) en el gránulo de secreción? El péptido tibial puede jugar un rol conector con moléculas GH y Zn en su configuración amiloide. Por otra parte, los exosomas y las vesículas pequeñas son partículas que contienen composiciones moleculares únicas de proteína, lípidos y ácido nucleico, y ofrecen un mecanismo de comunicación intercelular. En este contexto, se especula que el péptido tibial podría ser liberado por las células somatotropas de la hipófisis humana en la forma de un exosoma/vesícula extracelular.

   En conclusión, el modelo sobre los puntos esenciales que subyacen al elemento regulador fisiológico para la producción y liberación de bGH-L por la hipófisis señala la siguiente secuencia de eventos: en respuesta a la señal de a) el hipotálamo y/o b) aferentes neurales de los flexores de las extremidades, algunas células somatotropas (tipo II) son inducidas a agruparse en nodos de la red de células GH. El agrupamiento induce a las células somatotropas tipo II a producir, almacenar y liberar bGH-L. La bGH-L pasa al espacio perivascular para su posterior procesamiento. El péptido tibial puede tener un rol  en 1) una función de conexión al interactuar con GH y Zn en los gránulos de secreción o 2) formar parte de la bGH-L 5 kDa. El Zn también podría aumentar la fusión de moléculas para desarrollar una forma  “super potente” de bGH-L. Estos procesos son controlados en parte por factores fisiológicos y/o ambientales como ejercicio, edad, % de grasa corporal, estrés y gravedad.

Fuente: Hymer WC et al (2020). Bioactive growth hormone in humans: controversies, complexities and concepts. Growth Hormone & IGF Research  50: 9-22.