Células estrelladas, RAS y fibrosis  en  islotes pancreáticos

La diabetes mellitus tipo 2 (DMT2) es una enfermedad metabólica heterogénea que exhibe hiperglucemia, resistencia a la insulina y disfunción de las células β de los islotes pancreáticos. En décadas pasadas, se consideraba a la resistencia a la insulina la principal contribuyente a la DMT2 y la disminución de la secreción de insulina era considerada como una manifestación tardía en el curso de la enfermedad. Sin embargo, hay abundante evidencia que los individuos con DMT2 tienen una significativa disminución de la función de las células β y una pérdida de 30-40% de la masa de células β, aun en la fase de diagnóstico  de la enfermedad. Actualmente, se reconoce que la descompensación de células β para incrementar la secreción de insulina, como la resistencia a la insulina, provoca hiperglucemia, indicando que la disfunción de células β es crítica para el desarrollo de la DMT2. Más aún, como la disfunción de células β avanza con el tiempo, debe ser considerada como un determinante significativo de la tasa de progresión de DMT2.

   La evidencia reciente sugiere que hay diferencias étnicas en las características fisiopatológicas de   la DMT2. Los asiáticos, en comparación con los caucásicos,  típicamente tienen niveles bajos de obesidad, pero un incremento en  la liberación de insulina significativamente más reducido en respuesta a la resistencia a la insulina.  Combinando estos hallazgos, es recomendable  enfatizar en la preservación de la masa y función de células β para prevenir el desarrollo y progresión de la DMT2, especialmente en asiáticos.

   Las causas de pérdida de la masa y función de células β son numerosas. La glucolipotoxicidad, la inflamación crónica, el estrés de retículo endoplásmico, el estrés oxidativo, los depósitos de amiloide y las modificaciones epigenéticas han sido relacionados con el inicio y el progreso del daño y pérdida de células β. También, hay evidencia que la desorganización de los islotes pancreáticos a través de fibrosis progresiva puede ser un mecanismo importante en la disfunción y pérdida de células β. La fibrosis es un proceso patogénico bien conocido  que resulta en la pérdida progresiva de la estructura y función de los órganos afectados. La fibrosis progresiva y la posterior pérdida de tejido funcional (reemplazado por tejido conectivo rico que contiene amilina y rico en matriz extracelular (MEC)) están bien demostradas en la patogénesis de la pancreatitis crónica y el adenocarcinoma ductal pancreático. En este proceso de fibrogénesis pancreática, las células estrelladas pancreáticas  (CEP) han sido identificadas como una fuente importante de proteínas de la MEC.

   Además de la fibrosis pancreática exocrina, la fibrosis de islotes pancreáticos ha sido identificada en modelos animales e individuos con diabetes. En la diabetes, la fibrosis está más restringida a los islotes pancreáticos en comparación con la fibrosis de tejido pancreático exocrino en la pancreatitis crónica, lo cual sugiere que la fibrosis de los islotes en la diabetes está relacionada con rutas activadoras que son diferentes de las de la enfermedad pancreática exocrina. La investigación reciente demuestra que la activación de  CEP juega un rol un rol crucial en el proceso de fibrosis de los islotes a través de la ruta de señalización angiotensina II (Ang II). Sin embargo, el mecanismo exacto de la fibrogénesis en los islotes y el rol de las CEP en este proceso han sido poco estudiados, a pesar de su importancia.

   La diabetes representa una epidemia global cuya incidencia aumenta cada día, y por tanto se deben hacer esfuerzos a nivel mundial para prevenir o retardar el inicio de la DMT2. Las dos principales estrategias son modificaciones en el estilo de vida e intervenciones farmacológicas. La mayor parte de la evidencia farmacológica deriva del uso de drogas antidiabéticas como metformina, tiazolidinedionas, inhibidores de α-glucosilasa y agonistas del receptor de péptido similar a glucagón-1 (GLP-1); o drogas anti-obesidad, como orlistat. Otra potencial estrategia farmacológica es el uso de bloqueadores del sistema renina-angiotensina (RAS), los cuales son drogas antihipertensivas. Aunque otras drogas antihipertensivas, como diuréticos y bloqueadores β-adrenérgicos, tienen efectos adversos sobre la resistencia a la insulina y la tolerancia a la glucosa, los bloqueadores del RAS han demostrado resultados favorables para prevenir el inicio de la diabetes en numerosos estudios clínicos en individuos con hipertensión u otros factores de riesgo cardiovascular. Por ejemplo, en el Captopril Prevention Project, un estudio que comparó al captopril, un inhibidor de la enzima convertasa de angiotensina (ACEI),  con agentes antihipertensivos convencionales (diuréticos y β-bloqueadores). La incidencia de diabetes fue menor en el grupo captopril que en el grupo con tratamiento convencional (riesgo relativo 0,86, 95% intervalo de confidencia (CI) 0,74-0,99; p = 0,039). Resultados similares se han observado en otros estudios.

   Además de la evidencia clínica, hay abundante evidencia in vitro e in vivo que demuestra claramente los efectos adversos de la activación del RAS sobre la secreción y sensibilidad de insulina, y también la posibilidad de revertir estos efectos a través del bloqueo del RAS. En un estudio con ratones db/db, la regulación al alza del receptor de Ang tipo 1 (AT1R) en los islotes pancreáticos se acompañó  con efectos perjudiciales sobre la secreción de insulina y la biosíntesis de proinsulina. E roedores, la exposición de islotes aislados a Ang II reduce la inhibición dosis-dependiente de la secreción de insulina estimulada por glucosa. Esta acción inhibidora fue inhibida completamente por el pretratamiento con losartán. En humanos, un tratamiento de tres meses con candesartan, un bloqueador del receptor de Ang (ARB), incrementó la primera fase de la secreción de insulina durante la prueba de tolerancia oral a la glucosa.  Aunque abundante evidencia acumulada, el mecanismo molecular preciso por el cual la inhibición del RAS afecta la patogénesis de la diabetes aún no ha sido dilucidado.

   Una variedad de potenciales mecanismos ha sido propuesta para explicar los efectos preventivos y de retardo  de la diabetes de la inhibición del RAS. Estos incluyen cambios fisiológicos que pueden mejorar la sensibilidad y secreción de insulina, y también efectos directos o cambios en la morfología de los islotes. (1) La vasodilatación mediada por la inhibición del RAS puede facilitar la secreción  y acción de la insulina  a través de la mejoría del flujo sanguíneo pancreático y muscular. Tanto los ACEI como los ARB aumentan el flujo sanguíneo en tejidos periféricos, como músculo esquelético, y este cambio puede mejorar la sensibilidad a la insulina y facilitar la disponibilidad de glucosa. (2) La inhibición del RAS puede afectar directamente la señal insulina y mejorar la sensibilidad a la insulina en músculo esquelético. Las alteraciones post-receptor en la señal insulina en la DMT2 han sido demostradas, incluyendo anomalías en la señal fosfatidilinositol-3 quinasa-proteína quinasa B. Hay evidencia que la Ang II agrava estas anormalidades. Por tanto, la inhibición del RAS puede tener un efecto directo sobre la señal insulina y la regulación de los transportadores de glucosa. (3) La inhibición del RAS podría mejorar la señal y la sensibilidad a la insulina reduciendo los niveles de ácidos grasos libres a través de la inhibición del estrés oxidativo mediado por Ang II. Dado que la Ang II activa a la nicotinamida adenina dinucleotido fosfato (NADP) oxidasa, una fuente de especies reactivas de oxígeno (ROS), el incremento en la actividad del RAS en las células β puede agravar la disfunción y apoptosis inducidas por estrés oxidativo en las células β. Los ARB atenúan el estrés oxidativo inducido por ácidos grasos y la actividad de NADP oxidasa en las células β pancreáticas. Adicionalmente, un subgrupo de bloqueadores del AT1R inducen la actividad del receptor activado por proliferador de peroxisoma-γ (PPAR-γ) por interacción con el dominio de unión del ligado, lo cual puede mejorar la sensibilidad a la insulina. Por otra parte, la Ang II  promueve la deposición de lípidos en el tejido adiposo a través  de inhibición de la lipólisis y la promoción de la lipogénesis; y también incrementa la secreción de citoquinas pro-inflamatorias derivadas de tejido adiposo. Por tanto, la inhibición del RAS aliviar selectivamente la resistencia a la insulina en el tejido adiposo.

   Muchos estudios que explican la participación del RAS en la modulación de la homeostasis de la glucosa tienen como elemento principal  la sensibilidad a la insulina, pero recientemente ha recibido mucha atención la posibilidad que el RAS tenga una influencia directa en la fibrosis de los islotes pancreáticos. Hay evidencia de la presencia de receptores de Ang II en la superficie de las células β de los islotes pancreáticos en ratas y humanos. Entonces, los bloqueadores del RAS pueden tener una influencia directa sobre los islotes pancreáticos, eventualmente conservando la masa y función de células β. Aunque restaurar la sensibilidad a la insulina es esencial, este mecanismo por sí mismo no podría explicar completamente los hallazgos del incremento de la secreción de insulina después de la administración de bloqueadores del RAS. 

   El RAS es bien conocido por su función clásica en la regulación sistémica de la presión arterial, la retención de líquido y el balance de electrolitos a través de su acción sobre las células de  músculo liso vascular y la secreción de aldosterona. En la cascada de señalización del RAS, la Ang II es el principal péptido efector, y actúa sobre todo activando al  AT1R. La Ang II también actúa como un factor de crecimiento que promueve el crecimiento celular y la inflamación tisular, por lo cual juega un rol importante en la disfunción y fibrosis asociadas con enfermedad en varios órganos. Por ejemplo, está demostrado que la inhibición del RAS, con ACEI o ARB, puede retardar la progresión de la nefropatía diabética y prevenir la fibrosis renal. También, la inhibición del RAS reduce la disfunción endotelial y la ateroesclerosis   mediante la supresión de la inflamación, la fibrosis y el estrés oxidativo. Como ocurre con otros órganos dañados,  se han observado algunos cambios fibróticos destructivos en los islotes pancreáticos en modelos animales y pacientes con DMT2 y se  ha propuesto que el RAS local puede ser el principal contribuyente de este fenómeno. Hay abundante evidencia que la sobre activación  del RAS local también existe  en el páncreas como en otros órganos, incluyendo cerebro, corazón, riñón, glándulas adrenales, tejido adiposo y músculo esquelético.

   En los islotes pancreáticos, el incremento en la expresión de los componentes del RAS se correlaciona con aumento de la fibrosis intra-islote, apoptosis y estrés oxidativo. El bloqueo del RAS reduce significativamente la fibrogénesis de los islotes y mejora la arquitectura de los islotes. Estos efectos están asociados con la atenuación de la expresión de factor de crecimiento transformante-β (TFG-β) y rutas pro-fibrosis. El mejoramiento en los parámetros estructurales está asociado con una mejoría significativa de la primera fase de la secreción de insulina. Entonces, los bloqueadores del RAS parecen tener un efecto directo sobre las células de los islotes pancreáticos, incluyendo la prevención de la fibrosis de los islotes y el mantenimiento de la arquitectura celular, lo cual en última instancia conserva la masa y función de células β, ejerciendo por tanto una acción beneficiosa sobre la tolerancia a la glucosa. Entonces, la reducción de la fibrosis de los islotes pancreáticos es un importante mecanismo que subyace a los efectos protectores a largo plazo de los bloqueadores del RAS sobre el desarrollo y la progresión de la diabetes.

   Las CEP fueron identificadas por presentar características similares con las células estrelladas hepáticas. Las CEP constituyen solo el 4% del total de células pancreáticas, pero son esenciales para el mantenimiento de la arquitectura pancreática normal regulando el recambio de MEC. Las CEP quiescentes se caracterizan por la presencia de gotas de grasa intracelulares, desmina y proteína acídica fibrilar glial, pero con ausencia de actina de músculo liso-α (α-SMA). Cuando son activadas, las CEP son transformadas en un fenotipo similar a miofibroblastos que se caracteriza por la desaparición de las gotas de grasa intracelulares y la expresión de α-SMA. La expresión de proteína acídica fibrilar glial es específica de las CEP y la presencia de gotas de lípido en el citoplasma define el fenotipo de las CEP quiescentes. Por el contrario, la expresión de α-SMA representa la transdiferenciación de las CEP quiescentes a un fenotipo activado, por lo que  es usada como un marcador de la activación de CEP. Las CEP activadas producen abundante colágeno y otras proteínas de la MEC, como fibronectina, y mantienen su fenotipo activado a través de un asa autocrina que involucra diferentes citoquinas.

   La proliferación de CEP aumenta significativamente con concentraciones altas de glucosa de una manera dosis-dependiente. En respuesta a las altas concentraciones de glucosa, son reguladas al alza la expresión de AT1R, angiotensinógeno y mARN de ACE, pero no se observan cambios en el nivel del receptor tipo 2 de Ang. La expresión de TGF-β es regulada al alza por el incremento en los niveles de Ang II y la expresión de AT1R estimulados por las altas concentraciones de glucosa. Adicionalmente, la expresión de factor de crecimiento de tejido conectivo (CTGF) y proteína colágeno tipo IV incrementa marcadamente y esta elevación es atenuada por candesartan y ramipril (un ACEI). Entonces, la Ang II inducida por los altos niveles de glucosa puede estimular la síntesis de TGF-β, lo cual provoca la síntesis de proteínas de la MEC. Estos resultados sugieren que el RAS tiene un impacto directo sobre la proliferación de CEP. Los ACEI  o los ARB pueden ser efectivos en la prevención o atenuación de la fibrosis de los islotes pancreáticos en individuos hiperglucémicos suprimiendo directamente las CEP.

   El ambiente hiperglucémico puede influir en todo el páncreas, pero la activación de CEP y la fibrosis están limitadas a los islotes en ratas. Por lo tanto, es necesario determinar por qué  la fibrosis está restringida a los islotes en  individuos con diabetes y modelos animales de diabetes aunque todo el tejido pancreático se encuentre expuesto a la  hiperglucemia. Una posible explicación es que las CEP en los islotes pueden estar expuestos  no solo a la hiperglucemia, sino también a la hiperinsulinemia local. Es bien conocido que la insulina es un factor de crecimiento para varias células en el cuerpo y es secretada continuamente en los capilares de los islotes pancreáticos en una concentración relativamente alta. En los islotes pancreáticos, las CEP pueden estar predispuestas a activación y proliferación bajo la influencia de la hiperinsulinemia. Adicionalmente, hay evidencia que las células estrelladas hepáticas, funcionalmente similares a las CEP, son altamente sensibles a la insulina y al factor de crecimiento similar a insulina-1 (IGF-1), resultando en mitogénesis y síntesis de colágeno. Un estudio reciente demuestra que tanto la glucosa como  la insulina promueven la proliferación de CEP y la fosforilación de la quinasa activada por señal extracelular (ERK) 1/2. El bloqueo de la señal ERK con U0126, un inhibidor de la proteína quinasa activada por mitogeno (MAPK),   inhibe la fosforilación de ERK ½ y la proliferación de CEP inducidas por insulina. Por otra parte, la fosforilación de ERK ½ inducida independientemente por la glucosa y la  insulina estimula la expresión de CTGF y TGF-β. Estos eventos de activación incrementan la formación de colágeno y fibronectina e inducen la proliferación celular. Entonces, la hiperglucemia y la hiperinsulinemia son dos factores mitogénicos cruciales que inducen la activación y proliferación de CEP, proporcionando una posible explicación para la fibrosis de los islotes pancreáticos en la DMT2.

   Además de los bloqueadores del RAS, se han propuesto otros compuestos para prevenir la fibrosis de los islotes pancreáticos. El análogo de GLP-1 exendin 4 ha demostrado mejorar la función de las células β regulando al alza genes claves involucrados en la secreción de insulina. Adicionalmente, el exendin 4 reduce significativamente la producción de Ang II y TGF-β a través de la inhibición de la formación de ROS. Estos efectos inhibidores del exendin 4 se relacionan principalmente con la activación de la ruta de señalización cAMP-proteína quinasa A (PKA). Estos datos sugieren que los análogos de GLP-1 pueden ser útiles no solo como agentes anti-diabéticos sino también como anti-fibróticos en   el tratamiento de la DMT2.

   Los inhibidores del co-transportados sodio-gluosa-2 (SGLT2), los nuevos agentes hipoglucémicos orales, funcionan de una manera independiente de insulina, y disminuyen los niveles sanguíneos de glucosa aumentando la excreción urinaria de glucosa. El SGLT2 está presente principalmente en el segmento S1 de los túbulos proximales renales y llevan a cabo aproximadamente el 90% de la reabsorción renal de glucosa. La expresión de SGLT2 en los riñones aumenta bajo condiciones diabéticas. Un estudio reciente reporta que el inhibidor de SGLT2, dapagliflozin, suprime la expresión de componentes del RAS renal y la fibrosis intersticial en ratas. La disminución de los niveles de glucosa por  el dapagliflozin atenúa la disminución de la función pancreática y la disrupción de la morfología normal de los islotes en ratas. Otro estudio demuestra que el luseogliflozin, también inhibidor del SGLT2, incrementa la masa de células β a través  del aumento de la proliferación celular y la disminución de la apoptosis. Adicionalmente, los niveles de expresión de genes relacionados con la fibrosis, como TGF-β, fibronectina, colágeno I y colágeno III disminuyen significativamente en los animales tratados con luseogliflozin. Estos hallazgos sugieren que los inhibidores de SGLT2 pueden proteger de la fibrosis a los islotes pancreáticos.

   Una posible relación entre agonistas del PPAR-γ y AT1R  ha sido sugerida por el hallazgo que la activación del PPAR-γ disminuye la expresión y actividad del promotor de AT1R. Por otra parte, el troglitazone, agonista del PPAR-γ, ha demostrado que inhibe la actividad pro-fibrosis de las CEP.

   Otro posible agente terapéutico anti-fibrosis es el resveratrol, un compuesto polifenólico natural. En un estudio con ratones db/db el tratamiento con resveratrol mejoró la tolerancia a la glucosa, atenuó el estrés oxidativo inducido por altos niveles de glucosa, disminuyó la producción de ROS y la fibrosis de los islotes pancreáticos.  Los antioxidantes, taurina y tempol, también pueden ser posibles agentes con efectos anti-fibrosis. Ellos disminuyen la activación de CEP inducida por altos niveles de glucosa y la fibrosis de los islotes pancreáticos en ratas.

   Los inhibidores de la MAPK suprimen la fosforilación de  ERK ½ inducida por glucosa e insulina y la proliferación de CEP. Adicionalmente, el agente anti-fibrosis, pirfenidone, disminuye la expresión de α-SMA y la fibrosis de los islotes en páncreas de rata. Por otra parte, los roles del receptor de Ang tipo 2 y el eje ACE-Ang (1-7)- receptor MAS han sido investigados en ratones. En ratones alimentados con una dieta rica en grasas, el ACEI, enalapril, aumentó la remodelación de los islotes, normalizó la masa de células α y β y la función de las células β. Estos efectos se acompañaron con un incremento de la expresión de  ACE2 y receptor MAS, el cual tiene  efectos opuestos a las acciones de la Ang II mediadas por AT1R. Entonces, aumentar la ruta del receptor MAS puede ser una estrategia válida para contrarrestar la fibrosis de los islotes pancreáticos.

   En conclusión, diversos grados de fibrosis de los islotes pancreáticos se observan a menudo en pacientes con DMT2, lo cual puede estar asociado con una disminución en la masa y función de células β en estos pacientes. Las CEP están profundamente involucradas en esta fibrosis de los islotes. En este proceso, la activación del RAS en los islotes pancreáticos transforma las CEP quiescentes en la forma activa, estimula su proliferación y por consiguiente provoca la destrucción fibrótica  de los islotes. Los altos niveles de glucosa, insulina y Ang II, así como la liberación de citoquinas pro-inflamatorias inducen la activación de las CEP. Las CEP activadas causan  producción de MEC y  proliferación celular. Estos fenómenos parecen manejar la fibrosis de los islotes pancreáticos en los pacientes con DMT2. La reducción de la fibrosis de los islotes pancreáticos es un importante mecanismo de los efectos protectores de los bloqueadores del RAS sobre el desarrollo y la progresión de la diabetes.  

Fuente: Yang Y et al (2020). Pancreatic stellate cells in the islets as a novel target to preserve the pancreatic β-cells mass and function. Journal of Diabetes Investigation 11: 268-280.