Vitamina D y cáncer de la piel

La vitamina D es una prohormona soluble en grasa comúnmente suplementada a través de plantas o animales de la dieta. Hay dos formas químicas de vitamina D llamadas vitamina D₃ (colecalciferol) y vitamina D₂ (ergocalciferol), las cuales derivan de animales o plantas, respectivamente. La vitamina D3 puede ser producida naturalmente en la piel a partir del 7-dihidrocolesterol endógeno a través de una reacción fotoquímica por los rayos solares ultravioleta (UV) o a partir de fuentes dietéticas de origen animal. Por otra parte, la vitamina D2 es producida a partir del ergosterol de plantas, levaduras y hongos estimulados por irradiación  UV. Tanto la vitamina D2 como la vitamina D3 son biológicamente inertes y necesitan experimentar dos etapas de conversión para volverse activas. En el hígado, la vitamina D₃ primero es convertida en calcidiol (25-hidroxivitamina D₃ (25(OH)D₃)), por la enzima CYP24B1 como la principal forma circulante de la vitamina. El calcidiol es el más estable y abundante metabolito de la vitamina D en la circulación sanguínea, y tradicionalmente es usado como biomarcador del estatus de vitamina D. En las células del túbulo proximal del riñón, la mayor parte del calcidiol es convertida por hidroxilación en calcitriol (1,25-dihidroxivitamina D₃ (1,25(OH)₂D₃) por la enzima renal CYP27B1 (1-OHasa) formando la hormona endocrina activa. El sistema vitamina D tiene una potente regulación por  retroalimentación que inhibe el exceso de 1,25(OH)₂D₃  a través de la enzima CYP24A1. Esta enzima cataboliza 1,25(OH)₂D₃ en 24,25(OH)₂D₃ destinado para la excreción. Por otra parte, tipos específicos de células tienen la maquinaria enzimática para sintetizar y metabolizar localmente vitamina D₂/D₃ con funciones paracrinas y autocrinas.

   La 1,25(OH)₂D₃ actúa como un ligando de alta afinidad que se une al receptor de vitamina D (VDR), el cual se encuentra en la mayoría de células del cuerpo para llevar a cabo una diversidad de funciones. El VDR activado controla la expresión de genes funcionando como un factor de transcripción, y como un regulador epigenético a través de su acetilación directa y el control de la estructura de la cromatina vía interacciones con el complejo remodelador de cromatina PBAF/BAF. Como factor de transcripción, el VDR puede interactuar con secuencias de ADN específicas llamadas elementos de respuesta (VDRE). Los VDRE forman parte de aumentadores, promotores, regiones exónicas y/o intrónicas de genes que codifican o no codifican proteínas como microARN a menudo trabajando en sinergia con otros factores. El VDR también puede funcionar de manera no genómica a través de interacciones en la membrana de la célula.

   En condiciones normales, la vitamina D mantiene la integridad de la epidermis y los procesos de cicatrización de las heridas cutáneas. Entre muchos tipos de células, el VDR es expresado en los queratinocitos que residen en la capa basal de la epidermis de la piel y en la protuberancia del compartimento de folículos pilosos. En la piel, la vitamina D funciona para suprimir la formación de tumor en la epidermis, facilita la inmunidad innata antimicrobiana, regula la proliferación de queratinocitos y la diferenciación y mantenimiento de la barrera de permeabilidad de la piel. La ablación de VDR perturba los procesos de expresión de marcadores de diferenciación inducida por calcio y la formación de complejos E-caderina/catenina críticos para los procesos de diferenciación. Adicionalmente, la ablación de VDR altera la morfología de los queratinocitos a partir de su clásica forma cuboidal con uniones intercelulares estrechas a una colección de células similares a fibroblastos que sugiere una transformación epitelial-a-mesenquimal. También, la suplementación oral con dosis altas de vitamina D resulta en un incremento de la diferenciación epidérmica en la capa basal de la piel. Desde una perspectiva clínica, la aplicación tópica de 1,25(OH)₂D₃ o un análogo sintético (Dovonex) son usados para tratar la psoriasis, una condición de hiperproliferación de queratinocitos. Más aún, los ratones que carecen de Cyp27b1 no producen 1,25(OH)₂D₃ y tienen pelo normal, exhiben cambios en la diferenciación de la epidermis, alteración de la barrera de permeabilidad y una respuesta defectuosa en el proceso de cicatrización de heridas de la piel.

   El cáncer de piel es uno de los tipos de cáncer más prevalentes en la población humana. Hay tres tipos principales de canceres de piel: carcinoma de células escamosas (CCE), carcinoma de células basales (CCB) y melanoma. El CCE y el CCB colectivamente son llamados carcinoma de queratinocitos, donde el CCE está íntimamente asociado con la exposición a la luz solar. La expresión de VDR, CYP24A1 y CYP27B1 es mayor en CCB y CCE en comparación con células de piel no cancerosa, lo cual sugiere que la síntesis endógena y el metabolismo de vitamina D y de los transcriptos regulados por VDR tienen el potencial para controlar el crecimiento y la conducta de las células cancerosas. La luz solar consiste de dos tipos de rayos peligrosos: UVA de onda larga y UVB de onda corta, ambos causan daño en el ADN.  Los rayos UVA pueden penetrar la dermis, mientras los rayos UVB afectan las capas más superficiales. La exposición  a rayos UVA causa producción de radicales libres que provocan estrés oxidativo e indirectamente daño al ADN. Los rayos UVB causan daño al ADN provocando mutaciones y transformación celular y malignidad. A pesar de la fotocarcinogénesis y la supresión inmune de los efectos de la luz solar, los rayos UVB de longitud de onda de 290-315 nm también son responsables de la síntesis de vitamina D.

   Después de la exposición a  rayos UV, el crecimiento celular se detiene para reparar el daño en el ADN. La reparación inadecuada o la remoción de las células dañadas resultan en células que se expanden clonalmente y forman tumores. En estudios en animales, el tratamiento de corta duración con rayos UV disminuye la proliferación de queratinocitos en ratones normales, mientras las células con ablación de VDR  se vuelven más proliferativas, lo cual sugiere que el VDR promueve la detención del crecimiento después del tratamiento con rayos UV. Adicionalmente, menos número de células apoptóticas se observa en la piel sin VDR en comparación con la piel normal después de la exposición a rayos UV, sugiriendo que el VDR es importante para eliminar células severamente dañadas. Además de la exposición a los rayos UV, el tratamiento oral o tópico con carcinógenos incrementa los tumores de la piel en los ratones que carecen de VDR. Entonces, el VDR juega un rol protector contra la carcinogénesis promoviendo la regeneración de la epidermis.

   La ruta de señalización nuclear Wnt-β-catenina ha sido estudiada extensamente en el CCB. En los queratinocitos basales de la epidermis, la señal Wnt-β-catenina nuclear induce genes como ciclina D1 y cMyc para promover la proliferación. La ruta β-catenina es regulada por la vitamina D y es alterada en ausencia de VDR. La β-catenina también está asociada con complejos de uniones de adherencia incluyendo E-caderina y juega un rol en la diferenciación de los queratinocitos. La supresión de VDR en los queratinocitos resulta en un incremento en la transcripción de ciclina 1 mediada por β-catenina  y concomitantemente una disminución en los complejos de membrana β-catenina-E-caderina. Adicionalmente, los ratones con una ganancia de la función de β-catenina exhiben actividad β-catenina constitutiva y pelo ectópico, pero no formación de CCB. Estos datos reflejan las interacciones entre β-catenina y el sistema vitamina D para promover el CCB.

   El VDR es requerido para la activación de la señal Wnt-β-catenina en los queratinocitos de la epidermis. EL VDR regula directamente la expresión de genes de la ruta Wnt-β-catenina, concretamente AXIN2, el cual es un regulador negativo de la señal Wnt. El AXIN2 forma un complejo multiproteína con pólipos adenomatosis poliposis coli (APC), β-catenina, glucógeno sintetasa quinasa 3-β y conductina, lo cual provoca la degradación de β-catenina. Entonces, es posible que la pérdida de VDR pueda provocar una acumulación nuclear de β-catenina a través de la desregulación de la degradación del complejo  AXIN2-β-catenina para promover la  formación de tumor CCB.

   El CCB también puede provenir de defectos en otra ruta de señalización llamada Hedgehog.  El Sonic hedgehog (SHH), miembro de la ruta Hedgehog, promueve la activación nuclear de factores de transcripción Gli. Con la activación de Gli 1/2, aumenta la expresión de factores anti-apoptosis y ciclinas mientras los genes de diferenciación de queratinocitos son suprimidos. Más aún, con la carcinogénesis química o la exposición a rayos UVB, los componentes de la ruta de señalización  Shh son regulados al alza en las células de la epidermis. En ratones que carecen de Vdr, el Shh está elevado en la epidermis, utrículos de folículos pilosos displásticos y en el borde externo de células de quistes dérmicos. Estos hallazgos sugieren que el VDR puede tener funciones antagónicas hacia la ruta de señalización Shh y jugar un rol protector durante la formación del CCB.

   El melanoma, cáncer de melanocitos, es la forma más agresiva de cáncer de la piel influenciado por factores ambientales y genéticos. La señal vitamina D puede jugar un rol regulador en la formación y progresión del melanoma maligno cutáneo (MMC). Adicionalmente, las variaciones en el gen VDR son un factor de riesgo para el desarrollo y la patogénesis de melanomas. Aunque la relación causa-efecto es desconocida, los individuos con bajos niveles de 25(OH)D₃ tienen un elevado riesgo de MMC. Los datos in vitro sugieren que la vitamina D tiene efectos antiproliferativos en cultivos de células de melanoma. Esto es apoyado por estudios que demuestran que la vitamina D puede bloquear la proliferación de células de melanoma.  Estudios recientes demuestran que los efectos antiproliferativos de la vitamina D son gobernados por el grado en que son inducidos el VDR y la CYP24A1. Sin embargo, algunos estudios concluyen que la mayoría de líneas de células de melanoma son resistentes a los efectos antiproliferativos de 1,25(OH)₂D₃ y que la vitamina D podría tener un efecto positivo solo en una minoría de casos de pacientes con  melanoma.  Por otra parte, el co-tratamiento de líneas de células de melanoma con drogas que modulan mecanismos epigenéticos es capaz de incrementar la respuesta a 1,25(OH)₂D₃, lo que sugiere la posibilidad de una terapia combinada en ciertos casos.

   Los estudios prospectivos sobre la incidencia del cáncer de la piel han demostrado que el riesgo de desarrollar CCE es menor en individuos con altos niveles plasmáticos de vitamina D. Los ratones que carecen de Vdr desarrollan tumores CCE cuando son expuestos a radiación UV, sugiriendo un rol protector de la señal VDR. El VDR y las enzimas que metabolizan a vitamina D son expresados en células CCE, lo cual sugiere que la vitamina local puede modular la formación del tumor. Los queratinocitos derivados de pacientes con CCE sintetizan 1,25(OH)₂D₃, sin embargo, exhiben resistencia y alteración de la diferenciación en respuesta al calcio y la 1,25(OH)₂D₃. Por tanto, es razonable considerar que otros factores de transcripción también son requeridos para la diferenciación apropiada de CCE mediada por el VDR. Más aún, dependiendo del estadio del CCE (proliferación o diferenciación), el VDR se une a proteínas accesorias específicas que controlan la expresión de genes y la repuesta diferencial del tratamiento con 1,25(OH)₂D₃.  Durante la proliferación de células CCE, la proteína accesoria Drip/Med1 interactúa con el VDR, mientras durante los estadios tardíos de diferenciación, la proteína Src media la respuesta a la vitamina D uniéndose al VDR. Los polimorfismos del VDR humano incrementan el riesgo de desarrollar CEE, así como también de desarrollar queratosis solar. La aplicación tópica de 1,25(OH)₂D₃ también inhibe la progresión del CCE in vivo e in vitro promoviendo la detención del ciclo celular o la supresión de la ruta del  blanco de rapamicina (mTOR). Los análogos de 1,25(OH)₂D₃ pueden disminuir el crecimiento del CCE suprimiendo la síntesis de ADN y promoviendo la apoptosis. La ruta genómica del VDR es la principal responsable de los efectos antiproliferativos del VDR.

   La vitamina D no solo suprime células cancerosas y “stem cells” cancerígenas, también regula el microambiente del tumor. Varios estudios sugieren que la vitamina D puede regular el inicio y las metástasis del tumor influyendo en las interacciones célula-microambiente. Las células tumorales con una pequeña proporción de stem cells cancerígenas existen en un microambiente estromal que consiste en vasos sanguíneos, fibroblastos asociados a cáncer, células inmunes y componentes extracelulares. Por ejemplo, es bien conocido que la inflamación es uno de los principales contribuyentes en la iniciación de los tumores. En este contexto, la vitamina D ejerce efectos anti-inflamatorios en tumores específicos. La 1,25(OH)₂D₃ inhibe la ruta prostaglandina (PG) involucrada en respuestas pro-inflamatorias a través de la inhibición de la ciclooxigenasa-2 (COX-2), receptores de PG y degradación de PG en células de tumores de próstata y mama. La 1,25(OH)₂D₃ también suprime la ruta pro-inflamatoria regulada por p38/MAPK en células de cáncer de próstata y bloquea la ruta pro-inflamatoria del factor nuclear κB (NF-κB), la cual a su vez inhibe a la AKT en macrófagos. La 1,25(OH)₂D₃ puede modular los fenotipos cáncer e inmune suprimiendo citoquinas pro-inflamatoria como TNF-α e IL-6.

   El ADN celular es dañado por una variedad de factores como luz UV, radiaciones ionizantes, estrés oxidativo y ciertas drogas. Las células desarrollan rutas para controlar su metabolismo y responden al daño del ADN, lo cual colectivamente es conocido como respuesta al daño de ADN (RDA). Cuando el daño del ADN es excesivo, la integridad del genoma es preservada por la detención del ciclo celular antes que la célula pueda replicarse para maximizar su tiempo de supervivencia. Las células expresan proteínas sensoras de daño de ADN (por ejemplo, miembros de la familia PIKK) que localizan una proteína de replicación específica en el ADN. Estos sensores responden al daño del ADN coordinando su reparación y activando “checkpoint  del ciclo celular (por ejemplo, vigilancia del genoma) y/o cambios metabólicos. Las proteínas sensoras facilitan la integridad genómica apropiada reclutando complejos de proteínas reparadoras de ADN hacia los sitios de daño del ADN. Los miembros de la familia PIKK incluyen  ataxia telangiectasia mutada (ATM),  ataxia telangiectasia y Rad3 relacionada (ATR) y estas proteínas responden de manera diferencial dependiendo de la fuente del daño. Los hallazgos emergentes sugieren que la ruta de señalización mTOR juega un rol importante en la modulación de la red RDA para proteger las células contra el estrés metabólico y genotóxico. El mTOR es un complejo de proteína quinasa (C1 o C2) que regula y relaciona crecimiento celular y metabolismo con factores ambientales. La desregulación  de la señal mTOR  puede provocar enfermedades como cáncer y desórdenes metabólicos. Las células normales cesan la señal mTORC1 en respuesta al estrés metabólico. Concomitantemente con la regulación de checkpoint, la señal mTOR es inhibida vía proteínas sensoras de estrés llamadas sestrinas. El ADN dañado puede inducir la expresión de sestrinas vía p53, la cual a su vez inhibe al mTORC1 por fosforilacion de AMPKLa señal mTORC1 constitutiva puede incrementar la inestabilidad del genoma resultando en proteólisis acelerada y RDA defectuosa. Por tanto, corregir la señal mTORC1 puede proporcionar beneficios terapéuticos.

   El eje de señalización PI3K-AKT (llamada proteína quinasa B) es el ejemplo más característico de la comunicación que existe entre las redes RDA y el mTORC1. Una vez en la membrana celular, la AKT es fosforilada y a su vez fosforila muchos blancos relacionados con la progresión del ciclo celular. La AKT es activada por PIKK quinasas inducidas por el ADN dañado. La AKT activada puede fosforilar directamente al complejo esclerosis  tuberosa (TSC) 2 en múltiples sitios, seguido por la disociación del TSC2 por los lisosomas provocando la activación de mTORC1.

   La señal vitamina D puede influir en la RDA a nivel de la ruta mTOR. El mTOR es informado de un potencial daño en el ADN por varios sensores de daño del ADN para inducir sus niveles de proteínas y actividad quinasa. Dependiendo de la extensión del daño, las células pueden ser corregidas adecuadamente por la activación  de los mecanismos de reparación y resolución de actividad mTOR, o acumular daño celular a través de la activación excesiva o descontrolada del mTOR. El transcripto inducible por daño de ADN-4 (DDIT4), también llamado desarrollo regulado y respuesta al ADN dañado-1 (REDD1), es un regulador negativo de la ruta mTOR. La disminución de la  expresión de DDIT4 está asociada con múltiples enfermedades incluyendo tumores malignos, donde el mTORC1 se encuentra  hiperactivo. La importancia del DDIT4 en la protección y supervivencia celulares ha sido demostrada en ratones que carecen de Ddit4, los cuales exhiben actividad aumentada de mTOR. Los ratones que carecen de Ddit4 son resistentes a  diversas condiciones de estrés. Por el contrario, el aumento en la expresión de DDIT4 puede promover la muerte celular por apoptosis o diferenciación terminal de ciertos tipos de células incluyendo folículos pilosos que carecen de Vdr. La interacción entre vitamina D y la señal mTOR ocurre a nivel de DDIT4. En los queratinocitos de la piel, el DDIT4  es un gen blanco del VDR que actúa de una manera dependiente de ligando para suprimir la señal mTORC1. Sin embargo, la persistente supresión de mTORC1 por la vitamina D puede ser una etapa en el inicio de mecanismos de auto-destrucción como la autofagia que puede iniciar la muerte celular. El DDIT4 inhibe al mTORC1 activando al TSC. El DDIT4 puede promover la desfosforilación e inactivación de la AKT, un represor del TSC2. Adicionalmente, el DDIT4 también está involucrado en la supresión de especies reactivas de oxígeno, un factor contribuyente del daño oxidativo del ADN. Entonces, la regulación del sistema DDIT4-mTOR por un suplemento natural como la vitamina D puede ser una ruta altamente efectiva para influir en numerosos reguladores de la RDA.

   En conclusión, la exposición de la piel a la luz solar está asociada con riesgos y beneficios. Por una parte, la radiación UV de la luz solar puede causar cáncer de la piel a través de mutaciones del ADN. Por otra  parte, los rayos UV pueden ser absorbidos por 7-dehidrocolesterol para iniciar la síntesis endógena de vitamina D para efectos anti-cáncer. Entonces, proteger la piel de la luz solar para evitar el cáncer de la piel puede provocar alteraciones de los niveles de vitamina D. Para limitar el cáncer, los metabolitos de la vitamina D pueden promover diversos eventos como reparación de ADN dañado, apoptosis de células malignas y supresión de la supervivencia y la proliferación inmune. Los hallazgos recientes sugieren que parte de los efectos anti-cáncer de la vitamina D en el CCE, un tipo de cáncer relacionado directamente con la exposición a la luz solar, involucra a la ruta de señalización DDIT4-mTOR para aumentar la autofagia celular. Como la actividad mTOR y el metabolismo celular son modulados como parte de la RDA, los mecanismos por los cuales el mTOR puede ser controlado por la vitamina D para suprimir el cáncer son de importancia molecular y clínica.

Fuente: Vishlaghi N, Lisse TS (2020). Exploring vitamin D signalling within skin cancer. Clinical Endocrinology 92: 273-281.