Macrófagos en el sistema endocrino

Los macrófagos son células del sistema inmune innato que tienen propiedades únicas y funciones versátiles. Por una parte, estas células poseen capacidad para la locomoción y fagocitar y neutralizar una variedad de agentes dañinos incluyendo microbios y células apoptóticas. Por otra parte, funcionan como reguladores centrales del desarrollo de órganos, progresión de enfermedades y restitución de tejido después de un daño. Gracias a estas propiedades, los macrófagos forman una parte integral del sistema inmune y juegan un rol clave en numerosos procesos fisiológicos que ayudan a mantener la homeostasis general. Las investigaciones en las últimas dos décadas han demostrado que los macrófagos juegan roles claves en el desarrollo de los órganos endocrinos, la homeostasis endocrina, la respuesta de los órganos endocrinos a la infección, el daño y el cáncer, y la resolución de la inflamación. La plasticidad y adaptabilidad de los macrófagos en respuesta a varios estímulos los vuelve un blanco atractivo para la farmacoterapia.

   Los macrófagos tradicionalmente han sido considerados como una población homogénea de células fagocíticas derivadas de monocitos circulantes. Sin embargo, la evidencia acumulada ha demostrado que los macrófagos son multidiversos en origen y constituyen una población heterogénea  de células mieloides. Los macrófagos residentes en tejidos (MRT) derivan principalmente de células progenitoras embrionarias (saco vitelino e hígado fetal). En la mayoría de órganos, incluyendo glándulas endocrinas, el pool MRT es capaz de mantener su propia población independiente del pool de monocitos circulantes. Cuando los monocitos circulantes  migran a otros tejidos del cuerpo pueden diferenciarse en macrófagos derivados de monocitos (MDMo), los cuales también han demostrado enorme adaptabilidad y plasticidad y pueden experimentar programas moleculares diversos en respuesta a señales inmunológicas y microbianas específicas. La heterogeneidad funcional es tipificada por su polarización en numerosos fenotipos funcionales. Inicialmente,  la heterogeneidad funcional de los MDMo fue tipificada por su polarización en M1 y M2, mientras los macrófagos M1 son pro-inflamatorios, los macrófagos M2 son regenerativos. Sin embargo, numerosos experimentos revelan que este esquema de clasificación está sobre simplificado y que los fenotipos de activación de macrófagos no pueden ser incluidos completamente en un modelo lineal de activación de macrófagos.

   Actualmente, los MRT son conocidos como representantes de una población de células inmunes que en muchos órganos se mantienen independientes de las “stem cells” hematopoyéticas (HSC) derivadas de la médula ósea. Numerosos experimentos demuestran inequívocamente que las poblaciones MRT son establecidas antes del nacimiento y se mantienen independientes de los monocitos circulantes. Las células precursoras embrionarias del saco vitelino y el hígado fetal se establecen en varios órganos en ondas sucesivas en diferentes estadios de la vida fetal y dan origen a la mayoría de poblaciones de MRT. La primera onda (hematopoyesis primitiva) consiste en progenitores eritromieloides tempranos (PET) derivados del saco vitelino que dan origen a microglias y otros macrófagos derivados del saco vitelino. La segunda onda (hematopoyesis definitiva transitoria) consiste en PET derivados del saco vitelino que se alojan en el hígado fetal y posteriormente dan origen a macrófagos. La tercera onda (hematopoyesis definitiva) consiste en HSC inmaduras provenientes  de la región aorto-gónadas-mesonefros que se alojan en el hígado fetal y la médula ósea fetal y dan origen a monocitos derivados de HSC y eventualmente a MDMo. El tiempo exacto de estos eventos en humanos no está completamente dilucidado. Si los PET, los PET tardíos, los monocitos derivados de HSC o una combinación de los tres dan origen a todos los MRT (distintos a las microglias) no está firmemente establecido.

   La evidencia inicial para un rol de los macrófagos en el sistema endocrino se obtuvo en estudios con ratones de la cepa Csfm^op/op, los cuales sufren una completa deficiencia de la proteína CSF-1 en todos los tejidos del cuerpo como consecuencia de una mutación en el gen Csf1. La proteína CSF1 juega un rol clave en la diferenciación de células fagocíticas y los ratones Csfm^op/op tienen una ausencia casi completa de MRT en varios órganos del cuerpo. Estos ratones tienen anormalidades en sus glándulas endocrinas, lo cual implica que los macrófagos juegan un rol en el desarrollo y la función de los órganos endocrinos. Numerosos experimentos demuestran que los macrófagos juegan roles importantes en la morfogénesis de los tejidos, principalmente influyendo en los patrones neuronales y vasculares. Los macrófagos promueven la remodelación de la matriz extracelular, facilitan anastomosis vasculares formando uniones estrechas intercelulares con células endoteliales y proporcionan factores de supervivencia a las células endoteliales. Los macrófagos también participan en las interacciones neuro-inmuno-endocrinas formando asociación con las células neuronales. La interacción macrófago-neurona ha sido demostrada en  diversos tejidos, incluyendo intestino y tejido adiposo.

   Los estudios experimentales en ratones demuestran que los MRT en los islotes de Langerhans derivan mayoritariamente del saco vitelino embrionario, aunque una pequeña proporción puede derivar de monocitos circulantes. En el páncreas, los macrófagos pueden ser divididos en dos poblaciones fenotípicamente distintas: macrófagos residentes en los islotes y macrófagos peri-islotes. Los macrófagos residentes en los islotes son fuertemente positivos para integrina CD11c y juegan roles importantes en la morfogénesis de los islotes. Por el contrario, los macrófagos peri-islotes residen en la periferia de los islotes y son negativos para integrina CD11c. estos macrófagos exhiben altos niveles de expresión de la proteína F4/80, marcador de adhesión de la superficie de los macrófagos. Los macrófagos peri-islote juegan un rol en la homeostasis tisular y la secreción de insulina estimulada por glucosa, aunque pueden adquirir un fenotipo pro-inflamatorio M1 y contribuir al desarrollo de diabetes mellitus. La población de macrófagos en islotes en modelos de diabetes (principalmente CD11b⁺Ly6C⁺) es marcadamente  diferente de la población de macrófagos en islotes en condiciones basales (principalmente CD11b⁺Ly6C^-).

   El tejido adiposo es un tejido complejo compuesto por una colección heterogénea de adipocitos, fibroblastos, células endoteliales, preadipocitos, macrófagos de tejido adiposo (MTA) y otras células inmunes. En condiciones de reposo, los MTA constituyen ~10% de la fracción  vascular del estroma en el tejido adiposo blanco, aunque su población puede aumentar  dramáticamente en estados patológicos. Los MTA no representan una simple población homogénea  sino que están compuestos por MRT de origen embrionario y MDMo circulantes. Los MAT que expresan CD11b y Ly6C regulan la adipogénesis, la angiogénesis y la organización tisular. Los MTA atrapan restos celulares, protegen al tejido de la hipoxia y previenen la acumulación ectópica de remanentes de gotas de lípidos. Estas funciones de los MTA implican la adopción de un fenotipo metabólicamente activo y la formación de una estructura similar a corona a través de la compartamentalización extracelular de lisosomas. Los macrófagos  antioxidantes y los macrófagos ricos en hierro son otros dos fenotipos de MTA localizados en la estructura similar a corona y actúan en el estrés oxidativo y el estrés por hierro, respectivamente. Otro fenotipo de MTA implicado en la metainflamación en el tejido adiposo de personas obesas está representado por MTA CD9+ localizados en la estructura similar a corona y exhiben altos niveles de expresión de moléculas de superficie celular  CD16, CD206, AP-1B, NFκB, ll1a, ll18 y Tnf. En el tejido adiposo visceral humano, los MTA CD14⁺, CD16⁺, CD36⁺ tienen fenotipo pro-inflamatorio M1, mientras los MTA CD14⁺, CD16⁺, CD163⁺ tienen fenotipo M2. Más aun, algunos MTA CD11c⁺, CD206⁺ pueden tener un fenotipo intermedio o híbrido M1/M2.

   Los MTA son moduladores claves del metabolismo energético y la función mitocondrial en el tejido adiposo. En el tejido adiposo, los MTA y los adipocitos interactúan de múltiples maneras que determinan las características del microambiente del tejido adiposo. Los miARN 10a-5p producidos y liberados por los MTA pueden inducir adipogénesis estimulando stem cells de adipocitos PDGFRα+ y modulando la inflamación. La liberación de succinato por el tejido adiposo durante la hipoxia o la hiperglucemia puede promover la polarización de MTA M1 a través de la estimulación del receptor de succinato 1 (SUCNR1). Adicionalmente el GDF3 producido por MTA CD11c+ puede activar la ALK7 en los adipocitos para promover la acumulación de lípidos y regular la masa de tejido adiposo. La evidencia sugiere que el eje GDF3-ALK7 está relacionado con el metabolismo de lípidos dependiente de insulina y su disrupción puede jugar un rol en la patogénesis de síndrome metabólico.

   Los MTA también tienen una intrincada relación con el sistema nervioso periférico. La estimulación de receptores β-adrenérgicos en los adipocitos por catecolaminas estimula la lipólisis e induce proliferación de MTA. El incremento en la lipólisis genera un microambiente rico en lípidos con alta concentración de ácidos grasos libres que puede inducir respuestas inflamatorias por los MTA. Los macrófagos asociados con neuronas simpáticas representan una población única de MTA que tiene la capacidad para importar y degradar noradrenalina. Otros neuropéptidos como neuroéptido Y (NPY) y neuropéptido FF (NPFF) también influyen en el metabolismo de los adipocitos y la activación de MTA. Por tanto, el nicho de tejido adiposo es controlado a través de interacciones neuro-inmuno-endocrinas que involucran  a adipocitos, MTA y sistema nervioso.

   El tejido adiposo de animales y humanos obesos produce grandes cantidades de TNF-α en comparación con controles no obesos. Los ratones que carecen de la función TNF-α están relativamente protegidos contra la resistencia a la insulina inducida por la obesidad.  Estudios recientes involucran  el incremento en la producción de moléculas pro-inflamatorias por el tejido adiposo en varias complicaciones metabólicas asociadas con la obesidad. Actualmente, está demostrado que la fuente de estos mediadores pro-inflamatorios en el tejido adiposo de animales y humanos obesos son los MTA. La evidencia acumulada en las últimas décadas sugiere que la ingesta excesiva de calorías y ácidos grasos libres resulta en hipertrofia e hiperplasia de adipocitos en el tejido adiposo blanco. Estos cambios son una consecuencia de transformaciones inducidas por  la dieta en los procesos celulares de los adipocitos provocados por la lipotoxicidad y la  glucotoxicidad. El estrés de retículo endoplásmico (RE), el daño oxidativo y la hipoxia local  provocan remodelación del tejido adiposo y proliferación de MTA. Los ácidos grasos libres activan la ruta IRE1α en macrófagos y el exceso de glucosa activa las rutas ROCK/JNK y ROCK/ERK en macrófagos. Estas rutas favorecen la polarización de MTA en un fenotipo pro-inflamatorio M1, el cual favorece el desarrollo de un proceso de inflamación de bajo grado llamado “metainflamación” (inflamación metabólica). Estos cambios, a su vez, estimulan el secretoma del tejido adiposo que provoca resistencia a la insulina y se manifiesta clínicamente como síndrome metabólico. Cambios inflamatorios similares ocurren en el tejido adiposo con el proceso de envejecimiento (“Inflammaging”) y contribuyen a la patogénesis de enfermedades tan diversas como cáncer de mama. La activación de NLRP3 (Nod like receptor family pyrin domain-containig 3) inflamasoma es requerida para la producción de IL-1β e IL-18 por los macrófagos, las cuales pueden formar un asa de retroalimentación positiva en el tejido adiposo a través de mecanismos autocrinos y paracrinos   y representa una etapa clave en la metainflamación y la inflammaging. La activación del NLRP3 es un proceso que se lleva a cabo en dos etapas, la primera señal para la preparación mientras la segunda señal resulta en la activación.

   El secretoma de adipoquinas y la heterogeneidad celular en el tejido adiposo de individuos obesos son grandemente alterados a través de la remodelación del tejido adiposo. Los adipocitos en el tejido adiposo blanco de individuos obesos comienza a secretar pequeñas cantidades de TNF-α, lo cual incrementa la concentración local de TNF-α que a su vez induce a las células endoteliales y preadipocitos a producir MCP-1. El MCP-1 actúa como quimioatrayente para monocitos circulantes y promueve la infiltración de macrófagos en el tejido adiposo de personas obesas. Las citoquinas pro-inflamatorias, en particular TNF-α, han sido implicadas como la principal causa de la reducción de adiponectina que se observa en los pacientes con obesidad. Los niveles de adiponectina se correlacionan inversamente con los niveles de Il-18. La adiponectina por sí misma ejerce una acción protectora contra la metainflamación y ejerce efectos inhibidores sobre el NLRP3 inflamasoma  a través de las rutas AMPK, autofagia, FoxO4 y NF-κB. A su vez, la IL-1β reduce la expresión y secreción de adiponectina, formando un asa de retroalimentación negativa. Por el contrario, los niveles de leptina aumentan en los individuos obesos y está demostrado que la leptina atrae macrófagos y promueve la adhesión de macrófagos al endotelio. La leptina activa las rutas JAK2-STAT3 y PI3K-AKT-mTOR en macrófagos, provocando un incremento en la captación de glucosa, regulación al alza de enzimas glucolíticas, disrupción de la función mitocondrial, aumento de la secreción de citoquinas pro-inflamatorias y aceleración de la fagocitosis. Adicionalmente, el incremento en los niveles de resistina, apelina y visfatina también contribuye a la metainflamación y culmina en resistencia a la insulina.

   La metainflamación induce resistencia a la insulina en músculos esqueléticos y tejido adiposo a través de la disrupción de rutas de transducción de la señal insulina, lo cual ocurre como una consecuencia de estrés oxidativo, estrés RE y disfunción mitocondrial. En condiciones fisiológicas, la unión de la insulina a su receptor en adipocitos y miocitos resulta en incremento en la expresión de GLUT4, el principal transportador de glucosa en adipocitos y miocitos esqueléticos. El GLUT4 es capaz de captar glucosa en estas células, lo cual está acoplado a la utilización de este sustrato en procesos metabólicos. La disrupción de la transducción de la señal del receptor de insulina resulta en disminución de la expresión de GLUT4 y la reducción de los niveles de GLUT4 en tejido adiposo puede provocar resistencia a la insulina en hígado y músculos esqueléticos. En numerosos estudios, la acumulación de especies de lípidos (como diacilglicerol  y  ceramida) resulta en alteración de la señal insulina a través de disminución de la fosforilación de sustratos del receptor de insulina. La reducción de la función mitocondrial en tejido adiposo y músculo esquelético ha sido relacionada con resistencia a la insulina en adultos y el mecanismo subyacente está relacionado con oxidación de lípidos y estrés oxidativo. El punto final común de estas perturbaciones en los procesos celulares es resistencia a la insulina en tejido adiposo, hígado y músculos esqueléticos.

   La resistencia a la insulina es una característica de la diabetes mellitus tipo 2 y precede al desarrollo de la enfermedad. La obesidad está fuertemente asociada con resistencia a la insulina. Los individuos obesos tienen una alta densidad de macrófagos en los islotes de Langerhans, como una manifestación de la metainflamación en el páncreas. La liberación de citoquinas inflamatorias por los macrófagos en los islotes pancreáticos provoca disfunción de las células β y alteración de la secreción de insulina. Los macrófagos de los islotes pancreáticos alteran la función de las células β a través de la ruta de señalización dependiente del factor de crecimiento derivado de plaquetas (PDGF). Adicionalmente, los macrófagos intra-islote pueden fagocitar directamente gránulos secretores de las células β y alterar la secreción de insulina a través de mecanismos dependientes del contacto célula-célula. Estos mecanismos de disfunción de células β culminan en alteración de la secreción de insulina en el contexto de resistencia a la insulina inducida por obesidad, lo cual reduce la capacidad del cuerpo para utilizar glucosa y resulta en hiperglucemia.

   Los macrófagos son los leucocitos más abundantes en los ovarios y el balance entre sus fenotipos determina el medio inmunológico en el ovario. Los MRT en los ovarios juegan roles importantes en la foliculogénesis, la ovulación y la luteolisis. Adicionalmente, las células granulosas del ovario expresan receptores similares a Toll (TLR) que pueden unirse a patrones moleculares  asociados al daño (DAMP) y patrones moleculares asociados a patógenos (PAMP) y secretar citoquinas quimiotácticas y pro-inflamatorias. La metainflamación subyace a la patogénesis del síndrome de ovarios poliquísticos (PCOS) y los macrófagos juegan un rol clave en este proceso. Los niveles del mARN de chemerina son regulados al alza en adipocitos  derivados de sujetos obesos. Los macrófagos de humanos y ratones expresan CMKLR1 (chemerin chemokine-like receptor-1), responsable del efecto quimiotático de la chemerina. En las pacientes con PCOS, la hiperandrogenemia incrementa los niveles de chemerina en los ovarios, lo cual promueve el reclutamiento de macrófagos CMKLR1⁺. Más aún, la liberación de citoquinas pro-inflamatorias por estos macrófagos puede incrementar la producción de andrógenos por las células tecales del ovario a través  de un aumento de la expresión de enzimas esteroidogénicas.  Esto genera un asa de retroalimentación positiva donde el reclutamiento de macrófagos CMKLR1⁺ y la liberación de citoquinas pro-inflamatorias provocan disfunción mitocondrial, peroxidación de lípidos y estrés oxidativo en los folículos ováricos. En conjunto, estos cambios disparan apoptosis en células granulosas y atresia de folículos ováricos, lo cual provoca ciclos anovulatorios, una característica de PCOS.

   Los macrófagos testiculares desarrollan funciones tróficas en las que son requeridos para la diferenciación de las células de Leydig y también para regular la esteroidogénesis. El microambiente testicular es adecuado para los macrófagos residentes testiculares y contribuye al privilegio inmune del testículo. Los macrófagos testiculares exhiben una alta expresión de CD163 y secretan altos niveles de IL-10 y bajos niveles de TNF-α, similar a un fenotipo M2. Las células de Sertoli pueden influir en la composición del líquido intersticial testicular a través de la liberación de activina A y TGF-β que limitan la proliferación  de macrófagos y mantienen un fenotipo M2 en los macrófagos testiculares. Los andrógenos producidos por las células de Leydig modulan la liberación de TGF-β y activina A. Los macrófagos testiculares tienen relevancia en la patogénesis de la infertilidad y el hipogonadismo. La metainflamación también ha sido relacionada con la infertilidad a través de la disminución de los niveles de testosterona. La proliferación de macrófagos testiculares, la liberación de citoquinas pro-inflamatorias y el reclutamiento de monocitos circulantes en los testículos y su diferenciación en macrófagos M1 tienen consecuencias adversas sobre la espermatogénesis. La disrupción del microambiente inmunoendocrino puede provocar desregulación de macrófagos testiculares, regulación a la baja de la esteroidogénesis en las células de Leydig e inhibición de la espermatogénesis. En conjunto esto culmina en hipoandrogenismo e hipogonadismo.  

   Los macrófagos están localizados en todas las zonas de la glándula adrenal y exhiben expresión de CD11c y kiM8. La evidencia experimental sugiere que los macrófagos adrenales tienen una función trófica y pueden jugar un rol en el desarrollo de la glándula adrenal. La evidencia experimental también sugiere que los macrófagos adrenales pueden estar involucrados en la regulación extra-hipofisaria de la función de la glándula adrenal a través de interacciones inmune-endocrinas intra-adrenales. Las citoquinas pro-inflamatorias, especialmente IL-1 y TNF-α influyen en la esteroidogénesis  en la corteza adrenal. Adicionalmente, las células cromafines de la médula adrenal pueden secretar neuropéptidos y quimioquinas que tienen efectos paracrinos sobre la corteza adrenal y también sobre los macrófagos.

   En la hipófisis, los macrófagos CD11b⁺F4/80⁺ están localizados en la adenohipófisis y tienen una función trófica. La densa población de macrófagos en el hipotálamo y la hipófisis representa un importante enlace entre los sistemas neural, endocrino e inmune. Los mediadores pro-inflamatorios pueden afectar la liberación de prolactina, FSH, LH, ACTH, TSH y hormona de crecimiento. Esto sugiere que el microambiente de citoquinas intra-hipófisis puede influir en la liberación de hormonas y la modulación de la función del sistema endocrino del cuerpo.

   En la glándula tiroides, los MRT derivan del saco vitelino embrionario y el hígado fetal. En condiciones fisiológicas, los MRT en la tiroides están involucrados en el recambio de coloide y ayudan a mantener la homeostasis. La evidencia experimental sugiere una relación bilateral entre células inmunes innatas y hormonas tiroideas. Las citoquinas producidas por los tirocitos influyen en el tamaño del bocio en respuesta a TSH activando o suprimiendo la actividad de los macrófagos. Por el contrario, las citoquinas producidas por los macrófagos, incluyendo IL-1, IL-6, IL-8 y TGF-β pueden afectar el eje hipotálamo-hipófisis-tiroides en múltiples niveles  e influir en el estatus tiroideo del huésped en desórdenes tiroideos y no tiroideos. La evidencia experimental también sugiere que las hormonas tiroideas participan en la regulación de la maduración de los macrófagos.

   En conclusión, los macrófagos juegan roles importantes en los tejidos endocrinos del cuerpo en condiciones fisiológicas y patológicas. En las gónadas, los macrófagos están implicados en la foliculogénesis y la ovulación en los ovarios, mientras en los testículos juegan roles importantes en la espermatogénesis y la producción de testosterona. En el páncreas, la interacción macrófago-célula β influye en el inicio y severidad de la disfunción de células β y la insuficiencia de islotes pancreáticos. En la obesidad, las interacciones macrófago-adipocito están implicadas en la remodelación del tejido adiposo, resistencia a la insulina, liberación de adipoquinas y la inducción de metainflamación.

Fuente: Rehman A et al (2021). Role of macrophages in the endocrine system. Trends in Endocrinology and Metabolism 32: 238-256.