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martes, 3 de mayo de 2016

Regulación de la secreción de grelina

La grelina deriva principalmente del estómago y el duodeno. La adición posttranslacional de un ácido graso de cadena media  (normalmente octanoato) por la enzima grelina O-aciltransferasa (GOAT) resulta  en grelina acilada, mientras la grelina desacilada ocurre por hidrólisis enzimática de la mitad acilada. La grelina acilada es mejor caracterizada por sus roles en la liberación de hormona de crecimiento y la ingesta de alimentos, con diversas acciones que también influyen en la homeostasis de la glucosa, la neuroprotección, el estrés, la inmunidad, la inflamación, el aprendizaje, la memoria  y el olfato. Estas acciones son mediadas a través del receptor de secretagogo de hormona de crecimiento 1A (GHSR), un receptor acoplado a proteína G. Los receptores GHSR  se encuentran en  numerosas regiones cerebrales  incluyendo al área tegmental ventral (ATV) donde son expresados en neuronas dopaminérgicas. Las neuronas dopaminérgicas del ATV regulan las conductas de recompensa. Estudios recientes  demuestran que la grelina desacilada también regula aspectos fisiológicos incluyendo la homeostasis de la glucosa y la proliferación  de vasos sanguíneos cerebrales, aunque su receptor aun no ha sido identificado.

La grelina es un péptido orexigénico y en los individuos delgados sus niveles plasmáticos fluctúan  dependiendo de la ingesta de energía. La concentración plasmática de grelina cae postprandialmente, lo que sugiere un rol como regulador a corto plazo de la homeostasis energética y, con pocas excepciones,   se correlaciona inversamente con el peso corporal. La restricción calórica  y la caquexia  incrementan las concentraciones plasmáticas de grelina, mientras la mayoría de individuos obesos  exhiben   niveles circulantes más bajos. Más aún, la disminución en la grelina circulante relacionada con ingesta de alimentos reducida ocurre en los “comelones emocionales”.  Las disminuciones en los niveles circulantes de grelina relacionadas con obesidad  pueden ser revertidas  por la pérdida de peso  inducida a través de la restricción calórica.  Por otra parte, la pérdida de peso activada por cirugía bariátrica  ha sido asociada con resultados variables en los niveles  circulantes de grelina, dependiendo del procedimiento utilizado.

La composición de macronutrientes en la dieta influye directamente  en la secreción de grelina. Los triglicéridos, la infusión de intralipid y la inducción experimental  de hiperglucemia reducen los niveles de grelina. Los estudios  con cultivos de células de mucosa gástrica demostraron que la liberación de grelina  se correlaciona negativamente con la concentración de glucosa. En estos estudios, la liberación de grelina  es inhibida por glucosa 10 mM y es estimulada por  glucosa 1 mM. La 2-deoxi-o-glucosa previene el efecto inhibidor  de la alta concentración de glucosa sobre la liberación de grelina, lo que sugiere que la glucosa debe entrar a  -y ser metabolizada  por- la célula  para bloquear la secreción de grelina. Estos hallazgos, sugieren que la glucosa regula la liberación de grelina   en la  circulación por las células de la mucosa gástrica.

Los ácidos grasos y el lactato también pueden reducir  la secreción de grelina  a través de receptores especializados  localizados en la membrana de las células que producen la grelina, incluyendo  al receptor GPR43 de ácidos grasos de cadena corta y al receptor GPR120 de ácidos grasos de cadena larga. Los aminoácidos también interactúan  directamente con las células que producen grelina para afectar su liberación. Por ejemplo, la exposición de L-glutamina disminuye la secreción de grelina. El receptor sensor de calcio, el cual ha sido implicado como sensor de calcio y aminoácidos aromáticos, también es expresado por las células que producen grelina y su activación disminuye la liberación de la hormona.

El sistema simpatoadrenal es un importante regulador de la secreción de grelina. La secreción de grelina aumenta cuando los nervios simpáticos son estimulados  o con la infusión de agentes adrenérgicos en la submucosa gástrica. El receptor adrenérgico β1 es altamente expresado en las células productoras de grelina. La adrenalina, la noradrenalina y el isoproterenol (agonista β-adrenérgico) estimulan la secreción de grelina, mientras la reserpina y el atenelol (antagonista β-adrenérgico) la bloquean.

La obesidad inducida por dieta (OID) está asociada  con bajos niveles circulantes de grelina. Más aún, la ingesta de comida  falla en disminuir  los niveles de grelina acilada en personas con obesidad. Para investigar este fenómeno,  se utilizaron cultivos de células de mucosa gástrica de ratones con OID, las cuales a diferencia de las células de ratones delgados, no secretan grelina acilada  cuando son expuestas a noradrenalina ni disminuyen la liberación  en respuesta a la glucosa.  Esto sugiere que la OID desensibiliza  las células productoras de grelina a estas señales fisiológicas. La OID también ha sido asociada con un ligero incremento  en la densidad de células productoras  de grelina  en el estómago de ratones con OID y humanos severamente obesos, representando una reacción compensatoria  a la sensibilidad alterada  de las células a la noradrenalina y la glucosa. La OID afecta otras células enteroendocrinas en estómago e intestino; por ejemplo, incrementa la densidad de células que producen somatostatina en ratones con OID. La somatostatina es un inhibidor  de la secreción de grelina, por lo tanto el incremento en las células enteroendocrinas que la  producen  podría aumentar el tono inhibidor en las células productoras de grelina.

La grelina, una vez liberada en la circulación, viaja al sistema nervioso central para llevar a cabo sus efectos sobre la ingesta de alimentos  y la homeostasis energética. Estos efectos son mediados por neuronas orexigénicas en el núcleo arcuato del hipotálamo que expresan neuropéptido Y  y péptido relacionado con el agouti (NPY/AgRP). Estos péptidos incrementan la ingesta de alimentos  a través de su unión a  -y activación  de- receptores Y1 y Y5  al tiempo que inhiben neuronas que contienen receptor melanocortina 4(MC4R). Los efectos estimuladores de la grelina sobre las neuronas orexigénicas NPY/AgRP son complementados con el incremento en los impulsos inhibidores GABAergicos postsinápticos  en las células proopiomelanocortina (POMC), lo cual previene el efecto supresor del neuropéptido anorexigénico hormona estimulante de melanocitos-α (MHSα) sobre la ingesta de alimentos.  La grelina también actúa sobre otras regiones del cerebro, incluyendo el sistema dopaminérgico del cerebro medio que también incrementa la ingesta de alimentos. Las neuronas NPY/AgRP también  influyen en conductas no relacionadas con la ingesta de alimentos  como la respuesta a la cocaína.

La respuesta de las células hipotalámicas a la grelina está aumentada en ratas en ayuno  y es suprimida por señales agudas de balance energético positivo como la insulina y la leptina. Más aún, la leptina suprime la expresión de genes NPY y AgRP, la señal de calcio y la tasa de disparo de potenciales de acción en las neuronas NPY/AgRP del núcleo arcuato. Por el contrario, la grelina y la señal GHSR no influyen en las acciones metabólicas  de la leptina, a pesar del 90% de co-expresión  de GHSR y receptor de leptina  en el núcleo arcuato. La insulina, por su parte,  inhibe  la expresión del gen NPY/AgRP y restringe el disparo de potenciales de acción en las neuronas NPY/AgRP a través de una hiperpolarización  inducida por canales KATP para suprimir la ingesta de alimentos. Estos hallazgos demuestran que la leptina y la insulina modulan independientemente la capacidad de la grelina para inducir la ingesta de alimentos a través de la activación de las neuronas NPY/AgRP. El ayuno es un estado metabólico que se caracteriza por bajos niveles de  insulina y leptina; por lo tanto, el hecho que el balance energético negativo potencie la acción de la grelina en el cerebro se puede deber a la remoción de la acción inhibitoria tónica de ambas hormonas. También es relevante señalar que el estado metabólico influye  en las acciones centrales de la grelina sobre  la función del hígado y la regulación de la glucosa sanguínea. En este contexto,  la infusión intracerebroventricular  de grelina acilada incrementa los genes gluconeogénicos en el hígado y la glucosa sanguínea en respuesta a una carga de  piruvato.  Durante la restricción calórica severa, la grelina es requerida  para mantener la gluconeogénesis  y la glucosa sanguínea. Más aún, el ayuno incrementa  la entrada  de grelina acilada en el núcleo arcuato donde se une a las neuronas NPY/AgRP. En conjunto, estos datos demuestran que las  acciones centrales de la grelina son potenciadas por el balance energético negativo.

Los niveles plasmáticos de grelina y leptina  se correlacionan inversamente, lo cual es consistente  con la función orexigénica de la grelina  y la función anorexigénica de la leptina y sugiere una relación de contrarregulación. En efecto, la leptina hiperpolariza las neuronas NPY/AgRP  a través de la ruta fosfoinositido 3-quinasa (PI3K)-fosfodiesterasa (PDE3) y regula negativamente  la expresión de ARNm  de NPY y AgRP. Adicionalmente, la leptina suprime específicamente el incremento en la concentración de Ca2+  inducido por la grelina en las neuronas NPY/AgRP  y por consiguiente bloquea la ingesta de alimentos.  Por otra parte, diversos estudios sugieren que la hiperleptinemia podría ser la causa de la resistencia a la grelina en ratones con OID más que la obesidad per se. Una buena cantidad de trabajos  sugieren que la inflamación hipotalámica inducida por la OID es un proceso  clave en el desarrollo de diabetes y resistencia  hormonal. Sin embargo,  aunque  la presencia de inflamación en el hipotálamo  está asociada  con resistencia a la grelina, la sensibilidad normal  a la grelina en ratones ob/ob con  inflamación hipotalámica    es un dato  que la descarta   como una causa de resistencia a la grelina. Más aún, los ratones ob/ob alimentados con una dieta rica en grasas exhiben gliosis en el núcleo arcuato pero conservan la sensibilidad a la grelina, lo que sugiere que la gliosis hipotalámica no causa  resistencia a la grelina. La grelina estimula muchas conductas orientadas a la ingesta de alimentos.  La grelina también afecta parámetros complementarios de la ingesta de alimentos incluyendo la promoción del aprendizaje y la memoria, disminución de la ansiedad y aumento de las propiedades  de recompensa de alimento. En última instancia, la grelina informa  al cerebro de la baja disponibilidad de energía  que maneja las adaptaciones biológicas que aseguran la ingesta de alimentos.

La tasa de pérdida de peso  o la restricción de la ingesta de alimentos  son las señales  que reinstalan la sensibilidad a la grelina. Los estudios en humanos  demuestran que la grelina plasmática es regulada por  la disponibilidad de alimentos. En individuos sanos, la grelina incrementa después de la perdida de peso. Los niveles de grelina también aumentan después de la pérdida de peso en los sujetos obesos, aun cuando los pacientes sigan con sobrepeso.  Se necesitan más doce meses  para que la grelina  regrese a los niveles normales después de la pérdida de peso. La grelina plasmática  es elevada en individuos que frecuente e intencionalmente pierden peso  pero que no pueden mantener la pérdida de peso.  El cerebro percibe  la disponibilidad reducida de alimentos o la rápida pérdida de peso corporal como una forma de balance energético negativo y responde  a través del sistema neuroendocrino grelina  para incrementar la ingesta de alimento y la motivación y así prevenir  una mayor pérdida de peso.  Este mecanismo está dirigido a la defensa del peso corporal durante periodos de relativa abundancia de alimentos.

En conclusión, la grelina es una hormona metabólica que promueve la conservación de energía regulando el apetito y el gasto de energía. El estado metabólico dicta la eficacia funcional  del sistema neuroendocrino grelina. En primer lugar, la obesidad reduce las concentraciones plasmáticas de grelina reduciendo la tasa de  secreción  en el estómago. En segundo lugar, la respuesta central a las acciones periféricas de la grelina  es reducida a través del efecto combinado  de la disminución de la expresión de GHSR en las neuronas blanco y la alteración de la retroalimentación  endocrina  en el estado de OID. En tercer lugar, la resistencia a la grelina ocurre en diferentes circuitos neurales que regulan la homeostasis energética. La resistencia a la grelina  es un mecanismo  diseñado  para proteger al organismo de una mayor pérdida de peso durante períodos de relativa abundancia  de alimentos y maximizar las reservas de energía durante la escasez de energía. Esto refleja el rol fisiológico de la grelina en la defensa del peso corporal  y la homeostasis de la glucosa. 


Fuente: Zigman JM et al (2016). Obesity impairs the action of the neuroendocrine ghrelin system. Trends in Endocrinology & Metabolism 27: 54-63. 

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