Sueño y metabolismo

El sueño y la vigilia  son dos conductas mutuamente  excluyentes.  El sueño es “un estado rápidamente reversible de inmovilidad  (conductual)  y una respuesta sensorial  grandemente reducida a los estímulos ambientales”. Estados similares  al sueño ocurren en vertebrados inferiores  y a través del reino animal, lo que sugiere un mecanismo ancestral fuertemente conservado, necesario para las necesidades primarias y esenciales. El sueño es importante para la maduración cerebral, los procesos cognitivos y el aclaramiento metabólico en el cerebro. El sueño depende  fuertemente de la actividad previa durante la vigilia y prepara al cerebro y al cuerpo para futuras acciones. El entendimiento  de los mecanismos neurobiológicos que subyacen  al control cerebral del ciclo sueño-vigilia  es limitado. El control del ciclo  sueño-vigilia es apoyado por distintas redes celulares (células neuronales y no neuronales) distribuidas  a través del sistema nervioso central (SNC). La “estabilidad” de este ciclo  es importante para el adecuado funcionamiento  y la supervivencia  de los organismos/especies.

En los mamíferos, los estados de vigilia, sueño sin movimientos oculares rápidos (NREN o sueño  de ondas lentas) y sueño con movimientos oculares rápidos (REM, algunas veces llamado sueño paradójico) se caracterizan por distintas señales en el electroencefalograma (EEG), el electromiograma (EMG) y el electrooculograma (EOG) y ciclos con  períodos ultradianos y circadianos. La vigilia se caracteriza por oscilaciones corticales de alta frecuencia/baja amplitud en el EEG, actividad muscular y movimientos oculares. Después de un período prolongado de vigilia, aumenta la presión de sueño, la cual refleja  un  proceso llamado  homeostasis del sueño y provoca el inicio  del sueño NREM. Las oscilaciones corticales  tanto globales como locales se caracterizan por ondas lentas  (<1 Hz), oscilaciones delta de alta amplitud (0,5-4 Hz) y haces (9-15 Hz) acompañados por baja actividad muscular y ausencia de movimientos oculares. El sueño REM  es un estado  con predominio de ondas teta (6-9 Hz) en el EEG, ausencia de tono muscular postural (solamente persisten sacudidas musculares), y fluctuaciones de la frecuencias cardiaca y respiratoria acompañadas por movimientos oculares rápidos. 

Aunque los mecanismos neurobiológicos que controlan la recurrencia de estos estados  a través de períodos de 24 horas no están claros, los estudios farmacológicos y (opto) genéticos sugieren que el inicio, mantenimiento y terminación de los estados de vigilia, sueño NREM y sueño REM dependen de excitación/inhibición entre los distintos circuitos distribuidos a través del sistema nervioso central (SNC). En particular, los datos revelan que la vigilia está asociada  con un incremento en la actividad de neuronas que expresan  hipocretina/orexina (Hcrt/ox) en el hipotálamo lateral (HL),  neuronas noradrenérgicas  del locus coeruleus (LC) en el tallo cerebral, neuronas serotoninérgicas de los núcleos del rafe dorsal (NRD) en el tallo cerebral,  neuronas histaminérgicas del núcleo tuberomamilar (NTM) en el hipotálamo posterior y neuronas colinérgicas de núcleo tegmental laterodorsal  (TLD) en  cerebro medio,  de cerebro anterior basal  y pedunculopontinas (PPT). Durante el sueño NREM, la actividad de los circuitos tálamo-cortico-talámicos es altamente sincronizada y genera  oscilaciones lentas en el EEG. Las neuronas inhibidoras en el hipotálamo anterior y el tallo cerebral también son muy activas, pero su relación funcional con las redes tálamo-corticales y corticales aún no está clara. Durante el sueño REM, las células inhibidoras en hipotálamo anterior y lateral así como las neuronas glutamatérgicas y GABAérgicas de tallo cerebral son muy activas.

En la literatura se menciona un rol dual de los circuitos  sueño-vigilia en el cerebro. Por ejemplo, las neuronas noradrenérgicas del LC  representan un centro  para la vigilia, pero también controlan la respuesta al estrés y la atención durante procesos cognitivos. Asimismo, los circuitos  de sueño y sedación  localizados en el hipotálamo anterior (VLPO; LPOA, etc) concomitantemente regulan la temperatura corporal. Más caudalmente, las neuronas en el HL que expresan  hcrt/ox, hormona concentradora de melanocitos (MCH), GABA y glutamato poseen  modalidades sensoriales y controladoras, y su actividad es fuertemente modulada por productos metabólicos (aminoácidos, glucosa, etc). Los circuitos del HL  controlan el sueño y el metabolismo a través de redes multi-tareas.   En este contexto, estudios clínicos y experimentales reportan una alta prevalencia de síndrome metabólico asociado  con desordenes del sueño y viceversa. Los pacientes con restricción crónica de sueño, sueño fragmentado o sueño corto durante la noche presentan un incremento  en el riego de enfermedades patológicas incluyendo diabetes y obesidad. Esta asociación sugiere  la existencia de circuitos subyacentes  que regulan  el ciclo sueño/vigilia y el metabolismo. La evidencia celular/molecular apoya estas propiedades integrativas de los circuitos hipotalámicos.

El HL es un centro homeostático  que controla la ingesta de alimentos, el balance metabólico, conductas dirigidas hacia recompensas naturales (alimento, sexo) y artificiales (drogas) y estados sueño-vigilia. Esta área hipotalámica contiene  múltiples tipos de células con perfiles neuroquímicos únicos, transportadores  vesiculares, conectividad, receptores de membrana o funciones. En contraste con la estructura laminar de las redes corticales  o hipocampales, los circuitos del HL forman una intrincada red local y extensa de células excitadoras e inhibidoras sin características anatómicas aparentes. Los registros electrofisiológicos de las células del HL a través del ciclo sueño-vigilia identifican una amplia  variedad de actividad neuronal, la cual se correlaciona  con los estados  de sueño NREM o REM y/o vigilia, lo que sugiere la existencia de  (sub) poblaciones neuronales con propiedades inducidas por el sueño y la vigilia.  Las neuronas que expresan Hcrt/ox e histamina representan sistemas que promueven la vigilia, su actividad celular es baja durante  la vigilia quieta y alta durante la atención y la vigilia activa, pero cesa casi completamente durante los sueños NREM y REM. La activación del sistema Hcrt/ox se correlaciona con el alerta asociado con la respuesta al estrés, la adicción a opiáceos y los estímulos sensoriales. Las neuronas del HL activas  en el sueño REM  incluyen células que expresan  GABA y MCH, mientras las neuronas activas en el sueño NREM que expresan galanina  han sido registradas en el hipotálamo  anterior de ratas.  Estudios recientes demuestran el rol promotor de sueño  de las neuronas MCH. Las neuronas MCH del LH, además de MCH,   expresan otros péptidos (nesfatina, CART, MGOP) junto con el gen glutamato descarboxilasa GAD67/65 que produce GABA. Estos hallazgos sugieren una naturaleza inhibidora de las neuronas MCH que ha sido confirmada recientemente.

Durante un rebote  de sueño, un gran número (60%) de células c-fos (marcador de actividad neuronal) son inmuno-reactivas para MCH.  Las neuronas  MCH muestran máxima descarga  durante el sueño REM, baja actividad durante el sueño NREM y mínima descarga durante la vigilia. Un perfil de descarga opuesto  a la actividad de las células Hcrt/ox. La infusión intracerebroventricular (icv) de MCH en ratas causa hipersomnia por incrementos dosis-dependientes  del sueño NREM (70%) y sueño REM (200%), mientras los antagonistas MCH-R1 tienen el efecto opuesto. Consistente con estos hallazgos, la activación optogenética  aguda  de neuronas MCH en el inicio del sueño  REM extiende su duración  pero no los episodios de sueño NREM. Por el contrario, el silencio optogenético agudo  de las neuronas MCH reduce la frecuencia  y la amplitud del ritmo teta hipocampal sin afectar la duración del sueño REM, lo que sugiere una transición al sueño NREM, posiblemente a través de la inhibición de centro del despertar distribuidos fuera  del hipotálamo.

Los estudios que han investigado  el sueño y los roles metabólicos  de células GABAérgicas  en el HL reportan que expresan transportadores de vesículas de GABA (VGAT), GAD65/67, la forma larga  del receptor de leptina o péptido MCH. Estas células  son activas principalmente  durante la vigilia o sueño REM. Las neuronas  HL_GAD67  envían proyecciones descendentes  al tallo cerebral, mientras las neuronas involucradas  en la regulación del sueño REM envían proyecciones ascendentes a la corteza cerebral.  Estos resultados sugieren una fuerte heterogeneidad anatómica entre las neuronas HL_GABA en el control de los estados del sueño. Consistente con su actividad durante la vigilia, la activación optogenética aguda  de las neuronas  HL_VGAT promueve un rápido despertar. Más específicamente aquellas neuronas  que proyectan al núcleo reticular del tálamo (NRT), referidas como HL_VGAT-NRT_GABA, representan un circuito del despertar  del hipotálamo. Por el contrario,  su activación optogenética durante el sueño REM no tiene ningún efecto, lo que sugiere que el circuito HL_VGAT-NRT_GABA está involucrado en el sueño NREM, pero no en la transición del  sueño REM a la vigilia.  Por otra parte, un subgrupo  de células HL_VGAT se proyecta al LC e induce despertar independientemente del estado cerebral del animal. Entonces, las neuronas   LH_VGAT-NRT_GABA representan un potente circuito  que promueve el despertar  a partir del sueño NREM pero no a partir del sueño REM. Esto último apoya la idea que hay una alta especificación  entre los circuitos del despertar en el cerebro.

La estimulación optogenética aguda  de las células HL_VGAT durante el sueño NREM provoca un rápido despertar, pero su activación óptica crónica  durante la vigilia induce una sostenida respuesta  de ingesta de alimento. Estos hallazgos proporcionan una evidencia causal del rol dual de estas células en el sueño y el metabolismo. El apetito es regulado  por la interacción  entre señales metabólicas y hormonales y el sistema nervioso central. El hipotálamo regula la homeostasis energética (ingesta de alimentos y gasto de energía) “sensando” señales hormonales circulantes  e integrando señales autónomas, endocrinas y ambientales en conductas coherentes dirigidas a un objetivo. En este contexto,  la leptina inhibe  neuronas del núcleo arcuato que co-expresan neuropéptido Y (NPY) y péptido relacionado con el agouti (AgRP) al tiempo que excita neuronas proopiomelanocortina (POMC), que también co-expresan  transcripto relacionado con cocaína y anfetamina (CART). Sin embargo, factores circulantes adicionales  revelan un mecanismo más complejo. Por ejemplo, la ghrelina, una hormona estimulante del apetito, tiene el efecto opuesto al de  la leptina.  Entonces, la activación  de las neuronas POMC/CART y NPY/AgRP tiene propiedades anorexigénicas y orexigénicas, respectivamente. Las neuronas de “primer orden” del núcleo arcuato se proyectan a neuronas de “segundo orden” en el HL  donde se integran señales ambientales, compulsivas y recompensa/hedónicas de aferencias extra-hipotalámicas. Estas señales son integradas  en el componente homeostático  de la respuesta inicial  de una conducta  innata/propositiva/dirigida. Las neuronas de “segundo orden” incluyen células  en las áreas hipotalámicas medial y lateral  que producen Hcrt/ox, MCH, CART, neurotensina, nesfatina, endocanabinoides y neuronas HL_GABA y HL_Glu.

La activación  eléctrica y farmacológica de las neuronas del HL revela  su participación  en la ingesta de alimentos y procesos de reforzamiento. Entre los numerosos roles de las neuronas MCH, su participación en la conducta alimenticia y la homeostasis energética está bien documentada. La MCH tiene propiedades orexigénicas  agudas. En efecto, el sistema MCH es regulado hacia arriba  después del ayuno. Los ratones con sobre expresión  de MCH desarrollan obesidad e hiperfagia mientras la inactivación genética  de la neurotransmisión MCH  produce delgadez, hiperactividad y alta tasa metabólica. La modulación MCH del flujo de líquido cerebroespinal ha sido propuesta como un posible mecanismo para el control del metabolismo por las neuronas MCH. Dos estudios separados sugieren que las neuronas MCH  incrementan el flujo de líquido cerebroespinal  a través de los ventrículos. Estos hallazgos fueron confirmados por la activación optogenética  de las neuronas MCH. Además de este efecto metabólico, la activación de las neuronas MCH apoya el efecto recompensa que sigue a la ingesta de alimentos a través de un incremento en los niveles de dopamina. Estos estudios demuestran que la activación  del sistema MCH está involucrada en el metabolismo y la recompensa. Además de las neuronas HL_MCH, las células HL_VGAT han sido identificadas como un componente crucial  del apetito.  La manipulación local de las neuronas HL por infusión  de agonistas GABA_A media la supresión de la ingesta de alimentos  y disminuye el peso corporal, mientras antagonistas  GABA_A incrementan la ingesta de alimentos. Estos resultados contrastan con estudios optogenéticos recientes. La estimulación optogenética  demuestra  que la activación  de las células HL_VGAT induce la ingesta de alimentos consistente con los estudios eléctricos y auto-estimulación óptica, mientras la activación de neuronas HL_vglut2 tiene el efecto opuesto. En conjunto, estos hallazgos sugieren que, primero, la modulación de neurotransmisores como GABA y glutamato puede generar respuestas rápidas como las observadas con la manipulación  de neuronas de “primer orden” del núcleo arcuato; segundo,  subpoblaciones GABAérgicas y glutamatérgicas del HL genéticamente distintas  pueden producir  señales bidireccionales (fenotipos conductuales opuestos); y tercero, esto puede reflejar  el balance momento a momento en la actividad  de glutamato y GABA en el HL.

Consistente con un rol multi-tarea de las células del HL en el sueño y el metabolismo, las alteraciones de uno u otro a menudo exacerban el metabolismo o el homeostato del sueño, respectivamente. Por ejemplo, las neuronas HL_hcrt/ox son importantes  para mantener la vigilia requerida para la conducta alimenticia.  Hallazgos similares se  presentan  en la modulación del sueño REM por células HL_MCH durante el balance energético negativo.  En línea con estos hallazgos, estudios recientes apoyan un posible rol multi-tarea para las neuronas HL_GABA  en la vigilia y el metabolismo. Distintos blancos de las células  HL_GABA podrían potencialmente mediar la vigilia y/o la ingesta de alimentos.  En particular, blancos de HL_GABA como la habénula lateral, el área tegmental ventral, circuitos hipotalámicos locales, núcleos hipotalámicos periventriculares o núcleos del tallo cerebral  pueden mediar los efectos en la alimentación y la recompensa asociados con la activación  de células HL_VGAT. Los núcleos hipotalámicos periventriculares  que promueven la vigilia y la ingesta de alimentos pueden representar un blanco convergente  de las células HL_GABA multi-tareas. Asimismo, blancos del tallo cerebral de HL_GABA, incluyendo locus coerulus y núcleo parabraquial también pueden modular la vigilia y el apetito, posiblemente a través de circuitos locales.

Alternativamente, a la luz  de la anatomía funcional de las neuronas hipotalámicas y las células HL_GABA en particular,  es posible describir  dos mecanismos basados en circuitos  en el control del sueño y el metabolismo.  Primero, la actividad de los grupos de células HL_GABA que gobiernan el sueño y el metabolismo es secuencialmente organizada. En este esquema, las células HL_GABA primero provocan el despertar a partir del sueño, lo cual permite la elaboración de la conducta de ingesta de alimentos, mientras su actividad prolongada induce la ingesta de alimentos.  Alternativamente, su activación durante la vigilia consolida el despertar así como la atención y/o integración de factores ambientales relevantes para la conducta de consumo. Esto podría en última instancia permitir una apropiada  conducta dirigida a objetivo (ingesta de alimento) y posteriores ajustes del estado metabólico del organismo. El hecho  que la activación de células HL_GABA  provoque apetito en animales saciados sugiere que esta respuesta de ingesta de alimentos no es una consecuencia  de que el animal está despierto, sino una respuesta especifica de objetivo. En el estado de saciedad, la actividad de las células HL_GABA es progresivamente apagada  para permitir un período de reposo postprandial  y el inicio del sueño.  Segundo, la actividad de las células HL_GABA que gobiernan el sueño y el metabolismo está organizada en paralelo.  En este caso y de acuerdo con el modelo de circuitos moduladores del cerebro, los blancos de las células HL_GABA se activan simultáneamente para promover  el despertar y la ingesta de alimentos durante la vigilia. Varios factores están involucrados: (1) funciones moduladas por estas células (atención visual, coordinación motora, etc) que pueden reforzar  la selectividad de la respuesta conductual.; (2) rutas secuenciales y paralelas  no mutuamente excluyentes que pueden ocurrir  simultáneamente y potenciar una determinada respuesta conductual. Ambos mecanismos, secuencial y paralelo, han sido descritos en el SNC, incluyendo las neuronas de “primer orden” y “segundo orden” en la ingesta de alimentos o el sistema reticular activador ascendente  en el despertar.  Sin embargo, a pesar de la activación secuencial o paralela de los grupos de células HL_GABA, los mecanismos sinápticos no son claros.

En conclusión, avances recientes en las funciones  de las neuronas en el hipotálamo lateral han identificado un subgrupo de células inhibidoras  como moduladoras cruciales del ciclo sueño-vigilia y el metabolismo. Los impulsos inhibidores de los grupos de células HL_GABA controlan la actividad  de las células del NRT, el cual a su vez ejerce  un fuerte control inhibidor sobre células excitadoras  tálamo-corticales  y cortico-talámicas. La inhibición mediada por GABA  puede  resultar en una excitación neta indirecta, a través de la desinhibición  de circuitos del despertar y/o apetito o una inhibición directa  de centros del sueño o  sistemas supresores  del apetito.  Además de la modulación  del sueño y el metabolismo, el hipotálamo lateral apoya otras funciones de supervivencia, incluyendo la respuesta al estrés, la conducta maternal y la recompensa.

Fuente: Gutiérrez Herrera C et al (2017).  Sleep & metabolism: the multitasking ability of lateral hypothalamic inhibitory circuitries.  Frontiers in Neuroendocrinology 44: 27-34. 

Funciones y fisiología de nesfatina-1

En el año 2006, Oh-I y colaboradores re-descubrieron el NEFA/nucleobindin 2 (Nucb2), un gen activado por el receptor γ de proliferador de peroxisoma (PPARG) en líneas  de células inmortalizadas y  más tarde en el hipotálamo  de roedores.  Un producto de este gen es NUCB2, un péptido de 396 aminoácidos, originalmente descrito como una proteína secretada de función desconocida que posee varios sitios de potenciales clivajes, lo que sugiere un procesamiento posterior.  El fragmento N-terminal del NUCB2, llamado nesfatina-1, fue identificado en el líquido cerebroespinal y el núcleo paraventricular (NPV) del hipotálamo de la rata y posteriormente en plasma humano. También se encontró que reduce la ingesta de alimentos de manera dosis-dependiente cuando es administrado a roedores por vía intracerebroventricular (icv).

El ARNm de Nucb2 es expresado principalmente en mucosa gástrica y tejido adiposo blanco y, en menor extensión, en otros órganos periféricos como páncreas y testículo. En el sistema nervioso central (SNC), el ARNm de Nucb2 está presente en muchas regiones como hipotálamo y tallo cerebral, por ejemplo. El gen Nucb2 codifica un péptido de 420 AA que contiene un péptido señal de 24 AA y un péptido de 396 AA llamado NUCB2.  El potencial clivaje de NUCB2 por las convertasas (PC) 1/3 y PC2 da origen a tres fragmentos: nesfatina-1 (AA 1-82), nesfatina -2 (AA 85-163) y nesfatina-3 (AA 166-396). El NUCB2 se co-localiza con estas enzimas en el citoplasma. Alternativamente, otras enzimas, por ejemplo, la proteína unida a membrana furina, la cual actúa en la misma línea de las PC, puede estar involucrada en el procesamiento de NUCB2.  Sin embargo, aunque la existencia de nesfatina-1 ha sido demostrada en vivo, se desconoce si nesfatina-2 y nesfatina-3 existen y son secretadas en vivo. Para la acción biológica, es de particular relevancia el segmento medio de la nesfatina-1 que corresponde a los AA 24-53.  A nivel celular, al menos en el NPV, la nesfatina-1 se localiza principalmente en vesículas secretoras en el pericario cerca del aparato de Golgi, pero no en los terminales axónicos, lo cual sugiere una liberación dendrítica y eventuales acciones autocrinas o paracrinas. Por otra parte, está demostrado que la nesfatina-1 puede cruzar la barrera hematoencefálica por difusión transmembrana no saturable. Este hallazgo sugiere que la nesfatina-1 periférica (endógena o exógena) puede tener acceso al SNC y ejercer acciones biológicas.

Aunque el receptor de nesfatina-1 aún no ha sido identificado, se han detectado sitios de unión específicos para nesfatina-1 en el SNC (por ejemplo, hipotálamo, corteza cerebral) y órganos periféricos (por ejemplo, tracto gastrointestinal, páncreas). En la mayoría de los tipos de células, la nesfatina-1 estimula la entrada de Ca²⁺ a través de canales tipo L, P/Q o N. La despolarización neuronal y el incremento en el Ca²⁺ intracelular se pueden prevenir con el pretratamiento con toxina pertussis, lo que indica compromiso de un receptor acoplado a proteína G. En efecto, diversos estudios sugieren la existencia de uno o más receptores acoplados a proteína G en la señal nesfatina-1. Sin embargo, los hallazgos actuales sobre los eventos de señalización intracelular de la nesfatina-1 deben ser interpretados con precaución, algunas observaciones no son eventos de señalización de un potencial receptor de nesfatina-1 sino resultados de cascadas de señalización de receptores relacionados con el receptor de nesfatina-1, como el receptor melanocortina (MC) 3 o 4.

La nesfatina-1 y su precursor NUCB2 poseen propiedades anorexigénicas. La inyección de NUCB2 o nesfatina-1 en el tercer ventrículo en dosis similares reduce la ingesta de alimentos en ratas alimentadas ad libitum. Más aún, el efecto anorexigénico de la nesfatina-1 es independiente de la leptina. Por otra parte, la administración intraperitoneal del segmento medio de nesfatina-1 disminuye la ingesta de alimentos en ratones delgados y obesos resistentes a leptina, lo cual sugiere que también la nesfatina-1 periférica induce anorexia de manera independiente de leptina.  La nesfatina-1 periférica puede afectar la regulación de la ingesta de alimentos en el SNC a través del acceso directo al cerebro, por aferentes vagales o vía mensajeros endocrinos, como la colecistoquinina (CCK). Cómo y en qué extensión estos diferentes medios de señalización son de relevancia fisiológica, no ha sido dilucidado hasta ahora.

Aunque la nesfatina-1 endógena regula la conducta alimenticia, su expresión también puede ser regulada por el estado de alimentación. En roedores, los niveles de NUCB2/nesfatina-1 en los núcleos hipotalámicos supraóptico (NSO) y paraventricular (NPV) y tejido adiposo subcutáneo son reducidos por el ayuno y se normalizan con la realimentación. Adicionalmente, la inyección aguda central y periférica del segmento medio de nesfatina-1 reduce la ingesta de alimentos en ratones alimentados con una dieta rica en grasas, lo cual indica que la exposición de larga duración a una dieta rica en grasas no causa resistencia a la nesfastina-1. Más aún, la señal nesfatina-1 es importante en la mediación de la anorexia inducida por leptina. Estudios recientes demuestran que la leptina incrementa la expresión del ARNm de Nucb2 en el NPV in vivo e in vitro. De acuerdo con esto, en los ratones que carecen de NUCB2 en el NPV, la administración central y periférica de leptina falla en inducir anorexia.

El sistema nesfatinérgico interactúa con otros sistemas que regulan la conducta alimenticia. Por ejemplo, el efecto anorexigénico inducido por la nesfatina-1 es bloqueado por la administración central de antagonistas del receptor MC3/4. Contrario a las acciones periféricas de la leptina, la administración central o periférica de nesfatina-1 o su segmento medio a ratas, incrementa la expresión de proopiomelanocortina (POMC) y transcripto relacionado con anfetamina y cocaína (CART) en el núcleo del tracto solitario, (NTS) pero no en hipotálamo. La interacción entre estos dos sistemas es apoyada por el hallazgo que la administración de hormona  estimulante de melanocitos-α (α-MSH) incrementa la expresión de Nucb2 y activa neuronas NUCB2/nesfatina-1 en el NPV.

El efecto anorexigénico de la nesfatina-1 es, al menos en parte, mediado por neuronas oxitocinérgicas. En efecto la nesfatina-1 se co-localiza  con oxitocina  en neuronas de NSO y NPV. La nesfatina-1 influye en la excitabilidad de las neuronas oxitocinérgicas del NPV  in vitro,  la nesfatina-1 endógena  altera la liberación de oxitocina en cortes de NPV. Sin embargo, la administración central  de nesfatina-1  no afecta los niveles plasmáticos  de oxitocina en ratas, lo que indica que la liberación axonal de oxitocina liberada por neuronas de NSO y NPV  no es afectada. Por otra parte, cuando es inyectada  en sitios específicos   del NPV, la nesfatina-1  suprime la ingesta de alimentos  por estimulación  del sistema oxitocina, junto con un incremento en la expresión de c-fos en el NTS, lo cual sugiere que las neuronas oxitocinérgicas que se proyectan del NPV al NTS son moduladas por  nesfatina-1 para inducir anorexia. El sistema nesfatinérgico también interactúa  con  el sistema hormona liberadora de corticotropina/receptor CRH2 (CRF/CRHR2)  para modular la conducta alimenticia.  En la rata, la nesfatina-1 se co-localiza con CRH  en el NPV e in vitro influye en la excitabilidad de neuronas que expresan Crh. La administración de un antagonista específico de CRHR2 (astressin₂-B) en el cerebro anterior elimina el efecto anorexigénico  de la nesfatina-1. La nesfatina-1 también se co-localiza  con  neuropéptido Y, un péptido orexigénico, en el núcleo arcuato (ARC). Un estudio electrofisiológico demuestra que  la mayoría de neuronas que expresan NPY  en el ARC son hiperpolarizadas por la nesfatina-1, lo que indica que la nesfatina-1 podría suprimir la ingesta de alimentos regulando hacia abajo la señal NPY. Otro estudio  reporta que el efecto orexigénico  de la ghrelina periférica   es bloqueado por desacil ghrelina a través de la activación  de neuronas NUCB2/nesfatina-1 del ARC.  También ha sido sugerida una interacción entre nesfatina-1  y el sistema serotoninérgico. La m-clorofenilpiperazina, agonista del receptor 5HT_1B/2C, induce anorexia de manera independiente  de leptina regulando hacia arriba la expresión de Nucb en el hipotálamo de la rata.  Finalmente, otro estudio, involucra a la histamina  y a la hormona liberadora de tirotropina (TRH) en la mediación de los efectos   de la nesfatina-1. La histamina es conocida  por su potencia  en la reducción  del apetito y la nesfatina-1 es expresada en el área hipotalámica tuberal (AHT) donde  se localizan exclusivamente las neuronas histaminérgicas. La administración central de histamina incrementa la expresión de NUCB2/nesfatina-1 en el NPV y, a su vez, la administración central de nesfatina-1 incrementa el recambio de histamina en el hipotálamo. La administración de nesfatina-1 también resulta  en un incremento en la expresión del ARNm de TRH  en el  NPV pero cuando se co- administran anticuerpos contra TRH, el efecto anorexigénico de la nesfatina-1 es atenuado.

La nesfatina-1 altera el patrón de comida. En ratones, la administración central de nesfatina-1 reduce el tamaño  de la comida e incrementa los intervalos entre comidas indicando  saciedad (terminación de la comida) y saciación  (inicio retardado de la comida), mientras la inyección central de segmento medio de  nesfatina-1 induce  saciedad sin afectar la saciación. Por el contrario, en ratas alimentadas con comida normal, el segmento medio de nesfatina-1  induce saciación, mientras en ratas con obesidad inducida por dieta induce saciedad.  Estos resultados mixtos pueden ser explicados por diferencias en especies, en la afinidad de la unión con el receptor  entre la nesfatina-1 y su segmento medio y/o en la activación de diferentes rutas de señalización dependiendo de las condiciones de la dieta. En un estudio reciente, el tratamiento con nesfatina-1  resulta en la regulación hacia arriba  de CCK (un péptido que induce saciación) y en la regulación hacia abajo  del péptido YY (PYY, un péptido que induce saciedad), in vitro e in vivo.

La nesfatina-1 no solo está involucrada  en la conducta alimenticia sino también  en la regulación  de los líquidos corporales. La inyección icv  de nesfatina-1 reduce la ingesta de agua, un efecto mediado por receptores MC3/4  y de oxitocina. El efecto antidipsogénico  de la nesfatina-1 tiene un inicio más temprano  que el efecto anorexigénico (60 min vs 150 min), lo cual aumenta la posibilidad que la reducción en la ingesta de alimentos puede ser una consecuencia  de la reducción en la ingesta de fluido.  Adicionalmente, la reducción en la ingesta  provocada por la nesfatina-1 es más pronunciada  con el   agua que con la comida (70% vs 50%, respectivamente). El ARNm de Nucb2 es expresado en el órgano subfornical (OSF), un área involucrada en la regulación  de los fluidos corporales y un estudio electrofisiológico in vitro  demuestra la capacidad de las neuronas del OSF para responder a la nesfatina-1. La prolongada deprivación de agua  incrementa los niveles de NUCB2/nesfatina-1  en  OSF, NSO y NPV, los cuales son normalizados  con la rehidratación.  

La nesfatina-1 está involucrada en los aspectos relacionados con la recompensa  de la conducta alimenticia.  En efecto, la proteína NUCB2/nesfatina-1 es expresada en áreas relacionadas  con la recompensa como el núcleo amigdaloide, el núcleo accumbens (NAcc), el hipotálamo lateral y los núcleos del rafe dorsal (RD). Por otra parte, la nesfatina-1 hiperpolariza  neuronas dopaminérgicas  de la sustancia negra, un área cerebral  involucrada en funciones sensorimotoras,  la recompensa y la aversión. Las neuronas dopaminérgicas se originan en el área  tegmental ventral (ATV), inervan el NAcc y liberan dopamina en respuesta a estímulos  de recompensa (o aversivos).  La administración icv de nesfatina-1  disminuye la liberación de dopamina en el NAcc.  Si la nesfatina-1  actúa directamente  o a través del reclutamiento de otros sistemas neurotransmisores  para modular rutas de la recompensa es algo que no sido dilucidado.  Una posibilidad es que las neuronas NUCB2/nesfatina-1 interactúen con los sistemas melanocortina y oxitocina.  En apoyo a esta idea, se ha demostrado que la melanocortina y la oxitocina  juegan un rol en la modulación de rutas hedónicas.  Un estudio reciente  demuestra que la motivación  para obtener sucrosa en ratas  es regulada hacia abajo por la activación  de receptores  MC3 en áreas relacionadas con la recompensa.  Asimismo, la oxitocina reduce la conducta de búsqueda inducida por metanfetamina en roedores y maneja la recompensa  a la ingesta de alimentos en humanos.  Un segundo escenario posible es la interacción  entre la nesfatina-1 y  el sistema ghrelina. Ghrelina y nesfatina-1 son co-expresadas  en las células X/A de la mucosa gástrica.  La ghrelina regula la homeostasis de la alimentación  incrementando la ingesta de alimentos en roedores y humanos. En roedores, la administración icv  de nesfatina-1 suprime  la ingesta de alimentos y regula hacia abajo  la expresión de preproghrelina y receptor de ghrelina  en el cerebro anterior, mientras la ghrelina icv promueve la ingesta de alimentos  y regula hacia abajo  la expresión de ARNm de Nucb2 en el cerebro anterior. Como la ghrelina participa en la regulación  hedónica de la alimentación, se puede especular  que los dos péptidos interactúan  en áreas relacionadas con la recompensa.

La nesfatina-1 es un regulador de funciones gastrointestinales, enlentece el vaciamiento gástrico, por ejemplo. La inyección icv de una dosis anorexigénica de nesfatina-1  disminuye el vaciamiento gástrico  en ratas. Adicionalmente, la nesfatina-1  regula la motilidad gastroduodenal. Las áreas cerebrales  responsables de los efectos de la nesfatina-1 sobre las funciones gastrointestinales son NPV, ARC, CeA y amígdala basomedial (ABM). Cuando se administra nesfatina-1 en el NPV disminuye la motilidad y el vaciamiento gástrico, un efecto mediado por neuronas oxitocinérgicas.  Asimismo, la inyección de nesfatina-1  en ARC, CeA  o ABM,  disminuye la motilidad y el vaciamiento gástrico, pero en este caso con participación del sistema  melanocortina.  La distensión gástrica (por ejemplo, a consecuencia de la reducción de la motilidad y el vaciamiento gástrico) puede ser transmitida al cerebro  para inducir saciedad a través de la CCK. Además de este mecanismo, los datos experimentales apoyan la existencia  de una conexión neuronal entre el sistema gastrointestinal y las neuronas NUCB2/nesfatina-1 del SNC. En la rata,  las neuronas NUCB2/nesfatina-1 del NTS  reciben  impulsos aferentes  a través del nervio vago, el cual se activa después de la distensión gástrica.  La secreción gástrica de ácido también es afectada por  la nesfatina-1. Particularmente, la inyección central  de una dosis anorexigénica de nesfatina-1  es capaz de inhibir la secreción de ácido a través de eferentes vagales.

La participación de la nesfatina-1  en la regulación del gasto  de energía  es menos investigada y entendida. Un estudio reciente reporta un incremento en la temperatura corporal después de la administración icv de nesfatina-1. Este hallazgo ha sido sustanciado  en otro estudio  con calorimetría directa   para cuantificar la pérdida de calor seco  como medida de la termogénesis y por tanto del gasto de energía.  Los mecanismos centrales y periféricos que subyacen al impacto  de la nesfatina-1 sobre la termogénesis no han sido dilucidados.

La proteína NUCB2/nesfatina-1  se co-localiza  casi exclusivamente  con la insulina en las células β de los islotes pancreáticos. En efecto, la inmunoreactividad  NUCB2/nesfatina-1  está presente en todas o casi todas  las células β con una distribución  subcelular distinta  a la inmunoreactividad de insulina.  La co-localización  de NUCB2/nesfatina-1 con PC1/34 y PC2 sugiere que el procesamiento de nesfatina-1 puede tener lugar fisiológicamente  en los islotes pancreáticos. En las células β pancreáticas, la síntesis o liberación de NUCB2/nesfatina-1  son reguladas dinámicamente por los niveles de glucosa. Esta regulación es alterada  en las enfermedades glucémicas.  Los islotes de pacientes con diabetes tipo 2 exhiben una reducción en ARNm de Nucb2 en comparación con los islotes  de sujetos sanos; esto se correlaciona significativamente con la capacidad de secreción de insulina.  Por otra parte, la nesfatina-1  aumenta la secreción  de insulina inducida por glucosa, promoviendo la entrada de  Ca²⁺ a través de canales  tipo L. Este proceso, a diferencia de las acciones de la nesfatina-1 sobre las neuronas hipotalámicas, es independiente  de PKA. La producción local  de nesfatina-1 en las células β y su secreción por niveles elevados de glucosa puede participar/facilitar la liberación de insulina de una manera autocrina y/o paracrina. En el SNC, la nesfatina-1  está involucrada en el control del metabolismo de la glucosa.  Por ejemplo, la excitabilidad de las neuronas  que responden a la glucosa  es modulada por nesfatina-1 en NPV e hipotálamo ventromedial y lateral. Este efecto parece ser específico  de núcleos hipotalámicos, pues en el NTS, otra importante estructura  para el metabolismo de la glucosa en el SNC, la respuesta de las neuronas sensibles a glucosa no es modulada por la nesfatina-1. La nesfatina-1 administrada icv actúa en el hipotálamo incrementado la sensibilidad  a la insulina en el cuerpo  a través de la estimulación  de la señal del receptor de insulina, en el hígado para inhibir la gluconeogénesis y en el músculo mejorando la captación  de glucosa.

La proteína NUCB2/nesfatina-1 ha sido detectada en el corazón y la nesfatina-1 puede controlar directamente  el rendimiento cardiaco. La administración  de nesfatina-1 en el SNC  ejerce efectos cardiovasculares. Por ejemplo, la administración icv de nesfatina-1 incrementa la presión arterial media  y la frecuencia cardiaca; la fosforilación de ERK  en las neuronas CRH del NPV  está involucrada en estos efectos. Los estudios electrofisiológicos  han identificado  al NTS como un potencial sitio  a través del cual la nesfatina-1 ejerce sus acciones cardiovasculares. Además de sus acciones en el SNC, la administración intravenosa de nesfatina-1 posee un  efecto hipertensivo, potencialmente a través de acciones centrales y a nivel periférico modulando la resistencia arterial.

La inmunoreactividad NUCB2/nesfatina-1 ha sido detectada en áreas cerebrales involucradas  en conductas similares a la ansiedad y la respuesta al estrés, como núcleo amigdaloide, núcleo del lecho de la estría terminal, NPV e hipocampo.  La administración icv de nesfatina-1 incrementa los niveles plasmáticos de ACTH y glucocorticoides, lo que sugiere  que la nesfatina-1 puede jugar  un rol en la modulación  de la actividad del eje hipotálamo-hipófisis-adrenal (HHA).  Más aún, la adrenalectomía bilateral  incrementa la expresión  de ARNm de  NUCB2 en el NPV, indicando que su expresión es regulada por la actividad del eje HHA. Por otra parte, la nesfatina-1 participa en los mecanismos de la respuesta al estrés  reclutando al sistema melanocortina  central. Datos recientes en humanos también sugieren que existe una relación  entre nesfatina-1 y  desordenes relacionados con el estrés.  Los niveles plasmáticos de  NUCB2/nesfatina-1  de los pacientes afectados  por trastornos depresivos mayores  son más altos  que en sujetos sanos.

El descubrimiento de la co-expresión  de NUCB2/nesfatina-1 y hormona concentradora  de melanina (MCH) en el AHT, una estructura  del SNC  relacionada  con la regulación  del sueño de movimientos oculares rápidos (REM) sugiere una potencial conexión funcional entre la proteína NUCB2/nesfatina-1 y el sueño. La abolición del sueño REM reduce la expresión de NUCB2/nesfatina-1  en el hipotálamo dorsal lateral, cuya subsección hipotálamo lateral, entre otros, está involucrada  en la regulación del ciclo sueño/vigilia. El sueño REM  a su vez activa las neuronas  NUCB2/nesfatina-1. Por otra parte, el bloqueo  de la expresión  de la nesfatina-1 endógena afecta negativamente  al sueño REM.  En humanos con síndrome de apnea del sueño se  observa una correlación negativa  entre NUCB2/nesfatina-1 en circulación periférica y severidad de la enfermedad aunque no se dilucidado si hay una relación funcional.

La maduración y la función reproductiva  están íntimamente relacionadas con la disponibilidad de energía. Los mediadores endocrinos como  insulina y  leptina  relacionan el estado metabólico  con la reproducción. Ambas hormonas actúan a nivel hipotalámico  y transmiten información  acerca del estado metabólico a las neuronas  que  expresan hormona liberadora de gonadotropinas (GnRH) que a su vez controla al eje hipotálamo-hipófisis-gónadas (HHG).  Datos recientes sugieren que  la proteína NUCB2/nesfatina-1 está involucrada  en la interacción entre  el estatus energético y la reproducción, particularmente  con respecto a la regulación  de la transición puberal en las hembras, durante la cual la expresión de la proteína aumenta significativamente en el hipotálamo. Por el contrario, durante este estado de desarrollo,  un balance energético negativo disminuye la expresión de NUCB2/nesfatina-1 en el hipotálamo.  Más aún, la administración de nesfatina-1 en el SNC induce la secreción de hormona luteinizante (LH) en ratas hembras puberales.  Hasta el presente, hay sólo información limitada   sobre si la nesfatina-1  también está involucrada  en la regulación del eje HHG en ratas hembras adultas.  Los datos preliminares indican que la administración icv  de una dosis muy alta de nesfatina-1 (1 nmol) incrementa la concentración plasmática de LH y hormona estimulante del folículo (FSH) en ratas machos. Por el contrario, en la hipófisis, la expresión de ARNm de Nucb2  es regulada por el estradiol y la progesterona, lo que sugiere  la existencia  de un mecanismo de retroalimentación  en  la interacción  NUCB2/nesfatina-1-eje HHG. Neuropéptidos como oxitocina y α-MSH conocidos como reguladoras de la acción de la GnRH son potenciales mediadores  hacia abajo de  nesfatina-1. Más aún, el neuropéptido foenixina, recientemente descubierto, se co-localiza  con NUCB2/nesfatina1 en  neuronas de NPV, ARC, hipotálamo ventromedial e hipotálamo lateral, lo cual sugiere que la foenixina podría ser mediador de la acción de nesfatina-1 con respecto a la reproducción.  La foenixina  incrementa la expresión de GnRH, receptor de GnRH y gen Kiss1  y potencia  la liberación de LH estimulada por GnRH  in vitro. Estos hallazgos han sido sustanciados  por estudios in vivo   que demuestran que la foenixina icv incrementa la LH plasmática en el diestro de ratas hembras. En la periferia, la inmunoreactividad NUCB2/nesfatina-1 ha sido detectada en células de Leydig  de testículo de humanos y roedores.

En conclusión, la nesfatina-1 fue identificada en 2006 como un potente péptido anorexigénico involucrado en la homeostasis de la alimentación. El péptido precursor NUCB2 es expresado en el SNC y en la periferia. En hipotálamo y tallo cerebral, la nesfatina-1 recluta a los sistemas oxitocina, melanocortina y otros para transmitir sus propiedades anorexigénicas.  La expresión del péptido NUCB2/nesfatina-1 en áreas relacionadas con la recompensa sugiere que la nesfatina-1 puede estar involucrada en la alimentación hedónica. Además de sus propiedades anorexigénicas, la nesfatina-1  tiene otras funciones relacionadas con  la homeostasis energética como el gasto de energía y la homeostasis de la glucosa. Por otra parte,  la nesfatina-1ejerce acciones a nivel de los sistemas cardiovascular y digestivo. Asimismo, juega un rol  en la respuesta al estrés, la conducta, el sueño y la reproducción.

Fuente: Dore R et al (2017). Nesfatin-1: functions and physiology of a novel regulatory peptide. Journal of Endocrinology 232: R45-R65. 

Regulación mineralocorticoide  de la función celular

Los mineralocorticoides y el receptor mineralocorticoide (NR3C2, MR) regulan numerosos procesos fisiológicos incluyendo el control  de electrolitos, el volumen extracelular, la presión sanguínea, el pH intracelular, los potenciales de acción cardiacos y la función vascular, entre otros.  El MR puede cambiar la función celular  a través  de varios mecanismos. La aldosterona  modifica el transporte  de sodio  a través de la transcripción de genes, un mecanismo  critico para la homeostasis de sal.  La activación del MR también dispara  respuestas rápidas que son insensibles a inhibidores de la transcripción, lo  que sugiere una acción no genómica. Más aún, los mineralocorticoides pueden activar receptores distintos a los MR citoplasmáticos “clásicos”  como ligandos de un receptor de membrana o influyendo en la señal  de un receptor poco relacionado como el receptor de angiotensina 1 (AGTR1).  Estos sistemas  no actúan aislados, sino cada uno facilitando, complementando, aumentando  o disminuyendo al otro.

En humanos, el MR es parte de una familia  de factores de transcripción  activados por esteroide y tiene una significativa similitud con el receptor glucocorticoide (NR3C1, GR) y el receptor de progesterona (PGR). Todos  son receptores nucleares  que contienen un dominio amino terminal (NTD), un dominio de unión a ADN (DBD), una región bisagra y un dominio de unión a ligando (LBD). El MR y otros  receptores de hormonas esteroides son activados a través de la interacción ligando-LBD, pero otras partes de su estructura pueden afectar los resultados. El NTD, vía activación de los sitios función-1 (AF-1a y AF-1b), interactúa con proteínas nucleares y, con los sitios AF-2 en el LBD, pueden unirse a moléculas  co-reguladoras que modifican la función transcripcional. En el estado basal o no unido a ligando, el MR se localiza   predominantemente en el citoplasma como parte de un complejo heterogéneo con  las chaperonas proteínas de shock térmico (HSP) como la HSP90, inmunofilinas (como la FKBP52) y la proteína fosfatasa 5. La HSP90  facilita  la unión del ligando al MR, mientras la FKBP52 es importante en la migración citoplasma-núcleo del MR después de la unión del ligando. Una vez en el nucleoplasma, el MR se disocia  de sus chaperonas  para permitir la unión al ADN y formar dímeros. El MR no solo forma homodímeros, sino también heterodímeros con GR, lo cual resulta en diferentes respuestas transcripcionales.  El grado de heterodimerización  depende  de la abundancia relativa  de MR y GR activados, lo cual  es influenciado por la disponibilidad de hormona, el manejo esteroide especifico de célula y la expresión  de receptores.  El DBD del MR se une a secuencias específicas de ADN, conocidas como  elementos de respuesta a hormona (HRE) para regular la transcripción  de genes. Los HRE también pueden unir GR. La estructura del DBD  del MR cuando se une al HRE es similar  a la del GR.  En muchos HRE, las secuencias adyacentes  a los motivos consenso facilita la unión  de factores  de transcripción no hormonales como proteína activada-1 (AP-1),  proteína de respuesta de crecimiento temprano 1 (EGR 1), FOX (forkhead box) y  proteína apareada 5 (PAX5).  La interacción con cofactores en el NTD puede explicar algunas de las diferencias  en la regulación de genes  entre MR y GR a pesar de la superposición  en la unión de ligando, la estructura del receptor  y el reconocimiento  de secuencias de ADN. Algunos HRE pueden aumentar preferencialmente la transcripción  en respuesta al MR sobre el GR o pueden unirse específicamente  al MR. Dado que el MR puede unirse a muchas áreas  de ADN que carecen parcial o totalmente de secuencias HRE clásicas,  es posible que los HRE no sean indispensables para la regulación  genómica por el MR.  El MR puede formar  complejos con otros factores de transcripción  que tienen sitios de unión  en estas regiones libres de HRE, más que unirse directamente   al ADN.  

La aldosterona, el principal mineralocorticoide fisiológico, es sintetizada  en la zona glomerulosa de la corteza adrenal  bajo la regulación  del sistema renina-angiotensina (RAS), los niveles extracelulares de potasio  y la hormona adrenocorticotrópica (ACTH). Su función en la regulación  del balance de sal y líquido es activada alterando   la maquinaria de transporte  de sodio de las células epiteliales  tubulares renales y es crítica para la protección  contra la hipovolemia. Además de la aldosterona, el MR humano tiene alta afinidad  por los glucocorticoides cortisol y  corticosterona y el esteroide sexual progesterona. Esto es un vestigio de evolución, con progreso de un receptor corticoesteroide (CR) multifuncional en animales marinos primitivos  a distintas hormonas mineralocorticoides  y glucocorticoides y receptores  en animales terrestres de orden superior. Dado que los mineralocorticoides  son menos abundantes  que los glucocorticoides  en la circulación y el líquido intracelular, deben existir mecanismos para conferirles especificidad  de los efectos en el MR. La enzima 11-beta-hidroxiesteroide deshidrogenasa tipo 2 (HSD11B2), co-expresada  con MR en células epiteliales, metaboliza  cortisol en cortisona, la cual no puede unirse  o activar al MR. Esto es crucial para la especificidad  de la aldosterona como  regulador  de la homeostasis de fluidos. Si la HSD11B2 es deficiente o inhibida, se desarrolla hipertensión  e hipokalemia  debido a la activación del MR renal por el cortisol. En los vasos sanguíneos, la deficiencia  o inhibición  de HSD11B2 altera la vasodilatación  mediada por endotelio, pero la causa no es la ocupación  de MR por glucocorticoides. Un potencial mecanismo puede involucrar  la regulación  de la expresión de sintetasa de óxido nítrico endotelial (eNOS). Los glucocorticoides inhiben la transcripción de eNOS.

Generalmente, en los tejidos que no expresan HSD11B2, los glucocorticoides  son los ligandos fisiológicos del MR con  excepción  de los tejidos  que expresan HSD11B1 sin co-expresión de hexosa-6-fosfato deshidrogenasa (H6PD). La H6PD genera la forma reducida de nicotinamida adenina dinucleótido fosfato (NADPH), sin la cual la HSD11B1 desvía su rol  de reductasa  a deshidrogenasa, metabolizando cortisol a cortisona.  Por otra parte, en situaciones de estrés oxidativo intracelular, como inflamación o isquemia, los glucocorticoides pueden activar el MR y por consiguiente la actividad transcripcional. La disponibilidad de ligando, la distribución de la expresión de HSD11B2 y el estatus redox de las células determinan la respuesta final del MR a su activación por ligando.  Las propiedades intrínsecas de la estructura del MR influyen en el resultado de la unión del ligando al receptor. La forma del LBD del MR y las fuerzas de van der Waal entre los residuos del LBD y el esteroide  determinan la afinidad de unión  del ligando  y la actividad transcripcional. Después de la unión con el ligando, el MR cambia  su conformación y recluta  otros elementos  que facilitan la localización y transcripción nuclear. La aldosterona se mantiene unida al MR por un período comparativamente más largo que el cortisol, lo cual estabiliza al MR  en una conformación  que le permite reclutar co-reguladores más efectivamente y hace que la aldosterona  tenga mayor potencia que el cortisol  para inducir la transcripción de genes. Es posible también que la activación del MR y la translocación al núcleo ocurran sin unión de ligando, lo cual puede ocurrir  en el contexto de estrés oxidativo.

El MR utiliza varios mecanismos para llevar a cabo el cambio celular.  Estos mecanismos permiten diversidad  en  la duración, la magnitud  y el contexto  de la naturaleza del efecto. El MR regula la transcripción  de muchos genes relacionados con el manejo  de electrolitos en células epiteliales renales, incluyendo canales o transportadores de sodio. Adicionalmente, se han descrito genes blancos de MR en tejido aórtico y cardiaco, los cuales tienen diversas funciones  en estrés oxidativo, mediadores inflamatorios, biosíntesis  de esteroides y  estructura celular. La transcripción de genes  y la traslación de proteínas  es un proceso relativamente lento. Esto podría ser inadecuado cuando se requiere una respuesta homeostática  rápida ante disturbios agudos como una hemorragia. En este contexto, la activación del MR puede disparar eventos celulares más rápidos  a través de mecanismos no genómicos. Por ejemplo, la aldosterona incrementa la actividad del canal epitelial de sodio (ENaC) en dos minutos. El MR  es capaz de utilizar segundos mensajeros  para iniciar estos efectos rápidos.   

Las  proteínas quinasas activadas por mitogeno (MAPK) son un grupo  de proteínas serina/treonina citoplasmáticas que catalizan la fosforilación  y activación de otras proteínas para regular numerosos procesos celulares.  Como una cascada de quinasas activadas secuencialmente, la MAPK transmite señales de la superficie  al interior de la célula. En mamíferos, las familias claves de MAPK son: la quinasa regulada por señal extracelular (ERK), la p38 quinasa (p38 MAPK) y la c-jun N-terminal quinasa  (JNK), las cuales pueden ser disparadas por la activación  de MR.  La señal MAPK es importante para la proliferación o apoptosis  mediada por MR, como ocurre en el desarrollo neonatal  del riñón  y el manejo de electrolitos  celulares.  La cascada ERK (RAS-RAF-MEK-ERK) es activada rápidamente  (2-5 minutos) por la aldosterona. La JNK puede ser similarmente  activada en 5 minutos y la  p38 MAPK en 10 minutos. La actividad ERK1/2  tarda alrededor de 30 minutos pero puede extenderse  hasta dos horas  en un mecanismo  dependiente de la proteína quinasa D (PKD), con una eventual prolongación de la respuesta  de 4-6 horas que requiere la transcripción  del ARNm de kirsten Ras (K-Ras). Por otra parte, la aldosterona estimula la actividad de la fosfatidilinositido 3-quinasa (PI3K), la cual fosforila al fosfatidilinositol de la membrana y  genera  fosfatidilinositol 3,4,5-trifosfato (PIP3).  El PIP3 es requerido para activar quinasas dependientes de fosfatidilinositol (PDK) y en última instancia a la Akt como efector de procesos celulares dependientes  de PI3K. La fosforilación de la Akt dependiente  de MR ocurre a los 15 minutos de la exposición a la aldosterona, lo que sugiere que la PI3K/Akt  es una ruta  para efectos  rápidos mediados  por MR incluyendo el manejo de electrolitos y la función vasomotora. Generalmente, PKC y PKD forman parte de una cascada de señalización regulada por receptores de superficie acoplados a proteína G.  La activación de la PKC provoca la fosforilación de la PKD en dos sitios críticos para llevar a cabo efectos que regulan  hacia abajo   la supervivencia celular, la migración celular e interacciones con las cascadas MAPK. El MR usa la señal PKC y PKD para alterar el manejo de electrolitos en células epiteliales de túbulos renales y  cardiomiocitos.

Las cascadas de señalización inducidas por el MR son complejas e intrincadas. Esto se exacerba cuando se considera la participación de otros receptores en el proceso. En muchos casos, los segundos mensajeros no son  activados directamente  por el MR.  El MR transactiva otros receptores, los cuales disparan la señal  de una manera similar a cuando son  activados por sus propios ligandos. Sin embargo, aunque estos receptores transactivados tienen  sus segundos mensajeros, sus efectos no son idénticos  debido a diferencias en la expresión de receptores  y al contexto específico  requerido para la activación  (particularmente el estatus redox). El receptor del factor de crecimiento  epidermal (EGFR) es un receptor  tirosina quinasa transmembrana, el cual conjuntamente con otros receptores  estructuralmente similares como HER2, ErbB3 y ErbB4, forma parte  de la familia ErbB. El EGFR activado forma homodímeros o heterodímeros  con otros miembros de la familia  ErbB y dispara la autofosforilación  de residuos tirosina en sus dominios citoplasmáticos y la activación  de cascadas  de señalización intracelulares asociadas, incluyendo MAPK,  JAK/STAT y PI3K/Akt. El EGFR, un mediador del crecimiento y la  reparación, contribuye  a la fibrosis cardiaca y renal  disparada por el sistema renina-angiotensina-aldosterona (RAAS).  La aldosterona activa al EGFR en un proceso no dependiente de MR  disparando la cascada  ERK y causando entrada de calcio  y alcalinización celular  a través  del incremento del intercambiador sodio/hidrógeno (NHE)-1. Otras rutas de señalización multifuncionales  activadas por la aldosterona vía EGFR como PI3K/Akt y JNK son dependientes de MR. El estado redox celular influye en el proceso de señalización, el antioxidante  N-acetilcisteína (NAC) previene  los efectos  de la  transactivación  aldosterona-MR  sobre  EGFR y PI3K. El vinculo entre MR y EGFR es la tirosina quinasa c-Src, la cual fosforila  un residuo tirosina en la posición 845 del EGFR. La aldosterona incrementa rápidamente  la fosforilación de c-Src. Más aún, la activación de c-Src  puede ser dependiente  de PDGFR en una compleja interacción  que ocurre en invaginaciones celulares, llamadas caveolas. La transactivación  de PDGFR por el MR facilita la translocación  de c-Src  a los dominios ricos en colesterol y su fosforilación.  Hay una relación sinérgica entre MR y EGFR, la expresión de EGFR es regulada hacia arriba  por la activación de MR mientras la activación de la señal ERK1/2 por el EGFR  es un importante facilitador del transporte nuclear de MR. Estos eventos complementarios  podrían potenciar la señal relacionada con EGFR  por la activación prolongada de MR.

El receptor del factor de crecimiento similar a insulina (IGF1R) es importante en la regulación del crecimiento celular  principalmente  a través de la señal MAPK y el metabolismo  a través de la señal  PI3K/Akt.  Su ligando primario, IGF-1, no solo es importante como efector de la hormona de crecimiento, sino también en la función cardiovascular, resistencia a la insulina y la función de las células β pancreáticas. La aldosterona induce la fosforilación de IGF1R en fibroblastos cardiacos y renales y en células epiteliales renales. En fibroblastos, la aldosterona no requiere  MR para transactivar al IGF1R, pero utiliza c-Src como intermediario. La activación  de c-Src  en fibroblastos  puede depender de un receptor de membrana acoplado a proteína G. En el epitelio renal, la transactivación de IGF1R  requiere  MR, pero el mecanismo aun no es  bien conocido. El IGF-1 puede llevar a cabo algunos  efectos de la aldosterona  sobre el manejo  renal de sodio vía PI3K y también puede activar  sistemas de segundo mensajero similar al MR, por lo que el IGF1R  es candidato a intermediario de la acción  MR.  La expresión  de IGF1R puede ser regulada hacia arriba  por MR, particularmente en condiciones  de estrés oxidativo.

La angiotensina II, un importante  efector  del sistema RAAS y  secretagogo de aldosterona, actúa principalmente  a través de dos receptores: AGTR1 y AGTR2. El AGTR1  está asociado  con las funciones clásicas  de la angiotensina II como vasoconstricción, generación de ROS, proliferación de células vasculares, producción de aldosterona, retención de sal y líquido e incremento de la actividad simpática y ha sido identificado como un importante facilitador de los efectos genómicos  mediados por la aldosterona.  El AGTR2 tiene efectos opuestos  incluyendo vasodilatación, generación de óxido nítrico y promoción de apoptosis. El AGTR1 y el MR pueden jugar un rol  en la señalización rápida disparada por  mineralocorticoides y angiotensina II. Por ejemplo, AGTR1 y MR  son requeridos para la activación  de NF-κB,  el cual regula numerosos genes inflamatorios. Dado que la angiotensina II  también requiere  MR para la activación de NF-κB, la relación entre MR y AGTR1 es un mecanismo  molecular de señalización común  de ambos ligandos. Sin embargo, la naturaleza de la interacción MR-AGTR1  varía entre los tipos de células. Así, en contraste con las células vasculares, la fosforilación  de ERK inducida por aldosterona en cardiomiocitos  necesita  de MR y AGTR1. En roedores, el AGTR1  ocurre en dos subtipos (a y b), los cuales tienen  efectos diferentes  sobre las rutas de señalización. La  relevancia de los subtipos AGTR1  en humanos no está clara.   La c-SRC es un importante vínculo entre  MR, AGTR1 y la cascada ERK. En efecto, la señal EGFR/PDGFR con activación de c-Src puede ser disparada por el sinergismo  de angiotensina II y aldosterona.  Aparte de la contribución de c-Src, se desconoce exactamente  cómo los mineralocorticoides y el MR pueden transactivar al AGTR1.  La aldosterona dispara la dimerización de AGTR1 con la enzima transglutaminasa como intermediario crítico. Dado que la actividad transglutaminasa  es dependiente de calcio, la entrada de calcio  inducida por la aldosterona puede ser un regulador temprano  de la transactivación  del AGTR1. No está claro si esto es un efecto  dependiente de MR o no.

La relación entre aldosterona, angiotensina II, MR y AGTR1 aumenta mutuamente  la señal  de cada sistema ligando-receptor  individual. La aldosterona   es capaz de regular hacia arriba  la expresión de MR y AGTR1. En los cardiomiocitos, el control de la expresión  de MR por la aldosterona  es dependiente de MR acoplado a la señal AGTR1  mientras la expresión de AGTR1 es regulada por  la transactivación  de la señal AGTR1 independiente de MR. Más aún, la activación  de MR por aldosterona incrementa la transcripción del ARNm  de la enzima convertasa de angiotensina (ACE) en la aorta   de ratas tratadas con aldosterona y en cultivos de células  endoteliales de aorta. Este proceso es dependiente  de JAK2 y requiere regular hacia abajo la señal c-Src y la transactivación de EGFR. La expresión de ACE en cardiomiocitos es similarmente aumentada por el MR. En una relación bilateral, la angiotensina II puede transactivar  MR vía AGTR1 e incrementar la transcripción de genes dependientes de  MR. La transactivación de  MR por  el AGTR1 puede involucrar  al RAC1, el cual es altamente  activado en modelos de roedores   de exceso de sal y angiotensina II.  El MR actúa vía  AGTR1 para regular hacia arriba  marcadores profibróticos  como colágeno 1A y 3A y actina de músculo liso. Por lo tanto, MR y AGTR1 están entrelazados  en múltiples puntos facilitando la cooperación  de los diferentes sistemas efectores del RAAS.

El  receptor de estrógeno acoplado a proteína G (GPER, también conocido como GPER-1 o GPR30) es expresado en numerosos tejidos como cardiomiocitos, endotelio vascular, pulmón, hígado y tejidos reproductivos.  El 17β-estradiol (E2) fue el primer ligando conocido del GPER, el cual es responsable de algunos de los efectos rápidos  del E2 vía  MAPK y PI3K mediados por la transactivación de EGFR.  EL GPER  también es responsable  de algunas acciones celulares rápidas  de la aldosterona que involucran la señal ERK. La activación de ERK por la aldosterona  puede ocurrir  a través de MR o GPER. Actualmente es motivo de debate si la aldosterona es un verdadero ligando de GPER. Aunque hay una aparente  activación  de GPER  con  niveles fisiológicos de aldosterona, la unión no ha sido definitivamente demostrada.  Los mecanismos alternativos  de acción de la aldosterona  vía GPER incluyen   la asociación física  directa  entre MR y GPER,  a través de segundos mensajeros, la inducción local de la aldosterona sintetasa  por el GPER y la modificación de la proteína estructural  estriatina, la cual puede modular la función del receptor de esteroides.

La activación por el MR de los sistemas de señalización de otros receptores de membrana incrementa la diversidad de sus funciones. Estas interacciones  necesariamente son dependientes de contexto. En particular, el estatus redox  de las células  es un determinante mayor  del acceso del MR a estas rutas alternas. El estatus redox influye en la activación del MR y  en muchos  de los procesos celulares disparados  por el MR. La generación de ROS es incrementada por la activación del MR  a través  de la regulación hacia arriba de la NOX, una enzima  unida a membrana  que genera superóxido a partir de NADPH y oxígeno. La NOX está presente en leucocitos, donde el superóxido es requerido  para el estallido oxidativo antimicrobiano, cardiomiocitos y células endoteliales. Las ROS generadas por la NOX tienen numerosas funciones reguladoras incluyendo  fosforilación de proteínas,  reacciones enzimáticas, transporte de iones, crecimiento celular y muerte celular. La aldosterona  incrementa rápidamente la generación de ROS por NOX en cardiomiocitos y músculo liso de vasos sanguíneos.  Este efecto de la aldosterona es dependiente de MR. El MR también incrementa la generación de ROS por la NOX  a través del EGFR.  En cardiomiocitos, la interacción MR-EGFR utiliza la cascada PI3K/Akt para activar la NOX, la cual a su vez dispara la generación de ROS en las mitocondrias.  Adicionalmente, el MR regula hacia arriba la NOX por mecanismos genómicos incrementando la síntesis de las subunidades  de NOX en células mesangiales renales, células endoteliales y corazón. La generación de ROS  es un co-factor necesario para ciertas rutas  de señalización del MR; por ejemplo, el tratamiento antioxidante atenúa la capacidad de la aldosterona para transactivar al EGFR. También, algunas transcripciones mediadas por MR podrían ser sensibles  al estatus redox incluyendo genes pro-inflamatorio y profibróticos.

La mayoría  de los sistemas de señalización  activados por MR y mineralocorticoides  son ubicuos y en algunos tejidos específicos  se observa una respuesta coordinada uniforme. Esto ha sido mejor caracterizado  en las células epiteliales de los túbulos renales, aunque el MR también es expresado en glándulas sudoríparas, tracto gastrointestinal y glándula  mamaria donde regula el manejo celular de electrolitos. La activación MR provoca efectos homeostáticos rápidos y sostenidos  a través de una combinación  de segundos mensajeros y transcripción de genes. El efecto del MR sobre genes  ha sido bien descrito en la fisiología renal.  Todas las células epiteliales del nefrón distal  expresan el canal epitelial de sodio (ENaC), el mayor contribuyente  a la resorción de sodio en el nefrón distal. El ENaC es una proteína heterotrimérica que comprende subunidades α, β y γ, las cuales son empacadas inicialmente en el aparato de Golgi, emergen de la red trans-golgi adyacente  en endosomas  y eventualmente se dirigen e insertan  en la membrana apical donde se vuelven activas.  La activación MR  incrementa la entrada de sodio  vía ENaC, al menos en parte, a través de la transcripción directa  de la subunidad α. La activación MR también incrementa los niveles de proteína de la bomba Na/K-ATPasa, responsable de la salida de sodio hacia el intersticio a través de la membrana basolateral. El MR también incrementa la expresión de genes que regulan  las modificaciones post-translacionales de la maquinaria del manejo celular de electrolitos, proporcionando una respuesta más rápida  que la síntesis directa  de canales o transportadores. Uno de los genes transcriptos rápidamente es el SGK1, el cual incrementa  la actividad de ENaC y el co-transportador sodio cloruro sensible a tiazida (NCC), un contribuyente menor de la resorción renal de sodio. El SGK1 fosforila la proteína ligasa Nedd4-2, previniendo la destrucción de ENaC y NCC. Otros genes blancos del MR  actúan sinérgicamente  con el SGK1 para prevenir  la destrucción de  ENaC y NCC.  Los efectos rápidos mediados por  MR sobre el ENaC incrementan su expresión y actividad. Por ejemplo, la señal MR vía IGF1R activa la PI3K y los productos de PI3K interactúan con el ENaC para incrementar la probabilidad de abrir canales. Esto genera un rápido pero transitorio   efecto después del cual  los mecanismos genómicos (vía SGK1)  contribuyen al mantenimiento   de la actividad del ENaC.

En conclusión, el MR y los mineralocorticoides  regulan el manejo epitelial de electrolitos e inducen diversos efectos en otros tejidos. Tradicionalmente, los efectos del MR fueron adscritos  a la unión ligando-receptor y la activación  de la transcripción de genes. Sin embargo, el MR también utiliza otras cascadas de señalización, a menudo por transactivación de otros receptores para cambiar la función celular  más rápidamente. Aunque la aldosterona es el mineralocorticoide  fisiológico no es el único ligando  del MR. Más aún, no todos los efectos de la aldosterona  son mediados vía MR, con implicación  de otros receptores unidos a membrana  como el GPER.  Utilizando  sistemas de segundos mensajeros  y eventos de transcripción  genómica, la activación MR en  riñón y vasos sanguíneos  preserva la homeostasis. Los efectos específicos de los mineralocorticoides y tejido-selectivos son conferidos  a través  de la enzima 11β-hidroxiesteroide deshidrogenasa 2, el estatus redox celular y las propiedades  el MR.

Fuente: Ong GSY y Young MJ (2017). Mineralocorticoid regulation of cell function: the role of rapid signalling and gene transcription pathways. Journal of Molecular Endocrinology 58: R33-R57.

Metabolismo de hormonas tiroideas en células inmunes

El metabolismo de hormonas tiroideas (HT)  está relacionado con varios aspectos de la respuesta inmune. En los años recientes, el rol del metabolismo de HT en la función  de células inmunes innatas ha sido estudiado con  detalle y se ha sugerido  que estas células son un importante blanco de la T₃ y que intracelularmente las HT juega un rol esencial en la función de varios tipos  de células del sistema inmune innato. La regulación de los niveles plasmáticos de HT es conducido a través de  un asa endocrino de retroalimentación negativa que involucra al eje hipotálamo-hipófisis-tiroides (HHT). Las neuronas hipofisiotrópicas del núcleo paraventricular  del hipotálamo producen hormona liberadora de tirotropina (TRH), la cual a su vez estimula a las células tirotropas de la hipófisis anterior  a  sintetizar y secretar  hormona estimulante  de la tiroides (TSH). La TSH estimula en la glándula tiroides  la producción de hormonas tiroideas en la forma de tiroxina (T₄) y triyodotironina  (T₃). Estas hormonas son secretadas en la circulación y sus niveles plasmáticos regulan la liberación hipotalámica  de TRH, completando el asa de retroalimentación. La glándula tiroides produce principalmente T₄, la cual funciona como una prohormona y requiere de la  conversión en T3, la forma biológicamente activa, aunque se han reportado en la literatura  acciones directas de la T₄. Esta conversión ocurre a nivel celular y tisular, facilitando la regulación local de la biodisponibilidad de HT.

Las HT son transportadas activamente en la célula por transportadores de HT. Hay varias familias de transportadores de HT incluyendo polipéptidos transportadores de aniones orgánicos (OATP), transportadores monocarboxilato (MCT) y transportadores de aminoácidos neutros grandes (LAT). De estos transportadores, el MCT8 es el único que transporta exclusivamente HT. Los otros transportadores son también capaces de transportar  sustancias adicionales incluyendo esteroides y aminoácidos.  Los estudios en modelos de ratones  transgénicos  y las observaciones  en pacientes con mutaciones patológicas  en los transportadores de HT indican que MCT8, MCT10 y OATP1C1 son los principales transportadores de importancia fisio(pato)lógica in vivo.  El MCT8 transporta preferencialmente T₄, mientras el MCT10 transporta preferencialmente T₃.   El OATP1C1 transporta T3, T4 y rT3 con alta especificidad; sin embargo, tiene la más baja afinidad por T4 de los tres transportadores. La expresión de transportadores es específica de tipo de célula y  diferencias en su distribución se han observado entre humanos y roedores. Después de su transporte en la célula, la TH es metabolizada por las yodotironina desyodasas, una familia de enzimas  que remueven un átomo de yodo del anillo fenólico  o tirosil de la HT. La desyodasa tipo 1 (D1) es capaz  de desyodar tanto al anillo interno como al anillo externo de la HT. Aunque  tiene menor afinidad por la T₃ que las otras desyodasas, es altamente expresada  en el hígado donde  es la principal fuente de T₃ local y es importante para el aclaramiento de rT₃. La desyodasa tipo 2 (D2) es capaz  de desyodar el anillo externo  o fenólico de la HT, lo cual  resulta en la conversión de T₄  en T₃. Aproximadamente 80% de la T₃ extra-tiroidal deriva  de la desyodación periférica  de T₄, principalmente por la D1 en el hígado y la D2 en el músculo esquelético. La desyodasa tipo 3 (D3) es una desyodasa del anillo interno o tirosil  de HT que convierte  T₄ y T₃ en sus respectivos metabolitos  inactivos rT₃ y T₂. Además de la desyodación, hay otras rutas menores  de metabolismo de HT incluyendo sulfatación, glucoronidación y clivaje en el enlace éter.

La ruta clásica a través de la cual las HT ejercen sus efectos biológicos es la unión a receptores nucleares (TR) capaces de iniciar -o inhibir- directamente  la transcripción de genes.  Hay varias isoformas de TR diferencialmente expresadas  de manera específica de tejido y célula. Las isoformas que son capaces de unirse a T₃ son: TRα1, ampliamente expresada  en músculo cardiaco y esquelético, sistema nervioso central y hueso; TRβ1, presente principalmente  en cerebro, hígado y riñón, y TRβ2, expresada en hipotálamo e hipófisis. Adicionalmente, hay evidencia que las TH también actúan vía rutas no genómicas. Las rutas involucradas  en las acciones no genómicas de las HT son iniciadas por la unión  de la HT a un receptor distinto a los TR intracelulares, por ejemplo, el receptor en la membrana plasmática αvβ3. La ruta clásica  de acción de HT y la  ruta rápida  no genómica  activada por HT no son completamente independientes una de otra, las acciones no genómicas pueden afectar los TR intracelulares y en ciertos tipos de células requieren TR.

El sistema inmune innato es responsable de la defensa del huésped contra patógenos invasores. Las células de este sistema  identifican microbios, inician una respuesta inflamatoria y pueden fagocitar  y matar patógenos o reclutar otras células inmunes innatas o adquiridas al sitio de la infección. Las células inmunes innatas  derivan  de stem cells hematopoyéticas en la médula ósea. Estas células pueden ser movilizadas  de la sangre o la médula ósea  al sitio de la infección. Alternativamente, las células inmunes innatas  que viajan de la  medula ósea  al tejido  y ejercen vigilancia contra patógenos invasores son conocidas como células residentes en  tejido. Las células del sistema inmune innato incluyen neutrófilos, monocitos/macrófagos y células dendríticas. 

Los neutrófilos,  las primeras células reclutadas en el sitio de inflamación,  son los más abundantes de los leucocitos  sanguíneos, comprenden 50-75% de los leucocitos circulantes en humanos y son  las células de más corta vida generadas a partir de las strem cells en la médula ósea. Los neutrófilos reconocen a los mediadores inflamatorios, después de lo cual  se adhieren  al endotelio cercano al sitio  de la infección antes de transmigrar  al tejido extravascular. Luego, los neutrófilos extravasculares migran  al lugar de la inflamación donde  pueden matar a los patógenos invasores y secretar mediadores inflamatorios que estimulan la respuesta inmune  y reclutar  otras células inmunes tanto innatas como adquiridas. Los neutrófilos son células altamente especializadas que cuentan con múltiples  mecanismos para matar microbios. Sin embargo, los tres principales mecanismos utilizados  por los neutrófilos son la desgranulación, la producción de especies reactivas  de oxigeno (ROS) y la generación  de trampas extracelulares.  En la fagocitosis de un patógeno, los neutrófilos pueden  liberar varios elementos bactericidas  en el fagosoma. Algunos de estos elementos  son proteínas antimicrobianas y enzimas que son formadas secuencialmente  durante el desarrollo del neutrófilo y almacenadas en gránulos intracelulares.  En la fagocitosis, estos gránulos pueden fusionarse con el fagosoma de la membrana plasmática y liberar su contenido en un proceso conocido como desgranulación. Los neutrófilos también son capaces  de generar ROS en el fagosoma  usando el sistema nicotinamida adenina dinucleótido  fosfato (NADPH) oxidasa. Un importante mecanismo para matar los patógenos es la generación de trampas extracelulares (NET). Las NET están compuestas por cromatina del neutrófilo a la cual se unen  proteínas antimicrobianas y ROS. La liberación de las NET permite a los neutrófilos atrapar  y matar  bacterias extracelulares, pero eventualmente podrían  resultar en la muerte del neutrófilo.

Los monocitos y macrófagos  son células fagocíticas mononucleares. Los monocitos son generados continuamente en al médula ósea por hematopoyesis y liberados en la circulación  donde constituyen 10%  de los leucocitos humanos circulantes. Hay también un considerable  reservorio de monocitos  en el bazo y los pulmones que pueden ser movilizados por demanda. Los monocitos circulantes pueden migrar a los tejidos durante el estado estacionario y durante la inflamación  donde pueden diferenciarse en macrófagos o células dendríticas. Un subtipo alternativo de macrófagos  es el de los macrófagos residentes en  tejido que hasta hace poco tiempo se pensaba que eran continuamente reemplazados a partir del pool de monocitos circulantes. Actualmente, se sabe que derivan de precursores embrionarios  que colonizan los tejidos prenatalmente. Los macrófagos residentes en tejido  comprenden distintas poblaciones de células  cuyo fenotipo difiere fuertemente entre los tejidos. Estas células, incluyendo células de Kupffer y microglías,  son capaces de mantener  su población  en los tejidos adultos mediante  proliferación celular independientemente  de los monocitos circulantes. Después de entrar al tejido, los macrófagos pueden cambiar su fenotipo, lo cual les permite adaptarse a diversos roles.  Este proceso es conocido como polarización. Los macrófagos polarizados generalmente se clasifican en M1, o macrófagos activados clásicamente,  los cuales son células  pro-inflamatorias;  y M2, o macrófagos activados alternativamente, que constituyen un grupo heterogéneo de células  con un perfil  más anti-inflamatorio. Los macrófagos M1 son importantes la defensa antimicrobial y el reclutamiento de neutrófilos y células T en el tejido inflamado. Ellos son capaces de presentar antígenos y provocar una respuesta de células T. La polarización M1 es acompañada por cambios en el metabolismo celular que producen un  incremento en la glucólisis.  Los componentes esenciales de una adecuada función pro-inflamatoria de los macrófagos son la fagocitosis, la generación de ROS por la NADPH oxidasa y la generación  especies reactivas de nitrógeno (RNS)  mediada por la sintetasa de óxido nítrico inducible (iNOS).  Los macrófagos M2 son células tolerogénicas e inmunomoduladoras involucradas en la cicatrización de las heridas y la remodelación tisular. Esto es acompañado por cambios metabólicos que provocan  un aumento de la oxidación de ácidos grasos y la fosforilación oxidativa mitocondrial. Los datos recientes  sugieren que la polarización de los macrófagos  no es un corte claro entre estos fenotipos sino que representa un espectro que se extiende  de pro-inflamatorio  a anti-inflamatorio.

Las células dendríticas (CD) no solo son capaces de fagocitar patógenos sino también de funcionar como células presentadoras de antígenos. Ellas  sirven como puente entre la inmunidad innata y la inmunidad adaptativa y determinan la respuesta  de las células T. La población de CD deriva  del linaje hematopoyético y es muy heterogénea. Actualmente se reconocen  cuatro tipos principales de CD: CD clásicas, CD plasmacitoides, células de Langerhans y CD derivadas de monocitos.  Todos estos tipos de células derivan de un progenitor mieloide  común.  Las CD clásicas  y las CD derivadas de monocitos son células especializadas  en la fagocitosis de patógenos. Las CD no estimuladas o inmaduras  tienen  vida media corta y son reemplazadas continuamente  en la médula ósea.  Después de la activación estas células  experimentan considerables cambios morfológicos y son caracterizadas como CD clásicas maduras.  La activación de CD  es acompañada por  un cambio en el metabolismo celular que favorece la glucólisis  sobre la fosforilación oxidativa. Las CD maduras  son capaces de migrar  a los nodos linfáticos  y presentar antígenos a las células T, iniciando la respuesta inmune adaptativa.  Las CD plasmacitoides  no son fagocíticas y además son ineficientes en la presentación de antígenos. Ellas juegan un rol  importante  en la respuesta inmune  a virus ya que producen grandes cantidades interferón tipo 1. Las células de Langerhans son CD residentes en tejidos de la piel,  similares en muchos aspectos a los macrófagos residentes en tejido pero con capacidad de migrar a los tejidos linfoides.

Los neutrófilos contienen los elementos intracelulares esenciales requeridos para  el metabolismo y la acción de las HT. Los neutrófilos humanos expresan el transportador MCT10 y, una vez activados,  son capaces de llevar a cabo la desyodación de T₃ y T₄. Los neutrófilos también contienen  sitios de unión saturables para T₃ en el núcleo (TRα₁). La D3 está presente en neutrófilos de  humanos y roedores  y se localiza  en el citoplasma  y en los gránulos involucrados en la acción bactericida, aunque recientemente se ha demostrado que los neutrófilos humanos también expresan  D1. La D3 también se ha encontrado en el estadio inicial de las NET. Los niveles circulantes de HT  afectan la generación de ROS por los neutrófilos estimulados in vivo, mientras el hipertiroidismo incrementa la generación de ROS en comparación con controles eutiroideos, el hipotiroidismo tiene el efecto opuesto.  En ambos casos, los cambios en la generación de ROS son (parcialmente) revertidos  con la restauración  de los niveles de HT en el rango normal. Sin embargo, los efectos de la incubación de neutrófilos  con HT in vitro son menos consistentes. Estos resultados conflictivos sugieren que los efectos de la HT  sobre la generación de ROS por los neutrófilos no pueden explicarse  completamente por efectos directos de la HT sobre estas células. Otro mecanismo de acción bactericida de los neutrófilos es el uso de proteínas antibacterianas alojadas en los gránulos  citoplasmáticos de la célula. Una de estas proteínas es la mieloperoxidasa (MPO) y hay estudios que reportan un incremento en la actividad MPO en neutrófilos  derivados de animales hipertiroideos o  incubados con HT in vitro.  Los efectos de los niveles circulantes  de HT  sobre la función de los neutrófilos son mediados   a través de rutas no genómicas. El incremento en la producción de ROS es parcialmente mediado por un receptor acoplado a proteína G desconocido que activa la ruta de la proteína quinasa C e incrementa los niveles intracelulares de Ca²⁺. Por otra parte, el hipertiroidismo no afecta la actividad superóxido dismutasa  ni el contenido de glutatión en los neutrofilos, lo que indica que el incremento en la generación de ROS no se debe a cambios en las defensas antioxidantes.

El metabolismo intracelular de HT  juega un rol esencial  en la función de los neutrófilos  durante la infección y la inflamación. La HT  llega al sitio de la infección bacteriana   y los neutrófilos son capaces  de romper la unión tiroxina-globulina (TBG), incrementando la cantidad  de T₄ disponible extracelularmente. La HT entra al neutrófilo vía transportadores (MCT8 o MCT10) donde es inactivada por la D3. La actividad D3 de los neutrófilos aumenta significativamente en los tejidos inflamados. En este contexto, varios estudios reportan que el metabolismo  de HT por los neutrófilos activados  resulta en la producción  de yoduro libre (I^-), el cual podría ser utilizado por la MPO junto con H₂O₂ para generar hipoyodito (IOH), un compuesto tóxico que es capaz de matar bacterias. Otros estudios  han encontrado que los neutrófilos activados  son capaces de romper el enlace éter  de la T₄, lo cual resulta  en la formación de diyodotirosina (DIT).  Por otra parte, hay reportes que indican que la degradación de HT por los neutrófilos requiere la formación intracelular de ROS.

Los macrófagos contienen varios  elementos esenciales  del metabolismo intracelular de HT. Las macrófagos expresan principalmente MCT10 y en menor extensión MCT8.  Las microglías,  macrófagos residentes en el cerebro,  contienen transportadores LAT2, MCT10 y OATP4a1.  Los macrófagos también expresan D2, TRα₁ y  TRβ. Varios trabajos recientes  han demostrado que los macrófagos de humanos y roedores son capaces de producir  una variante TSHβ funcional, la cual es positivamente regulada por T₃,  es capaz de estimular  al receptor de TSH y, según algunos autores,  juega un rol en la fisiología ósea.  Por otra parte, algunos estudios  reportan  que los macrófagos hipertiroideos estimulados  incrementan la producción de ROS. El tratamiento  de pacientes hipertiroideos con PTU  normaliza la producción de ROS.  La fagocitosis de los macrófagos también es afectada por las concentraciones de HT, la mayoría de estudios reportan  que los altos niveles  de HT provocan  un incremento de la capacidad fagocítica. Este efecto ha sido confirmado  in vitro donde  la incubación de macrófagos  con HT resulta en un incremento de la fagocitosis y la quimiotaxis. La incubación con T3 polariza los macrófagos derivados  de la médula ósea hacia un fenotipo pro-inflamatorio M1 e inhibe la polarización M2. La polarización M1 se acompaña con  un cambio  en la relación TRα₁:TRβ₁, lo cual sugiere que la abundancia relativa  de las isoformas TR  está asociada  con el fenotipo de los macrófagos. El rol de los elementos específicos  del metabolismo intracelular de HT en estos efectos  ha sido estudiado recientemente.  Los resultados indican que  la adecuada regulación  de los niveles intracelulares de HT afecta la función de los macrófagos  a través de una combinación de rutas genómicas y no genómicas. El incremento en la expresión  y actividad de iNOS, la fagocitosis  y la muerte bacteriana son mediados  a través de la unión  de HT a integrinas αvβ3 en la superficie  extracelular de la célula, lo cual resulta  en la rápida activación   de las rutas de señalización  PI3K y ERK1/2.  La  regulación de los niveles intracelulares de HT  también  juega un rol esencial  en la respuesta pro-inflamatoria de los macrófagos. La D2  es inducida en macrófagos  estimulados con endotoxina  bacteriana  (lipopolisacáridos)  junto con TRα₁ y MCT10, lo que indica un desvío  hacia un incremento  de la acción HT durante la inflamación. Estos efectos parecen parcialmente mediados  por rutas genómicas. Más aún, los macrófagos que carecen de TRα exhiben bajo grado de inflamación en comparación con los controles, lo que indica un rol anti-inflamatorio  del TRα. Esto sugiere que la atenuación  de la rápida respuesta  pro-inflamatoria generada por el incremento en los niveles intracelulares de HT podría ser mediada por TRα.

Los macrófagos residentes en tejido  pueden variar ampliamente en fenotipo dependiendo del tejido. El metabolismo  de HT ha sido investigado específicamente  en  las células de Kupffer y las microglías.  Como macrófagos residentes en tejido, las células de Kupffer son esenciales para la homeostasis del hígado.  Este rol está aumentado durante la infección y la inflamación. La administración  de T₃ induce estrés oxidativo  en el hígado. Esto es mediado por las células de Kupffer, las cuales en respuesta a la administración de T₃ in vivo muestran hiperplasia, incremento en la capacidad fagocítica, aumento de la generación de ROS y producción de factor de necrosis tumoral (TNFα).  La activación de las células de Kupffer por T₃ dispara  una cascada  de respuestas en el hígado incluyendo un incremento en los niveles de TNFα e interleuquina-6 (IL-6), lo cual provoca la activación  de STAT3 y factor nuclear kappa-B (NFκB). La activación  de  ambas rutas  resulta en un aumento de la actividad de la iNOS  que a su vez provoca la producción  de grandes cantidades  de ROS y estrés oxidativo en el hígado y disminución del contenido de glutatión. Por otra parte, el incremento en la activación de células de Kupffer resulta en mayor actividad de la D2. Esto sugiere  que las células de Kupffer son también capaces  de generar T₃ localmente durante la inflamación. Las rutas exactas  a través de las cuales son mediados los efectos  de T₃ en las células de Kupffer aun no son claras. Es posible que las acciones no genómicas sean parcialmente atenuadas por los efectos genómicos  que inhiben la respuesta pro-inflamatoria  en estas células. En ratas, la inducción  de estrés oxidativo hepático por T₃ mejora los efectos perjudiciales   de la reperfusión isquémica, la cual provoca severo daño en el hígado.  El efecto protector  de la T₃ contra la reperfusión isquémica  es activado a través del desarrollo   transitorio y reversible de estrés oxidativo. 

Las microglías  derivan de células mieloides progenitoras  que migran al cerebro durante el desarrollo fetal. Las microglías de humanos y roedores   expresan altos niveles de LAT2, MCT10, OATP4a1, TRα1 y TRβ1. Las concentraciones fisiológicas de HT son cruciales para el crecimiento y la diferenciación morfológica de las microglías.  Las ratas hipotiroideas  muestran retardo en el crecimiento y diferenciación de microglías, mientras los animales hipertiroideos exhiben el fenotipo opuesto con  acelerado crecimiento y diferenciación  de microglías. La exposición a T₃  incrementa la migración, activación y fagocitosis  de las microglías  en ratones, lo que indica un desvío hacia  un fenotipo  más maduro y pro-inflamatorio. Estos efectos son mediados por  rutas genómicas y no genómicas. Sin embargo, la migración y los cambios morfológicos  asociados con la activación celular no dependen solamente de los transportadores y receptores de HT sino también de receptores de ácido gamma aminobutírico (GABA-A y GABA-B), NOS, entrada de Ca²⁺ y rutas de señalización mediadas por proteína G incluyendo PI3K y MAPK/ERK. Por el contrario, la estimulación  de la fagocitosis  inducida por T₃ en las microglías es mediada parcialmente por rutas de señalización que no involucran receptores de GABA. 

Las CD  expresan TRβ1 y en menor extensión TRα1, transportadores MCT10 y LAT2 y exhiben actividad enzimática D2 y D3.  Las HT tienen profundos efectos sobre el fenotipo de las CD. La administración de HT tiene efectos pro-inflamatorios en las CD, ilustrados por un incremento en la maduración de las células, producción de citoquinas pro-inflamatorias  y aumento de  la capacidad para provocar una respuesta de células T  citotóxicas. En este contexto, la incubación con HT de células mononucleares de sangre periférica humana  aumenta su capacidad para diferenciarse en CD funcionales. Más aún, la estimulación de CD derivadas de médula ósea  con niveles fisiológicos de  T₃ resulta  en  el inicio  de la respuesta inmune adaptativa por inducción de maduración de CD, incremento en la producción de IL-12 y aumento  de la capacidad de las CD para estimular la respuesta de las células T citotóxicas y disparar  respuestas específicas de antígeno. También aumenta la supervivencia de las CD y la capacidad para migrar a los nodos linfáticos. Los efectos de la T₃ sobre las CD son mediados por el receptor  TRβ1 y las rutas Akt y NFκB. El efecto  de la T₃ sobre las CD podría ser beneficioso en las vacunas anti-cáncer. Dado que las CD son células presentadoras de antígeno, las CD del propio paciente  pueden ser cargadas con antígeno tumoral  e inducir la maduración de CD. La CD son luego readministradas  al paciente resultando en una respuesta  de células T citotóxicas contra el tumor.  Esto necesita  el uso de moléculas coestimuladoras que incrementen la supervivencia  e inmunogenicidad de las CD. Como la T₃ incrementa  la supervivencia de las CD y su capacidad para migrar a los nodos linfáticos,  podría ser usada en las vacunas anti-cáncer basadas en CD.

En conclusión, las HT juegan un rol importante  en la función  de las células del sistema inmune innato. Neutrófilos, macrófagos y  células dendríticas contienen los elementos esenciales requeridos  para el metabolismo intracelular   y la acción de las HT, incluyendo transportadores de HT, desyodasas y TR.  Por otra parte, los niveles circulantes de HT tienen un profundo efecto sobre neutrófilos, macrófagos y CD. En general, niveles aumentados  de HT resultan en una amplificación  de la respuesta pro-inflamatoria de estas células.  Esto es ilustrado por el hecho  que la producción de ROS y la actividad MPO aumentan en neutrófilos hipertiroideos. Los altos niveles de HT también incrementan la producción de especies reactivas de nitrógeno, la fagocitosis y la acción bactericida  en macrófagos. De acuerdo con estos efectos, la T₃ polariza los macrófagos hacia  un fenotipo pro-inflamatorio M1 al tiempo que inhibe marcadores anti-inflamatorios M2 Además del efecto pro-inflamatorio de las HT extracelulares, la respuesta celular al estimulo pro-inflamatorio parece ser dependiente  del metabolismo intracelular de HT,  lo cual sugiere que  el metabolismo de HT juega un importante rol  en la defensa del huésped  contra la infección. Hasta la fecha, esto ha sido demostrado en macrófagos. En las CD, los efectos pro-inflamatorios de HT se manifiestan a través de  un incremento en la maduración celular, la producción de citoquinas pro-inflamatorias  y la capacidad para provocar una respuesta de células T citotóxicas. Los mecanismos involucrados en los efectos de las HT sobre las células inmunes innatas son solo parcialmente  entendidos.  En neutrófilos, la HT induce sus efectos pro-inflamatorios por unión a un receptor acoplado a proteína G desconocido cuyos efectos son mediados por la ruta de la PKC. En macrófagos,  se ha descrito una ruta no-genómica que involucra integrinas αvβ3 y la activación de las rutas ERK y PI3K. Los efectos de la T₃ en células dendríticas son mediados por TRβ1 y las rutas Akt y NFκB.

Fuente: van der Spek AH et al (2017). Thyroid hormone metabolism in innate immune cells. Journal of Endocrinology232: R67-R81.