Efectos ergogénicos del ácido fosfatídico

La masa de músculo esquelético comprende aproximadamente  la mitad de  la masa corporal y es esencial para la locomoción, la producción de calor durante periodos de  frío y el metabolismo. La masa de músculo esquelético puede ser incrementada por carga mecánica como ocurre con los programas de ejercicio de resistencia. La respuesta hipertrófica a la carga mecánica puede ser  aumentada mediante estrategias dietéticas como la ingesta óptima de proteínas y estrategias de suplementación, tales como la provisión de creatina monofosfato. A nivel celular, la carga mecánica, la ingesta de proteínas y varios suplementos deportivos regulan la actividad del complejo blanco de rapamicina 1 (mTORC1). El mTORC1 es un complejo proteico con tres subunidades: mTOR, Raptor y mLST8. El mTOR forma el centro catalítico del complejo y funciona como una serina/treonina quinasa perteneciente a la familia de quinasas relacionadas con la fosfatidilinositol-3 quinasa (PIKK).  El mTORC1 actúa como una señal integradora de factores  ambientales y controla la síntesis de proteínas, específicamente el proceso de inicio de la traslación a través de la regulación hacia abajo de la proteína ribosomal p70 S6 quinasa 1 (p70S6K1) y el factor de inicio 4E-proteína ligadora 1 (4E-BP1). La fosforilación, y por consiguiente, la activación de p70S6K1 modula las funciones de los factores de iniciación de la traslación y también puede promover la biogénesis de ribosomas, lo cual resulta en un incremento de la capacidad traslacional de la célula. En otros sustratos, el 4E-BP1, inhibe la iniciación de la traslación previniendo la formación del complejo eIF4F,  el cual facilita el reclutamiento de la pequeña subunidad (40S) en el extremo 5´del ARNm. La fosforilación de 4E-BP1 por el mTOR resulta en la disociación  de la banda de ARNm   y por lo tanto atenúa la inhibición de la formación del complejo eIF4F.

Los factores que regulan al mTORC1 incluyen factores de crecimiento [Ej: insulina y factor similar a insulina 1 (IGF-I)], aminoácidos, estímulos mecánicos y estatus energético. La regulación de la actividad de mTORC1 por estímulos mecánicos puede ser mediada por la formación de ácido fosfatídico (AF). Más aún, el aminoácido de cadena ramificada leucina, un importante regulador de la actividad de mTORC1, activa la fosfolipasa D1 (PLD1) e induce su traslocación subcelular a los lisosomas (el sitio de actividad del mTORC1). La PLD1 hidroliza fosfatidilcolina (FC) para producir AF. El AF es un fosfolípido compuesto por un glicerol con dos ácidos grasos  y un grupo fosfato adherido a él. Los dos ácidos grasos están adheridos a átomos de carbono vecinos en las posiciones sn-1 y sn-2 con el grupo fosfato adherido al átomo de carbono en la posición sn-3. El ácido graso en la posición ns-1 a menudo es saturado, mientras el ácido graso en la posición sn-2 generalmente es insaturado. La composición de ácidos grasos del AF es crítica en su capacidad para activar al mTORC1. Específicamente, las investigaciones han demostrado que las especies  de AF que contienen uno o dos ácidos grasos insaturados activan  al mTORC1 en células de embrión humano, mientras las especies AF saturadas  no tienen efecto significativo. Dado el aparente rol del AF en la regulación del mTORC1, se ha evaluado su suplementación en hombres entrenados con ejercicio de resistencia para asegurar su efecto sobre la fuerza y el grosor muscular.

El AF tiene un rol central en la síntesis de glicerofosfolípido y triacilglicerol como su precursor biosintético y puede ser generado  por tres mecanismos principales. Una de estas rutas metabólicas es capaz de generar AF de novo.  La ruta de novo se origina a partir de glicerol-3-fosfato (G3P). El G3P puede ser formado a partir de uno de los productos  intermediarios de la glucólisis. Durante la glucólisis, la glucosa es convertida en fructosa 1,6-bifosfato y posteriormente clivada en dos subunidades  de tres carbonos, concretamente dihidroacetona fosfato (DHAP) y gliceraldehído-3-fosfato. La DHAP generada puede ser reducida a G3P, una reacción catalizada por la glicerol-3-fosfato deshidrogenasa (GDPH). La GDPH es una proteína integral de membrana  del retículo endoplásmico y también de la membrana mitocondrial externa donde  su expresión es inducida por la insulina. Después de la producción de G3P, ocurren dos reacciones de acilación para generar AF. La primera reacción de acilación produce ácido lisofosfatídico (ALP) y es catalizada por la glicerol-3-fosfato aciltransferasa (GPAT) y la segunda acilación, resulta en AF y es catalizada la ácido lisofosfatídico aciltransferasa (ALPAT). Los ácidos grasos de la dieta y el ácido palmítico sintetizado de novo  contribuyen con los grupos acil-CoA requeridos. La ruta de novo tiene fuerte preferencia  por la producción de especies de AF con dos ácidos grasos saturados.

En la segunda ruta, la FC es hidrolizada en AF y colina. Una reacción catalizada por la fosfolipasa D (PLD), la cual juega un rol crucial en el mecanismo de activación de la señal mTOR, y las isoformas PLD1 y PLD2 pueden encontrarse en la banda α de músculo esquelético. Sin embargo, una investigación reciente demuestra que la activación de PLD no es requerida para incrementar la señal mTOR inducida mecánicamente. Esto contradice experimentos previos que demuestran que la PLD es crucial en la mediación de este incremento. Más aún, los primeros hallazgos indicaban que la actividad PLD inducida mecánicamente se correlacionaba pobremente con el incremento celular de AF. La LPD1 ha sido recientemente implicada en la activación de mTORC1 por el aminoácido ramificado leucina, un importante regulador de la actividad de  mTORC1. La leucina tARN sintetasa interactúa con la quinasa de lípido Vps34. A su vez, la Vps34 produce fosfatidilinositol-3-fosfato (PI₃P), el cual interactúa con el dominio PX de la PLD1. Esta interacción trasloca la PLD1 a los lisosomas, el sitio de actividad del mTORC1, y produce  AF. Adicionalmente, algunos factores de crecimiento como insulina  e IGF-1 pueden regular la actividad de la PLD.

La tercera ruta que genera AF utiliza diacilglicerol  (DAG) como sustrato. El DAG puede derivar de la grasa almacenada como triacilglicerol o el glicerofosfolípido fosfatidilinositol (PI). En el primer caso, uno de los grupos acil-CoA externos  es desacilado por una lipasa. Por el contrario, la síntesis de DAG a partir de PI requiere la remoción del grupo inositol, la enzima fosfolipasa C (PLC) cataliza esta reacción. El DAG es fosforilado por la DAG quinasa (DGK), o por la  retículo endoplásmico quinasa similar a PRK (PERK), en AF.  La PERK se encuentra en la membrana del retículo endoplásmico (ER) y exhibe actividad quinasa dependiente de la fosfoinositido-3 quinasa (PI3K). Esto puede proporcionar un enlace entre AF-señal mTORC1 y la activación de mTOR por factores de crecimiento mediada la señal PI3K/Akt.

El metabolismo del AF sigue dos rutas importantes en la síntesis de novo  de glicerofosfolípidos  y triacilglicerol. Una ruta provoca el almacenamiento  de energía en el tejido adiposo, esto es, la biosíntesis de triacilglicerol. Una fosfatasa de AF hidroliza el enlace con el grupo fosfato para generar DAG y Pi. El DAG formado puede ser esterificado con un tercer grupo acil-CoA para producir triacilglicerol. El DAG producido también puede ser dirigido hacia la ruta de Kennedy para producir  dos glicerofosfolípidos: fosfatidiletanolamina (FE) y FC, constituyentes importantes  de la membrana celular, con la FC más abundante y la PE como el segundo fosfolípido más abundante. La segunda ruta está dirigida a la síntesis de glicerofosfolípido. El AF es activado por citidina difosfato (CDP) formando CDP-diacilglicerol, reacción catalizada por la CDP-diacilglicerol sintetasa. Esta etapa es análoga a la activación de glucosa por uridina difosfato (UDP) en la síntesis de glucógeno. Después de la activación por CDP, el AF puede ser convertido a PI, fosfatidilglicerol (FG) y cardiolipina (CL). El PI es un precursor de fosfoinositidos como el fosfatidilinositol (3,4,5)-trifosfato (PIP3) que juega un importante rol en la señalización intracelular, el tráfico de vesículas y la dinámica del citoesqueleto. FG y CL juegan un importante rol en el funcionamiento de las mitocondrias y también están involucrados en la señalización molecular de varios procesos  celulares. Adicionalmente, el grupo acil en posición sn-2 puede ser hidrolizado por la fosfolipasaA2 (PLA₂) y producir ALP.

Varios alimentos contienen AF, aunque en cantidades extremadamente pequeñas. Las mayores cantidades de AF  se encuentran en los vegetales pertenecientes a las Brassicaceac como el repollo (Brassica oleracea) que contiene 700 nmol/kg (aproximadamente 0,5 mg/g). Como la cantidad  de AF en la dieta es muy baja, es necesaria la suplementación en los individuos  entrenados con ejercicio de resistencia. Cuando se administra por vía oral, el AF es metabolizado a lisofosfolípidos y glicerol-3-fosfato  en la luz intestinal por varias fosfolipasas pancreáticas. Estas fosfolipasas hidrolizan los enlaces ester  en posición sn-1 o sn-2. Posteriormente, estos productos (principalmente lisofosfolípidos con un ácido graso en posición sn-1) son absorbidos por la mucosa intestinal. Los lisofosfolípidos  pueden entonces ser re-esterificados con un ácido graso en el enterocito, produciéndose AF nuevamente. También puede tener lugar la  esterificación para formar triacilglicerol. Los fosfolípidos formados  serán incorporados en la capa externa  de los quilomicrones, los cuales mediante exocitosis pasan al sistema linfático para llegar a la circulación sanguínea. Una dosis simple de 1,5 g de AF derivado de soya alcanza una concentración plasmática pico de AF a las 3 horas  después de la ingesta oral y se mantiene alta hasta por 7 horas. No está claro cuánto del AF absorbido eventualmente alcanza al tejido muscular esquelético y es absorbido por las células musculares o incorporado a sus membranas. Algunas evidencias sugieren que el AF exógeno debe ser metabolizado extracelularmente a ALP para activar al mTORC1.

El AF puede modular la actividad mTOR uniéndose directamente a su dominio de unión FKBP12-rapamicina (FRB). El dominio FRB presta su nombre a la rapamicina, un potente inhibidor farmacológico del mTOR. La rapamicina se une al sitio en un complejo con FKBP12 e inhibe la actividad catalítica del mTOR. La estimulación mecánica, la cual aumenta la concentración celular de AF, incrementa también la concentración inhibidora de rapamicina. Estos datos apoyan la hipótesis de una competencia entre el complejo FKBP12-rapamicina y el AF por la unión con el dominio FRB. Sin embargo, como la rapamicina debe ser administrada exógenamente, esto  no explica el efecto  del AF sobre la actividad mTOR en ausencia de rapamicina. Por otra parte, el inhibidor endógeno FKBP38 también se une al dominio FRB. El AF desplaza al FKBP38 y por lo tanto atenúa la inhibición impuesta sobre la actividad mTORC1. Adicionalmente, el AF es capaz de activar alostéricamente al mTORC1. Entonces, la acción del AF para la activación de mTORC1 ocurre por dos rutas: (i) desplazando al inhibidor endógeno FKBP38 del dominio FRB y (ii) alostéricamente estimulando la actividad catalítica del complejo. Por el contrario, el AF exógeno no activa al mTORC1 a través de su internalización y la posterior interacción directa con mTOR. El AF exógeno podría requerir la conversión extracelular  a ALP por fosfolipasas  para unirse y activar receptores del gen de diferenciación endotelial  (EDG-2) en la superficie celular. La activación de este receptor acoplado a proteína G desencadena la ruta de señalización MEK-ERK, la cual estimula la activación  de mTORC1 a través de la inhibición del complejo de esclerosis tuberosa y Raptor. El EDG-2 activado, además de la activación de la ruta MEK-ERK, provoca un incremento intracelular de AF  debido al aumento  de la actividad de PLD. Sin embargo, hay autores que sugieren que la estimulación mecánica induce la señal mTOR a través un mecanismo independiente de ERK que potencialmente involucra al AF. Adicionalmente, el AF puede promover un incremento en la masa muscular afectando la expresión de varios factores involucrados en la ruta ubiquitina-proteasoma como el FoxO. La familia FoxO de factores de transcripción juega un importante rol en la degradación de proteínas musculares modulando la actividad de las rutas proteolíticas ubiquitina-proteasoma y autofagia-lisosomal. Entre los factores regulados por FoxO están las dos ligasas E3 de la atrofia muscular F-box (MAFbx, también conocida como atrogina-1) y dedo de anillo muscular 1 (MuRF1). Ambas ligasas son importantes reguladores  de la atrofia muscular. Un posible mecanismo para esta acción del AF puede ser vía mTORC2, el cual se diferencia estructuralmente del mTORC1 porque no contiene Raptor sino Rictor. Sin embargo, su rol en la hipertrofia muscular parece ser menos prominente que el del mTORC1.

Varios estudios recientes han evaluado los efectos ergogénicos del AF en hombres entrenados con ejercicio de resistencia. Uno  de estos estudios examinó la eficacia  de 750 mg  de AF sobre el grosor muscular  y la ganancia de fuerza en hombres entrenados con ejercicio de resistencia. Un total de 15 hombres participaron  en el estudio y fueron instruidos para seguir un programa de entrenamiento con sesiones tres días por semana. La mitad de la dosis de AF fue tomada con el desayuno y la otra mitad con la cena. El grosor de los músculos recto femoral, vasto lateral, bíceps braquial y tríceps braquial fue medido con ultrasonografía. Aunque todos los participantes mejoraron en su medida de grosor y fuerza  muscular, no se encontraron diferencias significativas  entre el grupo AF y el grupo placebo. Sin embargo, otros estudios sugieren que la suplementación con AF puede ser una estrategia dietética útil  para incrementar la masa muscular y posiblemente la fuerza muscular en esta población, aunque solamente un estudio encontró un efecto estadísticamente significativo en estos parámetros. Esto puede deberse a diferencias entre los estudios  o a un pequeño efecto que podría requerir una muestra de mayor tamaño para alcanzar resultados estadísticamente significativos. Aunque el AF es un fosfolípido presente en las membranas de las células, su presencia en la dieta es muy pequeña y podría ser requerida la suplementación para obtener algunos potenciales beneficios ergogénicos. Sobre la base de las investigaciones actuales, una dosis apropiada de AF podría ser 750 mg diarios. Una dosis menor parece ser inefectiva para incrementar la masa y fuerza muscular.  El tiempo óptimo de ingesta de AF aún no ha sido establecido. Por lo tanto parece apropiado recomendar el tiempo de ingesta en línea con los estudios que han demostrado los efectos ergogénicos del compuesto en atletas. Estos estudios reportan efectos positivos cuando 450 mg de AF son tomados 30 minutos antes del entrenamiento y 300 mg inmediatamente después del mismo. En los días de descanso, se toman 450 mg con el desayuno y 300 mg con la cena.  Dado que el AF es hidrolizado antes de su absorción por la mucosa intestinal, después de lo cual es re-esterificado con ácidos grasos en el enterocito, la composición de ácidos grasos  de la comida con la cual se ingiere el AF puede influir en su eficacia ergogénica.

En conclusión, el mTORC1  es un regulador master  de la hipertrofia del músculo esquelético. El mTORC1 es regulado por  varias señales, incluyendo factores de crecimiento, estatus energético y estímulos mecánicos. Una considerable cantidad de estudios a nivel molecular sugieren que el AF está involucrado en la activación  mTORC1  por estimulación mecánica. La ruta mTORC1 está íntimamente involucrada en la regulación del tamaño del músculo esquelético a través de la regulación de la síntesis de proteínas. El AF modula la actividad mTOR por unión directa a su dominio FKBP12-rapamicina. Por otra parte, el AF exógeno activa al mTORC1 vía conversión extracelular  a ácido liso fosfatídico y su posterior unión  a receptores del gen de diferenciación celular en la superficie de celular. Adicionalmente, el AF puede afectar la degradación  de proteínas musculares  a través de la regulación de FoxO.

Fuente: Bond P (2017). Phosphatidic acid: biosynthesis, pharmacokinetics, mechanisms of action and effect on strength and body composition in resistance-trained individuals. Nutrition & Metabolism 14: 12.

HDL y masa ósea

Los avances recientes en el campo  de las lipoproteínas sugieren un rol multifuncional de la lipoproteína de alta densidad (HDL) en la salud y la enfermedad. La HDL ha sido por décadas una lipoproteína que ha atraído la atención de la comunidad biomédica, principalmente por su importante rol en la ateroprotección. La correlación inversa entre los niveles de HDL colesterol (HDL-C) y el riego de desarrollar enfermedad cardiaca coronaria sugiere que los altos niveles plasmáticos de HDL-C protegen contra el desarrollo de ateroesclerosis. Como resultado, la mayoría de estudios se han ocupado de los niveles de HDL-C en patologías humanas. Sin embargo, datos recientes obtenidos en modelos animales y estudios clínicos indican que la funcionalidad de la HDL, determinada por su apoproteína  (APO) y el contenido de lípido, es más importante en la ateroprotección que los niveles de HDL-C solos. La HDL es un ensamble macromolecular de proteínas y lípidos sintetizados en la circulación como resultado de una acción concertada  de apoproténas, transportadores de lípidos y enzimas plasmáticas.  El principal lípido de la HDL madura es el colesterol esterificado. Otros lípidos como fosfolípidos, esfingolípidos y ceramidas también forman parte del lipidoma HDL. Los datos recientes indican que, además de la ateroesclerosis y la enfermedad cardiaca coronaria, la HDL puede jugar un rol importante en la patología y el tratamiento  de otras enfermedades incluyendo obesidad mórbida, hígado graso no alcohólico, diabetes mellitus tipo 2, enfermedad pulmonar obstructiva y enfermedades del sistema nervioso central. Adicionalmente, la HDL tiene un rol en la patogenia de enfermedades óseas degenerativas y metabólicas. La HDL disfuncional puede contribuir al incremento de la prevalencia de estas enfermedades e influir en los procesos metabólicos asociados con la síntesis y el catabolismo del hueso.

La HDL es una mezcla de partículas con densidades en el rango de 1,063-1,21 g/ml y, dependiendo de su composición de lípidos, estas partículas pueden asumir una geometría discoidal o esférica. Las partículas HDL maduras esféricas contienen aproximadamente 45-55% de APO, 26-32% de fosfolípidos, 15-20% de colesterol esterificado, 3-5% de colesterol libre y aproximadamente 5% de triglicéridos. El principal componente proteico de la HDL es la APO A1 (APOA1) que juega un rol clave en la biogénesis y las funciones de la HDL. Sin embargo, estudios en ratones indican que otras APO como APOE y APOCIII también son capaces  de promover la biogénesis de novo de HDL. La HDL que contiene APOA1 parece ser estructural y funcionalmente distinta  a la HDL que contiene APOE.

La biogénesis de la HDL que contiene APOA1 involucra a los  transportadores de lípidos “casette” ligador de ATP A1 (ABCA1) y G1 (ABCG1) y la enzima plasmática lecitina:colesterol acil transferasa (LCAT). En las etapas iniciales de la formación de HDL, la APOA1 libre de lípido, secretada aproximadamente 70% por el hígado y 30% por el intestino, interactúa funcionalmente con una forma dimérica del transportador de lípidos ABCA1 para adquirir fosfolípido y colesterol formando  una APOA1 mínimamente lipidada.  A través de una serie de etapas intermedias que involucra al ABCG1, la APOA1 mínimamente lipidada forma gradualmente partículas HDL discoidales, las cuales son convertidas en partículas esféricas por la LCAT. La APOA1 en las partículas HDL discoidales y esféricas  es capaz de interactuar con el receptor “scavenger” clase B tipo 1 (SRB1) presente en la superficie de las células para entregar esteres de colesterol a la célula. Los estudios en ratones sugieren que las interacciones de APOA1 con SRB1 son importantes para las funciones  ateroprotectoras de la HDL. Las etapas adicionales en el metabolismo de HDL involucran el procesamiento por la proteína plasmática colesteril ester transferasa, una enzima que media el intercambio de esteres de colesterol de HDL con triglicéridos de VLDL. Esta etapa contribuye a la reducción del tamaño de la partícula HDL, haciéndola un sustrato más apropiado para el SRB1, y al eventual catabolismo de colesteril esteres de HDL por el receptor de LDL a través de la captación mediada por receptor de LDL rica en colesteril ester. El procesamiento adicional de la HDL en la circulación involucra la hidrolisis de sus fosfolípidos y triglicéridos  por varias lipasas (lipoproteína lipasa, lipasa hepática y lipasa endotelial) y la transferencia  de fosfolípidos a partir de VLDL/LDL a HDL por proteínas que transfieren fosfolípidos.  

El hueso es una forma de tejido conectivo especializado con varias funciones especializadas incluyendo soporte mecánico para tejidos blandos, protección de órganos internos y soporte de la hematopoyesis. El mantenimiento de la masa ósea depende del balance entre la síntesis de hueso y la resorción ósea, dos tareas vitales que llevan a cabo los osteoblastos y los osteoclastos, respectivamente. La interacción bidireccional y continua entre osteoblastos y osteoclastos es coordinada en tiempo y espacio a través de un proceso que es fundamental para la homeostasis ósea llamado “remodelado óseo”. Este proceso está bajo el estricto control de señales autocrinas, paracrinas y endocrinas y es esencial para la adaptación del hueso a la carga mecánica y para la reparación después del daño. Los osteoblastos son células metabólicamente activa que poseen un núcleo grande, 2-4 nucleolos,  abundante retículo endoplásmico  y aparato de Golgi. Estas células son responsables de la producción de la matriz extracelular compuesta principalmente por colágeno tipo 1 y cantidades más pequeñas de proteínas especializadas. Los osteoblastos están bajo el control de señales autocrinas, paracrinas y endocrinas. En efecto, virtualmente todas las rutas de señales de transducción convergen en los osteoblastos. La “familia osteoblastos” también incluye las células del forro óseo y los osteocitos. Las primeras residen en la superficie del hueso, tienen forma de huso, metabólicamente y funcionalmente quiescentes  y separan la matriz ósea del espacio extracelular creando un tipo especial de epitelio. Esta separación es una característica esencial del hueso. Los osteocitos son componentes permanentes del hueso y las células más abundantes (90-95% del número total de células óseas)  del esqueleto humano. Atrapados en la matriz mineralizada, los osteocitos desarrollan una delicada red de procesos de membrana celular  para comunicarse unos con otros y con las células de la superficie ósea.  Estos procesos contienen conexina-43 y corren en pequeños canales, los canalículos, que permean la matriz extracelular.  La red de osteocitos es muy activa  y conforma una unidad endocrina con roles claves en el remodelado y la homeostasis ósea. Los oseocitos son las células más mecanosensibles del hueso. Los osteoclastos son células multinucleadas que derivan de precursores de monocitos, en claro contraste con los osteoblastos que son de origen mesenquimal. Los precursores de los osteoclastos son células mononucleadas que durante el proceso de diferenciación y bajo la influencia de factores específicos se fusionan formando células maduras multinucleadas. La principal función de los osteoclastos es la degradación de la matriz extracelular ósea. Para llevar a cabo esta función, los osteoclastos se adhieren a la superficie ósea a través de integrinas especializadas (principalmente α_vβ3). La H⁺-ATPasa secretora de ácido de la superficie apical facilita la resorción de mineral óseo por adición de ácido y solubilizando fosfato y calcio. La secreción de ácido  es apoyada por el intercambio cloro-protón y canales de cloruro. Los osteoclastos secretan varias proteinasas ácidas, incluyendo las catepsinas B y K y las metaloproteasas de matriz (MMP) 9 y 13 que degradan colágeno. La remoción de los componentes óseos es activada principalmente por translocación vacuolar. Los precursores de los osteoclastos también expresan el receptor RANK (receptor activator for nuclear factor κB) que regula la maduración de pre-osteoclastos mono y multinucleados a través de su unión con el ligando de RANK (RANKL). El RANKL es una proteína homotrimérica tipo II producida por osteoblastos y células estromales y es secretada  también por células T activadas. Los osteoblastos y las células estromales también producen y secretan osteoprotegerina (OPG), un receptor soluble señuelo de RANK. El incremento de la relación RANKL/OPG promueve la formación de osteoclastos y por consiguiente la resorción ósea. Hormonas hipofisiarias, esteroides sexuales, glucocorticoides, citoquinas específicas y factores de crecimiento están implicados en la regulación de la formación y degradación de hueso.

La reducción de la masa ósea que se observa en individuos obesos está relacionada con el hecho que la obesidad provoca una respuesta inflamatoria de bajo grado mediada primariamente por las citoquinas pro-inflamatorias factor de necrosis tumoral-α(TNFα) e interleuquinas 6 (IL-6)  y 1β (IL-1β) que afectan el equilibrio formación-resorción  y por consiguiente la masa ósea. Los linfocitos T activados pueden unirse directamente a los macrófagos y disparar la producción y secreción de las citoquinas antes mencionadas. En condiciones normales, la HDL inhibe la interacción linfocito T-macrófago y previene el inicio de la respuesta inflamatoria. La inflamación tiene un fuerte impacto sobre el remodelado óseo afectando diferencialmente la función de osteoblastos y osteoclastos y por lo tanto juega un rol central en el desarrollo de patologías metabólicas relacionadas con el hueso, como la osteoporosis. El efecto de la inflamación de bajo grado es muy pronunciado en los osteoclastos. Específicamente, los linfocitos T activados expresan RANKL  y por lo tanto tienen la capacidad para unirse -y activar- directamente a los precursores de osteoclastos a través del eje RANK-RANKL. Adicionalmente, las moléculas pro-inflamatorias secretadas por los adipocitos de la médula ósea pueden aumentar la diferenciación y activación  de osteoclastos de una manera independiente de RANK/RANKL. La inflamación también está asociada con la producción de la proteína quimioatrayente de monocitos 1 (MCP1), una citoquina pro-inflamatoria que también está implicada en la transcripción de genes específicos de osteoclastos, primariamente a través de la cascada de señalización JAK-STAT.

Los datos clínicos y los estudios moleculares han demostrado que las perturbaciones en las rutas del metabolismo de los lípidos están fuertemente relacionadas con la fisiopatología de la osteoartritis (OA). Un sofisticado análisis proteoma comparativo de condrocitos OA hipertrofiados  reveló que rutas que regulan el metabolismo de lípidos, síntesis de prostaglandinas, metabolismo de glutatión y metabolismo a través de citocromo p450, exhiben diferencias entre condrocitos normales y condrocitos OA hipertróficos. Más aún, el análisis de expresión de genes en condrocitos OA humanos encontró alteraciones en los niveles de expresión de los genes que regulan la entrada y salida de colesterol y el metabolismo de lípidos. También está documentado que la expresión de un grupo de genes que regulan la salida de colesterol, concretamente ABCA1, APOA1 y LXRα, es suprimida significativamente en los condrocitos derivados de OA en comparación con el cartílago normal. Las alteraciones en la biogénesis y maduración de HDL predisponen al desarrollo de OA en ratones después del tratamiento crónico con dieta tipo occidental. Los ratones APOA1^-/-, en claro contraste con los ratones LCAT^-/- no resultaron muy obesos, una observación que apoya la posibilidad que el metabolismo alterado de la HDL puede tener un efecto destructivo directo sobre el cartílago articular que, es independiente del peso corporal, y contribuye significativamente al desarrollo de OA.

Los datos recientes proponen que hay una asociación entre niveles de HDL y  masa ósea. Sin embargo, los resultados generados a partir de estudios epidemiológicos en humanos son contradictorios. Una considerable cantidad de estos estudios han demostrado que el incremento de HDL está asociado con una mejor calidad ósea y una reducción del riesgo de osteoporosis, otros estudios apoyan una relación negativa entre niveles de HDL y masa ósea. Varios estudios recientes han investigado la posible conexión entre HDL y metabolismo óseo. En esta dirección, se ha estudiado extensamente el rol del principal receptor de HDL,  SRB1 (scavenger receptor  class B, tipo 1), en la regulación de la masa ósea. El SRBI es el producto del gen Scarb 1 y une HDL con gran afinidad, facilitando el transporte de colesterol desde órganos periféricos al hígado, un proceso llamado transporte reverso de colesterol. Los ratones Scarb1 KO tienen elevado significativamente  el colesterol plasmático y el HDL colesterol, volumen óseo aumentado  y elevado número de osteoblastos. El SRB1 regula la captación de colesterol en las glándulas adrenales, por lo tanto los animales con deficiencia de SRB1 se caracterizan por niveles disminuidos de glucocorticoides y elevados niveles de hormona adrenocorticotrópica (ACTH). Dado que las altas concentraciones de ACTH son anabólicas para los osteoblastos, este mecanismo puede explicar la alta masa ósea de los ratones Scarb1 KO.

La APOE es una glucoproteína de 34,2 kDa producida por el hígado y otros órganos periféricos. Sus principales funciones son la ateroprotección y el mantenimiento de la homeostasis de lípidos plasmáticos a través de mediar la captación celular de remanentes de quilomicrones, VLDL y LDL y su aclaramiento de la circulación. La APOE también está implicada en la biosíntesis de novo  de HDL. APOE, PPARγ, ESR1 e IL-6 pertenecen a un grupo de genes que regulan HDL y densidad mineral ósea (BMD). Los ratones con deficiencia de APOE tienen alta masa grasa pero reducida masa ósea y adiposidad de la médula ósea. Este hallazgo permite concluir que la APOE posiblemente detiene la maduración de las stem cell mesenquimales de la médula ósea  en estadios tempranos y por lo tanto afecta los linajes lipoblástico y osteoblástico, a través de mecanismos aun no identificados. Recientemente, se ha demostrado que la APOE2 humana tiene un efecto más significativo sobre el recambio óseo que la APOE3 y la APOE4. El rol de APOE en la función  de los osteoclastos es pobremente entendido. Un reporte reciente sobre macrófagos derivados de la médula ósea demuestra que la APOE tiene un efecto inhibidor sobre los osteoclastos, el cual es mediado por cascadas de señalización relacionadas con c-FOS, NFATc1 y NF-κB. Sobre la base de estos hallazgos, la literatura actual indica que la APOE es un potente regulador de stem cell mesenquimales y por lo tanto afecta la masa ósea.

La APOA1 es una molécula clave en la regulación de la biogénesis de HDL. Además de su rol en la ateroprotección, la APOA1 también está implicada en el desarrollo de hígado graso no alcohólico y en la patogenia de la OA. A través de una serie de experimentos in vitro y experimentos moleculares sobre stem cells mesenquimales, osteoblastos y osteoclastos se demostró que factores relacionados con osteoblastos y los ejes de señalización RUNX2, osterix, COLLa1 y RANKL están significativamente alterados en ratones APOA1 KO.  Por el contrario, no son afectados los genes que regulan la diferenciación y función de osteoclastos concretamente TRAP (Acp5), catepsina K (Ctsk) y RANK (Tnfrsf11a). Estos hallazgos indican que la reducción de masa ósea en los ratones ApoA1 KO es atribuida primariamente a la supresión de la síntesis ósea osteoblástica y no al incremento de la degradación ósea osteoclástica. Asimismo, la adiposidad de la médula ósea tiene un rol esencial en la regulación de osteoblastos y osteoclastos, y por consiguiente, la masa ósea. El análisis histológico de ratones APA1 KO revela que la médula ósea  de estos animales tiene significativamente elevado el número de lipoblastos. Adicionalmente, las stem cells mesenquimales  exhiben un incremento en los niveles de  PPARγ y CEBPa, reguladores de lipoblastos. Sobre la base de estos datos, se propone que la APOA1 puede actuar como modulador de los “pooles” de stem cells mesenquimales.

En conclusión, la HDL está relacionada con la fisiología y patología óseas. Los estudios en ratones indican que la disfunción  de HDL puede afectar la masa ósea a través de diferentes rutas. Específicamente, la disminución de los niveles de HDL está asociada con el desarrollo de un microambiente inflamatorio que afecta la diferenciación y función  de los osteoblastos. Adicionalmente, la perturbación de HDL favorece la diferenciación adipoblástica y restringe la diferenciación osteoblástica  a través, entre otros, de la modificación  de quimioquinas y cascadas de señalización relacionadas con el hueso. El incremento en la adiposidad de la médula ósea también deteriora la función osteoblástica y por consiguiente la síntesis de hueso, lo cual  provoca la reducción de masa ósea.

Fuente: Papachristou NI et al (2017). High-density lipoprotein (HDL) metabolism and bone mass. Journal of Endocrinology 233: R395-R107.

Miostatina y masa grasa

Los tejidos adiposos, compuestos principalmente por adipocitos, juegan roles importantes en el metabolismo. Los adipocitos pueden derivar de stem cells  mesenquimales con la estimulación apropiada. El proceso de diferenciación   involucra dos fases: determinación, en el cual las stem cells multipotentes se convierten en adipoblastos, y, diferenciación, en el cual los preadipocitos  se convierten en adipocitos maduros en el ambiente que  promueve la adipogénesis. La miostatina (MSTN), un regulador negativo del crecimiento  del músculo esquelético, puede ser detectada  no solo en el tejido muscular  sino también en el tejido adiposo. La evidencia acumulada demuestra que la MSTN puede regular la adipogénesis  de stem cells mesenquimales en las fases de determinación y diferenciación.

La MSTN, también conocida como factor de crecimiento y diferenciación-8, es expresada principalmente en músculo esquelético y es un regulador negativo del crecimiento muscular. La MSTN fue identificada en 1997 como un miembro  de la familia del factor de crecimiento transformante (TGF-β). Las células progenitoras musculares y los mioblastos pueden proliferar y diferenciarse en fibras musculares, lo cual contribuye al crecimiento de la masa muscular. La principal función de la MSTN en las células progenitoras musculares y los mioblastos es la inhibición de  la auto-renovación y la diferenciación. Por ejemplo, la MSTN puede inhibir la diferenciación de mioblastos en miotubos a través de la inhibición del factor de diferenciación miogénico (MyoD) y la expresión de Smad 3. Adicionalmente, la MSTN regula negativamente la activación de las células satélites y controla el proceso de auto-renovación  de estas células.

Los miembros  de la familia TGF-β contienen tres dominios distintos: un dominio N-terminal, un dominio pro-péptido y un péptido maduro C-terminal. Como miembro de la familia TGF-β, la MSTN exhibe las características típicas  de otros miembros de esta familia: 1) un segmento hidrofóbico  cerca  de la región N-terminal; 2) una señal de procesamiento proteolítico de RSRR en la región C-terminal y 3) residuos cisteína en la región C-terminal para facilitar la formación de un “nodo cisteína”. La diferencia entre MSTN y otros miembros de la familia TGF-β es que la secuencia de nucleótidos de la región  C-terminal es más corta que la de los demás miembros. Los estudios iniciales en 1997 encontraron que la MSTN es expresada predominantemente en tejido muscular, pero también es detectada en tejido adiposo, y estudios reciente demuestran que la MSTN puede ser detectada en glándula mamaria, fibras de Purkinje y cardiomiocitos en tejido cardiaco, bazo, linfocitos, placenta y útero. Estos resultados indican que la MSTN puede ejercer su función, además del músculo, en otros tejidos. Los resultados de muchos estudios indican que la MSTN juegan roles claves en la miogénesis y la adipogénesis. La función de la MSTN en la adipogénesis es controversial. En preadipocitos, la MSTN inhibe la adipogénesis, mientras puede promover la adipogénesis en stem cells pluripotentes. La inhibición específica de MSTN en músculo, pero no en tejido adiposo, inhibe la masa grasa. Por otra parte, la sobrexpresión específica de MSTN en tejido adiposo incrementa la tasa metabólica y la resistencia a la obesidad inducida por dieta.

En diferentes especies de preadipocitos, la MSTN inhibe la diferenciación celular. Por ejemplo, en preadipocitos 3T3-L1 tratados con MSTN durante la diferenciación, la adipogenesis es inhibida significativamente a través de la regulación  de CCAAT/proteína de unión de intercambiador (C/EBP)-β y receptor activado por proliferador de peroxisomas γ (PPARγ). Adicionalmente, otro factor de transcripción, C/EBPG, y varios genes relacionados con el metabolismo de los lípidos, incluyendo glicerol-3-fosfato deshidrogenasa (GPDH), diacilglicerol O-aciltransferasa (DGAT), acil-CoA sintetasa y lipasa sensible a hormonas (HSL) son inhibidos por la MSTN en la diferenciación de los preadipocitos 3T3-L1. Más aún, la adipogénesis de preadipocitos primarios aislados de tejido adiposo de bovino y preadipocitos intramusculares aislados también de bovino es inhibida por el tratamiento con MSTN.

Los adipocitos blancos y marrones son dos tipos distintos de células en los mamíferos. Los adipocitos blancos almacenan el exceso de energía en grandes gotas de lípidos, mientras los adipocitos marones contienen gotas más pequeñas y queman energía a través de la  termogénesis sin escalofríos. Inicialmente, la investigación se ocupó de la inhibición de la adipogénesis por la MSTN en adipocitos blancos. Más recientemente, la investigación ha revelado que la MSTN también inhibe la diferenciación de preadipocitos marrones. Este proceso involucra la ruta de señalización TGF-β/Smad3 y la estabilización de β-catenina mediada por Smad3. Los fibroblastos embrionarios de aislados de ratón con deficiencia de MSTN pueden diferenciarse  en células similares  a adipocitos marrones bajo condiciones adipogénicas especializadas. Sin embargo, el tratamiento con MSTN de ratones con deficiencia  de MSTN  puede inhibir marcadores claves del tejido adiposo marrón como la proteína desacopladora 1 (UCP1).

Las células 3H10T(1/2), una línea de células similares a fibroblastos de origen embrionario, tienen la capacidad de diferenciarse en múltiples líneas celulares, incluyendo mioblastos, condrocitos y adipocitos. El potencial para la diferenciación miogénica de esas células puede ser inhibido por la MSTN, la cual promueve la diferenciación  de células mesenquimales en linajes adipogénicos. La función de la MSTN en la adipogénesis parece consistir en guiar las células en un estado particular. Cuando las células son inducidas a diferenciarse en adipocitos, la dexametasona, el componente clave del medio inductor de la adipogénesis, podría inducir la expresión de MSTN. Más aún, la MSTN recombinante podría sustituir a la dexametasona en la mezcla DIM (dexametasona, insulina e isobutil-1-metilxantina) para inducir niveles significativos de adipogénesis en células C3H10T(1/2). Estos datos demuestran que la MSTN puede inducir la adipogénesis en stem cells mesenquimales.

El músculo esquelético y el tejido adiposo se desarrollan a partir de la misma stem cell mesenquimal. La función del gen MSTN es controlar el “switch” entre adipogénesis y miogénesis. Ratones MSTN “knockout” (KO) tienen adipogénesis reducida y por consiguiente disminución de la secreción de leptina, lo cual está asociado con un incremento en el desarrollo muscular. Por otra parte, la utilización de glucosa y la sensibilidad a la insulina aumentan en los ratones MSTN KO. La disminución de masa grasa y el aumento de masa muscular puede deberse a la rápida depleción del pool de stem cells y células progenitoras en los tejidos adiposos blanco y marrón. Adicionalmente, los ratones MSTN KO  también exhiben resistencia a la obesidad inducida por dieta. Esta resistencia puede deberse a la transformación  de adipocitos blancos en adipocitos marrones. Un estudio reciente indica que los ratones MSTN KO pueden convertir tejido adiposo blanco en tejido adiposo marrón con expresión de genes característicos de tejido adiposo marrón, incluyendo Ucp1 y coactivador del receptor activado por proliferador de peroxisoma 1 (Pgc1) y marcadores de adipocitos beige como la proteína transmembrana 26 (Tmem26).

La inhibición de MSTN en animales provoca disminución de la masa de tejido adiposo. En ratones, cuando la MSTN es suprimida, disminuye significativamente la masa grasa subcutánea y retroperitoneal. La grasa visceral también disminuye en ratones adultos. En ratones alimentados con una dieta rica en grasas, el tejido adiposo blanco es convertido en tejido adiposo marrón y se promueve la oxidación de ácidos grasos y el gasto de energía. Este mecanismo es debido a la interacción músculo-tejido adiposo mediada por Fndc5 (irisina). En ratones alimentados con dieta estándar o dieta rica en grasa, la inhibición de la señal MSTN en tejido adiposo no tiene efecto sobre la composición del cuerpo. Por el contrario, la inhibición de la señal MSTN en músculo esquelético incrementa la masa magra  y disminuye la masa grasa así como la  resistencia a la obesidad inducida por dieta. Los resultados indican que la inhibición especifica de MSTN en músculo esquelético pero no en los tejidos adiposos puede incrementar la resistencia a la obesidad inducida por dieta. La sobreexpresión de MSTN en tejido adiposo también incrementa la resistencia a la obesidad inducida por dieta.

La MSTN, una proteína secretada, necesita transmitir su señal al núcleo  a través de una serie de reacciones para ejercer su función. En este contexto, la MSTN se une primero a  un receptor Ser/Thr tipo II (ActRIIB) y luego a un receptor tipo I,  que puede ser quinasa 4 similar al receptor de activina (ALK4 o ActRIB) o ALK5 (TβRI), para inducir la fosforilación de la proteína Smad2/3. Adicionalmente, la MSTN puede activar la proteína Smad3 y la comunicación de la señal TGF-β/Smad con la ruta Wnt/β-catenina/TCF4.  Por otra parte, la expresión del gen MSTN es regulada por varios factores de transcripción, incluyendo el factor aumentador de miocitos-2 (MEF2), factor miogénico 5 (Myf5) y PPARγ, pero es regulado hacia abajo por C/EBPα y C/EBPβ. Estos datos indican que la MSTN puede ser regulado no solamente por factores relacionados con la miogénesis pero también por factores de adipogénesis.

En conclusión, la MSTN tiene efectos positivos y negativos sobre la adipogénesis dependiendo de la situación. En preadipocitos, la MSTN inhibe la adipogénesis, mientras promueve la adipogénesis en stem cells pluripotentes. La MSTN también promueve la acumulación de masa grasa. La inhibición de MSTN en músculo esquelético pero no en tejido adiposo inhibe la masa grasa y mejora la sensibilidad a la insulina. La sobreexpresión de MSTN específica de tejido adiposo incrementa la tasa metabólica y la resistencia a la obesidad inducida por dieta.

Fuente: Deng B et al (2017). The function of myostatin in the regulation of fat mass in mammals.  Nutrition & Metabolism 14: 29.

Efectos neurobiológicos del estrés crónico

La palabra “estrés” es usada frecuentemente en el discurso diario y su significado es ambiguo, pues  se refiere  a muchas experiencias en la vida que algunas veces son beneficiosas y otras veces  negativas o traumáticas, pero  a menudo reflejan  la rutina diaria de nuestra vida. La definición común de “estrés”  se focaliza en los desafíos agudos   como la respuesta huir–o-volar y generalmente menciona como mediadores solamente a dos de los sistemas involucrados, adrenalina y cortisol. La definición no menciona otros mediadores o el rol del cerebro ni hace notar las conductas que pueden resultar  de las circunstancias  de la vida de una persona. Una manera de clasificar el estrés es como “estrés bueno, estrés tolerable o estrés tóxico” El “estrés bueno” se refiere a la experiencia de superar un desafío  y sentir una recompensa por un resultado positivo. Un término relacionado es “eustrés”. Los resultados adversos también pueden ser experiencias positivas que promueven la resiliencia en los individuos. El “estrés tolerable”  se refiere a aquellas situaciones donde ocurren cosas malas, pero el individuo con una arquitectura cerebral sana es capaz de hacer frente, a menudo con el apoyo de la familia, los amigos y otros individuos. Aquí, el término “distrés” se refiere al sentimiento de impotencia relacionado con la naturaleza del estresor y el grado de carencia de capacidad del individuo para controlar el estresor.  El “estrés tóxico” se refiere a la situación en la cual las cosas malas  le ocurren a un individuo que tiene apoyo limitado y una arquitectura cerebral  que refleja los efectos de eventos en la vida temprana. Aquí, el grado y/o duración de “distrés” puede ser mayor. 

En un ambiente socialmente y físicamente cambiante, el cerebro y el cuerpo responden fisiológicamente y conductualmente a la adaptación. Fisiológicamente, los sistemas simpático y parasimpático, el eje hipotálamo-hipófisis-adrenal (HHA), el sistema inmune, las hormonas metabólicas y los procesos metabólicos en todos los órganos, incluyendo al cerebro, operan  de una manera no lineal  y promueven la adaptación  vía “alostasis” (activando estabilidad a través de la activación de estos sistemas). Pero los mismos mediadores tienen efectos bifásicos y  pueden promover patologías cuando su actividad está fuera de balance (carga alostática o sobrecarga). La adaptación y protección vía alostasis  o vía carga alostática son los dos lados contrastantes de la fisiología involucrada en la respuesta del individuo a los cambios de la vida diaria. Un buen ejemplo de las acciones bifásica  del estrés (protección vs daño) está en el sistema inmune, en el cual un estresor agudo activa una respuesta inmune adquirida vía mediación por catecolaminas y glucocorticoides y localmente produce mediadores inmunes, pero la exposición crónica al mismo estresor por varias semanas tiene el efecto opuesto y resulta en supresión inmune. Los estresores más comunes son los que operan crónicamente, a menudo en bajo nivel y nos llevan a actuar de  determinada manera. Estos estresores pueden causar ansiedad  o depresión, pérdida de sueño en la noche, ingesta de más calorías de las que necesita el cuerpo, fumar o beber alcohol excesivamente. A menudo, el individuo tiende a tomar medicamentos  -ansiolíticos, agentes promotores del sueño- para hacer frente al estresor y con el tiempo, puede aumentar de peso y desarrollar otros síntomas  de un estilo de vida no saludable. En todo esto, el cerebro juega un rol central.

El cerebro es el órgano que determina lo que es “estresante”  y procesa las respuestas conductuales y fisiológicas. Es un órgano que cambia su estructura, su perfil molecular y su neuroquímica bajo estrés agudo y crónico y dirige muchos sistemas del cuerpo –metabólico, cardiovascular e inmune- que están involucrados  en las consecuencias a corto y largo plazo del estrés y las consiguientes conductas.  En un cerebro sano, los circuitos neurales son remodelados por experiencias que provocan respuestas conductuales apropiadas. Por ejemplo, en un ambiente potencialmente peligroso, el individuo es más vigilante y ansioso. El cerebro sano es resiliente y los circuitos neurales se adaptan a una nueva situación con cambios en la expresión de genes. El cerebro no sano puede tener circuitos mal adaptados y, en consecuencia, es menos capaz de adaptarse  apropiadamente. En este caso, hay necesidad de una intervención externa que involucra agentes farmacológicos y modificación conductual. La persistencia de esta condición involucra la excesiva activación de aminoácidos excitadores, potenciados por glucocorticoides, y daño irreversible, una etapa clave en la activación de la cascada que provoca la enfermedad de Alzheimer que a su vez involucra la inactivación del mecanismo adaptativo del receptor de insulina. Por el contrario, el envejecimiento normal del cerebro involucra la pérdida reversible de resiliencia, la cual puede ser contrarrestada por la actividad física regular.

El hipocampo, una región del cerebro involucrada en la memoria episódica y espacial, es la puerta de entrada para entender cómo las hormonas sistémicas afectan las funciones cerebrales superiores. En el hipocampo, el estrés y los glucocorticoides causan reducción de dendritas y pérdida de espinas. Los efectos del estrés agudo y crónico sobre la amígdala difieren de los del hipocampo. Los estresores traumáticos agudos incrementan la densidad de espinas en las neuronas de la amígdala basolateral (ABL) y el estrés crónico provoca la expansión de dendritas en la ABL. En la amígdala medial, el estrés crónico induce pérdida de espinas y reducción de dendritas. Estas alteraciones están implicadas en un incremento de la ansiedad y en conductas similares a los desordenes del estrés post-traumático (PTSD). En la corteza prefrontal (CPF), el estrés crónico causa desramificación y reducción de dendritas, mientras las neuronas de la corteza orbitofrontal se expanden, lo cual puede estar relacionado con un incremento en la vigilancia y la reducción de dendritas está asociada con rapidez cognitiva.

Los glucocorticoides producen efectos genómicos y no genómicos en el cerebro a través de múltiples sitios y rutas. Ellos tienen efectos bifásicos en los cuales el tiempo y el nivel de expresión de la respuesta a los glucocorticoides son críticos. Las acciones genómicas de los glucocorticoides involucran interacciones directas con los elementos de la respuesta a los glucocorticoides y acciones indirectas vía factores de transcripción. Los glucocorticoides también estimulan directamente la liberación de aminoácidos excitadores  a través de receptores  de membrana e indirectamente regulan la liberación de GABA  y glutamato a través de su capacidad para inducir la síntesis local de endocanabinoides. Los glucocorticoides también traslocan receptores de glucocorticoides  (GR) a las mitocondrias en donde promueven el secuestro de Ca⁺⁺ y regulan la expresión de genes, estos efectos son bifásicos y los altos niveles de glucocorticoides  causan una falla de este mecanismo y provocan un incremento de la formación de radicales libres. En varios modelos animales de ansiedad inducida por estrés traumático, la elevación de glucocorticoides previene la formación de espinas dendríticas en la ABL. Los datos en humanos con PTSD apoyan un rol protector de los niveles adecuados de glucocorticoides en el momento del trauma. Por otra parte, el tratamiento con dosis altas de glucocorticoides remeda al estrés crónico e induce alargamiento dendrítico en la ABL. Por el contrario, las fluctuaciones ultradianas de glucocorticoides  median el recambio de un subgrupo de sinapsis en la corteza cerebral. Más aún, los cambios circadianos en la formación y remoción de espinas son importantes para el aprendizaje motor. Los glucocorticoides también son capaces de programar algunos de los relojes celulares circadianos en el cerebro y el hígado provocando disonancia entre regiones del cerebro. 

Los aminoácidos excitadores, particularmente el glutamato, juegan un rol clave en los cambios estructurales y funcionales en el cerebro pues el glutamato es el principal neurotransmisor  excitador y su exceso causa daño e inflamación. El estrés agudo eleva los niveles extracelulares  de glutamato  a través de un proceso que implica a la corteza adrenal. La cortisona actúa directamente a través de receptores mineralocorticoides (MR) y GR para causar la liberación de glutamato. El exceso de actividad glutamatérgica, sin una adecuada recaptación, provoca pérdida neuronal por un proceso que es exacerbado por los glucocorticoides. El sobreflujo de glutamato juega un rol en la conducta depresiva  en modelos de animales, en los que la  supresión de la neurogénesis puede ser prevenida por la regulación hacia arriba del receptor metabotrópico de glutamato mGlu2 por agentes como acetil-L-carnitina (LAC) e inhibidores de la desacetilasa de histonas, los cuales actúan en unos pocos días e inhibidores de la recaptación de serotonina que actúan más lentamente.  El sobreflujo de glutamato también está implicado en el envejecimiento y la demencia. Durante el envejecimiento en la rata, el tratamiento con riluzole, conocido por retardar la liberación de glutamato y promover la recaptación de glutamato por los astrocitos, retarda el envejecimiento en el hipocampo. En humanos, muchos de los cambios en los genes en la enfermedad de Alzheimer son revertidos por el riluzole. La LAC además de  efectos antidepresivos rápidos también tiene funciones metabólicas, revierte rápidamente la hiperinsulinemia y la hiperglucemia.

El cerebro es un blanco de la insulina y otras hormonas metabólicas. En adultos de mediana edad, la resistencia a la insulina está asociada con alteraciones de la memoria y la función ejecutiva, reducción en el volumen del hipocampo y conectividad aberrante entre el hipocampo y la CPF medial. Estos hallazgos son apoyados por trabajos recientes en modelos animales, en los cuales la inactivación del receptor de insulina (IR) en el hipocampo provoca alteraciones cognitivas sin consecuencias sistémicas, mientras la inactivación del IR en el hipotálamo causa resistencia sistémica a la insulina y dislipidemia. Los cambios inducidos en el hipotálamo son revertidos por restricción calórica, lo que indica que el cerebro puede ser resiliente. En algún punto hay un “switch” que dispara los cambios irreversibles que provocan toxicidad de  beta amiloide (Abeta) y demencia. Antes de que se dispare este switch, la activación de receptores NMDA de glutamato normalmente tiene un rol antioxidante  suprimiendo la transcripción de FOXO1 en el hipocampo, pero la excesiva y anormal activación de NMDA en el estado de resistencia a la insulina es capaz de inducir la translocación de FOXO1 al núcleo  provocando la generación de especies reactivas de oxígeno y posiblemente la activación de quinasas del estrés que alteran la señal insulina. Más aún, la producción de Abeta es acelerada y los oligomeros Abeta  entran en un círculo vicioso provocando daño y disminución de la función mitocondrial bajo estas condiciones y contribuye al ciclo de retroalimentación positiva de toxicidad. El péptido similar a glucagón (GLP-1) tiene acciones insulinotrópicas y promueve pérdida de peso, ejerce efectos neuroprotectores y anti-apoptosis, reduce la acumulación de placas de Abeta, modula la potenciación de larga duración y la plasticidad sináptica y promueve la diferenciación de células progenitoras de neuronas. En modelos animales, los agonistas del receptor de GLP-1 mejoran el aprendizaje y la memoria y reducen las conductas depresivas.

Los eventos en la vida temprana relacionados con el cuidado materno juegan un poderoso rol más tarde en la salud mental y física. Los modelos animales han contribuido enormemente al entendimiento de cómo el cerebro y el cuerpo son afectados. Los efectos transgeneracionales  trasmitidos por el cuidado materno pueden ser subyacentes al fenotipo ansiedad detectado en adolescentes. Además de la cantidad de cuidado materno, la consistencia en el tiempo de ese cuidado y la exposición a novedades son también importantes.  El estrés prenatal altera el desarrollo del hipocampo en ratas. En roedores, el cuidado materno insuficiente  parece estar involucrado en la inmadurez de la amígdala. Los factores genéticos también juegan un importante rol en la salud del individuo. Diferentes alelos de los genes determinan cómo los individuos responderán a las experiencias. Por ejemplo, la forma corta del transportador de serotonina está asociada con  diferentes condiciones como el alcoholismo y los individuos con este alelo son más vulnerables al desarrollo de enfermedades depresivas. Los individuos con un alelo del gen monoamina oxidasa A son más vulnerables al abuso en la niñez y se vuelven abusadores y exhiben conductas antisociales en comparación con los individuos con el otro alelo que comúnmente ocurre.

Los roedores hembras  no muestran el mismo patrón  de remodelación neural después del estrés crónico que los animales machos.  En el hipocampo de las hembras no ocurre la remodelación de dendritas de CA3 después del estrés crónico, aunque las mediciones de las hormonas del estrés indican que las hembras experimentan los mismos aspectos del estrés que los machos. Hembras y machos también difieren en las consecuencias cognitivas del estrés repetido, con los machos –pero no las hembras- exhibiendo alteraciones de la memoria dependiente del hipocampo. Por el contrario, el estrés agudo mejora el rendimiento en machos, pero lo reduce en las hembras por mecanismos que involucran a las hormonas gonadales en el desarrollo y la vida adulta. Estos hallazgos sugieren que las diferencias sexuales involucran sistemas cerebrales  que median cómo los machos y las hembras  interpretan el estímulo estresante.  Por otra parte, las ratas hembras fallan en la remodelación dendrítica en la CPF medial que se observa en los machos después del estrés crónico en aquellas neuronas que no se proyectan a la amígdala. Más aún, el tratamiento con estradiol de ratas ovarectomizadas  incrementa la densidad de espinas dendríticas en la CPF medial, sin importar el lugar hacia donde se proyectan. El hecho que los efectos de estrógenos y andrógenos en el sistema nervioso central sean muy amplios indica que hay muchas interacciones entre sexo y estrés en las diversas regiones del cerebro y múltiples funciones programadas durante el desarrollo que afectan la forma cómo el cerebro responde al estrés. En hombres y mujeres, los patrones de activación neural para las mismas tareas son bastante diferentes entre los sexos aun cuando el rendimiento es similar. Esto ha dado lugar al concepto que hombres y mujeres a menudo usan estrategias y objetivos diferentes en su vida diaria, debido en parte a diferencias en la arquitectura cerebral.

En conclusión, el cerebro es el órgano central del estrés y la adaptación al estrés porque percibe  y determina lo que es amenaza, así como las respuestas conductuales y fisiológicas al estresor, lo cual promueve  la adaptación (“alostasis”), pero también contribuye a la fisiopatología (“carga alostática/sobrecarga”) por sobre uso y disrregulación. El cerebro adulto, así como el cerebro en desarrollo, posee la capacidad para exhibir plasticidad estructural y funcional en respuesta al estresor y otras experiencias, incluyendo reemplazo neuronal, remodelación dendrítica y recambio sináptico. El estrés puede causar un desbalance de los circuitos neurales que subyacen a la cognición, la toma de decisiones y la ansiedad, lo que puede incrementar o disminuir la expresión de los estados conductuales. Este desbalance, a su vez, afecta la fisiología sistémica a través de mediadores neuroendocrinos, autónomos, inmunes y metabólicos. En el corto plazo estos cambios pueden ser adaptativos, pero si el estado conductual persiste con los cambios en los circuitos neurales, la mala adaptación requiere intervención con una combinación  de terapias farmacológicas y conductuales. Hay importantes diferencias sexuales  en la forma cómo el cerebro responde a los estresores.

Fuente: McEwen BS (2017). Neurobiological and systemic effects of chronic stress. Chronic Stress 1: 1-11.

Osteoclastogénesis independiente  de RANKL

La regulación coordinada  de osteoclastos y osteoblastos es requerida  para el mantenimiento de la homeostasis del esqueleto y su desbalance es observado en varias enfermedades como artritis reumatoidea, osteoporosis postmenopáusica  y enfermedades óseas inducidas por tumores. El RANKL (codificado por el gen Tnfsf11),  miembro de la familia del factor de necrosis tumoral, es una citoquina esencial para la diferenciación de osteoclastos que se une a su receptor RANK (codificado por el gen Tnfrsf11a) expresado por células precursores de osteoclastos y activa varias cascadas intracelulares de señalización. El indispensable rol de las rutas RANKL/RANK se evidenció por hallazgos genéticos en ratones con alteración del genTnfsf11 o Tnfrsf11a, los cuales exhiben severa osteopetrosis debido a la ausencia completa de osteoclastos. Las mutaciones en el gen TNFSF11causa osteopetrosis autosomal recesiva en humanos. Estos hallazgos apoyan claramente la idea que el eje RANKL/RANK es indispensable para la osteoclastogénesis en condiciones fisiológicas y patológicas.

La posibilidad de osteoclastogénesis independiente de RANKL ha fascinado a los investigadores por mucho tiempo, en particular bajo algunas condiciones de enfermedad  como artritis reumatoidea. Numerosos estudios apoyan la presencia de osteoclastogénesis independiente de RANKL. TNF-α, APRIL, BAFF, NGF, IGF1, IGFII, LIGHT, TGF-β, IL-6. IL-11 y SOFAT han sido propuestos como factores osteoclastogénicos  independientes de RANKL.

El TGF-β es una citoquina con proliferación y diferenciación en muchos tipos de células y almacenado abundantemente en el hueso. Aunque el rol del TGF-β en el medio óseo ha sido estudiado extensamente, aún es controversial si  promueve o inhibe la osteoclastogénesis. Hay estudios que reportan que el TGF-β actúa directamente sobre macrófagos de la médula ósea, mientras inhibe indirectamente la osteoclastogénesis  a través del efecto sobre las células estromales de la médula ósea u osteoblastos. Un estudio reciente sugiere que aunque la presencia de TGF-β es indispensable para la osteoclastogénesis inducida por RANKL, el TGF-β solo no induce la osteoclastogénesis. Adicionalmente, la Smad2/3 activada por TGF-β se asocia con c-fos e induce su translocación nuclear. Por lo tanto, el TGF-β es un factor cooperativo esencial para la osteoclastogénesis, pero no puede sustituir al RANKL.

El TNF-α, el cual exhibe muchas moléculas de señalización comunes con el RANKL, es la citoquina más estudiada  como posible sustituto del RANKL. Dado que el TNF-α juega un rol esencial en la patogénesis de la artritis reumatoidea, algunos estudios proponen un rol directo del TNF-α en la destrucción del hueso en condiciones artríticas. Otros estudios han demostrado que el TNF-α solo induce la diferenciación de osteoclastos a partir de células de médula ósea de ratón o monocitos derivados de sangre periférica humana. Por el contrario, hay estudios que se oponen a la inducción directa de la osteoclastogénesis por el TNF-α. En este contexto, está demostrado que el TNF-α falla en generar osteoclastos a partir de una población pura de células mieloides (positivas para c-fms, CD11b, RANK y F4/80, pero no para VCAM-1, un marcador de células estromales de médula ósea). Adicionalmente, cuando a los cultivos de médula ósea se agregan niveles saturantes de osteoprotegerina (OPG), la osteoclastogénesis inducida por TNF-α es abolida completamente, lo que indica que el efecto del TNF-α sobre la osteoclatogénesis depende del eje RANKL/RANK. Sobre la base de estos resultados se puede concluir que el TNF-α promueve la osteoclastogénesis solamente en presencia de “niveles permisivos” de RANKL. Por lo tanto, las observaciones conflictivas en los diversos estudios pueden ser atribuidas a los diferentes niveles de RANKL expresados en células estromales contaminadas en los cultivos. Por otra parte, el TNF-α induce fuertes inhibidores de la osteoclastogénesis, los cuales limitan significativamente su actividad osteoclastogénesis. Es importante señalar que hallazgos clínicos recientes demuestran que la progresión de la erosión ósea  en pacientes con artritis reumatoidea  es suprimida con denosumab (anti-RANKL),  lo que indica que el RANKL juega un rol esencial en la erosión ósea en la artritis reumatoidea.

Un estudio reciente  propone que la enzima lisil oxidasa (LOX) promueve metástasis óseas de cáncer de mama a través de osteoclastogénesis independiente de RANKL. Este estudio demuestra que el tratamiento de larga duración con LOX induce osteoclastos humanos con mayor eficiencia que el RANKL. El efecto de la LOX es suprimido por el tratamiento con catalasa, una enzima que neutraliza especies reactivas de oxigeno (ROS), lo que sugiere que la osteoclastogénesis inducida por LOX es mediada por la producción de ROS. El concepto que la LOX estimula la formación de osteoclastos es actualmente muy atractivo porque el análisis cuantitativo global del secretoma hipóxico identificó a la LOX asociada significativamente con tropismo óseo. Sin embargo, el concepto ha sido rebatido por otros estudios que demuestran que la LOX falla en inducir la diferenciación de osteoclastos en ausencia de RANKL aunque promueve la inducción de RANKL endógeno en células estromales de médula ósea. Más aún, la LOX no induce la osteoclastogénesis en ratones con deficiencia de RANKL o RANK. La LOX regula hacia arriba la expresión de RANKL en células estromales de médula ósea  a través de la producción de ROS. Sobre la base de estos hallazgos, se puede concluir que la LOX estimula la osteoclastogénesis solamente en presencia  de RANKL.

Similar a la controversia en la osteoclastogénesis inducida por TNF-α, la expresión de RANKL en células estromales contaminadas puede explicar la discrepancia entre los diversos estudios. Entonces, se han propuesto dos modelos del efecto  de la LOX sobre la osteoclastogénesis. Un modelo en el cual la LOX induce directamente la osteoclastogénesis en una manera independiente de RANKL y otro modelo que propone que la LOX promueve indirectamente la osteoclastogénesis  a través de la regulación hacia arriba de la expresión de RANKL en células estromales. Sin embargo, no está claro porque el RANKL endógeno inducido por la LOX en células estromales no estimula la osteoclastogénesis  en los cultivos celulares de algunos estudios.

Las moléculas propuestas como factores osteoclastogénicos independientes de RANKL (TNF-α, LOX, etc.) juegan roles importantes en la destrucción ósea en cooperación con RANKL bajo condiciones patológicas como artritis reumatoidea, metástasis cancerosas y, por lo tanto, pueden servir como blancos terapéuticos.  Para dilucidar el mecanismo preciso que subyace a la osteoclastogénesis en condiciones de enfermedad, es importante clarificar si las moléculas ejercen la actividad osteoclastogénica independientemente de –o en sinergia con- RANKL. Algunos investigadores consideran que es difícil proponer la osteoclastogénesis independiente de RANKL sin la validación en condiciones de deficiencia de RAKL o RANK. En este sentido, hay trabajos que reportan que la inyección de TNF-α induce un pequeño número de osteoclastos en ratones RANK KO, lo que sugiere la posibilidad que altas concentraciones locales  de factores proresortivos como TNF-α puedan inducir la osteoclastogénesis  aun en ausencia de la señal RANK. Asimismo, se ha reportado la osteoclastogénesis inducida por TNF-α en ratones con deficiencia de RANK en ausencia de la proteína de unión a la secuencia de reconocimiento recombinante en el sitio Jκ (BRP-J). Sin embargo, también hay estudios que demuestran que la inyección de TNF-α falla en inducir hipercalcemia o signos radiográficos de resorción ósea. Estos resultados sugieren que el TNF-α puede inducir la osteoclatogénesis solamente bajo circunstancias limitadas.

Un trabajo reciente reporta que la LOX promueve metástasis óseas de cáncer colorectal acelerando la osteoclastogénesis  inducida por RANKL. Otro estudio demuestra que la LOX sola falla en inducir la osteoclastogénesis, pero la aumenta en combinación con RANKL. Estos resultan apoyan el concepto que la LOX no es un sustituto de RANKL sino un factor cooperador  en la osteoclastogénesis dependiente de RANKL. Sin embargo, estos estudios no niegan la importancia de la LOX en la destrucción ósea asociada con las metástasis cancerosas.

En conclusión, se mantiene la controversia sobre la osteoclastogénesis  independiente de RANKL  en un sentido estricto ya que no hay evidencia que avale la existencia de una molécula que reemplace al RANKL.

Fuente: Tanaka S (2017). RANKL-independent osteoclastogenesis: a long-standing controversy. Journal of Bone and Mineral Research 32:431-433.

Biología de la colecistoquinina

La colecistoquinina (CCK) es miembro de una familia de péptidos reguladores con una secuencia C-terminal bien conservada. La familia también incluye péptidos identificados en extractos  de piel de rana (caeruleína y filocaeruleína) y un  neuropéptido aislado del ganglio central del protocordado ciona intestinalis (cionina), pero en los mamíferos los únicos miembros de la familia son la CCK y la gastrina. La CCK, desde su identificación en 1928 como un péptido con una secuencia de  33 residuos de aminoácidos (CCK-33),  forma parte de la troika clásica de hormonas intestinales con la secretina y la gastrina. Sin embargo, en las últimas décadas, se ha demostrado que la CCK además de sus funciones locales en la digestión (vaciamiento de la vesícula biliar y secreción de enzimas pancreáticas), es también factor de crecimiento, neurotransmisor en cerebro y neuronas periféricas, citoquina anti-inflamatoria en el sistema inmune, factor de fertilidad en espermatozoides, péptido natriurético en el riñón y marcador de insuficiencia cardiaca. 

El concepto bioquímico de la CCK como un simple péptido hormonal del intestino delgado ha cambiado considerablemente. Ahora se sabe que la CCK es sintetizada y liberada en múltiples formas moleculares y que el gen CCK es expresado a nivel peptídico de  manera célula-específica en neuronas, células endocrinas y células epiteliales fuera del tracto gastrointestinal. Todos los efectos biológicos conocidos de la CCK residen en la secuencia del heptapéptido del C-terminal. Las modificaciones de esta secuencia reducen grandemente la unión al receptor y los efectos biológicos. La extensión N-terminal del C-terminal incrementa la potencia biológica y la especificidad de la unión con el receptor. El residuo tirosil de la cadena polipeptídica es sulfatado. El receptor CCK₂ se une a ligandos sulfatos y no sulfatados, mientras el receptor CCK₁ requiere la sulfatación del ligando.

Con relación a la biogénesis de la CCK, se sabe que la unidad exomal del gen CCK tiene siete kilobases interrumpidas por dos intrones. El primero de los tres exones es pequeño y no codificante. Varios elementos reguladores  han sido identificados en los primeros 100 bp del promotor, incluyendo un elemento E-box, un elemento de respuesta a AMPc (CRE) combinado  (CRE/elemento de respuesta a 12-O-tetradeconoilforbol-13-acetato (TRE) y una región rica en GC. Mientras la función de E-box y la región rica en GC no está completamente clara, la secuencia combinada CRE/TRE juega un rol importante en la regulación de la transcripción de CCK. La secuencia CRE/TRE se une al factor de transcripción CREB, el cual es activado por fosforilación por varias rutas de señalización, incluyendo AMPc, factor de crecimiento fibroblástico (FGF), polipéptido activante de adenil ciclasa hipofisiaria (PACAP), calcio y peptonas para inducir la transcripción de CCK. Solamente una molécula de ARNm ha sido identificada y los péptidos CCK son fragmentos de la misma proteína proCCK. El ARNm tiene 750 bases, de las cuales 345 son codificantes de proteína. Las concentraciones de ARNm en tejido cerebrocortical son similares a las de la mucosa duodenal y en el cerebro, hay una rápida síntesis  de péptidos CCK. El producto translacional primario, preproCCK, tiene 115 residuos aminoácidos. La primera parte es el péptido señal. La segunda parte con variaciones considerables entre las especies es un péptido espaciador. Los péptidos CCK bioactivos derivan del fragmento siguiente de 58 aminoácidos y la variación entre las especies es pequeña. El procesamiento de la proCCK es célula-específico: las células endocrinas contienen una mezcla de CCK de mediano tamaño (CCK-58, -33, -22 y -8), mientras las neuronas liberan principalmente CCK-8 y en menor extensión CCK-5. La endoproteolisis de la proCCK ocurre principalmente en los sitios monobásicos. Los péptidos CCK poseen un C-terminal bioactivo con la secuencia YMGWMDFamida, en la cual el residuo Y es parcialmente O-sulfatado, lo cual es decisivo para la unión al receptor CCK₁. En el intestino delgado, los péptidos CCK son sintetizados en las células I cuya membrana apical está en contacto  con la luz intestinal y la región basal contiene gránulos secretores con péptidos CCK. La CCK también es sintetizada en células corticotropas y melanotropas de la hipófisis, células C de la tiroides y células de la médula adrenal. En las células de la hipófisis, la CCK constituye una pequeña fracción de las hormonas. Sin embargo, los tumores que se origina en las células corticotropas producen grandes cantidades de CCK.

 En el cerebro, las neuronas CCK son más abundantes que las neuronas de otros neuropéptidos. Mientras la mayoría de neuronas peptidérgicas ocurren en regiones subcorticales, la CCK  es expresada en mayores concentraciones en neuronas neocorticales, los pericarios de las neuronas CCK están distribuidos en las capas II-IV, con la mayor frecuencia en las capas II y III. La CCK en las neuronas dopaminérgicas mesencefálicas se proyectan a las áreas límbicas del cerebro anterior y son de interés clínico porque están involucradas en la esquizofrenia. Fuera del cerebro, el colon contiene numerosas neuronas CCK, mientras el yeyuno y el ileum son menos inervados. Las fibras CCK del colon ocurren en la capa muscular circular en la cual forman un plexo en la submucosa. En concordancia con estas localizaciones, los péptidos CCK excitan al músculo liso del colon y liberan acetilcolina de las neuronas del plexo mientérico y la submucosa. Por otra parte, los somas de las células ganglionares en los islotes pancreáticos están rodeadas por nervios CCK. Las fibras aferentes del nervio vago también contiene CCK.

La CCK circulante se origina principalmente en las células I del intestino. Las investigaciones han confirmado que los alimentos ricos en proteínas –y grasas- son el estímulo más importante. De los constituyentes, las proteínas y los L-aminoácidos  así como las grasas digeridas causan significativa liberación de CCK. Los carbohidratos solo liberan pequeñas cantidades de CCK, pero el HCl también estimula la liberación de CCK. En el cerebro, la despolarización inducida por potasio causa una liberación de CCK-8 dependiente de calcio. Asimismo, la despolarización libera péptidos CCK de las neuronas dopaminérgicas hipotalámicas que inervan el lóbulo intermedio de la hipófisis. Es posible que las neuronas CCK periféricas contribuyan a los niveles circulantes de CCK. En el plasma de humanos, predomina la CCK-33, pero también están presentes los péptidos CCK-58, -22 y -8. En el estado basal, la concentración de CCK en plasma es aproximadamente de 1pmol/l. La concentración aumenta a 3-5 pmol/l a los 20 minutos durante la estimulación con la ingesta de alimentos, luego disminuye gradualmente, pero 1,5-2 horas después alcanza un segundo pico. En comparación con otras hormonas pancreáticas y gastrointestinales, las concentraciones plasmáticas de CCK son bajas. Sin embargo, las bajas concentraciones circulantes de CCK son suficientes para estimular la contracción de la vesícula biliar y la secreción de enzimas pancreáticas durante las comidas. En estos efectos, la potencia de CCK-33 y CCK-8 es idéntica. Por otra parte, CCK-58, -33 y -22 son aclarados de la sangre en una tasa significativamente menor que la CCK-8.

Los efectos celulares de los péptidos CCK son mediados a través de dos receptores. El receptor “alimentario” CCK-A o CCK₁ media la contracción de la vesícula biliar, la relajación del esfínter de Oddi, el crecimiento y la secreción de enzimas en el páncreas, el retardo del vaciamiento gástrico y la inhibición de la secreción de ácido gástrico vía somatostatina del fundus gástrico. Los receptores CCK₁ también se localizan en plexo mientérico, hipófisis anterior y áreas del cerebro medio. El receptor CCK₁ se une con gran afinidad a péptidos CCK amidados y sulfatados, mientras la afinidad por péptidos CCK no sulfatados es casi nula. El receptor CCK-B o CCK₂ (receptor “cerebral”) predomina en el cerebro, es menos específico que el CCK₁ y se une también a péptidos CCK no sulfatados, gastrina y fragmentos C-terminal como la CCK-5. Un estudio reciente reporta que el receptor de gastrina clonado del estómago y el receptor CCK₂ son idénticos. En humanos, el receptor gastrina/CCK₂ es expresado también en cantidades sustanciales  en las células de los islotes pancreáticos.

Los péptidos CCK estimulan la secreción hepática principalmente como bicarbonato en las células ductales hepáticas y actúan sobre los músculos de la vesícula biliar  con una potencia que se correlaciona con las bajas concentraciones plasmáticas de CCK sulfatada. Del hígado y la vesícula biliar, la bilis es liberada  en el duodeno a través de contracciones y relajaciones  rítmicas mediadas por CCK en el conducto biliar común  y el esfínter de Oddi. La CCK, además regular la secreción de enzimas pancreáticas, es capaz de liberar varias enzimas del intestino delgado como fosfatasa alcalina, disacaridasa y  enteroquinasa. Adicionalmente, en el páncreas, la CCK estimula la biosíntesis de amilasa, quimotripsinógeno y tripsinógeno así como la secreción de fluido y bicarbonato. El efecto de la CCK en sí sobre la secreción de bicarbonato es débil, pero como la CCK potencia la secreción de bicarbonato inducida por la secretina  de la misma manera como la secretina potencia la liberación de enzimas inducida por la CCK, el efecto de los péptidos CCK sobre la secreción de fluido y bicarbonato se vuelve potente. En humanos, la CCK estimula la secreción de enzimas pancreáticas a través de una ruta colinérgica. Por otra parte, los péptidos CCK liberan insulina y glucagón con mayor potencia en humanos que en ratas. La diferencia se debe en parte a las neuronas de los islotes pancreáticos humanos que liberan CCK-8  y CCK-5, mientras los islotes de la rata carecen de esa inervación. Más aún, las células de los islotes humanos expresan abundantemente el receptor CCK₂, mientras las células de los islotes de la rata expresan principalmente el receptor CCK₁.

La CCK contribuye al control de la motilidad intestinal. La parte distal del intestino es inervada abundantemente con neuronas CCK. La CCK neuronal actúa tanto indirectamente, a través de la liberación de acetilcolina por los nervios simpáticos postganglionares, como directamente sobre las células musculares. La observación que los péptidos  CCK estimulan el flujo sanguíneo intestinal está en armonía con la presencia de terminales nerviosos CCK alrededor de los vasos sanguíneos en la lámina basal propia y la submucosa. Por otra parte, la CCK periférica induce saciedad  vía receptores CCK1en las fibras vagales aferentes. La señal de saciedad mediada por el vago alcanza el hipotálamo vía núcleo del tracto solitario y área postrema. Con relación al efecto de la CCK sobre la secreción de ácido gástrico, los resultados de las investigaciones son inconsistentes. Mientras algunos estudios sugieren que la CCK intestinal  actúa como un inhibidor la secreción (una enterogastrona), otros estudios indican que los resultados de infusiones de CCK no son concluyentes. Sin embargo, un estudio reciente arroja luz sobre el problema demostrando que la CCK circulante  estimula la liberación de somatostatina por las células D del fundus gástrico vía receptores CCK₁, lo cual inhibe la secreción ácida de las células parietales.

En las últimas décadas se han descubierto tipos de células y sitios adicionales que expresan el gen CCK a nivel peptídico. En algunos de estos sitios, la proCCK no es procesada a péptidos α-amidados.  Las células corticotropas y melanotropas  de la hipófisis expresan cantidades significativas  de fragmentos proCCK, pero el proceso translacional produce solo cantidades trazas  de los péptidos CCK α-amidados convencionales. Las células C de la tiroides  producen CCK, pero principalmente CCK-8 amidada pero no sulfatada. Dado que las células C están bien equipadas con receptores CCK₂, la CCK tiroidea  es probablemente un estimulador autocrino del crecimiento normal de las células C y la secreción de calcitonina. Las células de la médula adrenal producen pequeñas cantidades de CCK, amidada y con bajo grado de sulfatación. El significado de la CCK adrenal es aún desconocido. Las células espermatogénicas expresan el gen CCK en la mayoría de especies, incluyendo humanos. En los espermatozoides maduros, los péptidos CCK están concentrados  en el gránulo acrosomal, lo cual abre la posibilidad que la CCK juegue un rol en la fertilización debido a la reacción acrosomal. El tejido renal humano expresa receptores CCK₁ y CCK₂, lo cual sugiere funciones reguladoras locales de natriuresis e inflamación en los riñones. La CCK-8 (sulfatada y no sulfatada) ejerce un amplio espectro de estimulación e inhibición  en linfocitos y macrófagos, incluyendo liberación de citoquinas y efectos anti-inflamatorios. En los cardiomiocitos, el procesamiento de la proCCK cardiaca es único y resulta en un fragmento N-terminal largo triple sulfatado y truncado 25-94 y solo cantidades traza de péptidos CCK amidados y sulfatados. La concentración del fragmento largo de ProCCK es mayor en los miocitos auriculares que en los ventriculares. El fragmento largo de la proCCK es liberado en el plasma  y puede servir como marcador del riesgo de mortalidad en los pacientes con insuficiencia cardiaca. La CCK es expresada en cantidades variables en diferentes tumores neuroendocrinos.

Fuente: Rehfeld JF (2017). Cholecystokinin –from local gut hormone to ubiquitous messenger. Frontiers in Endocrinology 8:47.