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.