Fluido uterino en embarazo

   La relación entre el embrión y el útero durante el embarazo temprano ha sido intensamente estudiada por varias décadas pues es considerada clave para el establecimiento del embarazo. Más de 50% de las pérdidas gestacionales ocurren durante el embarazo temprano.  Un ambiente intrauterino adecuadamente regulado  es responsable del establecimiento del embarazo y la disrupción de la homeostasis del  fluido uterino (en términos de volumen y/o contenido molecular) durante este proceso puede causar implantación anormal del embrión  y pérdida del embarazo. Durante esta ventana de tiempo crítica, la comunicación entre el embrión y el útero,  antes y durante la implantación,  es susceptible a las condiciones maternas, cuya alteración (por ejemplo, por estrés o variaciones nutricionales) puede representar una causa importante de desarrollo embrionario defectuoso  y enfermedades de inicio en la adultez, concepto conocido origen de salud y enfermedades en el desarrollo (DOHaD). Antes y durante la implantación del embrión, el fluido uterino es el medio líquido que conecta al embrión flotante y el útero, y tiene el potencial para transferir información vital entre el embrión y el útero. Estudios recientes reportan nuevas formas de comunicación entre el embrión y la madre a través del manejo  y/o intercambio  de vesículas extracelulares (VE) y ARN móviles, transportadores de información recientemente identificados en el fluido uterino.

   Antes de la fertilización, el pH y la osmolaridad del fluido uterino son esenciales para la migración normal de los espermatozoides y la fertilización, y su regulación puede ser importante para la selección de espermatozoides  y podría ser útil en la fertilización in vitro (FIV). Después de la fertilización, el fluido uterino es regulado dinámicamente  y tiene un rol esencial en el transporte, desarrollo e implantación del embrión. Los estudios en roedores indican que el fluido uterino es regulado hormonalmente durante el período de peri-implantación. Por ejemplo, después del transporte del embrión a la posición intrauterina correcta, hay una rápida disminución en el volumen de fluido uterino que facilita el proceso de cierre luminal que “encierra” físicamente al embrión y facilita su adherencia al útero. El tiempo apropiado  de este drenaje de fluido  es esencial para el inicio normal del embarazo. La falla en este proceso, la cual  se puede manifestar  a través de la acumulación  anormal de fluido (debida a factores hormonales o no hormonales) en la cavidad uterina causa retardo en la implantación del embrión  y altera la localización intrauterina normal de la implantación del embrión al tiempo que provoca mayor riesgo de pérdida del embarazo durante la gestación media. En la práctica clínica, el estricto control del volumen de fluido uterino  es mantenido durante la transferencia del embrión en la FIV. Ciertas condiciones patológicas, como el hidrosalping, pueden causar bajas tasas de implantación y embarazos  durante la FIV. El carácter  adverso del exceso de fluido en la cavidad uterina humana es causado por sus efectos “tóxicos” (por ejemplo, factores inflamatorios) o “mecánicos” (por ejemplo, estrés en la pared) o ambos. Estos efectos alteran la calidad del desarrollo del embrión e interfieren con su adherencia en la pared uterina.

   Las VE, estructuras unidas a membrana liberadas por las células, emergen como importantes mediadores de comunicaciones intercelulares y han sido estudiadas intensamente en el contexto de enfermedades como el cáncer. Las VE contienen varias macromoléculas, incluyendo proteínas, ADN y ARN no codificantes (ncARN) que son capaces de inducir comunicación célula-célula en el cuerpo. Las VE llamadas uterosomas se encuentran en el fluido uterino y participan en la maduración de espermatozoides, la reacción acrosomal, la capacitación prematura y la fertilización. Las VE que transportan proteínas y ácidos nucleicos móviles se encuentran en el fluido uterino antes de la implantación del embrión y representan una nueva forma de comunicación endometrio-embrión durante el embarazo temprano en oveja, ratón y humanos. Las VE derivadas del embrión y el compartimento uterino intercambian la información facilitada por el ambiente del fluido uterino  y pueden promover la implantación en ovejas y humanos. Además de la comunicación embrión-útero, las VE también median la comunicación entre la masa de células internas (MCI) y el trofoectodermo (TE) del blastocisto. Por ejemplo, las proteínas laminina y fibronectina derivadas de la MCI interactúan con integrinas localizadas en la superficie del trofoblasto, facilitando la migración de células trofoblásticas a través de la activación de la quinasa c-JunN-terminal y la quinasa de adhesión focal.

   Entre las moléculas contenidas en las VE, los ncARN son de particular interés por sus funciones en la regulación genética y epigenética. Los estudios de VE circulantes (exosomas) han revelado que contienen diferentes tipos de ncARN, incluyendo microARN (miARN), pequeños ARN derivados de tARN (tsARN), ncARN largos (lncARN) y ARN circulares (circARN), muchos de los cuales han sido sugeridos como potenciales herramientas  diagnósticas y de investigación para estadios tempranos del cáncer, predicción de metástasis órgano-especificas, calidad del semen, enfermedades ginecológicas, o embarazo temprano. Es concebible que los perfiles de ncARN en el fluido uterino son representativos de múltiples funciones y que tienen el potencial para ser usados como biomarcadores. Más aún, los ARN en las VE pueden ser transferidos del útero al embrión  para regular el desarrollo del TE y el crecimiento de la placenta.

   El fluido uterino humano contiene una compleja población de miARN derivada de células epiteliales endometriales cuyo análisis ha sugerido que estos miARN tienen blancos potenciales en rutas biológicas que son altamente relevantes para la implantación del embrión, incluyendo rutas de adhesión célula-célula y factor de crecimiento  endotelial vascular (VEGF). Por ejemplo, el miR-30d asociado a exosoma es secretado por el endometrio humano  en el fluido uterino y puede ser tomado por el TE del blastocisto, lo cual resulta en la regulación hacia arriba  de genes que codifican integrina beta 3 (Itgb3), integrina beta 7 (Itgb7) y cadherina 5 (Cdh5), proteínas involucradas en la adhesión del blastocisto. Estos hallazgos han facilitado la construcción de un modelo que describe la intrincada interacción entre el embrión y el endometrio a través del fluido uterino, donde las VE actúan como intermediarios. Adicionalmente, el flujo de información entre el sistema materno  y el embrión vía VE y ARN móviles proporciona la posibilidad de mecanismos por los cuales la información del ambiente materno puede ser transferida al embrión e influir en su salud.

   La hipótesis DOHaD sugiere que ciertos factores del estilo de vida de la madre como la exposición ambiental y la condición nutricional, pueden afectar el desarrollo embrionario (“programación fetal”) y resultar en desordenes metabólicos en la progenie y predisposición a enfermedades en la vida postnatal. La evidencia acumulada demuestra que la información epigenética contenida en los gametos parentales puede ser transferida a la progenie. Durante el periodo de pre-implantación, el embrión en  desarrollo en el útero puede ser perjudicado por regulación epigenética y cambios en la expresión de genes representativos de las condiciones no sanas de la madre, lo cual puede resultar en efectos a largo plazo sobre el bienestar de la progenie. Por ejemplo, estudios en ratas demuestran que el estrés nutricional de la madre durante el periodo de pre-implantación puede cambiar el desarrollo del blastocisto y resultar en hipertensión postnatal. Estos estudios apoyan la hipótesis que la alteración del ambiente de  pre-implantación del embrión puede generar efectos a largo plazo en el bienestar de la progenie, posiblemente vía mecanismos epigenéticos durante el desarrollo. La explicación de esta situación puede estar en el fluido ambiental que conecta a la madre con el embrión, pues el desarrollo embrionario en la pre-implantación ocurre en el tracto reproductivo materno, donde el embrión está completamente inmerso en el fluido uterino hasta antes de la implantación. Esta es una ventana de tiempo crítica durante la cual el desarrollo del embrión puede ser regulado o afectado por moléculas activas en el fluido uterino. La composición del fluido uterino es sensible a las condiciones maternas. Por ejemplo, una dieta baja en proteínas altera la composición de aminoácidos en el fluido uterino, lo cual induce respuestas adaptativas en el embrión  a nivel celular y molecular para estabilizar el crecimiento fetal. Por el contrario, estos mismos mecanismos compensatorios pueden inducir enfermedades de inicio en la adultez como hipertensión arterial y desordenes metabólicos. Un estudio reciente de fluido uterino humano reporta que, mientras la composición de 18 aminoácidos fue relativamente estable a través de los diferentes ciclos y edades reproductivas femeninas, la composición del fluido uterino fue más sensible a las variaciones dietéticas. Entonces, la dieta materna en la periconcepción puede afectar el desarrollo embrionario antes de la implantación vía fluido uterino, el cual actúa como mediador.

   Dada la complejidad de los contenidos moleculares del fluido uterino, las alteraciones reportadas en la composición  de aminoácidos  del fluido uterino debidas a cambios en la dieta materna pueden representar solamente la “punta del iceberg”; otras importantes moléculas, como proteínas solubles  y ncARN,  también pueden provocar cambios sutiles pero significativos que influyen en el desarrollo del embrión. Es posible que algunos de estos cambios en el fluido uterino se  originen en el plasma, debido a la permeabilidad vascular, mientras otros se pueden originar en VE transportadas activamente o anormalmente en la sangre o fluidos corporales adyacentes. El contenido de las VE no solo refleja las condiciones nutricionales de la madre, también puede incluir otras condiciones deletéreas como inflamación, estrés o exposición a contaminantes ambientales que pueden afectar el desarrollo embrionario  y el crecimiento fetal normal vía mecanismos epigenéticos. Por otra parte, recientemente se ha demostrado que las VE en el tracto reproductivo masculino transportan pequeños ARN (tsARN) a los espermatozoides durante la transición epididimal y estos tsARN pueden trasmitir el fenotipo metabólico paternal a la progenie. En este contexto, es posible que las VE en el fluido uterino trasmitan indicadores adquiridos maternalmente al embrión en desarrollo, codificados en la forma de pequeños ARN y/u otros transportadores de información epigenética.

   En el estadio de blastocisto, el embrión comprende la MCI (contribuye a la formación del feto) y el TE (contribuye a la formación de la placenta), los cuales pueden ser afectados adversamente. El impacto sobre la MCI puede afectar la trayectoria del desarrollo fetal y provocar predisposición a enfermedades en la progenie vía un “efecto mariposa”, en el cual un efecto pequeño inicial (por ejemplo, en la expresión de genes) es amplificado a través del desarrollo y causa efecto a largo plazo en la progenie. Esto puede ocurrir vía cambios transcripcionales o ser regulado vía cambios epigenéticos, como metilación de ADN o modificaciones de histonas. Por otra parte, el compartimento TE de un blastocisto está en contacto directo con el fluido uterino, por lo que puede ser afectado por efectores activos contenidos en el fluido. Aunque el TE no contribuye directamente al cuerpo fetal, las perturbaciones pueden influir profundamente en el desarrollo placentario  y la salud en la adultez. Los estudios en ratones demuestran que una dieta materna baja en proteínas puede reducir el nivel de aminoácidos de cadena ramificada en el fluido uterino y alterar el perfil de expresión de genes relacionados con el transporte de nutrientes. Estos cambios en la expresión de genes aumenta la capacidad de invasión del trofoblasto para compensar la malnutrición, aunque tal respuesta puede provocar también exceso de crecimiento y predisposición a patologías cardiovasculares como hipertensión arterial. Los estudios en  animales y humanos indican que la función normal de la placenta es de importancia central para  la salud fetal. Por ejemplo, en ratones, el consumo excesivo de fructosa o la deficiencia de folato en la madre causan riesgo metabólico o defectos del tubo neural en las crías  vía programación placentaria defectuosa. En este contexto, la hipótesis actual sostiene que el fluido uterino que contiene VE y transporta indicadores maternos, puede ser capaz  de impactar la salud de las crías a través de un eje VE-TE-Placenta-feto finamente regulado.

   El fluido uterino también contiene otros componentes importantes, como iones y proteínas, muchos de los cuales son secretados por las glándulas uterinas. La mezcla  de secreciones uterinas  es referida como “leche uterina”, la cual contiene iones esenciales, proteínas (por ejemplo, citoquinas como el factor inhibidor de leucemia (LIF) e interleucina 1β), quimioquinas como CXC, enzimas como la convertasa de proproteína 5/6 (PC5/6), factores de crecimiento como el VEGF y hormonas requeridas para el desarrollo embrionario, el establecimiento de la receptividad endometrial y la implantación. Entonces, las glándulas uterinas constituyen una fuente de factores moleculares en el fluido uterino capaces de guiar interacciones embrión-útero normales. La fuerza iónica del fluido uterino normal, y por consiguiente, la osmolaridad y el pH son controlados por la actividad de canales iónicos. Además de los iones, muchas proteínas secretadas en el fluido uterino están involucradas en la regulación de las interacciones embrión-endometrio. Una de estas proteínas, LIF, el primer factor derivado de las glándulas endocrinas descubierto,  es esencial para la implantación del embrión. Otras proteínas solubles del fluido uterino, incluyendo factores de crecimiento, citoquinas, quimioquinas, moléculas de adhesión tienen funciones importantes en el desarrollo embrionario temprano y la implantación.

  El fluido uterino puede ser una fuente no invasiva  para diagnóstico clínico. El perfil proteómico del fluido uterino ha sido usado para predecir las condiciones uterinas que favorecen una fertilización in vitro exitosa y también para identificar las diferencias moleculares entre un endometrio normal  y uno que es propenso a abortos recurrentes. Esto refleja el potencial diagnóstico del fluido uterino. Adicionalmente, el examen de los perfiles de lípidos, aminoácidos, metabolitos y ADN/ARN, particularmente cuando son usados en combinación, puede proporcionar poderosas herramientas  para explorar los aspectos funcionales  del ambiente intrauterino de una manera segura y eficiente. Por otra parte, aunque todavía no está demostrado en humanos, el perfil proteómico del fluido uterino puede reflejar  el sexo de un embrión en bovinos y tiene el potencial para ser implementado en prácticas de FIV.

   En conclusión, el espectro funcional del fluido uterino se ha expandido considerablemente. Nuevas moléculas como vesículas extracelulares y ARN móviles han sido detectados en el fluido uterino de especies animales y humanos. Estas moléculas conjuntamente con iones y proteínas  aseguran la homeostasis del fluido uterino y facilitan las interacciones embrión-madre. Adicionalmente, estas moléculas pueden transportar información del ambiente materno al embrión vía fluido uterino, generando efectos epigenéticos a largo plazo en la progenie a través de programación embrionaria y placentaria. Entender cómo la salud materna (por ejemplo, nutrición, estrés o exposición a químicos) puede influir  en el ambiente del fluido uterino, el cual a su vez puede influir en el desarrollo del embrión, es de mucha importancia para los humanos cuyos embriones son expuestos al fluido uterino por un período de tiempo más extenso que en los roedores.

Fuente: Zhang Y et al (2017). Uterine fluid in pregnancy: a biological and clinical Outlook. Trends in Molecular Medicine 23: 604-614.

GLP-1 y metabolismo óseo

    El péptido glucagonoide-1 (GLP-1) puede aumentar la densidad mineral ósea (DMO) y mejorar la calidad ósea. Adicionalmente, el GLP-1 puede promover la formación de hueso e inhibir la resorción ósea, pero los procesos específicos y las rutas  moleculares relacionadas  aún no son completamente entendidas. El GLP-1 y la exendina-4 (un GLP-1 mimético) revierten la disminución de masa ósea en ratas hiperlipídicas  e hipercalóricas.

   El GLP-1 puede mejorar la calidad ósea. En ratas  con osteoporosis inducida por ovariectomía, la exendina-4 aumenta la fuerza ósea y previene la exacerbación en la microarquitectura trabecular. Por otra parte, está demostrado que el GLP-1 puede restaurar la estructura ósea normal. Más aún, los ratones “knockout”  doble receptor  de incretinas [GLP-1 y polipéptido insulinotrópico dependiente de glucosa (GIP)] o DIRKO tienen reducido el grosor cortical y el área cortical.  Las propiedades mecánicas de la matriz ósea también son afectadas en los ratones DIRKO. Asimismo, la madurez de colágeno disminuye en estos ratones, lo cual contribuye a disminuir la carga máxima.

   La relación entre GLP-1 y  riesgo de fracturas óseas no ha sido dilucidada completamente. Un estudio con datos de la Clinical Practice Research Datalink (2007-2012) concluye que los agonistas del receptor de GLP-1 (GLP-1RA) no están relacionados con disminución del riesgo de fracturas óseas, independientemente de la dosis y el tipo de droga (exenatida o liraglutida) usado. Asimismo, otro estudio clínico revela que los GLP-1RA fallaron en reducir el riesgo  de fracturas óseas en comparación con agentes antidiabéticos. Más aún, los GLP-1RA están relacionados con disminución del peso corporal, lo cual implica mayor riesgo para las fracturas óseas porque la pérdida de peso induce carga mecánica y disminución de la masa ósea. Estas desventajas pueden oscurecer los potenciales efectos protectores de los GLP-1RA.  Adicionalmente, los GLP-1RA  están asociados con eventos gastrointestinales adversos, lo cual puede causar absorción  de minerales y nutrientes  y por lo tanto interferir con la función  de los GLP-1RA sobre la fisiología ósea. Sin embargo, es posible que los diferentes agentes GLP-1RA tengan efectos divergentes sobre las fracturas óseas. Por ejemplo, la exenatida tiende a causar más pérdida de peso y menos control de la glucosa  que la liraglutida, lo cual puede resultar  en un mayor riesgo de fracturas óseas.

   El ciclo continuo  de formación de hueso y resorción óseo mantiene la calidad ósea y la masa ósea normales. El GLP-1 afecta ambas partes  de este ciclo. En este contexto, el GLP-1 incrementa el número de osteoblastos. El GLP-1 también promueve la expresión de genes relacionados con la formación de hueso. El gen Runx2 codifica al factor de transcripción específico de osteoblasto 2, el cual es un activador transcripcional  de la diferenciación de osteoblastos. Más aún, son regulados hacia arriba la fosfatasa alcalina (ALP), el colágeno tipo 1 (Col1) y la osteocalcina (OC), marcadores comunes de la formación de hueso. En ratas con osteoporosis inducida por ovariectomía, la administración de exendina-4 provoca un incremento en los niveles de ARNm de Runx2, Col1 y OC. En otro estudio, el uso de GLP-1 aumentó significativamente el nivel de ARNm de OC en ratas normales, diabéticas o con resistencia a la insulina. Estos datos sugieren que, a nivel de expresión de genes, el GLP-1 promueve la formación de hueso. Por otra parte, está demostrado que el GLP-1 endógeno ayuda a mantener un nivel normal de glucemia. El  GLP-1 controla el nivel de glucosa estimulando la secreción de insulina, inhibiendo la secreción de glucagón y modulando el vaciamiento gástrico, lo cual contribuye a aumentar la formación de hueso.

   El GLP-1R es un receptor acoplado a proteína G que se localiza en el páncreas y muchos tejidos extra-pancreáticos. En un estudio con células osteoblásticas de ratón, la expresión del GLP-1R es regulado de acuerdo con el nivel glucémico. En otro estudio, se encontró que el nivel de expresión de GLP-1R disminuye con el proceso de maduración del osteoblasto. Más aún, un incremento en la expresión del gen que codifica al GLP-1R  se observó durante el proceso de diferenciación osteogénica de stem cells adiposas, las cuales tienen el potencial para la diferenciación de múltiples tipos de células, incluyendo la diferenciación osteogénica. Este resultado  demuestra que el GLP-1 puede jugar un rol en la diferenciación osteogénica del tejido óseo. Por otra parte, estudios en humanos sugieren que el GLP-1 aumenta la proliferación y diferenciación de osteoblastos  a través de una ruta de señalización mediada por la proteína quinasa activada por mitogeno (MAPK).

   El GLP-1 es un activador directo de la ruta Wnt. Esta ruta  puede jugar un rol significativo en la formación de hueso que promueve el GLP-1. La ruta Wnt canónica incluye a la proteína relacionada con el receptor de lipoproteína de baja densidad 5/6, la β-catenina, la GSK-3β y el factor de células T al tiempo que  promueve la diferenciación y maduración de osteoblastos. Por otra parte, la esclerostina, codificada por el gen SOST, es secretada por los osteocitos y suprime la formación de hueso. La esclerostina se une a proteínas morfogenéticas de hueso (BMP) y afecta negativamente la formación de hueso  a través de la inhibición de la actividad de ALP, la síntesis de Col1 y la mineralización de la matriz ósea. La esclerostina también inhibe la ruta de señalización Wnt/β-catenina. Más aún, la exendina-4 puede unirse al GLP-1R en los osteoblastos y actuar sobre la ruta Wnt/β-catenina  para reducir la expresión de esclerostina y promover la formación de hueso. Hay otras posibles rutas por las cuales el GLP-1 puede afectar la formación de hueso, incluyendo ERK1/2, p38, JNK y AMPK/mTOR.

   El GLP-1 tiene un impacto sobre el número y la función de los osteoclastos. La administración  de GLP-1 está asociada  con disminución  de los niveles plasmáticos de marcadores de resorción ósea. En ratas con osteoporosis inducida por ovariectomía, la exendina-4 disminuye la concentración de péptidos unidos al C-terminal de Col1 (CTX-1) y la relación deoxipiridinolina (DPD)/creatinina en orina. Sin embargo, el tratamiento de mujeres obesas sanas con liraglutide no afecta significativamente los niveles plasmáticos de CTX-1. Por otra parte, el GLP-1R es expresado en las células C de la glándula tiroides y puede promover la secreción de calcitonina  a través de una ruta mediada por AMPc en estas células. En ratones, el tratamiento con exendina-4 incrementa los niveles de ARNm de calcitonina en la tiroides, mientras en los ratones GLP-1R^-/- tiene el efecto opuesto. Más aún, los ratones GLP-1R^-/- tienen niveles aumentados de DPD urinario, lo cual indica aumento de la resorción ósea. Cuando estos ratones son tratados con calcitonina, el incremento en la concentración urinaria de DPD es atenuado. Por lo tanto, es posible que el GLP-1 inhiba la resorción ósea de una manera dependiente de calcitonina. Sin embargo, la expresión de GLP-1R en las células C tiroideas humanas  es menor que en los roedores y, por consiguiente, la sensibilidad de la respuesta de las células C humanas también es menor que en roedores.

   En los humanos, el metabolismo óseo normal involucra un estado de equilibrio entre la formación de hueso  y la resorción ósea. Estos procesos dinámicos involucran a la unidad multicelular ósea compuesta por osteoblastos, osteoclastos y osteocitos en la matriz ósea. Los osteoblastos y los adipocitos derivan de stem cell mesenquimales (MSC). La liraglutida influye en la diferenciación de las MSC hacia osteoblastos más que hacia adipocitos. La exploración de los mecanismos moleculares de este efecto revela que el GLP-1 incrementa la proliferación de MSC, inhibe el proceso de adipogénesis y reduce la muerte celular. Este estudio también sugiere dos potenciales rutas de señalización  involucradas en la diferenciación  de MSC en adipocitos que pueden ser blanco del GLP-1. Se trata de las rutas MAPK y PKC. Otros autores especulan que el GLP-1 dirige la tendencia de diferenciación hacia osteoblastos a través de las rutas de señalización MAPK y Wnt para promover la actividad de Runx2. En otra investigación, se demuestra que el GLP-1 promueve la diferenciación de MSC en dirección osteoblastos a través  de las rutas PKA/β-catenina y PKA/PI3K/Akt/GSK3β. Por otra parte, estudios recientes revelan nuevos mecanismos moleculares  de la exendina-4. En primer lugar, la exendina-4 activa la ruta GLP-1R/AMPc/PKA y atenúa el estrés del retículo endoplásmico para inhibir la apoptosis de las MSC mediada por oxígeno, glucosa y deprivación de suero. En segundo lugar, la exendina-4 puede regular el crecimiento, la movilización y la supervivencia de las MSC  a través de la ruta PI3K/Akt. Los osteoclastos derivan de monocitos y macrófagos y su maduración es regulada por citoquinas derivadas de los osteoblastos, incluyendo osteoprotegerina (OPG), receptor activado por ligando del factor nuclear κB (RANKL) y receptor activado por ligando del factor nuclear κB (RANK) que establecen una relación triangular que regula la diferenciación, activación y apoptosis  de osteoclastos. La mayoría de factores que promueven la osteoclastogénesis  aumentan la expresión de RANKL en los osteoblastos. El GLP-1 incrementa la expresión de OPG mientras disminuye la expresión de RAKL. Por lo tanto, el GLP-1 no solo promueve la formación de hueso sino también inhibe la resorción ósea. Es decir, el GLP-1 ayuda a mantener el balance entre formación de hueso y resorción ósea.

   En conclusión, en los últimos años muchos estudios han investigado el impacto  y los mecanismos de las terapias con hormonas que estimulan la secreción de insulina como el GLP-1. La evidencia indica que tales terapias  pueden aumentar la DMO y mejorar la calidad ósea, pero la relación entre GLP-1 y fracturas óseas es aún controversial. Las investigaciones recientes indican que el GLP-1 actúa sobre el tejido óseo promoviendo la formación de hueso,  inhibiendo la resorción ósea y afectando la coordinación de los dos procesos. El equilibrio entre  formación de hueso y resorción ósea es esencial para la salud ósea y puede ser mantenido por el GLP-1  en huesos normales  y restaurado en huesos no sanos. Sin embargo, los mecanismos moleculares específicos  responsables de los efectos  del GLP-1 sobre el tejido óseo aún no han sido completamente dilucidados. No obstante, hay evidencia que diversos mecanismos moleculares y proteínas como Wnt y calcitonina están asociados con los efectos del GLP-1 sobre el tejido óseo.

Fuente: Zhao C et al (2017). The impact of glucagon-like peptide-1 on bone metabolism and its posible mechanisms. Frontiers in Endocrinology 8: 98.

Péptidos derivados de la proteína precursora de amiloide

   La proteína precursora de amiloide (APP) ha sido estudiada principalmente    porque da origen al péptido amiloide β (Aβ), el cual ha sido implicado en la patogénesis de la enfermedad de Alzheimer (EA). La APP también  está involucrada en el desarrollo neuronal, la proliferación y diferenciación de células progenitoras y los procesos de señalización celular. La evidencia emergente sugiere que la APP y los péptidos derivados de su clivaje también regulan una variedad de procesos metabólicos. El péptido Aβ impacta el metabolismo neuronal en una variedad de modos y la evidencia emergente sugiere que otros péptidos derivados de la APP también pueden jugar un rol en el control de procesos metabólicos neuronales. Sin embargo, una pregunta aún sin resolver es si la APP y los péptidos derivados de ella también controlan el metabolismo celular en la periferia.

   La APP pertenece a una familia de proteínas que también incluye a las proteínas similares a APP (APLP) 1 y 2. Estas proteínas transmembrana  tienen una gran región extracelular  y una región citoplasmática más pequeña, unidas por un dominio transmembrana. Estos dominios pueden ser clivados por diferentes proteasas y generar distintos péptidos. La APP es el único miembro de la familia que contiene el dominio que codifica al péptido Aβ. Aunque todos los miembros de la familia APP son altamente expresados en las neuronas, APP y APLP2 son expresadas en otros tipos de células y tejidos. Los transcriptos de APP generados por “splicing” alternativo codifican ocho diferentes isoformas APP de longitud variable. Las isoformas APP 695, APP 751 y APP 770 son más abundantes en neuronas, mientras  APP 751 y APP 770 también son altamente expresadas  en células no neuronales.

   El tráfico intracelular  de APP tiene un impacto significativo en su procesamiento y sus funciones, con la mayoría de APP localizada en la red trans-Golgi o el sistema endosomal. Sin embargo, una vez trasladada en los endosomas, la APP es transportada del retículo endoplásmico  a la membrana plasmática por la ruta secretora clásica, donde es procesada proteolíticamente  por una α-secretasa. El clivaje proteolítico en el dominio Aβ lo llevan a cabo principalmente desintegrinas y proteínas que contienen dominio metaloproteinasa. Este clivaje  resulta en la liberación del dominio extracelular  llamado  APPα soluble (sAPPα). El fragmento restante de la APP llamado C83  es endocitado y puede ser clivado por el complejo γ-secretasa generando los fragmentos P3 y  dominio intracelular (AICD). El péptido P3 puede ser liberado en el ambiente extracelular o puede ser degradado por los lisosomas, mientras el péptido AICD es capaz de dirigirse al núcleo donde puede regular la transcripción de genes.

   La ruta amiloidogénica del procesamiento de la APP involucra un clivaje inicial en los endosomas por una enzima β-secretasa llamada enzima 1 clivadora del sitio β de APP (BACE-1). Esto genera el péptido APP β soluble (sAPPβ), el cual es liberado en el espacio extracelular a través del reciclaje de endosomas. La longitud del  péptido sAPPβ difiere  de la longitud del peptido sAPPα por  16 aminoácidos, lo cual puede resultar en diferentes funciones y mecanismos de señalización  entre los dos péptidos. Siguiendo al clivaje por BACE-1, el fragmento APP restante, llamado C99, es posteriormente clivado por el complejo γ-secretasa, lo cual resulta en la generación de los péptidos Aβ y AICD. El sitio exacto del clivaje del fragmento C99 por la γ-secretasa puede variar, lo cual resulta en diferentes péptidos Aβ. Los más comunes son Aβ₄₀ y Aβ₄₂ que contienen 40 y 42 aminoácidos, respectivamente, de los cuales el Aβ₄₂ es considerado el más patogénico en el desarrollo de la enfermedad de Alzheimer. El sitio del clivaje del fragmento C99 tiene implicaciones importantes por los péptidos Aβ generados. Si el clivaje ocurre en la red trans-Golgi, los péptidos son liberados en el ambiente extracelular a través del “pool” secretor constitutivo, en cambio si el clivaje ocurre en los endosomas, los péptidos son  degradados.

    A pesar de la intensa investigación de los últimos 25 años, no hay mucha información sobre las funciones biológicas  de la APP y sus péptidos derivados. Está claro, sin embargo, que muchas de las funciones reguladas por la APP son mediadas por los péptidos derivados de su proteólisis. La pérdida de función en modelos de roedores ha revelado un rol de la APP en diferentes aspectos de la biología neuronal incluyendo proliferación, crecimiento, diferenciación y sinaptogénesis. En este contexto, los ratones APP “knockout” tiene marcadamente reducido el tamaño del cerebro y disminución del número de neuronas en regiones específicas del cerebro.  El mecanismo involucrado parece ser complejo y la evidencia emergente indica  que la APP y sus péptidos derivados juegan un rol en varios aspectos del metabolismo celular y corporal. La primera sugerencia que la APP y sus derivados pueden tener un rol en el metabolismo deriva de la evidencia que la utilización de la glucosa en el  cerebro está alterada en la EA, lo cual ha sido relacionado con las acciones del Aβ. Posteriormente, se estableció que la ruta no amiloidogénica de la APP es requerida para la utilización normal de sustratos, mientras la ruta amiloidogénica provoca reducción de la utilización y almacenamiento de sustratos, particularmente lípidos, tanto a nivel celular como a nivel sistémico.

   El péptido Aβ₄₂ puede alterar múltiples aspectos del metabolismo de la glucosa en las neuronas, incluyendo el transporte de glucosa y el flujo glucolítico. El efecto sobre el transporte de glucosa está relacionado con una alteración de la actividad del transportador de glucosa GLUT3, una de las principales isoformas de los GLUT en las neuronas, como resultado de modificaciones post-translacionales por productos de la peroxidación de lípidos. Adicionalmente, la expresión reducida de GLUT1, otro transportador de glucosa en las neuronas, ha sido observada en pacientes con EA y modelos animales que tienen elevados niveles de Aβ. Los péptidos Aβ también inhiben varias enzimas glucolíticas para limitar el flujo de glucosa, incluyendo hexoquinasa, fosfofructoquinasa y gliceraldehido 3-fosfato deshidrogenasa (GAPDH). Los mecanismos involucrados son diversos  e incluyen la disociación de la hexoquinasa de la membrana mitocondrial externa, lo cual altera la actividad glucolítica, la unión directa a –e inhibición de- la fosfofructoquinasa y modificaciones oxidativas  de la  GAPDH, lo cual resulta en su agregación e inhibición de la actividad glucolítica. Otro factor por el cual los péptidos Aβ pueden  alterar el metabolismo de la glucosa es su efecto sobre la señal de la insulina. Es conocido que los péptidos Aβ compiten con la insulina por el receptor de insulina (IR). Aunque las concentraciones de Aβ requeridas para este efecto son suprafisiológicas, los péptidos Aβ también pueden tener efectos inhibidores secundarios sobre la ruta de señalización de insulina a través de mecanismos  mediados por estrés oxidativo y respuestas inflamatorias. Los efectos de alteración en la señal de insulina por los péptidos Aβ no son muy tomados en cuenta  para los defectos en el metabolismo de la glucosa en las neuronas porque la captación de glucosa en estas células es en gran parte independiente de insulina. Sin embargo, los efectos de los péptidos Aβ sobre la señal insulina podrían tener mucha importancia  en el metabolismo sistémico de la glucosa donde la insulina es crítica para la apropiada homeostasis  de la glucosa  a través de efectos sobre hígado, músculo esquelético y tejido adiposo.

   Los péptidos Aβ también tienen efectos perjudiciales sobre las mitocondrias, lo cual podría impactar sobre la oxidación de la glucosa y la oxidación de otros sustratos metabólicos como ácidos grasos y aminoácidos. Consistente con la complejidad de la biología de Aβ, estos péptidos pueden alterar la función mitocondrial de varias maneras. El péptido Aβ puede alterar la dinámica mitocondrial interactuando con la proteína relacionada con dinamina 1, un regulador clave de la fisión mitocondrial, provocando fragmentación y alteración de la función de las mitocondrias. La alcohol deshidrogenasa unida a amiloide β (ABAD) es una proteína mitocondrial que interactúa con Aβ con importantes consecuencias para la función mitocondrial. La ABAD es miembro de la familia de deshidrogenasas reductasas  de cadena corta con una variedad de funciones fisiológicas, incluyendo la oxidación de ácidos grasos. La unión de Aβ a ABAD incrementa la producción de especies reactivas de oxigeno (ROS) por las mitocondrias, lo cual tiene importantes implicaciones no solo para las rutas metabólicas, sino también para la homeostasis celular en general donde el ambiente oxidado puede inducir daño a importantes componentes celulares como ADN y membranas. Adicionalmente, las ROS modifican posttranslacionalmente  proteínas glucolíticas como la GAPDH. Sin embargo, el efecto más profundos de Aβ sobre la función mitocondrial consiste en la inhibición de la actividad de proteasas presecuencia (PreP)  sobre sus sustratos peptídicos mitocondriales. Las proteínas mitocondriales contienen una presecuencia  N-terminal que media su entrada en la mitocondria. Una vez dentro de la mitocondria, se requiere el clivaje de la presecuencia para la función normal de  las proteínas mitocondriales. La inhibición de PreP por Aβ previene el clivaje de presecuencia y resulta en una alteración profunda de la proteostasis mitocondrial que afecta la mayoría de aspectos de la función mitocondrial, incluyendo la respiración y la producción de ROS.

   Hay evidencia que apoya la teoría  que los péptidos de APP generados por las rutas amiloidogénica y no amiloidogénica tienen efectos opuestos sobre el metabolismo de la glucosa. La sAPPα y la inhibición de BACE-1 incrementan la captación  y oxidación de glucosa en neuronas y células musculares. Estos efectos no se observan  con la sAPPβ porque son mediados por la secuencia de 16 aminoácidos única de la sAPPα. Esta región tiene similitud estructural con ciertos factores de crecimiento como el factor de crecimiento del endotelio vascular (VEGF) y el factor de crecimiento del hepatocito (HGF) que estimulan la captación y oxidación de glucosa a través de componentes de la ruta de señalización de la insulina, incluyendo PI3K y Akt. Las acciones de la sAPPα sobre el metabolismo de la glucosa parecen ser dependientes  de esta ruta.

   La EA también se caracteriza por una desregulación del metabolismo de lípidos y la acumulación  en las neuronas de lípidos que contribuyen a la fisiopatología de la enfermedad. Sin embargo, aunque el desarrollo de la EA  se caracteriza  por defectos neuronales  en regiones corticales, los efectos de la APP y los péptidos derivados de APP sobre procesos metabólicos pueden difundir a través de diferentes regiones cerebrales. Uno de los más fuertes factores genéticos de riesgo para el desarrollo de la EA se relaciona con el gen de la apolipoproteína E (ApoE), el cual codifica una proteína involucrada en el metabolismo de colesterol y triglicéridos. Consistente con este dato, el análisis postmorten  de tejido de pacientes con EA muestra un incremento región-específico de lípidos como diglicéridos,  ceramidas y esteres de colesterol, lo cual está de acuerdo con la idea que la ruta amiloidogénica de la APP está relacionada con alteraciones en el almacenamiento de sustratos. Muchos de estos cambios están asociados con  la regulación de enzimas claves involucradas en el metabolismo de lípidos por Aβ o el péptido AICD a través de mecanismos transcripcionales. Por ejemplo, el péptido Aβ incrementa la actividad  de la enzima esfingomilinasa que maneja la síntesis  de ceramidas a través de la ruta esfingomilinasa-ceramida. Las ceramidas son lípidos que, en exceso, tienen efectos perjudiciales sobre la viabilidad celular y median parcialmente los efectos citotóxicos de Aβ.  La acumulación de ceramidas en varios tejidos periféricos contribuye a ciertos aspectos de las enfermedades metabólicas. El péptido AICD generado a través de la ruta amiloidogénica se traslada al núcleo donde  contribuye a la regulación de la expresión de genes. El AICD influye en la transcripción de genes formando un complejo con la proteína adaptadora Fe65. Estas proteínas también pueden asociarse con un supercomplejo transcripcional que contiene represores y coactivadores  como el co-represor de receptor nuclear 1 (N-CoR1) y la histona acetiltransferasa Tip60. El complejo AICD/Fe65 juega un rol clave en el intercambio de complejos correpresores con complejos coactivadores  en regiones promotoras específicas. La interacción con el complejo correpresor N-CoR1 tiene profundos efectos en los tejidos porque este correpresor coordina el metabolismo de lípidos  en tejidos altamente metabólicos como el hígado. El desplazamiento de N-CoR1 de las regiones promotoras  en el hígado activa un programa de genes lipogénicos  que maneja la esteatosis hepática. El AICD también está relacionado con la regulación transcripcional  de enzimas claves de la homeostasis de colesterol. Al presente, muy poco se conoce  acerca  de las interacciones entre la ruta no amiloidogénica del procesamiento de la APP y el metabolismo de lípidos.

   Aunque la APP y los péptidos derivados de APP juegan un rol importante en el  control metabólico y la bioenergética celular también parecen influir en el procesamiento de la APP creando un mecanismo de retroalimentación para el control integrado  del metabolismo por la APP. Las ROS y los metabolitos intracelulares actúan como intermediarios de señalización claves  en el mecanismo  de control  del procesamiento  de APP y como un nexo para “sensar” el balance energético celular. La producción mitocondrial de ROS, la cual aumenta en respuesta al exceso de energía, también influye en el procesamiento de la APP. Aunque los mecanismos exactos por los cuales las ROS influyen en el procesamiento amiloidogénico de APP no han sido firmemente establecidos, el rol de las mitocondrias  en esta respuesta si está claro. El péptido Aβ puede alterar la función mitocondrial e incrementar la producción de ROS a través de diferentes mecanismos. Sin embargo, la alteración de la función mitocondrial que es independiente  de Aβ puede aumentar el procesamiento amiloidogénico de APP. Por ejemplo, la exposición a inhibidores de los complejos mitocondriales I y III que incrementa la producción mitocondrial de ROS también incrementa la formación de Aβ. Los lípidos pueden influir en el procesamiento de APP, el cual parece  que está relacionado con el contenido de lípidos de las membranas en las cuales es procesada la APP. En particular, el colesterol maneja el procesamiento amiloidogénico  de APP. La APP y el colesterol forman un complejo con la APP localizada en las balsas lipídicas donde ocurre el procesamiento amiloidogénico de la APP. Por el contrario, los ácidos grasos poliinsaturados parecen favorecer la ruta no amiloidogénica de procesamiento de APP.

   En conclusión, la alteración del procesamiento de la APP ha sido asociada con alteraciones metabólicas en las neuronas en el contexto  de la EA, incluyendo alteración del metabolismo de la glucosa, acumulación de lípidos, disfunción mitocondrial y resistencia a la insulina. Estas alteraciones metabólicas son claves para el desarrollo de esta enfermedad. Por otra parte, el procesamiento de la APP es sensible a perturbaciones metabólicas y los péptidos derivados de APP pueden  a su vez regular procesos y rutas metabólicos. Esto sugiere que la APP y sus péptidos juegan un rol integral en la señal que regula el metabolismo. Específicamente, la evidencia emergente sugiere que las perturbaciones metabólicas asociadas con exceso de nutrientes manejan el procesamiento amiloidogénico de APP y los péptidos resultantes (Ej: Aβ) a través de diferentes mecanismos para inducir alteraciones metabólicas como el incremento en la acumulación de lípidos, alteración de la función mitocondrial y resistencia a la insulina. Por el contrario, el procesamiento no amiloidogénico de la APP parece ser importante para la utilización normal de sustratos, incluyendo la oxidación de la glucosa. Entonces, la alteración del procesamiento normal de la APP tiene un importante rol en las respuestas celulares del exceso de nutrientes, particularmente en la regulación del metabolismo sistémico, lo cual involucra una intrincada comunicación entre los tejidos periféricos.

Fuente: Czeczor JK y McGee SL (2017). Emerging roles for the amyloid precursor protein and derived peptides in the regulation of celular systemic metabolism. Journal of Neuroendocrinology 29: 1-8.

Progranulina y tono vascular

   La progranulina (PGRN) es a la vez factor de crecimiento y  proteína reguladora involucrada en el desarrollo embrionario, la cicatrización de heridas, la carcinogénesis, la neuroprotección y la respuesta inflamatoria/inmune. La PGRN humana es una glucoproteína de 593 aminoácidos con siete módulos de secuencia de aminoácidos llamados granulinas (A, B, C, D, E, F, G). Cada módulo granulina tiene 12 residuos cisteína, excepto la granulina G  que tiene 10 cisteínas.

   El rol de la PGRN en la regulación del tono vascular es de interés por varias razones. En primer lugar, las enfermedades inflamatorias crónicas y las enfermedades del tejido conectivo están asociadas con un mayor riesgo de enfermedades cardiovasculares, especialmente ateroesclerosis. En este contexto, la disfunción endotelial juega un rol importante en la ateroesclerosis. Asimismo, la producción  de óxido nítrico (NO)  es uno de los marcadores de función del endotelio más usados actualmente. En segundo lugar, la PGRN ha sido recientemente identificada como una de las hormonas del tejido adiposo (adipoquinas). Muchas adipoquinas, incluyendo leptina, adiponectina, visfatina, resistina y omentina, están involucradas en la regulación del tono vascular y la desregulación de estas adipoquinas contribuye a la patogénesis de enfermedades cardiovasculares como hipertensión arterial, ateroesclerosis, enfermedad cardiaca isquémica e insuficiencia cardiaca.

   Un trabajo reciente utiliza  la miografía para examinar por primera vez el efecto de la PGRN en anillos de arteria mesentérica de rata. En concentraciones fisiológicas (10-100 ng/ml), la PGRN no tiene efecto sobre los anillos vasculares pre-contraídos con noradrenalina o serotonina. Sin embargo, aumenta significativamente la vasorelajación inducida por acetilcolina.  La acetilcolina induce la vasorelajación dependiente de endotelio por tres mecanismos: NO, prostanoides vasorelajantes e hiperpolarización dependiente de endotelio (EDH). La PGRN aumenta el efecto de la acetilcolina mediado por NO, pero no tiene efecto sobre los otros dos mecanismos. La sintetasa de NO endotelial (eNOS) es estimulada por dos mecanismos principales. (1) Los vasodilatadores dependientes de endotelio como acetilcolina y bradiquinina incrementan la entrada de Ca²⁺ en las células endoteliales y rápidamente estimulan la eNOS de una manera dependiente de Ca²⁺-calmodulina. (2) Muchos factores como insulina, estrógenos, polifenoles y factor de crecimiento del endotelio vascular (VEGF), incrementan la actividad de la eNOS induciendo su fosforilación en la Ser1177 por la proteína quinasa B/Akt. La PGRN aumenta la vasorelajación inducida por nitroprusiato de sodio (SNP), donador de NO, en anillos de arteria mesentérica precontraídos con noradrenalina. El efecto vascular del NO es mediado por la estimulación de la guanilil ciclasa soluble (sGC), la cual sintetiza GMPc que a su vez estimula a la proteína quinasa G (PKG). La PGRN no aumenta la vasorelajación inducida por análogos de GMPc  y activadores de la PKG. Estos datos sugieren que la PGRN no tiene efecto directo sobre la PKG sino que aumenta la síntesis de GMPc inducida por NO. Por otra parte, la PGRN aumenta la producción de GMPc inducida por SNP en anillos vasculares en presencia de inhibidores de  fosfodiesterasa. Estos resultados sugieren que la PGRN incrementa la actividad de la sGC inducida por NO.

   Los resultados del estudio de los efectos de la PGRN sobre arteria mesentérica tienen implicaciones fisiológicas y patológicas. En primer lugar, sugieren que la adipoquina PGRN está involucrada en la regulación del tono vascular. Muchos estudios indican que la obesidad y el síndrome metabólico están asociados con disfunción endotelial,  y una de sus manifestaciones  es la alteración de la vasorelajación dependiente de endotelio. Este efecto, al menos parcialmente, está asociado con las alteraciones de adipoquinas observadas en la obesidad. Por ejemplo, aunque la leptina induce vasorelajación dependiente de endotelio en condiciones fisiológicas, este efecto es alterado en la obesidad a pesar del incremento en el nivel de leptina debido al fenómeno  de resistencia a la leptina. Asimismo, la insulina estimula la eNOS de una manera dependiente de PKB/Akt, pero este efecto  también es alterado en animales y humanos obesos. Por otra parte, la adiponectina estimula la vasorelajación, pero la secreción de adiponectina disminuye en la obesidad. Recientemente, se demostró que la PGRN  es sobreproducida  en el tejido adiposo de animales obesos y que su concentración plasmática aumenta en humanos obesos. No está claro, si este incremento de PGRN resulta en un aumento de la vasorelajación. Es posible que se trate de un mecanismo compensatorio que contribuye a contrarrestar el desbalance entre factores vasocontrictores y vasodilatadores. Alternativamente, el efecto vasodilatador de la PGRN podría ser alterado en la obesidad.

   En segundo lugar, surge la pregunta sobre los receptores involucrados en el efecto vascular de la PGRN. La PGRN es un antagonista del receptor tipo 1 del factor de necrosis tumoral-α (TNFR1). El TNF-α altera la vasorelajación dependiente de endotelio por varios mecanismos, incluyendo  disminución en la expresión de eNOS,  estimulación del estrés oxidativo, alteración de la síntesis de L-arginina,  sustrato de la eNOS, e incremento de la acumulación de su inhibidor dimetilarginina, así como regulación hacia arriba de la enzima arginasa que compite con la eNOS por el sustrato. La regulación hacia arriba del TNF-α está involucrada en la alteración de la vasorelajación dependiente de endotelio en diferentes condiciones, incluyendo hiperlipidemia, diabetes, obesidad, envejecimiento o enfermedades inflamatorias crónicas, mientras la terapia anti-TNF mejora la vasorelajación en algunas de estas condiciones. Entonces, la evidencia experimental sugiere que la PGRN induce vasorelajación antagonizando al TNFR1 en la pared vascular.

   Con relación a los mecanismos de señalización post-receptor  involucrados en los efectos vasculares de la PGRN, el aumento en la concentración de GMPc  en el endotelio no resulta de la inhibición de fosfodiesterasas que degradan al GMPc. Por el contrario, la explicación más común es que la PGRN aumenta la estimulación inducida por NO  de la sGC. Aunque el NO es el principal activador de la sGC, hay otros mecanismos reconocidos. La sGC vascular es activa como un dímero de subunidades α1 y β1 conectadas por un enlace disulfuro entre dos residuos cisteína. El potencial redox intracelular puede cambiar la actividad sGC a través de la alteración de la relación monómero/dímero. Por otra parte, además del NO, otras moléculas endógenas como el monóxido de carbono (CO) o el nitroxil (HNO) estimulan la sGC, aunque de manera menos potente que el NO. El estrés oxidativo puede reducir la actividad sGC oxidando Fe²⁺ a Fe³⁺ en su grupo hemo o vía S-nitrosilación  del residuo  Cis561 de la subunidad α1. La reducción de los niveles de O₂ puede disminuir la formación de GMPc incrementando los niveles  intracelulares de inosina trifosfato, la cual compite con el GTP por la sGC y es convertida por esta enzima en inosina 3´,5´-monofosfato cíclico. No está claro si la PGRN afecta a uno -o posiblemente a otro aún no identificado- de los mecanismos que regulan a la sGC.

   El efecto vascular de la PGRN es un potencial  blanco terapéutico. Aunque los donadores de NO han sido usados por décadas para el tratamiento de enfermedades cardiovasculares, esta terapia está asociada con importantes limitaciones como el progresivo desarrollo de resistencia a los nitratos y el daño tisular mediado por el estrés inducido por el exceso de NO. Los compuestos sintéticos que estimulan a la sGC de una manera independiente de NO se encuentran actualmente bajo desarrollo pre-clínico y clínico.

Fuente: Beltowski J (2017). Role of progranulin in the regulation of vascular tone: (patho)physiological implications. Acta Physiologica 219: 706-708.

Endocanabinoides y conducta alimenticia

   La regulación central de la conducta alimenticia es indispensable para la vida de animales y humanos, los cuales consumen energía a través de los alimentos para ejercer funciones esenciales. Una red de circuitos neurales asegura el aporte constante de energía y proporciona una conducta “pro-alimentación” dirigida a que, en condiciones de plenitud de alimento, la ingesta de energía domine sobre el gasto de energía y el exceso de energía sea almacenado para ser usado cuando el alimento sea restringido o no esté disponible temporalmente. En el cerebro, los endocanabinoides (EC), como el 2-araquidonoilglicerol (2-AG) y el araquidonoiletanolamina (AEA), interfieren con la regulación central de la conducta alimenticia a través de la activación del receptor canabinoide tipo 1 (CB1), acoplado a proteína G. Desde tiempos inmemoriales, los extractos de cannabis son usados con propósitos recreacionales, pero actualmente está claro que no solo las propiedades psicotrópicas sino también los efectos estimulantes del apetito de los EC, son mediados por la activación del CB1. Sin embargo, los mecanismos moleculares y celulares que subyacen a la señal central CB1 en el control de la conducta alimenticia aún no son completamente claros. Los receptores CB (CB1 y CB2) pertenece al sistema endocanabinoide (SEC) que incluye además a los EC como ligandos intrínsecos de los CB y a las enzimas que sintetizan e hidrolizan a los EC. Estas enzimas controlan los niveles de EC temporalmente y espacialmente para garantizar una señal CB1 funcional en el cerebro, específica de región y tipo de célula.

   La señal CB1 central, además de la alimentación, modula otras funciones y conductas fisiológicas. El CB1 se localiza principalmente en los terminales presinápticos para suprimir la liberación de neurotransmisores como GABA o glutamato. En principio, la promoción farmacológica aguda de la señal CB1 central puede evocar la ingesta de alimentos y representa una potencial propuesta para tratar la anorexia. Sin embargo, recientemente se descubrió que solamente la administración de bajas a moderadas dosis de agonistas CB1son capaces de incrementar la ingesta de alimentos en ratones, mientras la administración de moderadas a altas dosis disminuye la ingesta de alimentos. En esto, la hipofagia es inducida por una reducción de la transmisión GABAergica mediada por CB1, mientras la hiperfagia es estimulada por la supresión de la conducción glutamatérgica disparada por el CB1. Este hallazgo fundamental en ratones puede explicar los resultados contradictorios de diferentes estudios clínicos sobre el uso de agonistas CB1 en el tratamiento de la anorexia en humanos. Por otra parte, el bloqueo del CB1 por rimonabant, un agonista inverso de CB1, generalmente suprime el hambre e induce hipofagia, pero desafortunadamente resulta en efectos psiquiátricos colaterales en humanos. Asimismo, agentes alostéricos dirigidos contra CB1 como hemopresina o pregnenolona pueden aportar medicaciones con una significativa mejoría en el perfil de efectos colaterales.

    El CB1, como receptor acoplado a proteína G, no es expresado exclusivamente en la membrana plasmática sino también en la membrana externa mitocondrial. El CB1 mitocondrial, al interferir con el complejo I de la cadena respiratoria, promueve los efectos inducidos por amnesia de los agonistas CB1 en el hipocampo. Los efectos de los canabinoides sobre la ingesta de alimentos son transmitidos vía adaptaciones mitocondriales inducidas por CB1, pues la inducción de la ingesta de alimentos por agonistas CB1 depende de la expresión de la proteína desacopladora 2 y la formación de especies reactivas de oxigeno (ROS) en el hipotálamo.  Aproximadamente 15% de receptores CB1 en el cerebro están asociados con mitocondrias de los terminales pre y postsinápticos. Sin embargo, el CB1 es más abundantemente expresado en la membrana plasmática y cantidades significativas de CB1 en el cerebro anterior son activadas constantemente, internalizadas y recicladas. Más aún, la expresión funcional de CB1 también se observa en la membrana plasmática postsináptica. En el curso de la obesidad inducida por dieta, la orexina A reprime neuronas proopiomelanocortina (POMC) promotoras de saciedad en el núcleo arcuato (ARC) del hipotálamo a través de la activación por EC de CB1 postsinápticos en las neuronas POMC.

   El CB1 también es expresado en astrocitos y juega un importante rol en la neuroinflamación y en la neurotransmisión. El soporte energético de las neuronas dependiente de astrocitos involucra al CB1 puesto que la acumulación de glucógeno astroglial inducida por la leptina depende de la señal CB1. Los estudios con análisis estructural reportan la presencia de CB1 en astrocitos localizados en la vecindad de las sinapsis en el ARC. Más aún, los astrocitos a través de la señal leptina controlan activamente los circuitos neuronales de la alimentación en el hipotálamo.

   Los centros homeostáticos de la alimentación están localizados en el hipotálamo y el tallo cerebral caudal, mientras los centros hedónicos de la alimentación relevantes para los aspectos de palatabilidad y recompensa de los alimentos están localizados en el sistema mesolímbico.  Aunque ambos sistemas de control anatómicamente se localizan en áreas cerebrales diferentes, funcionalmente se encuentran interconectados uno con otro. Los altos niveles de expresión de CB1 en el hipocampo o los ganglios basales son atribuidos a los efectos de los EC sobre la formación de la memoria y el movimiento, mientras los bajos niveles de CB1 en los núcleos hipotalámicos o el tallo cerebral caudal se relacionan con funciones significativas en la regulación de la conducta alimenticia.  En este contexto, los distintos grupos de neuronas hipotalámicas procesan señales de nutrientes circulantes y detectan hormonas metabólicas como leptina, insulina o grelina. Las neuronas hipotalámicas son afectadas directamente por los EC y la infusión de agonistas CB1 en distintos núcleos hipotalámicos induce agudamente la ingesta de alimentos.

   La señal CB1 hipotalámica interfiere con la transmisión de la señal de hormonas metabólicas. Mientras la supresión de la ingesta de alimentos por leptina se correlaciona con bajos niveles hipotalámicos de EC, la ingesta aguda de alimentos disparada por grelina se acompaña con un incremento en los niveles hipotalámicos de EC y depende de la señal CB1 en el núcleo paraventricular (NPV). Sin embargo, el control de la alimentación en el NPV mediado por CB1 es más complejo que lo que se pensaba anteriormente. En el marco del paradigma ayuno/re-alimentación, el bloqueo del CB1 local en el NPV incrementa la hiperfagia en ratones hambrientos y aumenta los efectos hiperfágicos de la grelina en animales alimentados.   Entonces, los EC hipotalámicos representan neuromoduladores locales involucrados activamente en los circuitos hipotalámicos de la alimentación de acuerdo con el estado prandial del animal. En la obesidad inducida por dieta, el desbalance en los niveles hipotalámicos de EC y la señal CB1 defectuosa son consecuencia de la resistencia central a la leptina. En el hipotálamo lateral (HL), el CB1 está involucrado en el control fisiológico de las neuronas que producen hormona concentrante de melanina (MCH) y orexina-A. En la obesidad inducida por dieta, los EC en el HL promueven hiperfagia a través de la remodelación de la organización de los impulsos sinápticos de las neuronas orexina-A.

    En el ARC se pueden distinguir al menos dos poblaciones neuronales con efectos opuestos sobre la conducta alimentaria: las neuronas proteína relacionada con el agouti/neuropéptidoY (AgRP/NPY) que promueven agudamente la ingesta de alimentos y las neuronas POMC que manejan el inicio gradual de la saciedad. El bloqueo sistemático de CB1 por rimonabant reduce los niveles de NPY, lo que indica que las neuronas AgRP/NPY son controladas por EC locales. Las neuronas AgRP/NPY no contienen CB1, el cual se encuentra en los terminales GABAergicos que inervan a las neuronas AgRP/NPY. Entonces, en el ARC, los EC locales pueden promover la ingesta de alimentos a través de la desinhibición retrograda de neuronas de neuronas AgRP/NPY. Sin embargo, las neuronas POMC también son afectadas por EC a través de CB1 pre y postsinápticos. En ratones alimentados, los agonistas CB1 rápidamente convierten a las neuronas POMC de promotoras de larga duración de la saciedad en disparadoras agudas de hambre. En la obesidad inducida por dieta, la orexina-A reprimen neuronas POMC mediante la señal EC constitutiva en los CB1 postsinápticos de las neuronas POMC. Por otra parte, las neuronas que liberan glutamato en el ARC que expresan receptores de oxitocina han sido identificadas como parte integral de una ruta ARC-NPV de saciedad. Asimismo, hay evidencia que las células dopaminérgicas del ARC controlan recíprocamente la actividad de las neuronas AgRP/NPY y POMC. Este hallazgo reviste mucha importancia en la homeostasis alimentaria controlada por CB1 porque la dopamina modula los aspectos recompensa de los alimentos principalmente a través de las proyecciones dopáminérgicas del área tegmental ventral (VTA) al núcleo accumbens (NAc) y la señal CB1 modula la señal dopaminérgica en NAC y VTA para regular los aspectos hedónicos de la alimentación.

   La señal CB1, además del VTA localizado en el tallo cerebral rostral, también interfiere con la actividad funcional de núcleos del tallo cerebral caudal como el núcleo parabraquial, el núcleo motor dorsal del vago y el núcleo del tracto solitario. En estos sitios, el CB1 básicamente controla las preferencias alimentarias como la digestión de alimentos ricos en grasas. Por otra parte, las neuronas hipotalámicas AgRP/NPY y POMC no solamente son afectadas directamente por la ingesta dealimentos sino que también responde rápidamente a la detección sensorial del alimento disponible. Entonces, las neuronas hipotalámicas no solo transmiten las señales internas que causan hambre o saciedad sino que también reciben información externa sobre el alimento (vista, olfato y gusto) y reaccionar rápidamente para transmitir aspectos motivacionales sobre la alimentación generados a través del sistema mesolímbico. El procesamiento de las sensaciones alimentarias como señales olfatorias o gustativas involucra la señal CB1 como se ha demostrado en ratones en ayuno que incrementan la detección de olor dependiente de CB1 en el bulbo olfatorio.

   Las enzimas involucradas en la biosíntesis o degradación de EC también inducen adaptaciones en las conductas alimenticias. Por ejemplo, la degradación del 2-AG en ácido araquidónico y glicerol es controlada por tres diferentes serina-hidroxilasas, mientras la monoacilglicerol lipasa (MAGL) es responsable de 85% de la degradación de 2-AG, las hidrolasas alfa/beta (ABHD) 6 y 12 son responsables de 5% y 10% de la degradación de 2-AG, respectivamente. La carencia de ABHD6 en el hipotálamo ventromedial resulta en el bloqueo de la respuesta alimenticia inducida por el ayuno. Los EC no se almacenan en vesículas sinápticas, son producidos por demanda a partir de precursores lípidos. La mayoría de EC tiene una vida media relativamente corta porque son atraídos por las enzimas que degradan EC para terminar la señal EC y por diferentes clases de enzimas que transforman los EC en otra clase de moléculas de señalización como las prostamidas. El hecho que los EC pertenezcan a la familia de ácidos grasos poliinsaturados los convierte en sustratos atractivos por la oxidación enzimática por lipooxigenasas (LOX), ciclooxigenasas (COX) y citocromo p450.

   Los EC, además de los CB, también actúan sobre otros receptores acoplados a proteína G, incluyendo GPR18, GPR55 y GPR119. Estos receptores son potenciales candidatos a CB, pero su relevancia en la regulación de la alimentación no ha sido muy investigada. Sin embargo, las señales GPR18 y GPR55 parecen estar involucradas en procesos de disfunción metabólica. Adicionalmente, los EC como el AEA actúan sobre el receptor potencial transitorio (TRP) vanilloide 1. Más aún, varias enzimas involucradas en la biosíntesis de EC dan origen a mensajeros lípidos con estructura similar a EC pero que no se unen a -ni activan- CB1. Por ejemplo, la oleoiletanolamina (OEA) y la palmitoiletanolamina (PEA), lípidos relacionados con el AEA, se unen a los PPAR, los cuales son bien conocidos por su contribución en el control del metabolismo de glucosa y lípidos.

   En conclusión, los EC son mensajeros lípidos que modulan una variedad de procesos fisiológicos y modifican la generación de conductas específicas. El receptor CB1 representa la molécula blanco más relevante de los EC. Una de las principales funciones de la señal CB1 central es mantener la homeostasis energética del cuerpo. Los EC funcionalmente interactúan con neurotransmisores en las redes neurales que controlan el metabolismo energético y la conducta alimenticia. La promoción de la señal CB1 puede incrementar el apetito y estimular la alimentación, mientras el bloqueo de CB1 suprime el hambre e induce hipofagia. Estudios recientes han revelado la localización subcelular del CB1 y la función de los EC en neuronas y células gliales de regiones cerebrales que forman parte de los circuitos neurales que controlan la conducta alimenticia. Las rutas alternativas de los EC que no son manejadas por la activación de CB1 también contribuyen al control de la conducta alimenticia.

Fuente: Koch M (2017). Cannabinoid receptor signaling in central regulation of feeding behavior. Frontiers in Neuroscience 11:293.

El esqueleto durante la lactancia

   Durante la lactancia en los mamíferos incrementa la resorción  mineral del esqueleto materno para proporcionar calcio a la leche. Los estudios en roedores indican que aunque la absorción intestinal de calcio es regulada hacia arriba  durante la lactancia, el esqueleto materno experimenta una marcada resorción ósea para apoyar la producción de leche. La evidencia acumulada indica que la pérdida de mineral del esqueleto materno incluye la reducción de 25% a 35% en peso y contenido de calcio y reducción de 25% a 35% en contenido mineral óseo (BMC) o densidad ósea (BMD) medida por absortimetría de rayos X (DXA). Los estudios sobre balance metabólico confirman un marcado balance negativo de calcio y un marcado incremento en la resorción ósea y propiedades materiales del hueso. La fuerza, la rigidez y la dureza  de vertebras, fémur y tibia son reducidas hasta en un 60% mientras incrementa la ductibilidad. Los efectos de la lactancia en el esqueleto no son uniformes, la pérdida de peso óseo, contenido mineral  BMC o BMD es más marcada en los sitios ricos en hueso trabecular (columna vertebral, fémur proximal y tibia proximal) que en los sitios puramente corticales del esqueleto apendicular. Por otra parte, una dieta pobre en calcio causa  pérdida de contenido mineral y posteriormente reducción en la fuerza del hueso mientras la dieta rica en calcio tiene el efecto opuesto. La producción de leche crea una pérdida obligatoria de calcio, de tal manera que con una dieta pobre en calcio se puede presentar tetania y muerte súbita en la madre.

   Las mujeres que alimentan a su hijo exclusivamente con leche materna pierden en promedio 210 mg de calcio cada día a través de la leche. La alimentación de mellizos o trillizos puede duplicar o triplicar la pérdida de calcio, respectivamente. Los datos clínicos son consistentes con la pérdida de calcio del esqueleto durante la lactancia para proporcionar el calcio necesario para la producción de leche.  A diferencia de los roedores, la absorción intestinal de calcio se mantiene en la tasa pre-embarazo en la mujer durante la lactancia. Los estudios metabólicos demuestran un significativo balance negativo de calcio aun con el consumo de suplementos de calcio. Los marcadores bioquímicos de resorción ósea incrementan desproporcionadamente con relación a los marcadores de formación de hueso. La BMD  de columna lumbar disminuye 5% a 10% durante los primeros 3 a 6 meses de lactancia, mientras los sitios altamente corticales (cadera, antebrazo) pierden menos de la mitad o no tiene cambios significativos. Esto es consistente con los datos en amínales que señalan que la columna vertebral rica en hueso trabecular es más afectada que el esqueleto apendicular. A mayor producción de leche, mayor pérdida de densidad mineral ósea. La tasa de disminución de la BDM varía entre 1% y 3% por mes, lo cual es bastante si tomamos en cuenta que una pérdida >1% por año es considerada rápida después de la menopausia. Varios estudios demuestran que la alta ingesta de calcio  no reduce la cantidad de contenido mineral del esqueleto que se pierde durante la lactancia.

   Con relación a los mecanismos que hacen que el esqueleto pierda contenido mineral durante la lactancia, el primer mecanismo claramente definido es el incremento de la resorción ósea mediada por osteoclastos. Los estudios histomorfométricos en roedores y primates han revelado incrementos en el número de osteoclastos y erosión en las superficies trabecular y endocortical en las vértebras centrales, conversión de trabéculas a partir de estructuras como placas a estructuras como bastones, reducción de 30% a 50% en el volumen del hueso trabecular, disminución de 20% en el grosor trabecular, perforaciones trabeculares, reducción de la mineralización tisular y disminución de la rigidez ósea. El hueso trabecular de los extremos proximales de la tibia y el fémur  muestra cambios similares, mientras el compartimento cortical de los huesos largos exhibe una modesta disminución en el grosor cortical, el área de corte transversal, la densidad mineral y la rigidez ósea y un incremento en la porosidad cortical y el perímetro endosteal.  La mayor área de superficie del hueso trabecular permite que los osteoclastos lleven a cabo la resorción ósea  mucho más rápidamente que en el hueso cortical. Estos cambios ultraestructurales pueden ser prevenidos con bisfosfonatos u osteoprotegerina/denosumab y bloqueados con altas dosis de estrógenos.

   El segundo mecanismo por el cual el esqueleto pierde contenido mineral durante la lactancia es la osteolisis osteocítica, un proceso por el cual los osteocitos funcionan como osteoclastos y resorben mineral en sus adyacencias. Los osteocitos expresan genes relacionados con los osteoclastos  (y enzimas como la catepsina K)  y reabsorben el mineral y la matriz proteínacea que llena las lagunas alrededor de los  osteocitos. Este proceso ocurre durante la lactancia  en  ratones y es dependiente de osteocitos que expresan el receptor PTH/PTHrP.  Los osteocitos digieren la matriz perilacunar en condiciones asociadas con reducida disponibilidad de mineral. En roedores, la osteolisis osteocítica es suprimida por la calcitonina o una dieta rica en calcio e incrementada por una dieta baja en calcio, la hormona paratiroidea y el embarazo. En los humanos, las lagunas osteocíticas tienen aproximadamente 10 veces el área de superficie como hueso trabecular, lo cual implica que la osteolisis osteocítica tiene el potencial para movilizar el calcio del esqueleto más rápidamente que en la resorción de las trabéculas por los osteoclastos.

   ¿Qué estimula a los osteoclastos y a la osteolisis osteocítica durante la lactancia? Dos factores claramente establecidos en roedores son los bajos niveles de estradiol y el incremento en la concentración de la proteína relacionada con PTH (PTHrP). El incremento en las concentraciones de prolactina y la succión del pezón inhiben el pulso de hormona liberadora de gonadotropinas (GnRH) en el hipotálamo, provocando bajos niveles de gonadotropinas y estradiol. Simultáneamente, las células epiteliales de la glándula mamaria se convierten en una fuente importante de PTHrP, lo cual sinérgicamente estimula la resorción ósea. Los altos niveles de PTHrP se correlacionan con mayor pérdida de BMD en las vértebras lumbares y el cuello del fémur. La secreción de PTHrP por la glándula mamaria es suficiente para regular hacia arriba el recambio óseo y normalizar la hemostasia del calcio en mujeres con hipoparatiroidismo. Ocasionalmente, la lactancia causa aún  mayores concentraciones de PTHrP, lo cual provoca un marcado incremento de la resorción ósea e hipercalcemia (pseudohiperparatiroidismo) que usualmente se normalizan con el destete.

   En modelos animales, el número de osteoclastos cae dramáticamente por apoptosis en las primeras 24 horas del destete, mientras aumenta el número de  osteoblastos y sus precursores y más del 75 % de las superficies óseas se cubren con osteoide. Más aún, los osteocitos funcionan como osteoblastos y las lagunas retornan a su tamaño normal. Los marcadores bioquímicos de resorción ósea caen a niveles bajos, mientras la formación de hueso aumenta, lo que sugiere un desacoplamiento  del recambio óseo en favor  de la formación. Múltiples estudios sugieren que el peso del esqueleto, la masa ósea y la fuerza ósea son restaurados completamente después de la lactancia. 14 a 28 días después del destete, las vértebras, los huesos de las extremidades  y el esqueleto entero alcanzan un contenido mineral igual o mayor al valor de pre-embarazo. Por otra parte, ratones hembras que carecen del gen que codifica a la calcitonina  y al péptido relacionado con el gen de calcitonina  pierden 55% de BMC trabecular y 30% de BMC cortical durante la lactancia  pero lo recuperan 18 días después del destete. Los estudios histomorfométricos de roedores demuestran un retorno de masa ósea, engrosamiento cortical y área cortical a los valores pre-embarazo. Sin embargo, los estudios de microscopía electrónica indican que la masa ósea y la microarquitectura mejoran  con diferentes tasas  en cada sitio del esqueleto. Los parámetros de hueso trabecular son rápidamente y completamente restaurados en las vértebras. En ratas, el fémur recupera el contenido mineral en las partes proximal y distal, pero la microarquitectura trabecular  no se recupera completamente, lo cual indica que la extensión de la recuperación puede variar en el mismo hueso. Algunos estudios demuestran que en vértebras, fémur y tibia los parámetros de fuerza ósea retornan a los valores pre-embarazo, por lo que es posible que los cambios en la microarquitectura ósea no afecten la fuerza ósea. Estos hallazgos indican que la recuperación del esqueleto (mineralización y fuerza) después del destete  puede ser debida al menos en parte a que los osteocitos actuando como osteoblastos restauran el mineral en sus adyacencias.

   En mujeres, la disminución en BMD durante la lactancia parece ser revertida completamente 12 meses después del destete, aunque la velocidad de recuperación difiere del sitio del esqueleto. Un estudio con mujeres que amamantaron durante 9 meses, reporta que la microarquitectura cortical fue grandemente  restaurada a los 9 meses, incluyendo el grosor cortical, pero con déficit en el grosor trabecular. Otros estudios reportan  que la lactancia induce cambios irreversibles en la microarquitectura en la parte distal de tibia y radio. Algunos autores sugieren que el incremento post-destete en el tamaño del hueso podría explicar la restauración  de la fuerza muscular  a pesar del déficit persistente en la microarquitectura del esqueleto.  

   ¿Qué estimula la recuperación post-destete del esqueleto? La pérdida de hueso durante la lactancia es rápidamente y completamente recuperada en algunos sitios del esqueleto y es diferente a las secuelas  de otras causas de pérdida ósea  en adultos. Los estudios en modelos animales demuestran que PTH, PTHrP, calcitonina, vitamina D, receptor de vitamina D y estradiol no son requeridos para recuperar el peso, la BMC o la fuerza ósea. Otros estudios reportan que la adecuada ingesta de calcio es requerida  porque una dieta pobre en calcio evita la recuperación del esqueleto hasta que la dieta es normalizada. Por otra parte, cuando la pérdida de hueso  es prevenida con el tratamiento con OPG no se observa la mejoría en los parámetros esqueléticos. Esto simplemente significa que sin resorción ósea durante la lactancia no hay señal que regule hacia arriba la formación de hueso o la mineralización ósea después del destete. En mujeres, la reanudación de la menstruación, el incremento en los niveles de estradiol y la caída en los niveles de PTHrP contribuyen a la reducción en la tasa de pérdida de hueso, pero no estimulan directamente la formación de hueso. Una mujer con hipoparatiroidismo muestra un incremento post-destete  de 40% en la BMD en vértebras lumbares y 7,5% en la BMD en el cuello femoral, lo cual es consistente  con los datos en modelos animales que señalan que la PTH no es requerida la recuperación post-destete.

   En conclusión, durante la lactancia la resorción ósea en el esqueleto materno proporciona calcio para la leche. La mujer pierde un promedio de 210 mg de calcio en la leche cada día. Los efectos de la lactancia no son uniformes a través del esqueleto, son mucho más marcados en las vértebras ricas en hueso trabecular que en el esqueleto apendicular. Después del destete, el esqueleto recupera completamente el contenido mineral  y la fuerza ósea en modelos animales y humanos a pesar que a nivel microestructural la recuperación no es completa.

Fuente: Kovacs CS (2017). The skeleton is a storehouse of mineral that is plundered during lactation and (fully?) replenished afterwards. Journal of Bone and Mineral Research 32: 676-680.