Orexinas, tejido adiposo y páncreas

Los neuropéptidos orexina A y orexina B (hipocretinas 1 y 2) fueron identificadas originalmente en el hipotálamo de la rata como productos del clivaje proteolítico  de la proteína precursora, preproorexina. La orexina A y la orexina B están compuestas por 33 y 28 aminoácidos, respectivamente. Los dos péptidos se unen a  receptores acoplados a proteína G llamados receptor orexina 1 (OXR1) y receptor orexina 2 (OXR2). El OXR1 es activado equipotencialmente por ambos péptidos, mientras el OXR2 tiene una selectividad aproximadamente 10 veces mayor por la orexina B. La señal del receptor orexina es multifacética; no obstante, la MAPK, la adenil ciclasa, los iones calcio y las fosfolipasas son consideradas como moléculas intracelulares esenciales para transmitir las señales de la activación de los receptores orexina. Los reportes iniciales señalaron la importancia de las orexinas y sus receptores en el control del peso corporal y la homeostasis energética a través de la estimulación de la ingesta de alimentos, el gasto de energía así como también por  el control del ciclo sueño-vigilia. Los estudios en ratones y perros proporcionaron  evidencia que la deficiencia de orexina o la inactivación genética del OXR2 causa narcolepsia. Más aún, la deficiencia de orexina A en humanos está asociada con narcolepsia, una excesiva somnolencia diurna. Dado que la narcolepsia está asociada con un mayor riesgo de obesidad y diabetes mellitus tipo 2, se asume que la deficiencia de orexina puede contribuir al desbalance de la glucosa y a la fisiopatología de la obesidad.  Los ratones transgénicos con ablación de las neuronas que contienen orexina desarrollan narcolepsia y obesidad. Por el contrario, la sobre expresión de orexina u OXR2 en roedores protege contra la obesidad inducida por dieta, mejora el control de la glucosa y la sensibilidad a la leptina. La orexina A exógena atenúa la adiposidad en ratas y ratones con obesidad inducida por dieta, lo cual apoya las observaciones en animales modificados genéticamente.

   El mantenimiento del peso corporal y la homeostasis energética es controlado  por múltiples factores metabólicos y hormonales. La inyección de orexina A en el hipotálamo ventromedial activa el sistema nervioso simpático promoviendo la captación de glucosa y la síntesis de glucógeno en el músculo esquelético. Adicionalmente, la orexina A es requerida para mantener la actividad motora  así como también la señal insulina en el hipotálamo, lo cual  resulta en mejoramiento de la sensibilidad a la insulina en la periferia. Fuera del sistema nervioso central, las orexinas y/o sus receptores son expresados en el tracto gastrointestinal, el sistema reproductivo, las glándulas suprarrenales, el corazón, el páncreas y el tejido adiposo. La orexina A circula en la sangre y sus niveles  se correlacionan negativamente con el índice de masa corporal en humanos. Los niveles plasmáticos de orexina A están asociados negativamente con la resistencia a la insulina y positivamente con la sensibilidad a la insulina en pacientes con diabetes tipo 2. Por otra parte, los niveles plasmáticos de orexina A son bajos en mujeres embarazadas con diabetes mellitus gestacional. Estos datos sugieren una relevancia funcional de la orexina A  en el contexto de la fisiopatología de la obesidad y la diabetes tipo 2.

   El peso corporal, el control de la glucemia y el metabolismo son influenciados por el tejido adiposo y las células α y β del páncreas. El tejido adiposo no solo almacena energía, también produce y libera factores que participan en la regulación de la homeostasis energética. La disfunción del tejido adiposo no solo es una característica de la obesidad, también incrementa la resistencia a la insulina en la diabetes mellitus tipo2 (DMT2). Las células α y β del páncreas producen y liberan glucagón e insulina, respectivamente. La insulina disminuye los niveles postprandiales de la glucosa sanguínea, mientras el glucagón aumenta la glucosa sanguínea. La pérdida de células β y la desregulación de la secreción de insulina y glucagón contribuyen a la alteración del control de la glucemia en la diabetes tipo 1 y tipo 2. Las orexinas interactúan con el tejido adiposo y con el páncreas endocrino, y están relacionadas con la fisiopatología de la obesidad y la diabetes.

   Las dos isoformas de OXR están presentes en los adipocitos. Mientras y OXR1 y OXR2  han sido identificados en adipocitos aislados de tejido adiposo subcutáneo humano, otros estudios reportan que el OXR1, pero no el OXR2, está presente en preadipocitos humanos. En tejido adiposo subcutáneo y visceral de porcino, la expresión de OXR1 es mayor que la de OXR2. Por otra parte, ratones alimentados con dieta rica en manteca de cerdo (45%) expresan dos veces más preproorexina en tejido adiposo blanco, que los animales alimentados con dieta suplementada con 5 % de manteca  de cerdo. Hay evidencia que la manteca de cerdo induce estrés de retículo endoplásmico (RE) en tejido adiposo de rata. El estrés RE estimula la actividad de numerosos factores de transcripción, lo cual sugiere que el RE puede ser relevante en la expresión de preproorexina inducida por dieta rica en manteca de cerdo. Sin embargo, debido a la naturaleza heterogénea del tejido adiposo, el cual está compuesto por muchos tipos de células incluyendo preadipocitos, adipocitos, macrófagos y fibroblastos, la fuente celular de preorexina en el tejido adiposo es desconocida.

   La orexina A estimula, mientras la orexina B suprime la proliferación de preadipocitos de rata in vitro. La orexina A y la orexina B  pueden aumentar el crecimiento de preadipocitos de porcino. Por otra parte, la orexina A protege a los preadipocitos de la apoptosis. Las propiedades promitogénica y antiapoptosis de la orexina A  son mediadas por un mecanismo dependiente  de ERK1/2. El rol de las orexinas en el control de la diferenciación de preadipocitos en adipocitos maduros en roedores no es completamente claro. Por el contrario, en porcinos, un estudio reciente demuestra que ambas orexinas aumentan la diferenciación de preadipocitos a juzgar por el incremento en la acumulación de lípidos y la expresión de genes proadipogénicos: PPARG2, C/EBPA y C/EBPB.  Los estudios que evalúan el rol de las orexinas en el contexto de la adipogénesis humana son escasos. Uno de esos estudios reporta la incapacidad de la orexina A para inducir la expresión  de marcadores adipogénicos en preadipocitos aislados. En resumen, las orexinas pueden estimular o suprimir la proliferación y diferenciación  de una manera específica de especie. Mientras en roedores, la orexina A estimula el crecimiento de preadipocitos y los protege de la apoptosis, la orexina B suprime la proliferación celular. Por el contrario, las orexinas A y B inducen la proliferación y diferenciación  de preadipocitos aislados  de cerdos. En humanos, la orexina A  falla en estimular la diferenciación de preadipocitos.

   Los adipocitos producen y liberan una variedad de adipoquinas que influyen en el metabolismo de la glucosa, la sensibilidad a la insulina y juegan un rol en la fisiopatología de la obesidad. La orexina estimula la expresión y secreción de adiponectina en adipocitos, regulan al alza las concentraciones plasmáticas de orexina A en animales delgados, obesos y diabéticos e incrementan los niveles de FGF21 en animales con DMT2. En vivo, la orexina A puede reducir los niveles de leptina en ratas y ratones. Por el contrario, la orexina A estimula la expresión y secreción de leptina en adipocitos aislados de porcino. En un modelo de rata con DMT2 y obesidad, el tratamiento con orexina A durante cuatro semanas disminuye los niveles de glucosa en ayunas y reduce los niveles plasmáticos de las citoquinas proinflamatorias TNFα, resistina y visfatina. Estas tres citoquinas contribuyen a la resistencia a la insulina, alteran la secreción de insulina y juegan un rol en la fisiopatología de la obesidad. Dado que estas hormonas son producidas y secretadas por los adipocitos, es posible que la orexina A pueda mejorar el control de la glucosa y la sensibilidad a la insulina influyendo en la liberación de adipoquinas pro- y anti-inflamatorias de una manera favorable.

   La capacidad de los adipocitos marrones para generar calor es controlada por factores ambientales y hormonales, así como también por el sistema nervioso simpático. Los OXR son altamente expresados  en regiones cerebrales responsables de la termorregulación como el rafe pallidus. Por otra parte, el frío provoca la estimulación de preproorexina en el hipotálamo lateral, lo cual indica que las orexinas pueden estar involucradas en el control de la temperatura corporal. En este contexto, la administración de orexina A en el rafe pallidus induce la termogénesis en el tejido adiposo marrón. En ratones, las neuronas orexina son requeridas para la fiebre inducida por prostaglandina E2 así como para la adaptación al frío ambiental. Un estudio reciente demuestra que ratones con deficiencia de orexinas tienen mayor cantidad de depósitos de tejido adiposo marrón. Adicionalmente, los ratones obesos con deficiencia de orexinas tienen reducción de gasto de energía y consumo de oxígeno. La orexina A es requerida para la adipogénesis en el tejido adiposo marrón en roedores. Los efectos positivos directos de las orexinas sobre la diferenciación de preadipocitos marrones han sido confirmados en experimentos in vitro. Los mecanismos de diferenciación de los preadipocitos marrones estimulada por orexinas incluyen la activación mediada por OXR1 de fosfolipasa C y MAPK. Por el contrario, hay evidencia que la orexina A falla en estimular la diferenciación de preadipocitos marrones así como la expresión de genes termogénicos en preadipocitos marrones obtenidos de humanos. Por lo tanto, las propiedades termogénicas de la orexina A podrían ser específica de especie.

   Un buen número de estudios evalúan la presencia del sistema orexina en el páncreas endocrino. La presencia de OXR1, pero no OXR2, ha sido detectada en islotes pancreáticos de rata. La orexina A ha sido identificada en células β de rata y cobayo y en células α de islotes de rata. Por otra parte, la inmunoreactividad de orexina A ha sido reportada en células endocrinas de páncreas humano. La secreción de orexina A por islotes pancreáticos aislados de rata incrementa con las bajas concentraciones (2,8 mM) de glucosa, mientras con altas concentraciones (16,7 mM) de glucosa, disminuye la liberación de orexina A. Por otra parte, la aplicación de glucagón reduce la secreción de orexina A en islotes pancreáticos de ratas con bajas y altas concentraciones de glucosa. La reducción de la liberación de orexina A por el glucagón no es revertida por la co-incubación con diazoxide, un bloqueador de la secreción de insulina, lo cual sugiere que la inhibición de la liberación de orexina A por el glucagón es independiente de insulina. La relevancia del glucagón en la supresión de los niveles de orexina A ha sido confirmada in vivo. La administración de glucagón reduce los niveles circulantes de orexina A en humanos delgados sanos y  pacientes con diabetes tipo 1 así como también en ratones obesos no diabéticos.  Considerando los efectos opuestos de la orexina A y el glucagón sobre los niveles sanguíneos de glucosa (reducción vs aumento), el glucagón  puede prevenir una excesiva disminución de la concentración sanguínea de glucosa en respuesta a la orexina A. Por otra parte, el glucagón puede estimular la lipólisis, mientras la orexina A suprime este proceso. Entonces, la inhibición de la secreción de orexina A por el glucagón puede ser un evento relevante para el metabolismo de lípidos modulado por orexina A y explica, al menos parcialmente, porque la carencia de orexina A promueve la lipogénesis in vivo.

   La inyección subcutánea aguda así como la administración prolongada de orexina A y orexina B provoca un incremento en los niveles sanguíneos de insulina en ratas. In vitro, los estudios de perfusión demuestran que la orexina A aumenta la secreción de insulina en el páncreas de la rata. La orexina B también es capaz de incrementar la liberación de insulina por tejido pancreático de ratas sanas y diabéticas. En humanos, la elevación de los niveles sanguíneos de insulina ha sido reportada durante la infusión de orexina A. La adenil ciclasa y los receptores rianodina intervienen en los efectos de la orexina A sobre la exocitosis de insulina, lo cual sugiere que la estimulación de la secreción de insulina por la orexina A es mediada por mecanismos dependientes de AMP cíclico y calcio. Sin embargo, es necesario puntualizar que hay datos contradictorios con relación al rol de la orexina A en la regulación de la secreción de insulina. Por ejemplo, algunos estudios reportan que la orexina A exógena disminuye los niveles sanguíneos de glucosa en ratas sanas y diabéticas sin afectar la concentración de insulina. Con relación a la regulación de la secreción de glucagón por la orexina A, los hallazgos reportados son más consistentes. La orexina A suprime la secreción de glucagón en páncreas perfundido in situ de rata e islotes pancreáticos aislados de rata. Adicionalmente, un estudio in vitro reciente demuestra que la orexina A disminuye la secreción de glucagón en islotes pancreáticos de porcino. Sin embargo, los estudios en humanos no demuestran cambios en los niveles plasmáticos de glucagón durante la infusión con orexina A. La orexina B también incrementa la secreción de glucagón en fragmentos de tejido pancreático derivado de  ratas no diabéticas.

   La orexina A estimula la proliferación de células β pancreáticas. Un mecanismo dependiente de PI3K/PKB activado por OXR1 está involucrado en los efectos de la orexina A sobre la proliferación de células β. Por otra parte, la orexina A es capaz de proteger a las células β contra la apoptosis. Este efecto es mediado vía OXR1 y PKB. Un estudio reciente demuestra que el efecto anti-apoptosis de la orexina A en las células endocrinas del páncreas no ocurre solamente en roedores. En islotes pancreáticos aislados de porcino, la orexina A estimula la viabilidad de los islotes y los protege de la apoptosis vía una señal dependiente de ERK1/2. En ratas con DMT2, la infusión subcutánea continua de orexina A por cuatro semanas atenúa la reducción de células β y reduce el área de células α. Estos datos sugieren que la señal del receptor orexina  en las células α y β  puede proteger a los islotes pancreáticos contra la disfunción y la pérdida de células β en la DMT2.  Por otra parte, a la luz de los datos que demuestran que la señal OXR1 suprime la muerte de células β, no se puede excluir que la regulación al alza del OXR1 en las  células apoptósicas forma parte de un sistema de auto-defensa celular.

   En conclusión, la orexina A promueve la proliferación de preadipocitos pero no la diferenciación en adipocitos maduros en ratas y ratones.  Por el contrario, la orexina B suprime el crecimiento de preadipocitos. Ambas isoformas de orexina estimulan la diferenciación y proliferación de preadipocitos porcinos, lo que sugiere que hay diferencias entre las  especies en las acciones de las orexinas. En adipocitos maduros de roedores y porcinos, la orexina estimula la captación de glucosa, la acumulación de lípidos y la producción de adiponectina. En humanos, OXR1 y OXR2 están presentes en los adipocitos blancos diferenciados. Sin embargo, los datos recientes indican que el OXR1, pero no el OXR2, está presente en preadipocitos, mientras ambos receptores están ausentes en adipocitos maduros. Por otra parte, la orexina A suprime la lipólisis y estimula la expresión de PPARG en adipocitos de humanos y roedores.  La orexina A modula la formación y función de tejido adiposo marrón, lo cual es relevante en la promoción del gasto de energía, el balance energético negativo y la protección contra la obesidad. En el páncreas endocrino, la evidencia acumulada indica que la orexina A estimula la secreción de insulina mientras inhibe la liberación de glucagón.  Adicionalmente, la orexina A estimula la proliferación células β productoras de insulina y  protege a los islotes pancreáticos contra la disfunción y la pérdida de células β en la diabetes mellitus tipo 2.

Fuente: Skrzypski M et al (2018). The role of orexin in controlling the activity of the adipo-pancreatic axis. Journal of Endocrinology 238: R95-R108.