Impacto metabólico de los ácidos biliares en el embarazo

Los ácidos biliares (AB) son un grupo de esteroides derivados del colesterol con una cadena lateral alifática que son sintetizados en el hígado y exportados en la bilis. Antes de la secreción, los ácidos biliares son conjugados con glicina o taurina incrementando su solubilidad y reduciendo la citotoxicidad. Las funciones primarias de los AB son solubilizar lípidos formando micelas para ayudar a la emulsificación y facilitar la absorción de grasa por el intestino. Sin embargo, investigaciones recientes han demostrado que los AB también tienen funciones hormonales y metabólicas, particularmente en la regulación de la glucosa y los lípidos. La ruta de señalización de los AB ocurre a través de los receptores farnesoide X (FXR) y Takeda receptor acoplado a proteína G 5 (TGR5) en numerosos tipos de células del cuerpo para propagar procesos metabólicos.

   El embarazo está asociado con numerosas adaptaciones metabólicas para facilitar el crecimiento fetal. Hay un gradual incremento en AB en suero a medida que el embarazo progresa, aunque para la mayoría de mujeres se mantienen en el rango normal. Sin embargo, para un pequeño número de mujeres, los AB en suero aumentan por arriba de este nivel, provocando colestasis intrahepática de la gestación (CIG), la cual está asociada con  un incremento en el riesgo de situaciones adversas del embarazo, incluyendo parto prematuro. Las mujeres con CIG también tienen un mayor riesgo de desarrollar diabetes gestacional (DMG), la cual se caracteriza por elevados niveles de glucosa plasmática y resistencia a la insulina. Las mujeres con CIG tienen concentraciones elevadas de triglicéridos y LDL colesterol en suero, similar a la DMG, y se piensa que los AB y sus receptores pueden jugar un rol en el desarrollo de la alteración de la tolerancia a la glucosa en el embarazo.

   Los componentes de la bilis, incluyendo los AB, son sintetizados en el hígado, exportados en los conductos biliares y almacenados en la vesícula biliar hasta la ingesta de una comida. Las altas concentraciones de AB son tóxicas y, por tanto, su producción y excreción son finamente reguladas. Hay dos rutas principales para la síntesis de AB: la ruta clásica y la ruta alterna. En humanos, la ruta clásica de síntesis de AB resulta en la conversión de colesterol en los AB primarios, ácido cólico (AC) y ácido quenodeoxicólico (AQDC) y representa aproximadamente 90% de la síntesis de AB. Esta ruta específica del hígado involucra al menos 17 etapas separadas y la actividad de la enzima limitante colesterol 7α-hidroxilasa (CYP7A1) determina el tamaño del  pool de AB, mientras la esterol 12α-hidroxilasa (CYP8A1) incrementa la síntesis de AC y la relación AC:AQDC. La ruta alterna de síntesis de AB comienza con la hidroxilación del colesterol por la esterol 27-hidroxilasa (CYP27A1) en sitios extra-hepáticos para formar 27-hidroxicolesterol, el cual es tomado por el hígado y convertido en su mayor parte en AQDC. Las sales biliares son formadas por la conjugación de AB con taurina o glicina  en una relación 1:3 aproximadamente y transportados en los canalículos biliares a través de la bomba exportadora de sales biliares (BESP; ABCB11). Otros transportadores que residen en la membrana que pueden influir en los componentes biliares incluyen a la proteína de resistencia multidroga (MDR3; ABCB4), que transporta fosfatidilcolina (FC) de la membrana canalicular interna a la externa, y los transportadores G5/G8 heterodímeros que unen ATP (ABCG5/8), los cuales transportan colesterol en los canalículos biliares. De aquí la bilis es transportada a la vesícula biliar para su almacenamiento.

   La ingesta de alimentos estimula la liberación de bilis por la vesícula biliar para facilitar la digestión y absorción de lípidos y vitaminas solubles en lípidos. La microbiota intestinal en el ileum y el colon desconjuga los AB primarios y los modifica a través de 7-hidroxilación para producir AB secundarios; el ácido litocólico (ALC) es formado a partir del AQDC mientras el ácido deoxicólico (ADC) deriva del AC. La microbiota intestinal también puede modificar los AB por 7α/β epimerización para hacer ácido ursodeoxicólico (AUDC) y, más raramente, por 3α/β epimerización. 5α/β epimerización u oxidación para producir iso-, alo-, u oxo- ácidos biliares, respectivamente. El pool de AB en el ileum terminal comprende aproximadamente 30% AC, 40% AQDC, 20-30% ADC y menos de 5% ALC, aunque estos porcentajes varían entre los individuos y son influenciados por factores como la disponibilidad de nutrientes y la composición de la microbiota intestinal. Aproximadamente 95% de las sales biliares son reabsorbidas a través del transportador de ácidos biliares dependiente de sodio (ASBT) en ileum distal y colon, o a través de absorción pasiva de los AB desconjugados o conjugados protonados no cargados a lo largo del intestino. El restante 5% es excretado en las heces, y esta pérdida es compensada por la síntesis de novo de AB de aproximadamente 500 mg/día. Los AB reabsorbidos son exportados de los enterocitos del  ileum en la circulación enterohepática por el transportador de solutos orgánicos α/β (OSTα/β) en la membrana basolateral de las células. Los AB son transportados vía vena porta a través del polipéptido cotransportador de sodio-taurocolato (NTCP) y los polipéptidos transportadores de aniones orgánicos (OATP) a los hepatocitos donde son reconjugados y exportados en el conducto biliar.

   La síntesis diaria de AB regula la concentración plasmática de colesterol, asegurando que no alcance niveles muy altos. El catabolismo del colesterol en AB es regulado por la expresión de CYP7A1, la alta expresión de CYP7A1 provoca depleción de colesterol hepático e incrementa la expresión del receptor LDL hepático para reemplazar la pérdida de colesterol por colesterol circulante. El pool y la composición de AB son diferentes en los estados diabéticos y hay evidencia que el pool podría aumentar en la diabetes tipo 2. Estos cambios podrían incrementar la resistencia a la insulina, afectar el metabolismo de la glucosa y favorecer el progreso de la diabetes. La activación de FXR y TGR5 por los AB está bien documentada y ambos receptores tienen roles en el metabolismo de AB, glucosa y lípidos.

   El FXR es un receptor nuclear expresado principalmente en hígado, intestino y riñones, y es esencial para regular el metabolismo y la síntesis de AB. El AQDC es el ligando más potente del FXR (AQDC>ALC>ADC>AC). La activación del FXR hepático promueve la transcripción de la pequeña proteína heterodímera (SHP), la cual reprime la transcripción de CYP7A1 y, por tanto, reduce la síntesis de AB. El FXR también regula al alza la expresión de MD3 y BSEP, promoviendo la salida de AB para prevenir sobre carga de AB en los hepatocitos. La activación del FXR intestinal, vía flujo transintestinal de AB, induce la expresión de factor de crecimiento de fibroblastos 19 (FGF19; FGF15 en ratones), el cual es secretado por las células epiteliales del intestino. El FGF19 es transportado en la vena porta y se une en el hepatocito al receptor de FGF 4 (FGFR4)/β-kloto para causar represión de la transcripción de CYP7A1, regulando a la baja la síntesis de AB.

   La activación del FXR, a través de la regulación transcripcional, también estimula la β-oxidación de ácidos grasos y disminuye los niveles de lípidos en el suero y el hígado. La activación del FXR hepático con agonistas en ratones o ratas diabéticas/obesas alimentadas con una dieta rica en grasas reduce los triglicéridos y lípidos en suero e hígado. La expresión hepática de genes involucrados en la síntesis de ácidos grasos, la lipogénesis y la gluconeogénesis también es reducida. Esto demuestra la importancia del FXR en el metabolismo de lípidos y que los agonistas FXR tiene el potencial para mejorar anormalidades metabólicas.

   Los estudios también demuestran que la activación de FXR tiene un efecto beneficioso sobre el metabolismo de la glucosa, el tratamiento con agonistas FXR o la sobre expresión de FXR disminuye los niveles sanguíneos de glucosa en ratones diabéticos. Los agonistas FXR mejoran la glicemia y reducen la ganancia de peso inducida por dieta en ratones y también reprimen la expresión de geens involucrados en la gluconeogénesis. Sin embargo, otros estudios demuestran efectos beneficiosos de la inhibición  de FXR. Los ratones con FXR KO específico de intestino mejoran la tolerancia oral a la glucosa y disminuyen el peso corporal. Estas contradicciones podrían ser explicadas por los efectos diferenciales de la activación de FXR en el hígado y el intestino. La expresión de FXR también se encuentra en tejidos periféricos como tejido adiposo, islotes de Langerhans y glándulas adrenales y podría contribuir al metabolismo de glucosa y lípidos vía acciones en estos tejidos. Los experimentos in vitro e in vivo con islotes de animales demuestran que la activación del FXR por los AB estimula la secreción de insulina. En adipocitos, el FXR parece jugar un rol en la diferenciación y la promoción de la adipogénesis.

   Los AB también se unen y activan el TGR5, un receptor de la superficie celular acoplado a proteína G ampliamente expresado en humanos y animales. El ligando de TGR5 más potente es el ALC (ALC>ADC>AQDC>AC). Cuando es activado, el TGR5 estimula a la adenil ciclasa para incrementar las concentraciones de cAMP, activar la proteína quinasa A (PKA) y ejercer efectos citoplasmáticos incluyendo movilización de calcio y activación de cascadas de señalización celular como NF-κB, quinasas reguladas por señal extracelular (ERK) y Akt/proteína quinasa B. A menudo, las rutas de señalización del TGR5 son influenciadas por las condiciones celulares y el tipo de célula. En las células enteroendocrinas L, causa la secreción de péptido similar a glucagón (GLP-1) en intestino delgado y colon, el cual promueve la secreción de insulina. La activación de receptores TGR5 en los islotes pancreáticos causa liberación de insulina y mejora la sensibilidad la sensibilidad a la insulina y el control glucémico.

   La activación del TGR5 también juega un rol en el metabolismo de lípidos y el gasto de energía. Los tejidos adiposos blanco y marrón (BAT y TAM, respectivamente) son los dos mayores tejidos adiposos del cuerpo. El TAB está adaptado para almacenar ácidos grasos derivados de la dieta en la forma de triglicéridos y liberarlos posteriormente  bajo condiciones de balance energético negativo en el cuerpo. El TAB también contribuye a la respuesta inflamatoria que ocurre en la obesidad. Por el contrario, el TAM es un órgano altamente vascularizado, rico en mitocondrias que contiene proteína desacopladora-1 (UCP-1), la cual genera calor vía desacoplamiento del gradiente de protones mitocondrial. Los agonistas TGR5 causan remodelación de los adipocitos blancos para generar un fenotipo similar a los adipocitos marrones, incrementando la β-oxidación y el gasto de energía. La mejoría en el metabolismo de la glucosa y el consumo de energía son inducidos por la ruta cAMP/PKA en el músculo esquelético activado por TGR5, promoviendo la diferenciación celular y la hipertrofia para incrementar la fuerza y función muscular. La expresión de TGR5 también se encuentra en varias células inmunes como monocitos, macrófagos y células de Kupffer; su activación ejerce actividades  anti-inflamatorias, incluyendo inhibición de la producción de citoquinas pro-inflamatorias y la inducción de la diferenciación de células inmunes anti-inflamatorias. Muchas enfermedades metabólicas, incluyendo la diabetes, tienen un componente inflamatorio.

   Otros receptores también tienen afinidad hacia los AB. La función primaria del receptor pregnano X (PXR)  es detectar sustancias extrañas y proteger al cuerpo promoviendo la transcripción de genes involucrados en remover y metabolizar sustancias tóxicas. El PXR es altamente expresado en hígado e intestino y el ligando más potente entre los AB es el ALC. Existe fuerte evidencia que el PXR activado por ligando juega un rol en el metabolismo de lípidos y glucosa. El receptor de vitamina D (VDR) cuando está unido a la vitamina D media el metabolismo de calcio, el sistema inmune innato y adquirido, el metabolismo óseo y la función cardiovascular. El ALC es un agonista del VDR en el intestino, particularmente en el ileum. Sin embargo, la relevancia fisiológica de la modulación de la función del VDR por el ALC no está muy clara. El receptor hepático X (LXR) es un receptor nuclear con dos isoformas: LXRα, altamente expresado en tejidos con alta actividad metabólica, incluyendo hígado, intestino y tejido adiposo; y LXRβ es cual es expresado ubicuamente. La activación del LXR incrementa la transcripción y actividad de la CYP7A1, aumentando la formación de AB y revirtiendo el transporte de colesterol. Por tanto, disminuye los niveles plasmáticos de colesterol. Algunos AB secundarios menores como ácido hiocólico (AHC) y ácido hiodeoxicólico (AHDC) tienen propiedades de agonista del LXR. Algunos receptores acoplados a proteína G, además del TGR5, también son activados por AB. Los AB interactúan con receptores muscarínicos (M₁-M₅), responsables de los efectos fisiológicos de la acetilcolina. La modulación alostérica positiva de receptores M₃ mejora la homeostasis de la glucosa y promueve la liberación de insulina. El receptor esfingosina-1 fosfato subtipo 2 (S1PR2), es otro receptor acoplado a proteína G para el cual los AB son ligandos. Cuando es activado, el S1PR2 media numerosas funciones celulares, incluyendo permeabilidad celular, contracción muscular, migración de neuronas, disminución de los niveles de glucosa y regulación al alza del metabolismo de lípidos.

   Las concentraciones de AB en suero aumentan en el embarazo en comparación con mujeres adultas no embarazadas, resultando en una leve hipercolanaemia gestacional. Las concentraciones de AC y AQDC cambian a medida que avanza la gestación. La composición de la microbiota intestinal materna puede proporcionar algunas respuestas a estas alteraciones, con algunos estudios que  reportan una gradual disminución de Bacteroidetes e incremento en Firmicutes a medida que progresa la gestación, similares a los cambios reportados en la obesidad. En otro estudio, la gestación avanzada fue asociada con un aumento en la desconjugación microbiana de AB (secundaria a un incremento en la hidrolasa de sales biliares codificada por Bacteroidetes), reducción de la captación de AB en el ileum y, por tanto, disminución de la inducción de FXR en los enterocitos, resultando en un incremento en la síntesis hepática de AB. De acuerdo con estudios en ratones hembras embarazadas, la reducción de la actividad FXR reduce la liberación de FGF15 y la expresión de transportadores de AB en la gestación tardía.

   Las hormonas del embarazo también influyen en la homeostasis de AB. Los estudios en ratones hembras demuestran que la supresión de FXR está asociada con la regulación a la baja de transportadores de AB como BSEP, NTCP y OATP, particularmente en etapas tardías del embarazo. Hormonas como progesterona y estrógenos, cuyas concentraciones aumentan a medida que avanza la gestación, contribuyen a los cambios en el metabolismo de AB. Los estrógenos y sus metabolitos inhiben FXR y BSEP e incrementan la actividad de la CYP7A1 en estudios con animales. Similarmente, BSEP y NTCP son inhibidos por metabolitos sulfatados de progesterona, los cuales ejercen un agonismo parcial hacia el FXR que previene la unión de AB y reduce la activación de FXR. Por tanto, estrógenos, progesterona y sus metabolitos contribuyen al aumento de AB durante el embarazo normal.

   Durante el embarazo también ocurren cambios metabólicos para acomodar las demandas del feto. Los lípidos en suero, particularmente triglicéridos y LDL- colesterol aumentan a medida que progresa el embarazo. La resistencia a la insulina típicamente se observa en el embarazo, lo cual contribuye a la estimulación de la síntesis de ácidos grasos y al aumento de la liberación de lípidos en suero. El aumento en la gluconeogénesis hepática y la alteración de la sensibilidad a la insulina resultan en un incremento en la concentración de glucosa circulante durante el tercer trimestre de la gestación. La resistencia a la insulina normalmente es compensada por un incremento en el tamaño y el número de islotes pancreáticos y, por tanto, un aumento de la secreción de insulina estimulada por glucosa (SIEG). Los altos niveles de estrógenos durante el embarazo estimulan la lipogénesis hepática y reducen el aclaramiento de lipoproteínas ricas en triglicéridos circulantes. El estradiol actúa sobre las células β pancreáticas para aumentar la SIEG y también está involucrado en el desarrollo de la resistencia a la insulina materna y la intolerancia a la glucosa. Uno de los mecanismos de acción sugeridos es la unión del estradiol directamente a la insulina y al receptor de insulina para causar resistencia a la insulina. Los elevados niveles de progesterona también han sido involucrados en la disminución de la sensibilidad a la insulina. Uno de los mecanismos a través de los cuales ocurre esto es la inhibición de la translocación del transportador de glucosa inducido por insulina 4 (GLUT4). La progesterona previene la translocación de GLUT4 suprimiendo la ruta mediada por fosfoinositido 3 quinasa (PI3K), inhibiendo la fosforilación de Akt y disminuyendo la fosforilación de las proteínas de señalización Cb1 inducida por insulina, lo cual causa reducción de la captación celular de glucosa.

   La señal TGR5 es afectada  durante el embarazo. Durante el embarazo normal, la concentración de GLP-1 en suero aumenta a partir del segundo al tercer trimestre de gestación, lo cual se piensa que es para compensar el incremento en la glucemia y la resistencia a la insulina. La secreción de GLP-1 es clave para las adaptaciones de las células β pancreáticas. Con los cambios en la microbiota intestinal que promueven el aumento de la síntesis hepática de AB y también incrementa la desconjugación y deshidroxilación microbianas de los AB primarios ALC y AQDC, el receptor TGR5 podría influir en el metabolismo materno. 

   La composición y la concentración de AB pueden diferir en los estados de enfermedad gestacional en comparación con embarazos no complicados, particularmente en los desórdenes metabólicos como la CIG y la DMG. La CIG es la enfermedad hepática específica del embarazo más común. Las mujeres con CIG presentan prurito, niveles elevados de AB en suero, función hepática anormal, tolerancia a la glucosa alterada y dislipidemia. La CIG tiene una etiología compleja con factores hormonales y complejos. Los metabolitos sulfatos de progesterona implicados en la patogénesis de la CIG están elevados en el tercer trimestre de la gestación. Los estudios genéticos demuestran variantes patológicas  en los genes involucrados en la síntesis y el transporte de AB (particularmente ABCB4 y ABCB11) en la CIG. El perfil de AB también está alterado en la CIG con un marcado incremento en AC y, por tanto en la relación AC/AQDC. Este cambio aumenta la hidrofilicidad del pool de AB debido al grupo hidroxilo extra del AC y también reduce la activación de FXR pues el AC es un agonista FXR menos potente. La activación de TGR5 por AB u otros agonistas puede jugar un rol en el prurito asociado con la CIG.

   La DMG se caracteriza por el desarrollo patológico de resistencia a la insulina e hiperglucemia durante el embarazo. Aunque las enfermedades pre-existentes como la obesidad contribuyen al desarrollo de DMG, múltiples factores de riesgo están implicados en su patogénesis, incluyendo edad, etnicidad, historia familiar de diabetes, tabaquismo y susceptibilidad genética. La DMG ocurre cuando los islotes pancreáticos no pueden satisfacer la demanda de insulina y las células β se vuelven defectuosas, resultando en hiperglucemia. Típicamente, la DMG ocurre en el tercer trimestre de la gestación cuando la resistencia a la insulina es más alta y la sensibilidad  periférica a la insulina es más baja. La DMG está asociada con complicaciones a corto y largo plazo. Las consecuencias a corto plazo incluyen crecimiento fetal acelerado, macrosomía, hipoglucemia neonatal e ictericia del recién nacido. Las complicaciones a largo plazo incluyen un mayor riesgo de desarrollar DMT2 en la madre y la descendencia y un mayor riesgo de desarrollar síndrome metabólico, enfermedades cardiovasculares, renales y hepáticas en la madre. Es posible que la señal AB influya en el riesgo de DMG y la modulación de la ruta AB puede ser de beneficio en esta condición. Es posible que los cambios en la actividad de FXR y TGR5 afecten la susceptibilidad a la DMG, pues ambos receptores juegan un rol en la regulación de la homeostasis de la glucosa. Es posible que FXR y TGR5 contribuyan a la fisiopatología de la DMG y podrían ser el enlace entre el aumento del riesgo de desarrollar DMG en mujeres con CIG.

   En conclusión, la investigación emergente revela que los AB y sus receptores contribuyen a la modulación del metabolismo de lípidos y glucosa y que influyen en la fisiopatología de enfermedades incluyendo los desórdenes gestacionales CIG y DMG. La gestación causa un pequeño incremento en la concentración de AB, pero la hipercolanaemia del embarazo usualmente no es suficiente para causar efectos clínicos relevantes. Sin embargo, la gestación puede alterar la homeostasis de AB y la elevación de AB se vuelve patológica. La activación de FXR altera la homeostasis de la glucosa, pero los resultados de los estudios son conflictivos. La estimulación de TGR5 en el intestino está asociada con la liberación de GLP-1 que juega un rol importante en la modulación de enfermedades gestacionales. Mientras la relación entre CIG y AB está bien establecida, la potencial relación entre AB y susceptibilidad a la DMG es actualmente menos entendida.

Fuente: Fan HM et al (2021). Metabolic impact of bile acids in gestation. European Journal of Endocrinology 184: R69-R83.