Expresión y funciones de los 19-hidroxi esteroides

La enzima aromatasa es un producto del gen CYP19A1 y contiene 503 residuos de aminoácidos y un grupo heme (protoporfirina IX).  La aromatasa es una monooxigenasa que transfiere 1 átomo de oxígeno del dioxígeno molecular  al sustrato y 1 átomo  de oxígeno al agua. Hay varios sustratos endógenos para la aromatasa: androstenediona (AD), testosterona (T), 16-α hidroxitestosterona y dihidrotestosterona (DHT), aunque la DHT solo es oxidada y no es aromatizada.

   El complejo aromatasa tiene dos componentes: P40 aromatasa  y NADPH P450 reductasa, un producto del gen POR. La expresión de POR comienza en el estadio de dos células en el desarrollo embrionario y contiene flavina adenina dinucleotido (FAD) y flavina mononucleotido (FMN) que sirven como puerta de entrada y salida, respectivamente, para los electrones transferidos por NADPH al gen POR. La unión de NADPH induce un cambio conformacional en POR a una “forma cerrada” lista para la transferencia de electrones interflavina. Cuando el asa del dominio de conexión se extiende, la estructura completa cambia a una “forma abierta”, una forma adecuada para interactuar con la aromatasa.

   La enzima aromatasa cataliza una transformación  irreversible y compleja de andrógenos a estrógenos y es la única enzima conocida en vertebrados que cataliza la aromatización de un anillo de seis miembros. Esta reacción, reportada por primera vez en 1959, involucra tres hidroxilaciones consecutivas. Cuando el sustrato es la AD, las primeras dos etapas producen dos 19-hidroxi esteroides, 19-hidroxiandrostenediona (19-OH AD) y 19-oxoandrostenediona (19-oxo AD). La tercera etapa de la reacción aromatasa es la aromatización del anillo A del esteroide, la cual resulta en la formación de estrona (E1) y ácido fórmico. La interacción entre aromatasa y POR  es crítica para esta reacción y la extensión de hidroxilaciones depende de esta reductasa. La limitación de POR resulta en un reducido aporte de electrones y un incremento en la producción de 19-OH AD y 19-OXO AD con relación a la producción de E1. La aromatasa existe como homodímero y oligómero y forma heterodímero solo con POR. La relación sugerida es de 2:2 (1:1 homodímero aromatasa x 2 POR), la cual permite la mayor actividad y reduce la liberación de 19-hidroxi esteroides).

   La aromatasa actúa sobre sustratos de AD y T, produciendo una variedad de 19-hidroxi esteroides.  Las enzimas 17β hidroxiesteroide deshidrogenasa 2 y 3 (17β HSD2, 17β HSD3) catalizan la conversión de T en AD y AD en T,   respectivamente. Las 17β HSD1 y 17β HSD2 catalizan la conversión de E1 en estradiol (E2) y de E2 en E1, respectivamente. La enzima 3βHSD media la oxidación de dehidroepiandrosterona (DHEA) en AD. El tercer sustrato para la reacción aromatasa es 16α-hidroxitestosterona, de la cual se conoce muy poco. La T es convertida en DHT por la enzima SRD5A2 (5-α reductasa).

   La oxidación de AD en E1 por el complejo aromatasa involucra NADPH, NADPH 450 reductasa y aromatasa. La reacción no sigue  una trayectoria claramente lineal de secuencia de reacciones sino que tiene un carácter distributivo, donde 19-OH AD y 19-OXO AD se disocian libremente del sitio de unión de la aromatasa  y entran a la circulación sanguínea y/o tejido, o entran nuevamente a la reacción aromatasa para una posterior oxidación y producción de E1. El análisis detallado de las etapas de la  reacción aromatasa demuestra que la aromatasa permite una libre disociación de 19-hidroxi esteroides que ha sido atribuida a su naturaleza distributiva-disociativa. Resultados similares se han obtenido en estudios cinéticos y en ensayos de reconstitución. Entonces, la aromatasa es una enzima distributiva, y 19-OH AD y 19-OXO AD como productos de la reacción aromatasa pueden disociarse del complejo y acumularse en la sangre y los tejidos.

   La enzima aromatasa es expresada en cerebro, ovario, testículo, placenta, glándula adrenal, tejido adiposo, hueso, sistema olfatorio y en algunos canceres (por ejemplo, cáncer de mama y cáncer de próstata) y su expresión es regulada por promotores tejido-específicos. Todas las enzimas esteroidogénicas son detectadas en cerebro fetal y adulto y la aromatasa en particular está presente en hipotálamo, área preóptica (POA), lóbulo límbico, bulbo olfatorio, hipocampo, septum lateral, amígdala, núcleo del lecho de la estría terminal y núcleo acumbens. La AD,  sustrato de la aromatasa, también es expresada en el cerebro adulto humano. Más aún, la 3β HSD, la enzima que convierte DHEA en AD, también ha sido detectada, indicando que la oxidación de DHEA en AD es posible en el cerebro adulto. El análisis con espectrometría de masa del proteoma humano detectó 3β HSD en cerebro fetal, indicando que la AD puede ser sintetizada en el cerebro fetal. Estos resultados también sugieren la potencial presencia de 19-hidroxi esteroides en cerebro fetal y adulto.

   En humanos, La aromatización de AD por el hipotálamo y la amígdala fetales fue reportada por primera vez en 1971. Los estudios revelaron que la aromatización era dos veces mayor en el hipotálamo masculino que en el femenino. Estos resultados proporcionaron una base para la hipótesis de la aromatización según la cual la T sintetizada por el testículo fetal difunde en el cerebro masculino, donde es localmente aromatizada e inicia el proceso de masculinización. La expresión de aromatasa en las regiones sexualmente dimórficas del cerebro tiene su más alto nivel durante el período perinatal, indicando su rol crítico en el desarrollo de un patrón sexualmente dimórfico. Un aspecto difícil de explicar en la hipótesis de la aromatización implica que solo la T circulante es precursor de estrógenos, debido a que la T no es detectable en el cerebro fetal femenino. Este resultado sugiere potenciales roles para los productos de la reacción aromatasa derivados de la AD. Un estudio reciente reporta la represión activa de genes típicamente masculinos mediada por metilación de ADN durante el proceso de feminización del cerebro. Entonces, el proceso de diferenciación cerebral no está claramente definido y nuevos mecanismos, como el control epigenético están siendo activamente investigados.

    La actividad aromatasa en el cerebro es regulada y expresada y durante el desarrollo en diferentes regiones del cerebro de ratas machos. El número de neuronas aromatasa positivas en estudios con roedores de ambos sexos incrementa durante la gestación y alcanza un pico alrededor del nacimiento, con mayor expresión en los machos, pero el contenido de estrógeno (aunque aumenta en el nacimiento en el hipotálamo de los machos) disminuye significativamente dos horas después del nacimiento, cuando la actividad aromatasa es aún alta. Entonces, hay una carencia de correlación clara entre actividad aromatasa y contenido de estrógenos durante este período crítico, lo cual puede ser indicativo de una reacción aromatasa incompleta. Estos resultados indican una acumulación de 19-OH AD y 19-OXO AD en comparación con E1. Adicionalmente, está demostrado que la relación 19-hidroxilación/aromatización es similar en el hipotálamo de ratas neonatales y adultas en ambos sexos.

   Varios estudios sugieren que la conversión de T en AD por la enzima 17β-hidroxiesteroide deshidrogenasa (HSD17B2) puede ocurrir en el cerebro fetal. La HSD17B2 está presente en el cerebro fetal, donde puede convertir T en AD, haciéndola disponible como sustrato para la aromatización durante este período crítico. Experimentos recientes con modelos de ratones con carencia de aromatasa (ArKO) cerebro-específico demuestran la importancia de la aromatasa cerebral para la actividad sexual masculina dependiente de T y la regulación por retroalimentación de la T de origen testicular en  ratones adultos.

   Los folículos ováricos humanos sintetizan estrógenos de una manera compartamentalizada; los andrógenos son producidos en la capa de células tecales, mientras los estrógenos son producidos en la capa de células granulosas. Esta organización de “dos células” de la síntesis folicular de estrógenos puede tener su base en la competencia entre CYP17A1 y CYP19A1 por los equivalentes reductores proporcionados por POR si ambas enzimas son expresadas por la misma célula. La hormona estimulante del folículo (FSH) incrementa la actividad aromatasa y POR e induce la diferenciación de células granulosas en células esteroidogénicas en la rata.

   Las células germinales testiculares expresan aromatasa y los estrógenos juegan un rol importante en la maduración de espermatozoides. La asociación entre aromatasa y contaje y movilidad de los espermatozoides está claramente establecida y los 19-hidroxi esteroides 19-OH AD y 19-OH T han sido detectados en sangre de la vena testicular, sugiriendo su rol en la movilidad de los espermatozoides. Un estudio reciente demuestra que el tratamiento con letrozole disminuye los niveles de 19-OH AD en los testículos, aunque los efectos sobre la movilidad de los espermatozoides no fueron analizados.

   Cerca de 90 transcriptos de receptores olfatorios (OR) han sido encontrados en los espermatozoides humanos. Previamente, el receptor olfatorio hOR-17-4 había sido implicado en la quimiotaxis de los espermatozoides, y más recientemente varios OR han sido detectados en alta expresión en plasma seminal, espermatozoides, testículos y epidídimo. El OR51E2 es altamente expresado en acrosoma, pieza media y flagelo en espermatozoides. Un estudio reciente identifica a la 19-OH AD como un potente agonista del OR51E2. La activación de este OR por  19-OH AD puede contribuir a la movilidad de los espermatozoides. Adicionalmente, la secreción de 19-OH AD por los ovarios ha sido reportada en humanos. Estos estudios sugieren: (1) 19-OH AD y 19-OH T derivados de los testículos pueden contribuir  a la movilidad de los espermatozoides. (2) El 19-OH AD secretado por los ovarios puede activar al OR51E2 y contribuir a la quimiotaxis de los espermatozoides.

   En el embarazo, la concentración de 19-OH AD aumenta 6 veces al final del tercer trimestre. Este incremento de 19-OH AD en la sangre materna está combinado con una dramática disminución en la arteria umbilical en el parto, indicando que  el 19-OH AD es completamente transferido y tomado por el feto y/o la placenta en el parto. Altas cantidades de 19-OH AD también han sido detectadas en la placenta a término, indicando que la placenta puede la principal fuente de 19-hidroxi esteroides en el embarazo. La función de este esteroide y su importancia en el proceso del parto son aspectos aún sin aclarar. Por otra parte, en mujeres embarazadas normotensas, no se ha encontrado correlación entre los niveles de AD y embarazo. Sin embargo, en embarazadas hipertensas se ha demostrado una significativa correlación, Más aún, niveles aumentados de los niveles de T han sido encontrados en mujeres con preeclampsia y aunque los estudios iniciales reportan un incremento en los niveles circulantes de 19-OH AD en embarazadas hipertensas, los estudios recientes no apoyan este resultado. 

   La esteroidogénesis adrenal es regulada por la inervación simpática, la ACTH y por complejas interacciones paracrinas de células de la médula y la corteza. La aromatasa es expresada en la glándula adrenal, la cual produce  19-OH AD. La  secreción de 19-OH AD aumenta durante la estimulación por ACTH y angiotensina II. Estos resultados apoya  el concepto que la 19-OH AD tiene un origen adrenal. La más alta expresión de aromatasa en la glándula adrenal es detectada en la zona reticular y la síntesis de 19-OH AD es más común en esta área. Diversos estudios reportan correlaciones positivas entre  los niveles basales 19-OH AD, AD y cortisol  en plasma y  la supresión de la secreción de 19-OH AD por dexametasona indica que la secreción de 19-OH AD es regulada por el eje hipotálamo-hipófisis-adrenal (HHA).

   Varios moduladores neuroendocrinos como noradrenalina y péptido intestinal vasoactivo (VIP) son liberados por los nervios adrenales, mientras la AD y otros C19-androgenos son liberados por células adrenocorticales, sugiriendo que estas células potencialmente pueden liberar 19-OH AD. Por el contrario, el péptido natriurético atrial (ANP) disminuye la secreción de 19-OH AD. Las citoquinas producidas por células inmunes en la glándula adrenal o por células adrenales también pueden afectar la esteroidogénesis adrenal. Por ejemplo, la IL-6 activa el eje HHA y estimula la liberación de ACTH por la hipófisis, así como también la liberación de aldosterona, cortisol y DHEA por la glándula adrenal. Entonces, las citoquinas indirectamente  incrementan la secreción de 19-OH AD vía ACTH.

   Las ratas tratadas con 19-OH AD desarrollan hipertensión arterial y los elevados niveles de 19-OH AD han sido reportados en pacientes con hipertensión esencial. 19-OH AD y 19-OXO AD también amplifican la acción de retención de sodio de la aldosterona. Estos resultados sugieren un potencial rol del sistema renina-angiotensina (RAS) en la secreción de 19-OH AD.

   La sobre expresión de aromatasa en tumores resulta de un desvío en el uso del promotor, lo cual permite la activación de la ruta de señalización dependiente de cAMP y provoca un incremento en la síntesis de estrógenos. La aromatasa y CYP17A1 requieren POR para el transporte de electrones y la catálisis, y son expresadas en la misma célula, como es el caso de la célula cancerosa, las dos enzimas citocromo compiten por el POR, los equivalentes reductores NADPH y el O₂. En el cáncer de próstata metastásico, la CYP19A1 incrementa 30 veces y la CYP17A1 incrementa 17 veces, mientras la enzima 5α reductasa, la cual convierte T en DHT, disminuye 9 veces. El desbalance de la relación T:E ha sido asociado con progresión del cáncer de próstata. Un incremento en la secreción de 19-OH AD ha sido detectado en células de cáncer de próstata después de la activación del OR51E2, indicando un potencial rol para los productos de la reacción aromatasa en la carcinogénesis de la próstata. Las hormonas esteroides estimulan la progresión del cáncer de próstata y los ratones ArKO tienen reducción de  hiperplasia prostática e incidencia de cáncer de próstata después de la exposición a T y estrógenos, indicando que los 19-hidroxi esteroides están involucrados en la carcinogénesis de la próstata.

   En conclusión, la reacción aromatasa a partir del sustrato androstenediona procede en tres etapas consecutivas. En las primeras dos etapas son producidos los 19-hidroxi esteroides. En la tercera etapa es producida la estrona. Los productos de la reacción aromatasa pueden disociarse del complejo enzimático y acumularse en los tejidos o entrar en la circulación sanguínea. Actualmente hay evidencia de la existencia de 19-hidroxi esteroides en cerebro, ovarios, testículos, glándulas adrenales, cáncer de próstata y durante el embarazo y el parto. Los datos disponibles en la literatura involucran a los 19-hidroxi esteroides en los procesos de diferenciación cerebral durante períodos críticos, la movilidad y quimiotaxis de los espermatozoides, la función del ovario, la hipertensión arterial esencial y el cáncer de próstata.

Fuente: Abaffy T, Matsunami H (2021). 19-hydroxy steroids in the aromatase reaction: Review on expression and potential functions. Journal of the Endocrine Society 5: 1-13.