Estradiol como una hormona masculina

Los estrógenos fueron demostrados en la orina de los hombres en 1920 y en el testículo en 1952. En 1937, se demostró que la administración de grandes dosis de testosterona a hombres incrementa la actividad estrogénica de su orina y se  sugirió la conversión in vivo de la testosterona en estrógenos. Los avances posteriores incluyeron la identificación, el aislamiento, la secuencia y la caracterización de la enzima aromatasa citocromo P450, producto del gen CYP19A1, responsable de la aromatización de testosterona a 17β-estradiol (E2)  y de androstenediona a estrona (E1), los principales estrógenos endógenos. Muchos otros esteroides endógenos no aromatizados, metabolitos de estrógenos y compuestos ambientales y farmacéuticos con diversas estructuras tienen actividad estrogénica menor.

  En el hombre, de ¼ a ½ del E2 circulante se origina  por secreción testicular  directa  y el resto resulta de la aromatización periférica de la testosterona, particularmente en tejido adiposo, músculo esquelético, hueso y cerebro. Las concentraciones plasmáticas medias de E2 son de alrededor  de 150 pmol/L en hombres jóvenes sanos y 90 pmol/l en adultos mayores sanos. La ruta metabólica predominante para el E2 es la oxidación reversible a E1 por la 17β hidroxiesteroide deshidrogenasa. E2 y E1 tienen hidroxilaciones irreversibles en los carbonos de las posiciones 2, 4 o 16 por enzimas citocromo p450, particularmente CYP1A2 y CYP3A4, localizadas en el hígado y otros tejidos. Los 4-hidroxi-estrógenos son similares en potencia a E2 y E1, mientras los 2-hidroxi-estrógenos son menos potentes y, debido a que retienen la afinidad de unión al receptor de estrógeno (ER), pueden ser relativamente anti-estrogénicos. Los metabolitos 2 y 4 hidroxilados pueden ser metilados a formas menos activas. Los 16α hidroxiestrógenos, incluyendo al estriol (E3), retienen menor actividad estrogénica. En una ruta metabólica paralela, los estrógenos y sus metabolitos son inactivados irreversiblemente a través de conjugación con sulfato, glucurónido o glutatión por enzimas de conjugación ampliamente distribuidas. Los estrógenos conjugados son excretados en la orina o la bilis, pero también pueden circular en la sangre  y alcanzar algunos tejidos en donde son desconjugados para liberar estrógenos activos. Algunos tejidos extra-gonadales poseen la capacidad para llevar a cabo la síntesis de novo de esteroides sexuales y/o metabolizar precursores circulantes, como la glándula adrenal que produce sulfato de dehidroepiandrosterona y expresa enzimas esteroidogénicas reportadas como no activas en los tejidos gonadales.

   Los receptores ERα y ERβ, codificados por los genes ESR1 y ESR2 respectivamente, son miembros de la familia de receptores nucleares. Existen múltiples isoformas de cada tipo de receptor, creadas por “splicing” diferencial de exones. Recientemente, ha sido identificado un ER transmembrana acoplado a proteína G (GPER). En hombres, los ER son expresados en tracto reproductivo, cerebro, sistema cardiovascular, hígado, hueso, tejido adiposo, islotes pancreáticos y músculo esquelético. La señal ER ocurre a través de distintas rutas. La clásica ruta dependiente de ligando involucra la dimerización del ER activado por ligando con unión directa a los elementos de respuesta a estrógenos (ERE) en los promotores de genes provocando la regulación de la transcripción. Los receptores ERα y ERβ se unen a los mismos ERE. Otras rutas dependientes de ligando involucran la unión del ER con correguladores y factores de transcripción adicionales, permitiendo la interacción con promotores de genes que no contienen ERE. El ER también puede ser activado para modular la transcripción de genes de una manera independiente de ligando, por quinasas de segundos mensajeros involucradas en la transducción de señal por receptores de factores de crecimiento. Hay también rutas no genómicas por las cuales la unión ER-ligando induce efectos fisiológicos rápidos.

   Las neuronas que producen hormona liberadora de gonadotropinas (GnRH) en el hipotálamo expresan ERβ pero no ERα. El E2 actúa sobre receptores ERα en neuronas que expresan kisspeptina, neuroquinina B y dinorfina (conocidas como KNDy) en el  núcleo infundibular del hipotálamo para regular indirectamente a las neuronas GnRH. El E2 también tiene efectos directos sobre la producción de gonadotropinas en la hipófisis. El E2 reduce la sensibilidad de la hipófisis a la GnRH y, por tanto, reduce la amplitud de los pulsos de hormona luteinizante (LH). Los estudios en humanos sugieren que la retroalimentación negativa mediada por E2 sobre la activación de gonadotropinas involucra acciones en el hipotálamo y la hipófisis.

   En humanos, los receptores ERα y ERβ son expresados en el tracto reproductor masculino incluyendo células germinales. La enzima aromatasa es expresada en células germinales inmaduras, espermatozoides, conducto deferente y epidídimo. Varios estudios sugieren un rol del E2 en  el descenso testicular y la espermatogénesis. El hecho que algunos hombres tengan función testicular normal a pesar de una carencia congénita de E2 podría estar relacionada con la ingesta de fitoestrógenos, aunque no hay evidencia directa de esto en humanos. Una explicación alternativa es que los hombres con deficiencia de aromatasa podrían retener la señal ERα independiente de ligando en el tracto reproductivo. Los estudios con hombres con ERα no funcional o deficiencia de aromatasa sugieren que el E2 no es esencial para la libido y la función eréctil. Sin embargo, en otros estudios, el E2 claramente ejerce un efecto positivo sobre el interés sexual y la función eréctil, independiente de testosterona.

   En la próstata, los estrógenos son sintetizados por la aromatasa en el estroma  y tienen acciones autocrinas y paracrinas. El ERα está localizado principalmente en las células  del estroma de la próstata, mientras el ERβ se encuentra principalmente en el epitelio. El GPER ha sido identificado en células del estroma y células epiteliales progenitoras. La activación del ERα tiene efectos proliferativos en la próstata, pero los efectos mediados por ERβ y GPER parecen ser antiproliferativos y anticarcinogénicos. Como resultado, el efecto neto de la señal estrogénica en la próstata normal o en células de cáncer de próstata es difícil de predecir, y los efectos biológicos pueden diferir entre la próstata sana y la próstata enferma.   La evidencia clínica es consistente con un efecto antineoplásico del tratamiento basado en estrógenos si se usa en dosis suprafisiológicas para reducir las concentraciones circulantes de testosterona.  Los estrógenos parecen tener un rol durante el desarrollo in útero de la próstata, un tiempo de alta exposición a estrógenos. Sin embargo, en modelos animales, la exposición a los estrógenos durante el desarrollo de la próstata  en tiempos y dosis no fisiológicos influye más tarde en el riesgo de cáncer de próstata. El E2 es importante en el crecimiento de la próstata estimulado por testosterona, aunque hay claramente efectos mediados por el receptor de andrógenos (AR) ilustrados por el hecho que los inhibidores de la enzima 5α-reductasa  (convierte testosterona en dihidrotestosterona, DHT), son efectivos en el tratamiento de los síntomas de la hipertrofia prostática benigna. 

   Los hombres con deficiencia congénita de aromatasa tienen alterada la secreción de hormona de crecimiento (HC) y bajos niveles de factor de crecimiento similar a insulina-1 (IGF-1). El E2 exógeno en estos hombres no es capaz de normalizar la secreción de HC, posiblemente debido al desarrollo anormal del eje HC-IGF-1 en una situación de deficiencia congénita de E2 o porque la restauración de la concentración de E2 circulante normal es insuficiente si la producción local de E2 se mantiene alterada. La evidencia de modelos preclínicos sugiere que el E2 es importante en la regulación de la secreción de HC por mecanismos directos e indirectos. La secreción pulsátil de HC se correlaciona positivamente con la concentración de E2. Los receptores ERα y ERβ son expresados en las células somatotrofas de la hipófisis, y los estudios in vitro demuestran que aunque el promotor HC carece de ERE, el E2 actúa vía ERα y ERβ para estimular al factor de transcripción positivo específico de hipófisis-1, un potente factor de transcripción HC, el cual a su vez   regula al alza la síntesis y liberación de HC en las células somatotrofas. Por otra parte,  a pesar de estimular la liberación de HC, el E2 inhibe la respuesta del IGF-1 hepático a la HC y el efecto neto del E2 sobre el IGF-1  depende de la exposición relativa de hipotálamo, hipófisis e hígado. El E2 inhibe la respuesta hepática del IGF-1 a la HC estimulando al supresor de la señal citoquina-2 (SOCS-2), el cual inhibe la fosforilación de  la Janus quinasa 2 (JaK2) en la ruta de señalización de la HC y, por tanto, la señal de transcripción para IGF-1. Entonces, el E2 más que la testosterona parece ser el principal esteroide sexual regulador del eje HC-IGF-1 en hombres.

   Los osteoblastos, osteocitos y las células del estroma de la médula ósea contienen ER y AR. El peso de la evidencia establece que el E2, actuando vía ERα, es el esteroide sexual predominante en el desarrollo y mantenimiento del esqueleto masculino. Los andrógenos tienen un rol más pequeño, aunque importante, particularmente en la promoción de la aposición periosteal para incrementar el tamaño del hueso en los varones. El E2 tiene múltiples acciones directas e indirectas sobre el hueso y el efecto neto es mantener el balance de la remodelación ósea reduciendo la resorción ósea e incrementando la formación de hueso. De acuerdo con los resultados de estudios preclínicos,  las acciones predominantes del E2 son inhibir la diferenciación y promover la apoptosis de osteoclastos y promover la diferenciación e inhibir la apoptosis de osteoblastos. El E2 altera la producción de citoquinas por el hueso y las células inmunes para limitar la resorción ósea, en particular reduciendo la producción del factor de necrosis tumoral-α (TNF-α) por las células T y la relación de secreción ligando del receptor de factor nuclear kappa B (RANKL)/  osteoprotegerina (OPG) por las células del linaje osteoblasto. Adicionalmente, los efectos de ERα y ERβ independientes de ligando en las células del linaje osteoblasto son importantes para la mecanotransducción, el mecanismo homeostático por el cual la fuerza del hueso ante una carga es regulada de acuerdo con la potencia de los músculos que actúan sobre el hueso.

   El E2 tiene efectos dependientes de concentración sobre el crecimiento del esqueleto. En la pre-pubertad, el E2 circulante y tisular es extremadamente bajo y el crecimiento del esqueleto, más apendicular que axial, es mediado por el eje HC-IGF-1. El dimorfismo sexual del esqueleto no se manifiesta antes de la pubertad. Los varones son de mayor talla que las hembras, debido principalmente a un período más largo de crecimiento prepuberal que provoca una mayor longitud de las piernas. En la pubertad temprana, en varones y hembras, el aumento de las concentraciones circulantes y tisulares de E2 estimula el “estirón” del crecimiento puberal con aceleración del crecimiento del tronco y desaceleración del crecimiento apendicular. Los estudios preclínicos sugieren que el efecto del E2 sobre el incremento en el crecimiento lineal en varones durante la pubertad temprana es una acción indirecta a través de la estimulación del eje HC-IGF-1. En la pubertad tardía, la mayor disponibilidad de E2 en la placa de crecimiento en ambos sexos causa el cierre de dicha placa y el cese del crecimiento lineal. Este es un efecto directo del E2 que consiste en inhibir la proliferación -y promover la apoptosis- de condrocitos. Los mayores niveles de E2 en las hembras estimulan el  cese del crecimiento lineal más tempranamente  que en los varones quienes  tienen un período más largo de crecimiento intra-puberal y mayor longitud del tronco en la adultez. El pico de masa ósea en la finalización del crecimiento es un importante determinante del riesgo de fracturas. Es una función de la densidad  mineral ósea (DMO) y el tamaño del hueso. Durante la pubertad, los varones tienen mayor expansión del hueso periostial que las hembras, lo cual resulta en  mayor grosor cortical y mayor pico de masa ósea en la adultez. Las hembras tienen menos formación de hueso periostial y predominantemente incrementan el grosor cortical por aposición endocortical.

   El hipogonadismo severo en adultos mayores induce aceleración del remodelado óseo y deterioro en la densidad ósea y la microarquitectura. La evidencia experimental sugiere que estos efectos dependen principalmente del E2. En adultos mayores, los estudios epidemiológicos reportan más correlaciones entre E2 circulante y DMO, microestructura y fracturas que con testosterona y estos parámetros. El tratamiento con DHT, un andrógeno no aromatizable que disminuye las concentraciones de E2, reduce la DMO en hombres. Varios estudios sugieren que la alta tasa de  remodelado óseo y pérdida de hueso que ocurre en el hipogonadismo masculino se debe principalmente a la deficiencia de E2. Muchos estudios observacionales han encontrado una asociación entre E2 plasmático, particularmente E2 libre, y riesgo de fracturas en adultos mayores. En este contexto, los datos disponibles sugieren que, mientras la testosterona tiene efectos directos sobre el remodelado óseo y la microestructura del hueso y efectos indirectos a través de acciones anabólicas sobre el músculo esquelético, el E2 parece ser el esteroide sexual más importante para la salud ósea en hombres.

   En hombres, la actividad aromatasa ha sido reportada en músculo esquelético y tejido adiposo.  La aromatasa es fuertemente expresada en el estroma del tejido adiposo humano. Los receptores ER también son expresados en tejido adiposo humano y hay baja expresión de ERα en músculo esquelético humano. El E2 no parece ser importante para el tamaño o la fuerza del músculo esquelético. Los datos en humanos apoyan un rol del E2 en limitar la ganancia de grasa. Los hombres con deficiencia congénita de aromatasa generalmente son obesos con exceso de adiposidad abdominal. El tratamiento con DHT incrementa el tejido adiposo visceral en los hombres sin cambios en el tejido adiposo subcutáneo y la masa magra en comparación con los hombres tratados con testosterona. Dado que la DHT es no aromatizable y disminuye significativamente el E2 circulante, es posible inferir un efecto específico del E2 en limitar la masa grasa, particularmente en el tejido adiposo visceral. Otro posible mecanismo de este efecto es a través del metabolito de la DHT, 3βAdiol, un agonista del ERβ. El ERβ es expresado en el tejido adiposo humano y en los estudios preclínicos aparece como un regulador negativo de la adipogénesis inducida por el receptor gamma activado por proliferador de peroxisoma (PPARγ).

   Los hombres con diabetes tipo 2 generalmente expresan niveles plasmáticos bajos de testosterona, los niveles de E2 también son bajos y se correlacionan directamente con los niveles de testosterona. El E2 puede tener efectos beneficiosos sobre el metabolismo de la glucosa. Los hombres con deficiencia congénita de aromatasa tienen resistencia a la insulina, la cual mejora con el tratamiento con E2. En ratones machos, el E2 parece tener un efecto beneficioso directo, actuando vía ERα en el hígado para mejorar la sensibilidad a la insulina. Los estudios en roedores también sugieren efectos beneficiosos de la señal E2 sobre la sensibilidad a la insulina en otros tejidos como cerebro, músculo esquelético, tejido adiposo y células de los islotes pancreáticos. Con respecto a los efectos del E2 sobre el metabolismo de lípidos, las inferencias son limitadas debido a la carencia de estudios apropiadamente diseñados.

   La estructura y fisiología del cerebro y la cognición y conducta resultantes son sexualmente dimórficas. Las mayores diferencias estructurales y conductuales están relacionadas con la reproducción. Estas diferencias son atribuidas a los distintos patrones de secreción de hormonas gonadales y a los efectos de los genes contenidos en los cromosomas sexuales. En el desarrollo del cerebro de los mamíferos, el fenotipo “default” es considerado femenino, con la masculinización dependiente de la exposición a esteroides sexuales liberados por el testículo fetal en tiempos críticos (prenatal en primates, postnatal temprano en roedores). En roedores y otras especies animales, la masculinización perinatal, inducida por la testosterona gonadal, del cerebro definida por la conducta sexual típica del macho en la adultez, es dependiente de aromatización. El feto macho tiene mayores concentraciones cerebrales de E2 que la hembra porque únicamente en el macho, ocurre una producción prenatal significativa de esteroides gonadales. El E2 cerebral, formado localmente a partir de la testosterona gonadal, es responsable de genes masculinizantes no metilados epigenéticamente reprimidos. Las observaciones en humanos sugieren que la testosterona, actuando vía AR, es importante en el desarrollo cerebral masculino mientras cualquier evento dependiente de aromatización es menos importante.  Los hombres con deficiencia congénita de aromatasa tienen identidad de género masculina y orientación heterosexual. Por otra parte, los hombres que carecen de ERα funcional también tienen identidad de género masculina y orientación heterosexual, lo cual sugiere que el ERα no tiene un rol importante en la masculinización del cerebro humano. Entonces, mientras el E2, actuando localmente es crítico para la masculinización del cerebro durante el desarrollo en roedores, en hombres, la masculinización del cerebro parece estar relacionada con la señal testosterona vía AR.

   La exposición excesiva a estrógenos en hombres puede causar ginecomastia, hipogonadismo hipogonadotrópico y, si la exposición es pre-puberal, cierre prematuro de las epífisis que provoca corta estatura. Este fenotipo ocurre en el síndrome de exceso de aromatasa que resulta de rearreglos subcromosomales que aumentan la transcripción de aromatasa. La ginecomastia es el efecto más consistente de la exposición excesiva a estrógenos en hombres jóvenes y adultos. Además del síndrome de exceso de aromatasa, la ginecomastia ha sido descrita en casos de tumores testiculares que secretan estrógenos, proliferación de células de Sertoli en el síndrome Peutz Jegher, exceso de expresión de aromatasa por carcinoma hepatocelular, exposición ocupacional, abuso de esteroides androgénicos aromatizables y uso farmacológico intencional de estrógenos incluyendo hombres con cáncer de próstata. La ginecomastia también puede ocurrir sin exceso absoluto de estrógenos. El tejido mamario masculino expresa receptores ER y AR. En las hembras, los estrógenos estimulan el tejido mamario, mientras los andrógenos lo inhiben. Este concepto ha sido extrapolado a los hombres. La ginecomastia puede ocurrir en circunstancias donde hay deficiencia absoluta de andrógenos o donde la relación de testosterona libre circulante a E2 libre es reducida. Ejemplos de lo último incluye condiciones en las cuales aumenta la globulina ligadora de hormonas sexuales (SHDG) como la tirotoxicosis o el envejecimiento, porque la SHBG se une a la testosterona más  ávidamente  que al E2, la elevación de SHBG reduce la testosterona libre más que el E2 libre. El síndrome de Klinefelter comúnmente causa ginecomastia. Los hombres con síndrome de Klinefelter tienen aumentada la relación E2/T circulante, lo cual sugiere un incremento en la aromatización de la testosterona disponible.

   En conclusión, en los hombres, el E2 circula en concentraciones que superan a las de las mujeres post-menopaúsicas y los receptores de estrógenos son expresados en tejidos reproductivos y somáticos.  La evidencia reciente demuestra que muchas acciones biológicas atribuidas históricamente a la testosterona en hombres son, al menos en parte, mediadas por el E2, producto de su aromatización. Los datos de estudios en humanos y animales sugieren que, en hombres, el E2 es una hormona importante en la regulación del eje hipotálamo-hipófisis-testicular, la función reproductiva, la regulación del eje hormona de crecimiento-factor de crecimiento similar a insulina1, crecimiento óseo y mantenimiento de la salud del esqueleto, composición corporal y metabolismo de la glucosa.

Fuente: Russell N, Grossmann M (2019). Estradiol as a male hormone. European Journal of Endocrinology 181: R23-R43. 

Biología de la resistina

En el año 2001, la resistina fue descrita por primera vez en ratones como una pequeña proteína circulante expresada y secretada específicamente por adipocitos (adipose-tissue-specific secretory factor, ADSF). Los niveles plasmáticos de resistina aumentan marcadamente en modelos de ratones de obesidad genética o inducida por dieta. Sobre la base de estos datos, la resistina ha sido propuesta como un potencial enlace entre  obesidad y diabetes e implicada en el desarrollo de resistencia a la insulina. En el ratón, el gen de la resistina es  expresado casi exclusivamente en adipocitos blancos y células sanguíneas. Esta observación indica que la  resistina puede actuar a través  de un mecanismo paracrino. La resistina es producida durante la diferenciación de los adipocitos y antagoniza los efectos de la insulina  disminuyendo la captación de glucosa en adipocitos, células musculares y otros tejidos. En varios estudios con modelos de ratones, la resistina ha sido identificada como una proteína asociada con inflamación pulmonar, por lo que ha sido llamada proteína encontrada en la zona inflamatoria 3 (FIZZ3). Adicionalmente, en ratones, la resistina se encuentra predominantemente en la forma α-hélice  y en la circulación puede encontrarse como proteínas de alto peso molecular (HMW) y bajo peso molecular (LMW).

   En humanos, células sanguíneas mononucleares, macrófagos y células de la médula ósea son la fuente primaria de la resistina circulante. En el tejido adiposo humano, la producción de resistina refleja predominantemente la secreción por células inflamatorias no adipocitos residentes en ese tejido.  En menor extensión, la resistina se observa en hipófisis, hipotálamo, células epiteliales del tracto gastrointestinal, glándulas adrenales, músculo esquelético, páncreas, bazo, células trofoblásticas de la placenta y tejido sinovial. Las condiciones inflamatorias están asociadas con incremento en los niveles circulantes de resistina. La expresión y secreción de resistina en células mononucleares son inducidas por estímulos inflamatorios, lo cual incrementa los niveles circulantes de resistina, creando un círculo vicioso, donde la resistina aumenta la inflamación.

   La resistina ejerce efectos biológicos a través de mecanismos endocrinos, paracrinos y autocrinos en un amplio rango de procesos fisiológicos y  patológicos. La implicación de la  resistina en la función del sistema cardiovascular y en el cáncer, particularmente en la diseminación de metástasis, es de especial interés clínico, Sin embargo, estos roles de la resistina son pobremente entendidos. Por otra parte, la resistina está involucrada en el control de los niveles sanguíneos de glucosa, el metabolismo de lípidos, la regulación de las células   somatotropas de la hipófisis y el centro de la saciedad en el hipotálamo, la modulación de células del sistema nervioso central,  la síntesis y secreción de citoquinas pro-inflamatorias y la diferenciación de monocitos en macrófagos.  La resistina también afecta la contractilidad cardiaca, la actividad de células de músculo liso, la permeabilidad endotelial, la función renal y la remodelación ósea.

   La resistina humana es codificada por un gen (RETN) que se localiza en el cromosoma 19p13.3. El precursor de la resistina es una molécula de 12,5 kDa (108 aminoácidos) con el 59% de secuencia idéntica con su contraparte murino. La resistina es miembro de las moléculas similares a resistina (RELM), una familia de pequeñas proteínas ricas en cisteína con actividad similar a la de las hormonas que inician procesos inflamatorios. En humanos, la resistina muestra un cambio conformación reversible dependiente de concentración, el cual es considerado como responsable de sus actividades fisiológicas y patológicas. Normalmente, la concentración plasmática de resistina en humanos varía de 7 a 22 ng/ml. Adicionalmente, se han reportado varias isoformas de resistina que resultan de “splicing” alternativo. La resistina humana se encuentra principalmente en dos conformaciones diferentes: un oligómero con peso molecular de 660 kDa y un triméro con peso molecular de 45 kDa, los cuales  biológicamente  son más activos en humanos que en ratones y cruciales para las propiedades pro-inflamatorias de la resistina (promueven la secreción de factor de necrosis tumoral (TNF) e interleuquina (IL) 1β, -6, -8 y -12, la generación de especies reactivas de oxígeno (ROS) y  la inhibición de eNOS). La resistina también estimula la liberación de la proteína quimiotáctica de monocitos-1 (MCP-1) y la activación del factor nuclear kappa B (NF-κB).

   Los mecanismos por los cuales la resistina ejerce sus efectos biológicos son entendidos solo parcialmente. El principal rol fisiológico de la resistina puede ser la modulación de las respuestas inflamatoria, inmune y auto-inmune. En macrófagos humanos, la resistina induce citoquinas pro-inflamatorias y promueve la expresión de moléculas de adhesión celular, incluyendo la molécula de adhesión celular vascular-1 (VCAM-1), la molécula de adhesión intercelular-1 (ICAM-1) y la MCP-1; así como también la expresión del ligando de quimioquina (dominio C-C) 2 (CCL2), con lo cual contribuye a la quimiotaxis y al reclutamiento de leucocitos en el  sitio de la inflamación. Durante la inflamación patológica, la liberación de resistina por monocitos/macrófagos es incitada por citoquinas pro-inflamatorias como proteína C-reactiva (CRP), IL-1, IL-6, IL-12 y TNF-α (a través de la activación de NF-κB) o por otros estímulos pro-inflamatorios, como peptidoglucanos y endotoxinas. En los vasos sanguíneos, la resistina dispara la proliferación de músculo liso vascular y la disfunción endotelial, promoviendo la adhesión endotelio-monocito y la infiltración de monocitos. Más aún, la resistina puede activar directamente el sistema complemento.

   El receptor de resistina es aún desconocido. Sin embargo, algunos autores sugieren que los efectos pro-inflamatorios de la resistina pueden ser mediados por su unión al receptor similar a toll 4 (TLR4). Otros autores sugieren que la decorina (DCN) podría actuar como un receptor de resistina en el ratón. Otros potenciales candidatos a receptor de resistina son: el receptor orfan similar a tirosina quinasa-1 (ROR-1), el receptor del factor similar a insulina-1 (IGF-1R) y la proteína asociada a adenil ciclasa 1 (CAP1). Específicamente, la resistina unida a CAP1 podría provocar un incremento de cAMP intracelular, aumentando la actividad de la proteína quinasa A (PKA) y el NF-κB y, en última instancia, promover la producción de citoquinas inflamatorias. Varias cascadas de señalización intracelular son disparadas por la  resistina: la señal NF-κB vía activación de PI3K/AKT, la cascada adenil ciclasa/cAMP/PKA, el sistema MAP quinasa (MAPK), el canal de calcio tipo L  sensible a voltaje con entrada de  calcio y activación de la fosfolipasa C (PLC) que provoca la liberación de calcio de compartimentos intracelulares como el retículo endoplásmico.

   La resistina activa la transcripción de genes pro-inflamatorios, citoquinas y quimioquinas vía NF-κB, contribuyendo a la proliferación de células de musculo liso vascular (VSMC) y causando disfunción endotelial.  La estimulación de células sanguíneas mononucleares sanguíneas periféricas (PBMC) con resistina resulta en la translocación dependiente de dosis de las subunidades p65 y p50 del NF-κB del citoplasma al núcleo. La ruta NF-κB juega un rol clave en la osteoclastogénesis y es considerada una ruta especialmente importante para la remodelación ósea inducida por resistina, el incremento en la expresión de resistina inducida por hiperglucemia, el desarrollo de resistencia a la insulina, la estimulación de citoquinas pro-inflamatorias en macrófagos y PBMC y la disfunción endotelial. Otro mecanismo por el cual la resistina estimula la producción de citoquinas pro-inflamatorias es la fosforilación y la posterior activación de proteínas de transducción de señal, p38, JNK y ERK. La resistina, a través de la activación de ERK1 y ERK2, induce la proliferación de células de músculo liso de arteria coronaria humana, impactando los eventos de la estenosis vascular. La resistina también genera estrés oxidativo, el cual es un mecanismo clave para activar la ruta de señalización MAPK e inhibir la expresión del gen de la eNOS. Asimismo, la resistina reduce la biodisponibilidad de NO induciendo la proliferación de VSMC y causando disfunción endotelial. A su vez, la reducción de la biodisponibilidad de NO provoca alteración de la vasodilatación, aumento de la incidencia de trombosis, permeabilidad vascular, angiogénesis y adhesión celular. En conjunto, estos eventos contribuyen a la ateroesclerosis, la promoción del daño endotelial y la  inflamación de vasos sanguíneos y tejidos perivasculares, acelerando el inicio de enfermedades cardiovasculares.

   La resistina está implicada en un amplio rango de procesos fisiológicos y patológicos como ateroesclerosis, enfermedades cardiovasculares, hígado graso no alcohólico, osteoporosis, cáncer, asma, enfermedad de Crohn, enfermedad renal crónica, enfermedades metabólicas, diabetes mellitus tipo 2 (DMT2) y enfermedades autoinmunes (lupus eritematoso). Más aún, los datos recientes demuestran que los altos niveles de resistina pueden provocar insuficiencia renal. La evidencia reciente indica que la resistina tiene un rol en la obesidad, el síndrome metabólico (SM) y la DMT2, aunque la resistina podría tener efectos opuestos en comparación con otras adipoquinas. Por ejemplo, la adiponectina, una adipoquina secretada principalmente por el tejido adiposo blanco, facilita los efectos de la insulina sobre los hepatocitos y mejora el metabolismo de la glucosa y los ácidos grasos. Los altos niveles de resistina están asociados con bajos niveles de adiponectina, lo cual antagoniza el rol protector de la adiponectina, promoviendo la inflamación y enfermedades como el SM. La asociación entre resistina y obesidad es más fuerte en mujeres que en hombres, aunque algunos estudios reportan resultados opuestos. La dieta y el ejercicio físico disminuyen los niveles de resistina, lo cual típicamente se acompaña con una reducción del índice de masa corporal (IMC) y la masa grasa. Entonces, aunque la resistina humana no deriva de célula grasa, la proteína está asociada con la obesidad y responde a los cambios en la masa de tejido adiposo.

   La resistina ejerce sus efectos glucorreguladores estimulando la producción hepática de glucosa. En este contexto, la resistina  disminuye la expresión del receptor de insulina y la actividad de la enzima glucógeno sintetasa al tiempo que incrementa la actividad de la enzima glucógeno fosforilasa. El resultado es un menor contenido de glucógeno en el hígado debido a la atenuación de la glucogénesis y el incremento en la glucogenolisis. Los componentes del SM están  interrelacionados a través de la hiperinsulinemia subyacente y la inflamación, en las cuales la resistina juega un rol importante. Los estadios iniciales del desarrollo de SM –pero no el SM ya establecido- pueden estar asociados con altos niveles de resistina. Esto puede deberse a un mayor estado inflamatorio en los estadios iniciales del SM. La resistina también contribuye fuertemente al inicio de la DMT2, la cual es un factor de riesgo adicional para una mayor morbilidad y mortalidad en sujetos obesos. Los altos niveles de resistina incrementan la incidencia de hipertensión  arterial en mujeres sin DMT2 y están relacionados con infarto de miocardio y eventos isquémicos recurrentes. Sin embrago, los mayores niveles de resistina se encuentran en pacientes con DMT2 y se correlacionan positivamente con las complicaciones de la diabetes gestacional y las enfermedades cardiovasculares.

   En varios estudios, la resistina es considerada una causa mayor de ateroesclerosis y enfermedades cardiovasculares, incluyendo insuficiencia cardiaca y eventos cardiacos isquémicos. Más aún, la resistina está involucrada en las rutas moleculares de la angiogénesis, la migración de trombosis,  la proliferación VSMC y el incremento en la expresión de MCP-1 y VCAM-1 en células endoteliales vasculares, indicando un posible mecanismo por el cual la resistina puede contribuir a la ateroesclerosis. El Health ABC Study demostró una asociación entre los niveles de concentración de resistina y eventos de enfermedades cardiovasculares como la insuficiencia cardiaca en adultos mayores. En cardiomiocitos de rata adulta, la sobre expresión de resistina reduce la contractilidad y las velocidades de contracción y relajación. En experimentos in vitro, los macrófagos promueven la calcificación de la válvula aortica a través de la producción de citoquinas con eventos pro-calcificantes directos sobre las células intersticiales valvulares. Los adultos mayores con altos niveles de resistina tienen aumentado el contenido de calcio valvular y mayor densidad de macrófagos.

   La resistina tiene un efecto anoréxico que provoca disminución de la masa corporal e incremento de enzimas lipogénicas y citoquinas pro-inflamatorias en el hígado. En varios estudios, los niveles plasmáticos de resistina se correlacionan positivamente con los niveles de triglicéridos y apoproteína B (APO B) e inversamente con los niveles de lipoproteína de alta densidad colesterol (HDLc) y apoproteína A1 (APO A1). Otros estudios indican que la resistina juega un rol activo en la génesis de placas ateroescleróticas, provocando daño focal en los vasos sanguíneos y lesiones isquémicas, incrementando el riesgo de trombosis. La resistina media la disfunción endotelial a través de la liberación de endotelina-1 (ET-1), la expresión de VCAM-1, ICAM-1, receptores de factor de crecimiento de endotelio vascular (VEGFR), metaloproteinasas de la matriz (MMP) y MCP-1; la resistina también reduce el factor asociado al receptor de  TNF-3  (TRAF3), un inhibidor clave de la señal CD40 en células endoteliales. Posteriormente, la disfunción endotelial incrementa la expresión, producción y liberación de resistina. In vivo, la resistina incrementa el tamaño, la progresión, la desestabilización y la vulnerabilidad  de la placa ateroesclerótica. Los resultados de los estudios clínicos indican una relación entre los niveles plasmáticos de resistina y la presencia y severidad de la enfermedad de arteria coronaria. 

   La resistina emerge como un factor capaz de modular la función renal. En primer lugar, los altos niveles de resistina se correlacionan positivamente con reducción de la función renal. Más aún, altos niveles de resistina se encuentran en pacientes con insuficiencia renal crónica y/o asociada con complicaciones clínicas. En varios estudios, los niveles plasmáticos de resistina son altos en adultos mayores con enfermedad renal crónica avanzada, particularmente en pacientes que reciben hemodiálisis. Por otra parte, la resistina juega un rol en la patogénesis del hígado graso no alcohólico y la esteatohepatitis no alcohólica. En varios estudios, la resistina circulante se correlaciona positivamente con los grados de esteatosis hepática y con la presencia y severidad de la inflamación y la fibrosis. La resistina también puede estar asociada con cirrosis hepática, los niveles de resistina aumentan en los estadios avanzados de la cirrosis hepática. En los pacientes con pancreatitis aguda, los niveles de resistina se correlacionan con la severidad de la enfermedad, la necrosis del tejido y las complicaciones clínicas.

   En el hueso, la resistina es expresada principalmente por los osteoblastos maduros. Los resultados de los estudios in vitro demuestran que la resistina incrementa la osteoclastogénesis mientras induce una débil diferenciación de pre-osteoblastos en osteoblastos. Los niveles elevados de resistina han sido detectados en pacientes con artritis reumatoidea (AR), osteoartritis (OA) y artritis psoriásica. Los elevados niveles de resistina en pacientes con OA indican el rol catabólico de la resistina. Adicionalmente, la resistina puede ser detectada en las articulaciones inflamadas de pacientes con AR y OA. En plasma y líquido sinovial, los niveles de resistina son elevados después de lesiones articulares traumáticas. La resistina incrementa la expresión de MMP-1, MMP-13 y ADAMTS-4 en condrocitos articulares humanos. La resistina puede estimular la síntesis de citoquinas inflamatorias como IL-6 y TNF-α, así como también de PGE2. Por otra parte, la resistina estimula la degradación de proteoglucanos e inhibe la producción de colágeno tipo 2 en cartílagos humanos.

   La producción de resistina ha sido observada en el hipotálamo, donde modula la conducta alimentaria y la ingesta de alimentos e inhibe la liberación de neuropéptidos. Los niveles de resistina están alterados en el líquido cerebro-espinal de pacientes con enfermedad de Alzheimer (EA). La resistina también provoca disfunción mitocondrial, la cual está asociada con el proceso de EA. Fisiológicamente, la resistina estimula el metabolismo mitocondrial y los altos niveles de resistina reducen el potencial transmembrana mitocondrial, provocando daño mitocondrial irreversible. Los monocitos y las células inmunocompetentes, típicamente presentes en las placas de la EA, incrementan la concentración de resistina. Un estudio in vitro reciente demuestra que la resistina induce resistencia a la insulina a través del TLR4 y el incremento de la señal insulina contribuye a la EA. Más aún, la resistina, al aumentar la inflamación, promueve el desarrollo de SM y desordenes cardiovasculares, los cuales son factores de riesgo para la EA.

   El envejecimiento es un proceso biológico complejo y multifactorial definido como disminución dependiente de edad, o progresivo con la edad (gradual), en la función fisiológica intrínseca después de la madurez, provocando un incremento en la tasa de mortalidad.  Con el envejecimiento aumenta la prevalencia de anormalidades metabólicas. Estas anormalidades incluyen obesidad, dislipidemia, hipertensión arterial y resistencia a la insulina, provocando un mayor riesgo de enfermedades cardiovasculares. En particular, los adipocitos modulan la actividad de  pre-adipocitos, células endoteliales y monocitos/macrófagos debido a que incrementan la producción de citoquinas pro-inflamatorias (IL-1β, IL-6, IL-8, IL-10 y TNF-α), hormonas (leptina, adiponectina, resistina), ácidos grasos libres no esterificados,  PAI-1 y angiotensinógeno. Esto provoca inflamación, la cual media muchos aspectos del envejecimiento. En este complejo cuadro de alteraciones metabólicas relacionadas con la edad, los niveles de resistina también muestran un incremento relacionado con la edad. En los adultos mayores, la resistina aumenta en todas las situaciones de inflamación.

   En conclusión, la resistina es una pequeña proteína secretada que regula el metabolismo de la glucosa en los mamíferos. Los altos niveles de resistina inducen resistencia a la insulina y ejercen efectos pro-inflamatorios. En este contexto, la resistina juega un rol importante en varias enfermedades metabólicas, inflamatorias y autoinmunes. Recientemente, la resistina ha sido incluida entre las características del envejecimiento debido a su rol mediador en la inflamación, la disfunción mitocondrial, la apoptosis y la reducción de la actividad del tejido adiposo.

Fuente: Acquarone E et al (2019). Resistin: a reappraisal. Mechanisms of Ageing and Development 178: 46-63.

Glucocorticoides en el microambiente cardiaco

Los glucocorticoides (GC) son producidos principalmente en la zona fasciculada de la corteza adrenal. Estas hormonas esteroides son reguladores endocrinos cruciales de funciones corporales en la homeostasis y la adaptación a los cambios ambientales. Los GC endógenos actúan sobre una variedad de tipos de células para regular la expresión de genes que controlan el metabolismo, el crecimiento, la diferenciación y la apoptosis de las células. Los GC son requeridos para el desarrollo de pulmones, cerebro, sistema gastrointestinal, sistema renal y sistema cardiovascular. La evidencia acumulada indica que los GC juegan un rol en  la “programación” del desarrollo de la salud y la enfermedad. Un gran número de estudios reportan que el tratamiento prenatal con GC exógenos o la exposición a altos niveles de GC endógenos como resultado del estrés materno durante el embarazo provocan el desarrollo de muchas patologías en la descendencia, incluyendo enfermedad cardiaca, síndrome metabólico y diabetes mellitus.

   La función biológica de los GC es mediada principalmente por la unión de estas hormonas al receptor glucocorticoide (GR) intracelular codificado por el gen miembro 1 de la subfamilia 3 de receptores nucleares grupo C (NR3C1). La activación del GR puede inducir directamente activación o represión de genes e indirectamente producir efectos sobre la transcripción de genes, lo cual altera la expresión de proteínas y puede manifestarse como estrés en el embarazo, enfermedad, inflamación y ansiedad. La unión de GC al GR en el citoplasma resulta en la homodimerización del receptor seguida por la liberación del GR de proteínas de shock térmico (HSP), incluyendo HSP90, HSP70 y la proteína 52 de unión a FK506. El receptor homodimerizado es transportado al núcleo y se une a elementos de respuesta específicos en el ADN, lo cual resulta en la activación de la transcripción  de genes.  Adicionalmente, el GR activado puede formar complejos con algunos factores de transcripción como NF-κB o AP-1 para prevenir su unión a los genes blanco y reprimir la expresión de genes regulados por estos factores de transcripción. Por rutas no genómicas, los GC inducen eventos de señalización rápidos que involucran a la fosfolipasa C, la proteína quinasa activada por mitógenos, la fosfatidilinositol 3-quinasa, la Src quinasa, la proteína quinasa II dependiente de Ca²⁺/calmodulina y la sinapsina I, provocando cambios en la concentración intracelular de calcio, incremento en la producción mitocondrial de especies reactivas de oxígeno (ROS) y liberación lisosomal de catepsina B. Las rutas genómicas y no genómicas participan en numerosos procesos fisiológicos requeridos para la homeostasis celular y procesos patológicos mediados por los GC. Los daños tempranos en estados críticos del desarrollo pueden provocar cambios permanentes en la estructura y función de los tejidos, un concepto conocido como programación. La programación ocurre en el miocardio inmaduro en desarrollo, en el cual se producen numerosas y complejas señales e interacciones.

   En la mayoría de especies de mamíferos se produce un incremento en los niveles de GC maternos que pasan a la circulación fetal durante la gestación tardía. Este incremento es esencial para el desarrollo normal y la maduración estructural y funcional del corazón. Sin embargo, aunque los GC son vitales para el desarrollo normal del corazón, una exposición excesiva a los GC puede reducir el crecimiento fetal y producir efectos perjudiciales a lo largo de la vida de la descendencia. La sobre exposición prenatal a GC está asociada con hipertensión permanente, hiperglucemia, anormalidades conductuales y otras consecuencias en la descendencia. Estudios  recientes demuestran que el exceso prenatal de GC puede causar a largo plazo alteraciones cardiometabólicas y otras consecuencias en la descendencia. Entonces, es evidente que los GC y su receptor son críticos para la maduración y el desarrollo del corazón. La exposición prenatal a los GC a través de la madre o directamente en el feto programa las funciones cardiacas fisiológicas de la descendencia a través de la vida.

   Las células del embrión en desarrollo están en constante comunicación unas con otras y las moléculas usadas para enviar y recibir señales son esenciales para el desarrollo. El desarrollo y la función del corazón no solo son determinados por las características de los cardiomiocitos, sino que también son influenciados por su microambiente. Los componentes críticos del microambiente cardiaco incluyen a  las células de soporte, las proteínas de la matriz extracelular, el ambiente mecánico de las células y los componentes solubles como oxígeno y citoquinas. El corazón es un órgano pluricelular altamente organizado con diferentes y equipotentes tipos de células incluyendo células endoteliales, células inmunes y fibroblastos además de los cardiomiocitos. La comunicación entre estos tipos de células en una red de estructuras juega un rol vital en la producción de las proteínas de la matriz extracelular y los componentes solubles, y responde al ambiente mecánico de las células. Por tanto, las células de soporte en el microambiente cardiaco son cruciales para el desarrollo, la autorregulación y la adaptación  del corazón.  Es posible que, además de los cardiomiocitos, otros tipos de células estén involucrados en el desarrollo y la función del corazón mediados por los GC.

   En el desarrollo cardiaco, las células endoteliales (CE) pueden secretar mediadores que modulan el desarrollo, la supervivencia y la contracción de los cardiomiocitos. Varios estudios indican que las células endoteliales forman un nicho vascular que promueve el crecimiento y la regeneración de órganos a través de rutas de señalización paracrinas. En respuesta a estímulos fisiológicos y  patológicos, las CE pueden actuar sobre los tipos de células vecinos a través de la secreción de angiocrinas. Aunque muy poco se conoce de las angiocrinas cardiacas, un número creciente de factores derivados de las CE que actúan sobre los cardiomiocitos han sido identificados en los últimos años, incluyendo óxido nítrico (NO), endotelina-1, neuregulina-1, angiotensina II, angiopoyetinas, prostaglandinas, factor de crecimiento de tejido conectivo, factor de crecimiento de fibroblastos, factor de crecimiento del endotelio vascular, Dickkopf-3, apelina y miARN endotelial. Estudios  recientes demuestran la regulación GC/GR sobre varios factores derivados de CE.  Por ejemplo, el elemento de respuesta a GR ha sido identificado en la región promotora del gen que codifica a la sintetasa de óxido nítrico endotelial (eNOS), el cual modula la supresión de eNOS inducida por GC. Aunque el efecto de los GC en la regulación de la actividad y la función de las CE cardiacas se mantiene bastante elusivo tiene un potencial terapéutico en la regulación de la programación del microambiente cardiaco derivado de CE en el corazón en desarrollo y en enfermedad.

   Los GC endógenos y farmacológicos ejercen efectos sobre diferentes células inmunes como macrófagos, linfocitos B y células T para regular procesos inflamatorios e inmunes. Los macrófagos derivados de monocitos incrementan la quimioquina pro-inflamatoria CCL5 y disminuyen la interleuquina 1α (IL-1α), una citoquina que juega un rol central en el retardo de la diferenciación de miofibroblastos durante la fase inflamatoria después del daño isquémico del miocardio. Por otra parte, el bloqueo del GR inhibe la infiltración de macrófagos y la expresión de los genes de la proteína quimioatrayente de monocitos-1, osteopontina, ciclooxigenasa-2 y factor de necrosis tumoral-α (TNF-α) en el miocardio que contribuyen a atenuar el daño cardiaco. Es conocido que la IL-10 es un gen blanco del GR en los macrófagos y regula la polarización de macrófagos después  del infarto de miocardio.   Adicionalmente, es conocido que el corazón adulto contiene subgrupos específicos de macrófagos embrionarios y derivados de adulto en estado estacionario y en respuesta al estrés cardiaco.

   Los fibroblastos cardiacos son generados durante el desarrollo embrionario a partir del endocardio y el epicardio a través de la transición epitelio-mesénquima que dura hasta la adultez. La disrupción de la actividad de los fibroblastos durante el desarrollo embrionario produce un corazón con cámaras ventriculares más pequeñas, reducción del grosor del miocardio o defectos en el septum.  Físicamente, los fibroblastos pueden sostener la geometría y la función cardiaca produciendo la red de matriz extracelular en el corazón adulto. Durante los procesos de enfermedades,  como infarto de miocardio, los fibroblastos funcionan en la inflamación post-infarto y en la reparación cardiaca en el microambiente de la lesión. La sobre actividad de los fibroblastos puede causar un desbalance que promueve la hipertrofia del miocardio que culmina en dilatación cardiaca. La hidrocortisona en dosis de 127 ng/ml (equivalente al nivel basal endógeno de GC) inhibe la producción inducida por lipopolisacárido (LPS) de TNF-α e IL-1β en los fibroblastos cardiacos, provocando la inhibición de desórdenes inflamatorios crónicos durante la enfermedad cardiaca. Por otra parte, el GR de macrófagos regula la diferenciación de miofibroblastos  en el microambiente infartado durante la fase temprana de la cicatrización de la lesión.

   Los mecanismos epigenéticos como metilación del ADN, modificaciones de histonas, miARN y lncARN  son señales relativamente estables que contribuyen al desarrollo de la salud y la enfermedad. La metilación de ADN catalizada por ADN metiltransferasas es un mecanismo epigenético para la regulación de genes. La metilación de ADN  es vital para el desarrollo y la función del corazón durante los procesos de desarrollo y el progreso de enfermedades. El aumento de la metilación de ADN media la acción de los GC sobre la inhibición de la proliferación de cardiomiocitos y la estimulación de la prematura diferenciación de células terminales en el corazón en desarrollo. La hipoxia perinatal y la exposición a GC contribuyen a la programación durante el desarrollo fetal, provocando un aumento del riesgo de enfermedad en el adulto. El ambiente intrauterino adverso como la hipoxia materna puede disminuir el número de GR en el corazón y esta reducción de GR es sostenida en el adulto. La hipoxia materna podría regular la expresión de GR a través de la metilación de ADN y, por lo tanto, modificar la acción de los GC sobre el desarrollo y la función del corazón. La metilación de ADN es un potencial enlace entre la hipoxia prenatal y la regulación epigenética de la expresión de GR de la descendencia adulta en ratas. Entonces, la metilación de ADN es un mecanismo epigenético esencial en la mediación de los efectos de los GC en el desarrollo óptimo del corazón y en la función cardiaca después del nacimiento.

   Las modificaciones en la acetilación de histonas tienen un rol prominente en el desarrollo del corazón y los defectos cardiovasculares. El GR carece de actividad acetilasa por sí mismo. Sin embargo, puede interactuar con muchos de los complejos correpresores nucleares para reclutar desacetilasas de histonas. La desacetilasa de histona 2 (HDAC2) es requerida para el efecto inhibidor de los GC sobre la respuesta inflamatoria. En los macrófagos estimulados por LPS, la activación del GR atenúa el reclutamiento de p300 y la acetilación de histonas. Esta modificación de histonas dirige la represión manejada por GR de genes de la respuesta inflamatoria como IL-1a e IL-1b en los macrófagos estimulados por LPS. Por tanto, la desacetilación de histonas media el efecto inhibidor de los GC sobre la respuesta inflamatoria y guía la adaptación, manejada por la señal glucocorticoide, en el microambiente cardiaco durante el desarrollo cardiovascular y la enfermedad.

   Los miARN regulan numerosos procesos celulares y fisiológicos y su desregulación ha sido asociada con la enfermedad cardiaca. La interacción entre GC y miARN es un potencial mecanismo por el cual el estrés modula selectivamente la expresión de genes y por consiguiente influye en la salud cardiaca. La evidencia acumulada en los últimos años indica que los miARN modulan la producción de GC en la glándula adrenal y la respuesta a los GC de varios efectores como células inmunes, osteoblastos, células hepáticas y células esplénicas. Más aún, los GC influyen en la proliferación, supervivencia y función de las  células, en parte,  regulando la expresión de miARN. Por ejemplo, miARN-30c-5p y miARN-125b-5p juegan un rol esencial en la red reguladora de genes expresados diferencialmente relacionados con la señal GC e implicados en la cardiomiogénesis o la función cardiaca. Por tanto, los miARN juegan un rol esencial en la regulación de la expresión de GR y la señal GC en las células de soporte cardiaco, lo cual podría influir en el desarrollo y la salud del corazón.

   Estudios recientes revelan un importante rol de los lncARN en el desarrollo cardiaco, la regeneración y la enfermedad cardiaca. Los lncARN están relacionados con la señal GC en CE, fibroblastos y macrófagos. Dado que los GC son críticos para el desarrollo cardiaco, los cambios en los lncARN pueden contribuir al desarrollo y la función del corazón. Los patrones de la expresión de genes forman la base de la función de las CE incluyendo las CE cardiacas. El lncARN lethe puede ser inducido por agonistas del GR para inhibir la señal inducida por NF-κB y la inflamación en fibroblastos y macrófagos embrionarios.  

   En conclusión, la señal GC/GR juega un rol  esencial en la maduración de la función cardiaca durante la gestación tardía poco tiempo antes del nacimiento, mientras una señal GC insuficiente puede contribuir a complicaciones cardiovasculares comunes. Por otra parte, las investigaciones emergentes han encontrado que la excesiva exposición prenatal a los GC puede retardar la maduración cardiaca y causar problemas cardiovasculares en el adulto. Los GC participan en la programación del microambiente cardiaco, especialmente con acciones sobre las células de soporte incluyendo células endoteliales, células inmunes y fibroblastos.

Fuente: Song R et al (2019). Glucocorticoids and programming of the microenvironment in heart. Journal of Endocrinology 242: T121-T133.

Células grasas en el páncreas

Uno de los mayores riesgo para el desarrollo de diabetes mellitus tipo 2 (DMT2) es la obesidad. La obesidad comprende no solo el incremento en los depósitos de grasa subcutánea sino también la acumulación de grasa visceral. Los depósitos de grasa ectópicos incluyen la infiltración de adipocitos en el parénquima así como la formación de gotas de grasa en células distintas a los adipocitos en los tejidos. En el hígado, los hepatocitos acumulan grasa en gotas de lípidos intracelulares, mientras, en el páncreas, los lípidos son almacenados principalmente en adipocitos que infiltran el parénquima, aunque también ocurre en el páncreas  exocrino y las células de los islotes. . En humanos, la esteatosis pancreática puede ser detectada in vivo usando una variedad de técnicas no invasivas. La relación entre grasa pancreática y control glucémico es aún materia de debate. Mientras algunos estudios con individuos diabéticos y no diabéticos no reportan asociación entre el grado de contenido de grasa en el páncreas y la secreción de insulina, los análisis de pacientes con tolerancia a la glucosa alterada y/o incremento en la glucosa en ayuno sugieren que el control glucémico se deteriora en la medida que aumenta la cantidad de grasa pancreática.

   El adipocito blanco almacena lípidos en grandes gotas centrales. Cuando son estimulados, por ejemplo en la activación simpática durante condiciones de ayuno, los adipocitos secretan metabolitos como ácidos grasos, glicerol y lisofosfolípidos. Los adipocitos también controlan el metabolismo de lípidos y secretan lipoproteína lipasa (LPL), proteína que transfiere colesteril ester (CETP), apolipoproteína E (ApoE), proteína ligadora de retinol-4 (RBP-4) y lipocalina asociada a gelatinasa de neutrófilo (NGAL). Adicionalmente, los adipocitos actúan como células endocrinas secretando adipoquinas. Las adipoquinas son definidas como proteínas específicas de los adipocitos con actividad similar a las hormonas. Las hormonas leptina y adiponectiona regulan la ingesta de alimentos, la saciedad y el hambre. Otras hormonas producidas por los adipocitos son: apelina, resistina, visfatina, omentina y proteína similar a angiopoyetina-4 (ANGPTL-4). Las células grasas también promueven el crecimiento celular y la vascularización a través de la secreción de factor de crecimiento similar a insulina-1 (IGF-1), factores de crecimiento fibroblástico (FGF-1, FGF-2), factores de crecimiento transformantes (TGF-α, TGF-β), factor de crecimiento del nervio (NGF), factor estimulante de colonias de macrófagos (M-CSF), factor de crecimiento epidermal unido a heparina (HB-EGF), factor de crecimiento del endotelio vascular (VEGF) y factor de crecimiento de hepatocitos (HGF). Adicionalmente, los adipocitos producen quimioquinas y citoquinas incluyendo interleuquinas (IL-6, Il-8, Il-10, Il15, IL-18), factor inhibidor de la migración de macrófagos (MIF), proteína quimioatrayente de monocitos-1 (MCP-1),  proteína inflamatoria de macrófagos-1α (MIP-1α) y factor derivado de las células del estroma-1 (SDF-1), los cuales contribuyen a la inflamación de bajo grado local. Una variedad de factores complementarios y reactantes de fase aguda: inhibidor del activador de plasminógeno-1 (PAI-1), proteína C reactiva (CRP), haptoglobina (hp), proteína relacionada con pentraxina-3 (PTX3) y amiloide del suero-A (SAA), pueden ser agregados a la lista del secretoma del adipocito. Como consecuencia, las células grasas pueden tener diversos efectos humorales y paracrinos sobre la función de un órgano y el estatus metabólico del cuerpo entero. Si los adipocitos ejercen efectos beneficiosos o adversos depende del ambiente metabólico.

   Los adipocitos se originan a partir de células precursoras, los preadipocitos. Entre 15 y 50% de las células grasas en el tejido adiposo son preadipocitos. Mientras los adipocitos secretan citoquinas y factores de crecimiento, los preadipocitos ni almacenan lípidos ni producen adiponectina. Esta hormona, por tanto, es un marcador de adipocitos diferenciados. En consecuencia, los diferentes secretomas de preadipocitos y adipocitos pueden ejercer efectos paracrinos distintos sobre la función de los islotes pancreáticos. Por otra parte, la DMT2 puede afectar la diferenciación de preadipocitos y adipocitos.

   Las preparaciones in vitro de preadipocitos y adipocitos pancreáticos humanos producen citoquinas como IL-6 (codificada por el gen IL6), IL-8 (codificada por el gen CXCL8) y MCP-1 (codificada por el gen CCL2). Aunque los niveles de mARN de IL6 y CXCL8 de los adipocitos son menores que los de los preadipocitos, las sustancias abundantes en el plasma de humanos prediabéticos obesos, por ejemplo ácidos grasos (ácido palmítico) y la hepatoquina fetuína A, estimulan específicamente la producción de IL-6, IL-8 y MCP-1 en preadipocitos y adipocitos. La producción de hormona de crecimiento y adipoquinas permanece sin cambios. La estimulación selectiva de las citoquinas antes mencionadas puede disparar la inflamación local a través de la atracción de monocitos que se convierten en macrófagos. Estos macrófagos, a su vez, alteran la diferenciación de los preadipocitos. En pacientes obesos, el tejido adiposo visceral resistente a insulina expresa TNFα e IL-6. Sin embargo, los macrófagos tisulares, pero no las células grasas, son la mayor fuente de citoquinas citotóxicas como IL-1β, TNFα e INFγ, los cuales son ampliamente usados para la inducción in vitro de la apoptosis de células pancreáticas. Como el ácido palmítico y la fetuína A estimulan la producción de IL-6, IL-8 y MCP-1 en células grasas e islotes pancreáticos, estas quimioquinas también pueden influir en la función de las células β de una manera paracrina durante el desarrollo de  diabetes relacionada con la obesidad.

     Las células grasas acentúan la inflamación local. En islotes pancreáticos humanos aislados que presumiblemente no contienen adipocitos, se han encontrado altos niveles del transcripto CCL2, mientras los niveles de mARN de IL-6 y CXCL8 son bajos. La MCP-1 es secretada por las células de los islotes y provoca una infiltración de monocitos en los islotes. Esta actividad quimiotáctica de la MCP-1 juega un rol crucial en el rechazo de los trasplantes de islotes. Los adipocitos tisulares también secretan MCP-1 y activan la inflamación local. En páncreas humano, el número de células del linaje monocitos aumenta en la vecindad de los adipocitos. La citoquina clave producida por estos monocitos es la IL-1β.  En islotes aislados, la producción de IL-1β es estimulada por la activación del receptor similar a toll-4 (TLR-4) inducida por  polisacáridos (LPS) o ácido palmítico. Múltiples observaciones in vitro proporcionan evidencia de un efecto citotóxico directo de la IL-1β sobre las células β. Sin embargo, además del efecto citotóxico, el cual es más prominente cuando la IL-1β es usada conjuntamente con IFNγ y TNFα, la  inflamación de bajo grado y las concentraciones plasmáticas postprandiales de IL-1β estimulan la secreción de insulina.

   El rol de la IL-6 en el metabolismo no es entendido completamente.  Durante el ejercicio, la IL-6 es liberada por células musculares en grandes cantidades y los niveles circulantes de IL-6 aumentan 50-100 veces. La DMT2 está asociada con una elevación de 2-4 veces los niveles circulantes de IL-6 en comparación con humanos no diabéticos. La masiva liberación de IL-6 durante el ejercicio incrementa la sensibilidad a la insulina en los músculos a través de una acción directa sobre el receptor de insulina. Por el contrario, en los hepatocitos, la Il-6 induce resistencia a la insulina. La IL-6 es también un conocido regulador de la homeostasis de adipocitos en la obesidad. Estos efectos contrastantes de la IL-6 pueden explicar el efecto menor de la deficiencia de  IL-6  sobre la homeostasis de la glucosa en ratones. En islotes pancreáticos, hasta el presente no se ha demostrado un efecto estimulador de la IL-6 sobre la secreción  de insulina. En ratones, la sobre expresión hepática de IL-6 mejora la tolerancia a la glucosa y provoca un incremento en la secreción de insulina estimulada por glucosa. El efecto beneficioso sobre la tolerancia a la glucosa en ratones puede ser explicado, al menos en parte, por un efecto estimulador de la IL-6 sobre la secreción de GLP-1 por células intestinales. Estudios recientes sugieren que la IL-6 protege a las células β del estrés oxidativo a través de la estimulación de la autofagia. La secreción de IL-6 por los adipocitos pancreáticos contribuye a aumentar los niveles locales de la citoquina y favorece la protección de células β. En las células α de los islotes pancreáticos, que secretan glucagón, el tratamiento con IL-6 incrementa la proliferación celular. Por otra parte, la producción de IL-8 también es estimulada a través de la activación del TLR4 en islotes humanos. La IL-8 deriva de células α pancreáticas y sirve como quimioatrayente para monocitos.

   La inflamación y la producción de ROS provocan fibrosis y perfusión insuficiente, las cuales son complicaciones de la diabetes de larga duración. La situación en el páncreas, sin embargo, no está clara. La arquitectura de los islotes es alterada durante la diabetes tardía cuando los depósitos de amiloide pueden ser visualizados, estos depósitos en la matriz extracelular contribuyen a la alteración de la secreción de insulina. Sin embargo, múltiples estudios in vitro han fracasado en proporcionar un cuadro concluyente. Si los depósitos de amiloide o fibróticos contribuyen a la alteración de la secreción de insulina aún no ha sido verificado. La fibrosis y la vascularización pueden determinar si la insulina alcanza  la circulación sanguínea rápida y eficientemente. La formación de vasos sanguíneos en los islotes pancreáticos, así como la diferenciación y función de las células β depende de la presencia de VEGF-A y, en su ausencia, se produce una reducción de la vascularización y la producción y secreción de insulina. Los islotes pancreáticos humanos y los adipocitos producen VEGF-A para facilitar el mantenimiento de suficiente vascularización con relación al grado de abundancia de células grasas. 

   Las células grasas producen y secretan leptina y adiponectina. Los preadipocitos sintetizan leptina mientras la producción de adiponectina es inducida en la diferenciación en adipocitos. La señal leptina está relacionada con un incremento en la actividad de canales de potasio a través de la activación de las rutas de señalización AMPK y PI3K dependiente de JaK2. El mecanismo subyacente involucra receptores NMDA y la activación de la AMPK. La inhibición de la secreción de insulina estimulada por glucosa inducida por la leptina está relacionada con la actividad de la PKA y la activación de la fosfodiesterasa PDE3B en islotes de roedores y humanos. Un efecto de la leptina en el sistema nervioso central puede regular indirectamente la secreción de insulina. La expresión de receptores de leptina y adiponectina ha sido demostrada en islotes pancreáticos de roedores y humanos. La principal acción de la adiponectina sobre las células β es un efecto anti-apoptosis a través de la activación de la AMPK. En humanos con tolerancia a la glucosa alterada, la fetuina-A –pero no la adiponectina- está asociada con reducción de la secreción  de insulina.

   La vecindad de adipocitos a los islotes pancreáticos puede incrementar las concentraciones locales de ácidos grasos en situaciones de aumento de la lipólisis, pero puede reducir la disposición local de ácidos grasos bajo situaciones de lipogénesis. Mientras la insulina promueve la lipogénesis, la estimulación simpática, a través de receptores β-adrenérgicos  y condiciones de ayuno, activa la lipólisis, lo cual resulta en una elevación local de ácidos grasos. En humanos, los ácidos grasos estimulan la secreción de insulina aun en presencia de concentraciones bajas, no estimuladoras, de glucosa. Sin embargo, la elevación crónica  de ácidos grasos altera la función de las células β, principalmente por efectos citotóxicos como la promoción de muerte celular por apoptosis. Muchos estudios sugieren que los ácidos grasos saturados inducen -mientras los ácidos grasos insaturados inhiben- la muerte de células β. No más de 10-20% de los ácidos grasos liberados por los adipocitos durante la lipólisis son saturados, la mayor parte consiste en ácidos grasos mono- y poliinsaturados. La lipólisis es inducida por la activación del receptor β-adrenérgico expresado en la membrana plasmática del adipocito. Entonces, por una parte, la activación simpática promueve la lipólisis y por otra, la noradrenalina inhibe la secreción de insulina en roedores y humanos.  La  inhibición de la secreción de insulina puede acentuar la lipólisis, la cual no es inhibida mayormente por la insulina. Mientras la estimulación de la lipólisis es ejercida a través de receptores β-adrenérgicos, la inhibición de la secreción de insulina es mediada vía receptores α₂-adrenérgicos y es acompañada por una reducción de cAMP y Ca²⁺ citoplasmático. Los receptores α₂-adrenérgicos son expresados en las células β. Sin embargo, se ha propuesto que el efecto inhibidor sobre la secreción de insulina en humanos es mediado solamente a través de receptores α₂-adrenérgicos expresados en células endoteliales, reduciendo el flujo sanguíneo. Entonces, la relación entre adipocitos pancreáticos e islotes está determinada por el estatus metabólico, el cual modula tanto al secretoma de los adipocitos como la función de los islotes.

   Desde el punto de vista de la célula β, la hiperglucemia se desarrolla cuando la respuesta de la célula β está alterada. La elevación de glucosa no es, por tanto, la causa primaria, sino una consecuencia, de la insuficiencia de la célula β. Durante la progresión de la diabetes, la hiperglucemia persistente ejerce efectos glucotóxicos adicionales. En condiciones de ayuno y bajo estimulación simpática, la lipólisis estimulada localmente puede incrementar la concentración de ácidos grasos en el tejido y aumentar la secreción de insulina. Varios estudios sugieren que la exposición de larga duración a los ácidos grasos agota las células β porque induce hipersecreción crónica de insulina, pero luego  altera la biosíntesis de insulina. En consecuencia, la reducida e insuficiente secreción de insulina favorece los episodios hiperglucémicos.  Por tanto, la hipersecreción de insulina dependiente de ácidos grasos podría ser una causa de la insuficiencia relativa de insulina, una característica de la DMT2.

   En conclusión, el secretoma de los adipocitos en el páncreas es regulado por el estatus metabólico, lo cual impacta sobre la función endocrina; es decir,  la secreción de insulina y la supervivencia y muerte de células β. Los adipocitos pancreáticos humanos almacenan lípidos y liberan adipoquinas, metabolitos y moléculas pro-inflamatorias en respuesta al estatus metabólico, humoral y neural. El incremento en la captación de combustibles en los adipocitos locales puede afectar la concentración local de ácidos grasos y glucosa, lo cual puede tener un impacto sobre la estimulación de las células endocrinas pancreáticas. Por otra parte, en condiciones de incremento en la lipólisis, la acumulación local de ácidos grasos puede acentuar la secreción de insulina e influir crónicamente en la supervivencia de la célula β. En consecuencia, los factores producidos localmente y secretados diferencialmente inicialmente pueden influir en la función de la célula β y, más tarde en el desarrollo de la enfermedad, conjuntamente con la hiperglucemia persistente, reducir la masa de células β.  

Fuente: Gerst F et al (2019). What role do fat cells play in pancreatic tissue? Molecular Metabolism 25:1-10.

Epigenética, obesidad y diabetes tipo 2

La epigenética es definida como cambios heredables en la función del gen que tienen lugar sin un cambio en la secuencia del ADN. Esta definición clásica sugiere que la epigenética es un rasgo heredable. Sin embargo, a pesar del conocimiento que el patrón epigenético generalmente es copiado a través de divisiones celulares mitóticas, la herencia a través de generaciones está menos bien establecida. Actualmente, es común analizar las modificaciones epigenéticas en células que no se dividen y por tanto estas modificaciones pueden no ser heredables, pero pueden afectar la expresión y la función de genes célula-específicos. Para entender si la epigenética contribuye a una enfermedad, es necesario identificar las alteraciones epigenéticas en los sujetos enfermos. Sin embargo, una vez identificadas las alteraciones, es necesario determinar si ellas son causa de –o son secundarias a- la enfermedad. Más aún, dado que los patrones epigenéticos son célula-específicos, es esencial estudiar tejidos de importancia para una determinada enfermedad; por ejemplo, islotes pancreáticos, músculo esquelético, tejido adiposo e hígado para la diabetes tipo 2 (DT2).

   El epigenoma incluye la metilación del ADN, las modificaciones de histonas y los ARN no codificantes, los cuales pueden regular la diferenciación celular, la expresión de genes célula-específicos, la inactivación del cromosoma X y la estabilidad y estructura genómica. La metilación del ADN tiene lugar en una citosina, principalmente en el contexto CG o en los llamados sitios CpG, y en menor extensión en el contexto no CG. Las metiltransferasas DNMT1, DNMT3A y DNMT3B son responsables de la adherencia de grupos metilo al ADN durante la replicación y la metilación de novo. Estas metiltransferasas usan a la S-adenosil-L-metionina (SAM) como donadora de grupos metilos. Hay una desmetilación pasiva, por ejemplo, si la actividad de DNMT o la cantidad de donadores de metilo es baja durante la replicación, y una desmetilación activa, por ejemplo por las enzimas TET (ten eleven translocation), las cuales pueden oxidar grupos metilos a hidroximetilos. La desmetilación pasiva también puede ocurrir cuando una citosina metilada es primero oxidada a hidroximetil-citosina por enzimas TET, la cual no es reconocida por la DNMT1 y se convierte en citosina no metilada. Los investigadores han encontrado cientos de modificaciones posttranslacionales incluyendo acetilación, metilación, fosforilación y ubiquitilación en amino terminal de histonas. Un gran número de enzimas son responsables de agregar y remover modificaciones de histonas, contribuyendo a una compleja regulación epigenética. Hay una íntima relación entre formación de cromatina, modificaciones de histona, metilación de ADN y actividad de genes. 

   La epigenética es uno de los mecanismos que relacionan factores ambientales con alteraciones en la actividad de genes y, en este contexto, relaciona el cambio rápido en los hábitos alimenticios con los fenotipos de obesidad. Como parte del epigenoma, la metilación de ADN también puede ser un mecanismo que relaciona la obesidad con condiciones clínicas. En 2013, un estudio identificó varios sitios CpG asociados con obesidad en sujetos jóvenes y demostró que la varianza de metilación de ADN es mayor en los casos obesos que en los controles delgados. Este estudio también indica que la metilación diferencial y la variabilidad diferencial podrían predecir la obesidad con un 70% de confidencia aproximadamente. Otro estudio identificó cinco sitios CpG asociados con el índice de masa corporal (IMC), de los cuales tres están localizados en el HIF3A, y al aumentar la metilación aumenta el IMC. El HIF3A codifica al factor inducible por hipoxia 3 subunidad alfa, el cual es parte de un grupo de factores de transcripción heterodiméricos que regulan la respuesta a la hipoxia. Recientemente, han sido descritos 29 nuevos sitios CpG asociados con obesidad, los cuales replican en neutrófilos demostrando que los resultados en leucocitos de sangre periférica no se deben a alteraciones en la composición del tipo de célula. Este estudio sugiere una relación directa entre metilación del ADN, expresión de genes y obesidad por varios genes, incluyendo SOCS3 donde la obesidad está asociada con disminución de la metilación e incremento en la expresión de genes. La expresión de SOCS3 es regulada al alza en la obesidad y está demostrado que induce resistencia a la insulina y la leptina, con implicaciones para el control de la glucosa sanguínea y la homeostasis energética. La obesidad es considerada una enfermedad heterogénea, en la cual puede influir el fondo genético, el género y la especificidad de tejido. Los datos de metilación del ADN de tejido adiposo humano, un órgano de importancia para la obesidad, apoyan un rol de la epigenética en la patogénesis de la enfermedad.

   Los primeros estudios epigenéticos fueron desarrollados en islotes pancreáticos y músculo esquelético  de pacientes con DT2. Aunque estos estudios solo analizaron la metilación del ADN de genes candidatos o partes del genoma, identificaron patrones de metilación alterados en humanos con DT2 en comparación con controles no diabéticos, lo cual claramente apoyan un rol de la epigenética en la creciente incidencia de diabetes. La DT2 se caracteriza por niveles de glucosa sanguínea crónicamente elevados, los cuales se desarrollan debido  a resistencia a la insulina en combinación con alteraciones de la secreción de insulina. Está  bien establecido que la edad, el estilo de vida sedentario y la obesidad contribuyen a la resistencia a la insulina en tejidos como músculo esquelético, hígado y tejido adiposo. La función de los islotes pancreáticos disminuye  después de la exposición prolongada a niveles elevados de lípidos y glucosa. Varios estudios han analizado la metilación de ADN de genes candidatos para DT2 como INS (codifica a la insulina), PDX1, PPARGC1A (codifica al PGC1α) y GLP1R (codifica al receptor de GLP-1) en islotes pancreáticos humanos de donantes con DT2 y controles no diabéticos. Los islotes de los donantes DT2 tienen aumentada la metilación de ADN y disminuida la expresión de estos genes claves, lo cual está asociado con alteración de la secreción de insulina. Adicionalmente, la elevación de la glucosa sanguínea y de la hemoglobina glucosilada (HbA1c) incrementan directamente la metilación del ADN de estos genes. Estos estudios identificaron numerosos sitios CpG con metilación de ADN alterada en tejidos de pacientes con DT2, apoyando el rol de la epigenética en la patogénesis de la diabetes. Los niveles de metilación de los islotes se relacionan con ciertos marcadores de histonas y las combinaciones de estos diferentes marcadores epigenéticos forman parte de la maquinaria que controla la actividad de los genes y la estructura de la cromatina. Los cambios epigenéticos en los pacientes con DT2 pueden eventualmente contribuir a las complicaciones vasculares. En este contexto, hay reportes que relacionan las modificaciones epigenéticas con complicaciones diabéticas como retinopatía, enfermedad renal e infarto de miocardio.

   Las DNMT pueden adherir grupos metilo al ADN y las histonas. Para activar una óptima regulación de genes, este proceso necesita ser balanceado a través del genoma y todas las células humanas. La dieta contiene metionina y folato como donadores de metilo. Los sujetos con DT2 tienen reducidos niveles de folato en la circulación. Estos niveles de folato se correlacionan  positivamente con el grado de metilación de ADN. Más aún, una alta ingesta de folato a través de la dieta está asociada con un menor riesgo de diabetes en las mujeres. Por otra parte, la ingesta de ácidos grasos saturados puede afectar el epigenoma, la exposición a altos niveles de palmitato incrementa la actividad de la histona acetil transferasa (HAT) y altera la acetilación de histonas. Adicionalmente, el metabolismo intracelular proporciona grupos acetil, los cuales pueden ser adheridos a –o removidos de- histonas por HAT o HADC, respectivamente, y por tanto regulan la actividad de genes. Este conocimiento fundamental sugiere  que la dieta no sana de muchas personas obesas y diabéticas puede afectar su epigenoma y provocar enfermedades. Para estudiar el impacto de los factores de la dieta sobre el epigenoma de islotes pancreáticos humanos, éstos fueron expuestos in vitro a altos niveles de glucosa o palmitato por 48 horas. La exposición a glucosa y palmitato alteran la secreción de insulina estimulada por glucosa. Por otra parte, la exposición a altos niveles de glucosa altera la metilación y expresión de algunos genes, pero el palmitato tiene un efecto más pronunciado sobre los islotes. Entonces, los factores dietéticos alteran el epigenoma en varios tejidos de importancia para el metabolismo y por consiguiente pueden afectar la expresión de genes y la patogénesis de la obesidad y la DT2.  

   La leptina y la adiponectina son expresadas y secretadas por los adipocitos. Estas dos adipoquinas controlan la ingesta de alimentos y la sensibilidad a la insulina. Los sujetos obesos y DT2 tienen mayores niveles de leptina y menores niveles de adiponectina que los controles sanos, lo cual contribuye a la desregulación de su saciedad y la sensibilidad a la insulina. Un estudio reciente reporta los efectos de 36 horas de ayuno sobre la metilación de ADN y la expresión de los genes que codifican a la leptina y la adiponectina (LEP y ADIPOQ) en tejido adiposo humano de hombres jóvenes  sanos que nacieron con bajo peso (LBW) o con peso normal (NBW). El ayuno incrementa la metilación de sitios CpG de LEP y ADIPOQ en los hombres NBW pero no afecta a los hombres LBW. Esto puede deberse a una menor flexibilidad epigenética en los hombres LBW, los cuales tienen un mayor grado de metilación en LEP y ADIPOQ a nivel basal que los hombres NBW, por lo que su metilación no aumenta más en respuesta al ayuno. Más aún, los niveles plasmáticos de leptina disminuyeron con el ayuno de 36 horas en ambos grupos, mientras no se observaron cambios en los niveles plasmáticos de adiponectina en ambos grupos.

   El ejercicio tiene un efecto beneficioso sobre la homeostasis de la glucosa, el balance energético y el sistema inmune. En humanos, varios estudios han investigado cómo el ejercicio, agudo o de larga duración, influye en la metilación de ADN del músculo esquelético y el tejido adiposo. Uno de estos estudios descubrió una alteración de la metilación de ADN de genes de las rutas de señalización MAPK, insulina y calcio de músculo esquelético de hombres con historia familiar de DT2. Este estudio también demostró que el ejercicio de larga duración altera la metilación de ADN de genes importantes en la fisiología del músculo esquelético. En el tejido adiposo, la epigenética también es alterada en respuesta al ejercicio. Los experimentos funcionales in vitro confirman que la epigenética puede ser el enlace entre el ejercicio y el metabolismo del adipocito. La respuesta epigenética al ejercicio es más evidente en el estado entrenado que en el estado no entrenado, mientras la respuesta transcripcional al ejercicio agudo es reducida después de un período de entrenamiento. Actualmente, es evidente que el ejercicio tanto agudo como de larga duración impactan significativamente la metilación de ADN de una manera específica de gen y tejido.

   En conclusión, los mecanismos epigenéticos controlan la actividad de genes y el desarrollo de un organismo. El epigenoma incluye  metilación de ADN, modificaciones de histonas y procesos mediados por ARN, y la disrupción de este balance puede causar varias patologías y contribuir a la obesidad y la diabetes tipo 2. La predisposición genética y la edad, contribuyen a la variabilidad epigenética, y varios factores ambientales, incluyendo el ejercicio y la dieta, interactúan con el epigenoma humano.

Fuente: Ling C, Rönn T (2019). Epigenetics in human obesity and type 2 diabetes. Cell Metabolism 29: 1028-1044.

Hormonas tiroideas e inmunidad innata

La evidencia acumulada en las últimas décadas revela una relación bidireccional entre las hormonas tiroideas (HT) y el sistema inmune. Esta relación ha sido demostrada en varias condiciones fisiopatológicas de la función de la glándula tiroides y la inmunidad innata y adaptativa. Muchas situaciones que afectan primariamente la acción de las HT tienen un impacto sobre las características y/o funciones de las células inmunes y son trasladadas al estatus de defensa del huésped y desórdenes relacionados. A su vez, los desórdenes relacionados con las células inmunes conducen a las  disfunciones tiroideas más frecuentes, las cuales  tienen un origen autoinmune.

   La glándula tiroides produce 3,3´, 5,5´-tetrayodo-L-tiroxina (T4) y 3,3´,5-triyodo-L-tiroxina (T3), principalmente bajo regulación de la hormona estimulante de la tiroides (TSH). Mientras esta glándula secreta el 100% de la T4 circulante, proporciona solo un bajo porcentaje de los niveles plasmáticos de T3, la HT más activa fisiológicamente. La mayor parte de T3 deriva de la desyodación periférica de T4.  A nivel de la célula blanco, la acción de las HT es genómica (nuclear) y no genómica. La primera requiere T3 y los receptores (TR) nucleares específicos: TRα1, TRβ1, TRβ2 y TRβ3 y es controlada por un complejo de proteínas que comprende correpresores y coactivadores. La translocación de los TR del citosol al núcleo es un proceso funcionalmente activo. En este sentido, los efectos no genómicos ejercidos intracelularmente por los TR y sus variantes truncadas ocurren rápidamente y pueden ser observados en el citoplasma, las mitocondrias y otros organelos, y son independientes de la actividad del receptor nuclear y de la síntesis de proteínas. Muchos efectos conducidos por TR citoplasmáticos involucran la activación de la Akt dependiente de PI3K. Más aún, las acciones no genómicas de las HT también son iniciadas en la membrana plasmática a través de diferentes proteínas. La mejor estudiada es la integrina ανβ3, la cual se une principalmente a  T4 y ácido tetrayodotiroacético (tetrac), un derivado de T4, e induce la activación de AMPK, PI3K/Akt y MAPK. La acción de las HT requiere una apropiada interacción entre transportadores de HT en la membrana plasmática, desyodasas de HT y expresión de TR. Los principales transportadores de HT incluyen los transportadores monocarboxilato (MCT) 8 y 10, los polipéptidos transportadores de aniones orgánicos (OATP) y los transportadores de grandes aminoácidos neutros (LAT). Los transportadores MCT8, MCT10 y LAT tienen mayor afinidad por T3 que por T4. Las concentraciones celulares de HT son reguladas por la actividad de las desyodasas D1, 2 y 3. La D2 es una enzima activadora, responsable de la producción periférica de 50-80%  de T3 derivada de T4. Por el contrario, la D3 restringe la acción de la T3, convirtiendo T4 y T3 en metabolitos inactivos. Los transportadores de HT y las desyodasas exhiben un perfil de  expresión particular que es específico de célula y estado metabólico. 

   Los neutrófilos son la primera línea de defensa contra bacterias y hongos y también ayudan a combatir virus y parásitos. Ellos viajan por vía sanguínea al sitio de la inflamación donde matan los microorganismos  a través de quimiotaxis, fagocitosis, síntesis de citoquinas y liberación de sustancias reactivas de oxígeno (ROS) y proteínas granulares como la mieloperoxidasa (MPO). Los neutrófilos humanos expresan TR. La administración de T3 a ratas incrementa la actividad respiratoria de leucocitos polimorfonucleares (PMNL) aislados con aumento de la actividad de la NADPH oxidasa y la MPO. El incremento en el consumo de oxígeno en mitocondrias y la producción de ROS han sido reportados en PMNL de pacientes con enfermedad de Graves o adenoma tóxico. Más aún, la administración de T3 a sujetos eutiroideos induce la generación de ROS por los PMNL. Sin embargo, una disminución en el metabolismo oxidativo ha sido registrada en PMNL humanos durante el hipotiroidismo, la cual fue revertida con la terapia sustitutiva con T4. Adicionalmente, el hipotiroidismo causa cambios en la composición de lípidos de la membrana de PMNL que pueden estar involucrados en la alteración de su función. La T4 y su metabolito 3,5-T2 así como la T3 inducen la actividad respiratoria y estimulan la actividad de la MPO en PMNL humanos. Estos efectos son mediados por un mecanismo no genómico que se inicia en la membrana plasmática que depende de los niveles de PKC y Ca²⁺. Adicionalmente, la producción de O₂^- en PMNL en reposo de pacientes hipertiroideos es elevada en comparación con los controles o sujetos hipotiroideos. El metabolismo de HT juega un rol importante en la función de los neutrófilos durante la infección. Los neutrófilos humanos expresan D3, D1, MCT10 y TRα1, los cuales podrían estar involucrados en la acción de las HT en este tipo de células. La evidencia reciente apoya la noción que la D3 juega un rol en la capacidad de los neutrófilos para matar  bacterias, a través de la generación de yoduro por el sistema MPO o a través de la modulación de la disponibilidad intracelular de  HT. Los resultados recientes demuestran que los niveles intracelulares de HT son regulados por la D3 y juegan un rol clave en la función de los neutrófilos en ratones y humanos.

   Las células “natural Killer” (NK) median actividades catalíticas contra tumores y blancos infectados por virus. Las células  NK pueden adquirir cualidades funcionales asociadas con la memoria inmunológica. Los estudios de los efectos de las HT sobre  estas células arrojan resultados conflictivos. Algunos estudios reportan una correlación positiva entre la concentración plasmática de T3 y la actividad de las células NK en sujetos sanos. Sin embargo, la administración de T3 exógena incrementa la actividad de las células NK solamente en individuos viejos cuya concentración de T3 se encuentra en el extremo inferior del rango de referencia.  Aunque la funcionalidad de las células NK está alterada en los pacientes con enfermedad de Graves, puede ser restaurada en el estado eutiroideo. En ratones, la hipertiroxinemia reduce la capacidad de las células NK para lisar las células blanco, mientras la administración de T4 o T3 exógena incrementa la actividad lítica de las células NK. El interferón γ (IFN-γ) endógeno juega un rol relevante en la defensa del huésped contra infecciones y enfermedades neoplásicas por mecanismos que involucran la modulación de la función de las células NK. La T3 y la T4 incrementan la respuesta al IFN-γ en las células NK de ratón, mientras la T4 amplifica el efecto inducido por el IFN-γ. Estos hallazgos sugieren un rol de las HT en la  modulación de la sensibilidad de las células NK al IFN-γ. Un estudio reciente relaciona las células NK uterinas (los leucocitos más prominentes en la interfase materno-fetal) con las HT. Estas células expresan MCT8, MCT10, TRα1 y TRβ1 en el primer trimestre del embarazo humano.

   Los macrófagos están estratégicamente  posicionados en todos los tejidos del cuerpo y pueden reconocer y remover patógenos, toxinas, restos celulares y células apoptóticas. Los macrófagos residentes en tejidos de adulto dependen del reabastecimiento por monocitos sanguíneos derivados de la médula ósea, con los monocitos circulantes reclutados en los tejidos por factores quimiotácticos. Entre otros nombres, los macrófagos residentes en tejido son referidos como “microglia” en el sistema nervioso central y “células de Kupffer” en el hígado. Dependiendo de la señal y la dosis, una segunda estimulación puede resultar en tolerancia o inmunidad entrenada.  En respuesta a un estímulo, los macrófagos diferenciados se polarizan en macrófagos M1, clásicamente activados, y M2, alternativamente activados. Los macrófagos M1 fagocitan y destruyen microbios, eliminan células tumorales y presentan antígenos a las células T a través de la producción de ROS, la expresión de la sintetasa de óxido nítrico inducible (iNOS) y la liberación de citoquinas pro-inflamatorias, por lo tanto promueven la respuesta T helper (Th)1. Por el contrario, los macrófagos M2 muestran un fenotipo inmunosupresor que se caracteriza por una disminución de la presentación de antígenos a las células T y la producción de citoquinas que estimulan la respuesta Th2. Estas células reguladoras están involucradas en la reparación tisular, la promoción del crecimiento tumoral y ejercen efectos antiparasitarios.

   Los macrófagos expresan TRα y TRβ. Adicionalmente, los macrófagos de ratones y humanos expresan D2, MCT8 y MCT10. Las actividades de las enzimas claves de la glucólisis son reguladas por las HT en estas células, afectando el metabolismo y la función de los macrófagos. La estimulación del sistema inmune en ratas hipertiroideas revela la supresión de la migración de monocitos y de  la producción de ROS por los macrófagos. Por el contrario, en ratas hipotiroideas, aumenta la liberación de ROS y la migración de monocitos no es afectada. La respuesta inflamatoria ejercida por los macrófagos es estimulada durante el hipotiroidismo e inhibida en el curso del hipertiroidismo. La suplementación de T4 a ratas y ratones en modelos de infección bacteriana aumenta la supervivencia del animal y atenúa la septicemia y la respuesta inflamatoria. El cambio de fenotipo M1 a M2 protege al organismo de la inflamación excesiva, mientras el cambio de M2 a M1 previene reacciones alérgicas Th2, disminuye las propiedades bactericidas de los macrófagos y favorece la resolución de la inflamación. En este sentido, la T3 reduce la diferenciación de monocitos en macrófagos e induce un fenotipo M1. La T3 disminuye la expresión de genes regulados por macrófagos activados por M2 a través de un mecanismo mediado por TRβ1.   Las modificaciones de las condiciones homeostáticas del tejido nervioso promueven la activación de microglias, la liberación de mediadores inflamatorios y la fagocitosis de células dañadas. Es conocido que la T3 modula el desarrollo de las microglias y funciones como migración y fagocitosis por rutas genómicas y no genómicas. El mecanismo molecular involucra la captación de T3 por transportadores de HT y la unión a TR, lo cual dispara múltiples rutas de señalización. Por otra parte, el hígado es uno de los más relevantes  tejidos blanco de las HT y la aceleración del consumo celular de O₂^- inducida por la T3 resulta en elevada producción de ROS y NO. En este contexto, la actividad de los radicales libres estimulada por T3, reduce las defensas antioxidantes celulares provocando estrés oxidativo en ratas, un fenómeno que también se observa en el hipertiroidismo humano. Las células de Kupffer son los principales atrapadores de patógenos derivados del intestino. La T3 promueve la hiperplasia e hipertrofia de estas células, con un aumento de la actividad respiratoria. La respuesta hepática inducida por T3 involucra la proliferación celular asociada con la generación de TNF-α por las células de Kupffer. 

   Las células dendríticas (CD) son las principales células presentadoras de antígeno en la interfase entre la inmunidad innata y la inmunidad adaptativa. Ellas integran señales derivadas de infección o daño y presentan antígenos procesados a las células T. las principales CD incluyen CD convencionales (clásicas o mieloides) y CD plasmacitoides (pCD). Las CD son funcionalmente diferentes a los macrófagos. Las CD inmaduras tienen sustancial actividad endocítica pero baja expresión de las proteínas del complejo mayor de histocompatibilidad (MHC) clase I y clase II. En presencia de un estímulo, las CD maduras tienen una considerable reorganización citoplasmática, transportan complejos péptido-MHC a la superficie celular y regulan al alza moléculas co-estimuladoras. Las CD inmaduras son bastante inmóviles, pero  después de procesar antígenos o señales de daño tienen un proceso de activación que provoca un incremento en la motilidad debido a la regulación al alza del receptor  CC-quimioquina 7 (CCR7). La interacción del CCR7 con su ligando guía a las CD hacia órganos linfoides secundarios. Las CD expresan los transportadores MCT10 y LAT2 así como también las desyodasas D2 y D3. Las HT, principalmente T3, favorecen la maduración de  monocitos de sangre periférica humana en CD funcionales. Las concentraciones fisiológicas de T3 inducen la activación funcional de las CD y manejan el perfil Th1. Este efecto involucra la activación de las rutas Akt y NF-kB y es contrarrestado por los glucocorticoides. En ratones, la unión de T3 al TRβ incrementa la viabilidad de las CD y aumenta la expresión de CCR7, por lo tanto maneja la migración de las CD hacia los nodos linfáticos. La T3 también incrementa la capacidad de las CD humanas para regular al alza  la respuesta proliferativa y la secreción de IL-12 por células mononucleares de sangre periférica. El rol pro-inflamatorio de la IL-12 y su participación en las enfermedades autoinmunes confiere relevancia clínica a este hallazgo. Los pacientes con enfermedad de Graves exhiben elevados niveles circulantes de IL-12.

   En conclusión, la relación entre la acción de las HT y el sistema inmune ha sido establecida a nivel fisiológico y fisiopatológico. Sin embargo, su conexión es compleja y aún no es entendida completamente. El conocimiento de los efectos de las HT y el estatus tiroideo sobre la inmunidad innata ayudan a entender las complejas repuestas adaptativas con implicaciones en la inmunopatología, incluyendo la inflamación, el cáncer y la autoinmunidad.

Fuente: Montesinos MM, Pellizas C (2019). Thyroid hormone action on innate immunity. Frontiers in Endocrinology 10:350.