REVISIîN |
L’pidos y diabetes tipo 2. Desarrollo de nuevas terapias basadas en el metabolismo lip’dico
JosŽ Carlos Rodr’guez Rey
Departamento de Biolog’a Molecular. Facultad de Medicina. Universidad de Cantabria. Avda. Cardenal Herrera Oria s/n 39011 Santander.
e-mail: rodriguj@unican.es
Recibido el 27 de agosto de 2013. An. Real Acad. Farm. Vol 79, N¼ 3 (2013), pag. 412-433.
RESUMEN
La diabetes tipo 2 es una de las principales causas de morbilidad a nivel global. La enfermedad se desarrolla tras una fase m‡s o menos prolongada en la que los tejidos presentan resistencia a insulina. En el mœsculo, la resistencia a insulina se manifiesta como un bloqueo a la entrada de glucosa, mientras que en el h’gado da lugar a un aumento de la gluconeogŽnesis y de la s’ntesis de l’pidos. En ambos tejidos la propia acumulaci—n de l’pidos es la principal causa de la resistencia, que se produce por un aumento de la cantidad de diacilgliceroles intracelulares. Estos activan diversas prote’n quinasas de la familia PKC que a su vez interfieren con el proceso de se–alizaci—n por insulina. En el h’gado esta interferencia afecta parcialmente a la se–alizaci—n. La insulina produce un aumento de la s’ntesis de l’pidos, sin ser capaz de bloquear la gluconeogŽnesis. El resultado es una progresiva acumulaci—n de l’pidos que agrava el fen—meno de resistencia y que, de no revertirse, progresar‡ hasta una diabetes tipo 2. La regulaci—n a largo plazo de la s’ntesis de l’pidos por insulina est‡ mediada por el factor de transcripci—n SREBP-1c. La s’ntesis de Žste est‡ regulada por numerosos receptores nucleares, y la utilizaci—n de ligandos de estos œltimos est‡ proporcionando una nueva v’a para la prevenci—n y el tratamiento de la diabetes tipo 2. |
Palabras clave: Diabetes tipo 2; Quinasas; H’gado.
ABSTRACT
Lipid metabolism in type 2 diabetes and development of new lipid- based therapies
Type 2 diabetes is one of the major causes of global morbidity. The disease develops after a period of insulin resistance of variable length. In skeletal muscle, insulin resistance is characterized by an impairment of glucose transport whereas in liver there are increases in both gluconeogenesis and lipid synthesis. In both tissues lipid accumulation is responsible for insulin resistance because of increases in intracellular diacylglycerols. These activate several members of the PKC family of protein kinases, which, in turn, impair the insulin-signaling pathway. Insulin signaling is only partially affected in the resistant liver and thus insulin induces an increase in lipid synthesis without being able to block gluconeogenesis. As a consequence, lipids progressively accumulate and worsen insulin resistance, in a process, which, if not reversed, will result in an overt, type 2 diabetes. The transcription factor SREBP-1c is the major effector of long-term regulation of lipid synthesis by insulin. The synthesis of SREBP-1c is regulated by several nuclear receptors and the utilization of their ligands is opening a new therapeutic approach for the prevention and treatment of type 2 diabetes. |
Keywords: Type 2 diabetes; Kinases; Liver.
introducci—n
La diabetes tipo 2 es una de las principales causas de morbilidad en todo el mundo. Relativamente rara a principios de siglo XX, el aumento de su frecuencia est‡ ligado al aumento de la obesidad y el sedentarismo. De cumplirse las proyecciones de la Organizaci—n Mundial de la Salud, en el a–o 2025 podr’a haber m‡s de 350 millones de afectados por la enfermedad, por lo que no es exagerado considerarla como una de las epidemias del s. XXI (1). A diferencia de su hom—nima de tipo 1, de naturaleza autoinmune, la diabetes tipo 2 aparece tras un largo proceso. En el estado que puede denominarse pre-diabŽtico, las cŽlulas β del p‡ncreas secretan un exceso de insulina para compensar una menor respuesta de los tejidos, y los niveles de glucosa se mantienen dentro de la normalidad. Cuando finalmente el p‡ncreas no puede producir suficiente insulina para compensar la resistencia, los niveles de azœcar aumentan y la diabetes se manifiesta de forma franca (2).
El aumento de los niveles de azœcar en sangre es una de las caracter’sticas m‡s llamativas de la diabetes y por esta raz—n la enfermedad ha sido asociada casi de forma exclusiva al metabolismo gluc’dico. El propio nombre de la enfermedad, diabetes mellitus, atribuido al mŽdico griego Areteo (80-138) hace referencia al sabor dulce de la orina de los pacientes. Unos siglos antes (s. VI a.C.) los mŽdicos indios ya la hab’an denominado Madhumeha, que significa literalmente orina-miel, y era frecuente la utilizaci—n de pruebas diagn—sticas basadas en la atracci—n que las hormigas sent’an por la orina dulce de los pacientes. Nombres similares pueden encontrarse en los ideogramas de los coreanos, chinos y japoneses. El sabor dulce de la orina se atribuye definitivamente a la presencia de cantidades elevadas de glucosa en 1776, cuando Matthew Dobson desarrolla un mŽtodo para su cuantificaci—n (3).
En opini—n de algunos cient’ficos la insistencia en el car‡cter gluc’dico de la enfermedad podr’a haber desviado la atenci—n del importante papel de los l’pidos en el desarrollo de la patolog’a. En un art’culo publicado en 1992 en la revista Science titulado ÒSi Minkowski hubiera sido agŽusico. Una visi—n alternativa de la diabetesÓ, J. Denis McGarry especula con la posibilidad de que Minkowski, hubiera perdido la capacidad de distinguir el sabor dulce de la orina de los perros a los que previamente hab’a convertido en diabŽticos tras una pancreatectom’a. En ausencia del sentido del gusto, razona McGarry, tal vez habr’a sido capaz de detectar el olor de los cuerpos cet—nicos, algo que sin duda habr’a dirigido a la comunidad cient’fica hacia el estudio del metabolismo de los l’pidos (4).
El ciclo de Randle y el modelo lipogŽnico de la diabetes
A pesar del Žnfasis en el metabolismo de la glucosa, la relaci—n entre los l’pidos y la resistencia a insulina se conoce desde hace tiempo. Estudios llevados a cabo en mœsculos humanos han determinado que la presencia de l’pidos en el interior de la cŽlula muscular constituye el mejor predictor de la resistencia a insulina en ese tejido (5). De la misma forma, la resistencia a insulina hep‡tica est‡ muy relacionada con el contenido de l’pido intrahep‡tico, siendo este un mejor indicador que la propia adiposidad visceral (6)
Las primeras observaciones experimentales sobre las conexiones entre un aumento de los niveles de l’pidos y la ralentizaci—n del metabolismo de la glucosa fueron publicadas por Randle, quien incubando preparaciones de mœsculo con ‡cidos grasos observ— un incremento de los niveles de glucosa y glucosa 6-fosfato, as’ como un aumento de los dep—sitos de gluc—geno intracelular. Bas‡ndose en estos resultados propuso un mecanismo de regulaci—n alostŽrico consistente en la inhibici—n de la piruvato deshidrogenasa a causa del aumento de los cocientes acetil CoA/CoA y NADH/NAD+ en el interior de la mitocondria. El consiguiente incremento de citrato inhibir’a dos pasos de la glucolisis: la conversi—n de glucosa a glucosa 6-fosfato, catalizada por las hexoquinasas y la formaci—n de fructosa 1,6- bisfosfato, la reacci—n clave en la regulaci—n de la glucolisis. Por su parte la glucosa 6-fosfato acumulada en ausencia de glucolisis ser’a derivada a la formaci—n de gluc—geno (Figura 1) (7, 8). Este mecanismo pudo ser demostrado en animales en los que infusiones de elevadas cantidades de l’pidos en cortos per’odos de tiempo produc’an un aumento de glucosa 6 –fosfato (9) y, as’, la hip—tesis de Randle se mantuvo como paradigma de la diabetes a lo largo de varias dŽcadas.
Figura 1.- Modelo alostŽrico de Randle para explicar la resistencia a insulina muscular tras la acumulaci—n intracelular de ‡cidos grasos. Los ‡cidos grasos que entran a la cŽlula a travŽs de CD36 son transportados al interior de la cŽlula por la lanzadera de carnitina. La producci—n de grandes cantidades de acetil CoA por la beta oxidaci—n y la s’ntesis de citrato dan lugar a la inhibici—n de PFK1 y HK, y al bloqueo de la glucolisis. La G6P acumulada se deriva hacia la s’ntesis de gluc—geno. Abreviaturas: CPT1 carnitina palmitil transferasa I; HK- hexoquinasa; PFK1, fosfofructoquinasa 1; PDH, piruvato deshidrogenasa;, transportador de ‡cidos grasos; β-ox, beta oxidaci—n de ‡cidos grasos. Figura adaptada de la referencia (8).
Casi treinta a–os despuŽs de la propuesta de Randle, McGarry completa el modelo postulando que la desregulaci—n de las rutas del metabolismo lip’dico es probablemente el suceso inicial en el desarrollo de la diabetes (4). De acuerdo con McGarry, puesto que los niveles de l’pidos del mœsculo son los causantes de la resistencia del mismo, la causa de la diabetes deber’a buscarse en las modificaciones del metabolismo que dan lugar a aumentos de los niveles de l’pidos sangu’neos.
La s’ntesis y degradaci—n de ‡cidos grasos se regula de forma rec’proca gracias al papel de un metabolito clave, el malonilCoA, precursor de la s’ntesis de ‡cidos grasos. Producido por la acci—n de la acetil CoA carboxilasa, es a su vez un regulador de CPT-1, enzima clave del transporte de ‡cidos grasos al interior de la mitocondria para su degradaci—n. Sobre la pareja Acetil CoA carboxilasa/CPT1 recaer’a por lo tanto todo el peso de la regulaci—n (Figura 2). En el mœsculo, en el que la s’ntesis de ‡cidos grasos carece de importancia, el malonil CoA se produce por acci—n de un isoenzima espec’fico asociado a la membrana externa de la mitocondria, en donde tambiŽn se sitœa CPT-1, por lo que los cambios de su actividad ser’an r‡pidamente trasladables a la actividad del transportador. En el mœsculo resistente a insulina los niveles de malonil CoA est‡n aumentados (10) lo que estar’a de acuerdo con la importancia del isoenzima muscular, codificado por el gen ACACB y cuyas variantes se han asociado recientemente con la obesidad y la diabetes (11).
Figura 2.- Regulaci—n rec’proca de la s’ntesis y degradaci—n de ‡cidos grasos a travŽs de malonil CoA. El malonil CoA producido por acci—n de la acetil CoA carboxilasa inhibe la entrada de ‡cidos grasos a la mitocondria y como consecuencia su degradaci—n. AG, ‡cidos grasos; Abreviaturas: ACC1 , acetil coA carboxilasa 1; CPT1 carnitina palmitil transferasa I; PDH, piruvato deshidrogenasaTAG, triacilgliceroles; VLDL lipoprote’nas de muy baja densidad. β-ox, beta oxidaci—n de ‡cidos grasos. Figura adaptada de la referencia (8).
La hip—tesis lipogŽnica de la diabetes tipo 2 plantea una paradoja. Por una parte, las cŽlulas musculares no utilizan glucosa por oxidar de preferencia ‡cidos grasos. Por otra, estas cŽlulas acumulan ‡cidos grasos porque su capacidad de oxidarlos de forma eficiente est‡ disminuida. Para resolverla, McGarry propone que el proceso de aparici—n de la diabetes se producir’a en dos fases. En una fase temprana, previa al aumento de los niveles sangu’neos de ‡cidos grasos y triacilgliceroles, la cŽlula muscular podr’a tener un defecto muy sutil - tal vez una desregulaci—n del par Acetil CoA carboxilasa/CPT1- que le imposibilitara la degradaci—n completa de los ‡cidos grasos. La acumulaci—n de l’pidos resultante dar’a lugar a la resistencia a insulina. M‡s adelante, cuando la secreci—n de insulina no pueda ya controlar la resistencia se producir’a un aumento de los niveles de l’pidos circulantes, cuya concentraci—n ser’a ahora suficiente para vencer el bloqueo existente para su degradaci—n. En esta fase la inhibici—n descrita por Randle entrar’a en juego para bloquear la degradaci—n de glucosa muscular (12).
Considerando el importante papel del h’gado y del tejido adiposo en el control de los niveles sangu’neos de l’pidos, el proceso podr’a representarse en forma de un c’rculo vicioso (Figura 3). La liberaci—n continuada de insulina resultante de una sobrealimentaci—n dar’a lugar, entre otros efectos, a un aumento de la s’ntesis y liberaci—n de l’pidos por parte del h’gado. Como consecuencia se producir’a una acumulaci—n de los mismos en h’gado (esteatosis), mœsculo y tejido adiposo. El aumento de los l’pidos intracelulares y por tanto de la resistencia a insulina, tanto en el h’gado como en los tejidos perifŽricos, obligar’a al p‡ncreas a producir niveles crecientes de insulina de forma continuada. Una vez sobrepasada la capacidad del p‡ncreas de hacer frente a estas demandas, los tejidos ser’an incapaces de normalizar los niveles de glucosa y se producir’an niveles aumentados de glucosa incluso durante el ayuno.
Figura 3.- Modelo lipogŽnico de la diabetes tipo 2 de McGarry. El aumento de la secreci—n de insulina producida por la sobrealimentaci—n favorece la acumulaci—n de l’pidos en h’gado, mœsculo y tejido adiposo, lo que su vez provocar‡n una mayor resistencia a insulina. Se produce as’ un c’rculo vicioso en el que p‡ncreas compensa esta resistencia mediante la secreci—n de cantidades crecientes de insulina. Finalmente, el fallo de las cŽlulas β provoca la rotura del c’rculo y la diabetes tipo 2 (4,12).
Alternativas a la regulaci—n alostŽrica
Tanto el mecanismo propuesto por Randle como la modificaci—n de McGarry se apoyan en el control alostŽrico que compuestos como el acetilCoA y malonil CoA ejercen sobre las rutas metab—licas. En el sistema de regulaci—n metab—lica de Randle la glucosa, que no se degrada en presencia de ‡cidos grasos, se acumular’a en forma de glucosa 6- fosfato y gluc—geno. Sin embargo, con el desarrollo de tŽcnicas de an‡lisis menos invasivas se pudo determinar que en el mœsculo de pacientes de diabetes hay una menor concentraci—n de glucosa 6- fosfato y una s’ntesis de gluc—geno disminuida a aproximadamente la mitad de la de los individuos sanos. El menor consumo de glucosa en los mœsculos de estos pacientes parece m‡s el resultado de un menor transporte que de una menor degradaci—n (13-15). Un efecto similar pudo tambiŽn ser observado en individuos sanos sometidos a una infusi—n de l’pidos y heparina. Esta, al inducir la lipoprote’na lipasa, da lugar a una acumulaci—n de l’pidos en el interior de las cŽlulas musculares (16). La resistencia a insulina observada en estos individuos se produc’a por los mismos mecanismos (disminuci—n del transporte y de fosforilaci—n de glucosa) observados en los pacientes de diabetes tipo 2 y sus familiares (17, 18). Todos estos suger’an que la regulaci—n alostŽrica de la glucolisis propuesta por Randle, podr’a explicar los efectos que se producen tras un incremento agudo de los niveles de l’pidos, pero no los cambios en el transporte de glucosa al interior de la cŽlula.
El modelo por lo tanto debe ser modificado mediante la introducci—n de otro tipo de mecanismos que relacionen la presencia de l’pidos con una menor entrada de glucosa en la cŽlula muscular. A este respecto, no deber’a olvidarse que los estudios gen—micos recientes han se–alado que variantes en los genes que codifican prote’nas relacionadas son los que presentan mejor asociaci—n con la diabetes (19). Por lo tanto, un modelo completo de la diabetes que pretenda explicar los cambios en la homeostasis de la glucosa deber’a tomar en consideraci—n (i) los mecanismos mediante los cuales la acumulaci—n de l’pidos afecta al mecanismo de se–alizaci—n por insulina en cŽlulas hep‡ticas, musculares y adipocitos, as’ como (ii) quŽ procesos dan lugar a una acumulaci—n de l’pidos en el interior de estas cŽlulas.
Papel de la insulina en el transporte de la glucosa y en la s’ntesis de ‡cidos grasos
La insulina se secreta como respuesta a niveles elevados de glucosa en sangre, siendo el mantenimiento de los niveles sangu’neos de glucosa una de sus funciones. Adem‡s del p‡ncreas, el h’gado, el mœsculo y el tejido adiposo, son los principales tejidos involucrados en esta regulaci—n. En presencia de insulina se activa la entrada de glucosa a tejido adiposo y mœsculo, la s’ntesis de gluc—geno hep‡tica y muscular, la s’ntesis hep‡tica de ‡cidos grasos y triacilgliceroles y la acumulaci—n de estos œltimos en el tejido adiposo. Por el contrario, el descenso de los niveles de insulina que se produce como consecuencia de una disminuci—n de la glucosa sangu’nea da lugar a s’ntesis y liberaci—n de glucosa por el h’gado y la liberaci—n de ‡cidos grasos por parte del tejido adiposo. Todos estos procesos est‡n afectados en mayor o menor medida en el individuo diabŽtico, pero la entrada de glucosa al mœsculo y la s’ntesis hep‡tica de l’pidos parecen tener una mayor importancia relativa.
La insulina participa a varios niveles en la regulaci—n metab—lica. La regulaci—n de la disponibilidad de sustrato (transportadores), la velocidad de las reacciones enzim‡ticas alterando bien la modificaci—n covalente de enzimas, o la s’ntesis de enzimas reguladores del metabolismo, son procesos regulados por insulina y en todos ellos la regulaci—n se establece como consecuencia de la uni—n de la hormona a su receptor situado en la membrana externa de la cŽlula. El receptor de insulina es un tetr‡mero compuesto por dos tipos de subunidades de las que uno tiene un dominio citoplasm‡tico con actividad tirosina quinasa. La activaci—n de esta se produce como consecuencia de la interacci—n de la insulina con su receptor, que transmite un cambio conformacional a estos dominios y ocasiona una autofosforilaci—n de los residuos serina y tirosina de los mismos (20). En los cambios metab—licos relacionados con la resistencia a insulina est‡n involucradas al menos seis prote’nas citoplasm‡ticas que sufren una fosforilaci—n en sus tirosinas, en respuesta a la interacci—n insulina-receptor. De todas ellas (IRS-1-4,Cbl y APS(21)), las cuatro prote’nas de la familia IRS han recibido considerable atenci—n desde el descubrimiento de su primer miembro (22). Los sustratos IRS1 e IRS2 desempe–an funciones esenciales en la retirada de glucosa por el mœsculo y el tejido adiposo. Aunque los ratones deficientes en cada uno de ellos presentan resistencia a insulina perifŽrica, solamente los ratones IRS2-/- presentan fenotipo diabŽtico (23, 24). Dado que IRS-2 parece desempe–ar adem‡s un papel importante en la funci—n de las cŽlulas β, estos resultados apoyan la idea de que la combinaci—n de defectos en los tejidos diana y en la producci—n de insulina es necesaria para el desarrollo de la enfermedad.
La fosforilaci—n dependiente de insulina de residuos tirosina de las prote’nas IRS genera sitios de anclaje para muchas prote’nas que contienen dominios SH2, entre las que se encuentra una fosfatidil- inositol- 3- quinasa de tipo 1A, un enzima que ha sido implicado en numerosos procesos biol—gicos (25). Las fosfatidil- inositol- 3- quinasas de tipo 1A son heterod’meros formados por dos subunidades, p85 y p110 que constituyen las suunidades reguladoras y catal’tica respectivamente. p85 tiene dos dominios SH2 que son capaces de unirse a la secuencias que contienen tirosinas fosforiladas en los IRS. La uni—n provoca as’ una estimulaci—n alostŽrica de la subunidad p110 y la consiguiente s’ntesis de fosfatidil inositol 3,4,5 trifosfato. Este se acumula y atrae a la membrana molŽculas con dominios de homolog’a con plecstrina (PH), entre ellas la serina-treonina Akt (PKB), que es activada por otra prote’na tambiŽn atra’da a la membrana: la prote’na quinasa dependiente de 3-fosfoinos’tidos, PDK1. Las diferentes isoformas de Akt son serina-treonina quinasas que ocupan uno de los principales nodos de los sistemas de se–alizaci—n en cŽlulas eucari—ticas. Por ello interviene en multitud de procesos que incluyen la regulaci—n metab—lica, el crecimiento y la proliferaci—n, la apoptosis, etc. (26).
Akt y entrada de glucosa al mœsculo
La entrada de glucosa al mœsculo esquelŽtico se produce por la intervenci—n de Glut4, un transportador independiente de ATP. Una vez en el interior de la cŽlula la glucosa es fosforilada por la hexoquinasa y, en ausencia del enzima Glucosa-6-fosfatasa, la glucosa- 6- fosfato resultante es incapaz de abandonar la cŽlula por lo que la asociaci—n del transportador y la hexoquinasa pueden considerarse una verdadera trampa de glucosa. Hasta ahora y dada las diferentes afinidades por la glucosa del transportador y la hexoquinasa, la entrada de glucosa en la cŽlula mediante el transportador se ha venido considerando el paso limitante en la retirada de glucosa por parte de ambos tejidos, aunque hay autores que cuestionan este modelo (27). Sea cual sea el modelo verdadero, Glut4 desempe–a un papel importante en la entrada de glucosa a la cŽlula muscular y adiposa y es una de las principales funciones afectadas por la resistencia a insulina.
La proporci—n de Glut4 presente en la membrana oscila entre un 1 y un 40% y depende de la cantidad de insulina presente (28, 29). La prote’na Glut4 no presente en membranas se reparte entre el aparato de Golgi y un compartimento especializado denominado ves’culas de almacenamiento de Glut4 (GSV en sus siglas inglesas) desde donde es transportada a la membrana tras la estimulaci—n de la cŽlula por insulina (30, 31). El transporte se produce mediante un proceso de exocitosis en el que participa un complejo ternario formado por las prote’nas VAMP 2, SNAP23 y sintaxina 4 (32).
En el interior de las ves’culas Glut4 forma complejos con al menos otras dos prote’nas: una amino-peptidasa, regulada por insulina (IRAP), y AS160, que precisamente recibe su nombre por constituir un sustrato de Akt (Akt-substrate of 160 KDa). AS160 tiene 6 sitios de fosforilaci—n por Akt (33) y la eliminaci—n de estos por mutagŽnesis previenen la traslocaci—n del transportador (34). Asimismo el tratamiento con un RNA de interferencia espec’fico de AS160 produce un aumento de Glut4 en la membrana en el estado basal, aunque se sigue manteniendo la inducibilidad por insulina, por lo que no puede descartarse la existencia de algœn otro mecanismo que actœe de forma sinŽrgica con la anterior (35). El papel de AS160 no se limita a la inducci—n por insulina, ya que AS160 es un sustrato de la prote’na quinasa dependiente de AMP (AMPK) lo que podr’a explicar la mayor entrada de glucosa en el mœsculo que se produce durante el ejercicio.
Akt y el metabolismo hep‡tico
El h’gado, cuyo principal transportador, Glut2, es independiente de insulina, modifica los niveles de glucosa mediante su conversi—n en gluc—geno o en ‡cidos grasos. Se sabe desde hace tiempo que la insulina regula la actividad de los principales enzimas reguladores de estos dos procesos, as’ como los de la gluconeogŽnesis mediante modificaci—n covalente. Sin embargo, la principal regulaci—n de los procesos que se desarrollan en un per’odo de tiempo largo, como es el caso de la diabetes tipo 2, se lleva a cabo alterando la s’ntesis de los propios enzimas. En el metabolismo hep‡tico la insulina participa en esta regulaci—n a travŽs de dos factores de transcripci—n: FoxO1 y SREBP-1c (Figura 4a).
Figura 4a.- Regulaci—n transcripcional de la gluconeogŽnesis y de la lipogŽnesis hep‡ticas por insulina. La interacci—n de la insulina con su receptor provoca la fosforilaci—n del factor de transcripci—n FoxO1 y su salida del nœcleo y retenci—n en el citoplasma. Se inhibe as’ la expresi—n de los genes que codifican los principales enzimas reguladores de la gluconeogŽnesis, fosfoenol piruvato carboxi quinasa (PEPCK) y glucosa 6- fosfatasa (G6Pasa). La liberaci—n e insulina da lugar tambiŽn a un aumento de la s’ntesis y activaci—n del factor de transcripci—n SREBP-1c, lo que resulta en una expresi—n aumentada de varios genes que codifican enzimas de la s’ntesis de ACC, acetil CoA carboxilasa; FAS, Sintasa de ‡cidos grasos; SCD-1, estearil CoA deshidrogenasa 1.
El factor de transcripci—n FoxO1 es un miembro de la familia de factores de transcripci—n Fox (Forkhead box) que interacciona con las secuencias denominadas elementos de respuesta a insulina (IRE) situadas en los promotores de numerosos genes. Entre sus dianas se encuentran los genes que codifican la fosfoenol- piruvato carboxiquinasa, el principal enzima regulador de la gluconeogŽnesis (36) y la glucosa 6 fosfatasa (G6P-asa). Mediante experimentos de ganancia y pŽrdida de funci—n se ha podido demostrar que la presencia de FoxO1 aumenta la s’ntesis de glucosa en el h’gado (38, 39). La insulina bloquea el proceso induciendo la fosforilaci—n de FoxO1 en el nœcleo, lo que no solamente excluye a FoxO1 de los complejos transcripcionales sino que adem‡s dispara los procesos de su env’o al citoplasma (26, 40).
El otro factor de transcripci—n, SREBP-1c, pertenece a una familia de prote’nas que comprende tres miembros con funciones muy relacionadas con el metabolismo de colesterol y ‡cidos grasos. El factor de transcripci—n inactivo es un dominio de una prote’na m‡s grande anclada en la membrana del ret’culo endopl‡smico. SREBP-1c regula positivamente la transcripci—n de genes que codifican importantes prote’nas de la s’ntesis de ‡cidos grasos y triacilgliceroles: la ya mencionada acetil CoA carboxilasa y la sintasa de ‡cidos grasos, as’ como la estearil CoA deshidrogenasa (41, 42). La regulaci—n de SREBP-1c es compleja, puesto que involucra tanto la regulaci—n transcripcional como el procesamiento proteol’tico de la prote’na anclada a la membrana del ret’culo, siendo ambos procesos inducidos por insulina (42).
La comparaci—n de los ratones deficientes en el receptor de insulina hep‡tico (LIRKO) con pacientes de diabetes o con los modelos murinos de la enfermedad demostr— que, aunque la gluconeogŽnesis y de la s’ntesis de l’pidos son regulados por insulina, la regulaci—n de ambos es independiente a partir de un cierto punto. En los ratones LIRKO, como consecuencia de la ausencia del receptor, no se produce ni la fosforilaci—n de FoxO1 ni la activaci—n de SREBP-1c. Como resultado la insulina no es capaz ni de inhibir la gluconeogŽnesis ni de activar la s’ntesis de triacilgliceroles. As’, los ratones presentan hiperglucemia e hiperinsulinemia, pero no triacilgliceroles aumentados (43, 44). Por el contrario en los pacientes de diabetes, y en los modelos murinos de la misma, la resistencia a insulina se manifiesta de forma parcial, inactiv‡ndose el bloqueo de FoxO1 y de la gluconeogŽnesis sin modificar la inducci—n de la s’ntesis de l’pidos por SREBP-1c (Figura 4b) (45). Por tanto, los diabŽticos tipo 2 presentan hiperlipidemia, adem‡s de la hiperglucemia e hiperinsulinemia caracter’stica de los ratones LIRKO. Parad—jicamente, este fen—meno de resistencia parcial a la insulina da lugar a un fenotipo mucho m‡s grave que la resistencia total desarrollada por los ratones LIRKO (46).
Figura 4b.- En el h’gado diabŽtico se produce un bloqueo en el control de la gluconeogŽnesis por insulina que no afecta a la inducci—n de la s’ntesis de ‡cidos grasos y triacilgliceroles. Adaptado de (46).
El punto en donde se produce la bifurcaci—n de la regulaci—n de FoxO1 y SREBP-1c ha sido identificado recientemente. Mientras que FoxO1 es un sustrato directo de Akt (revisado en (47)), la inducci—n de SREBP-1c por insulina, aunque tambiŽn dependiente de Akt, requiere asimismo la participaci—n del complejo mTORC1. De hecho, la rapamicina, inhibidor espec’fico del complejo mTORC1- y de quien este recibe su nombre- es capaz de bloquear selectivamente la inducci—n de SREBP-1c por insulina (48). Este mecanismo proporciona adem‡s nexos de uni—n con otras situaciones metab—licas, puesto que se ha determinado de mTORC1 podr’a estar ligado a la obesidad a travŽs de un mecanismo de estabilizaci—n en el que participa Notch (49). De la misma forma que la entrada de glucosa en el mœsculo, la actividad de SREBP-1c est‡ sometida a regulaci—n por la prote’na quinasa dependiente de AMP, lo que de nuevo podr’a establecer una relaci—n entre el ejercicio y la disminuci—n de la resistencia hep‡tica a insulina (50).
Mecanismos de resistencia a insulina mediada por l’pidos
La identificaci—n del tipo de l’pidos responsables de la resistencia a insulina en el mœsculo ha sido un objeto de investigaci—n muy activo en los œltimos a–os. El hecho de que constituyan los principales componentes de los dep—sitos intracelulares de l’pidos, podr’a se–alar a los triacilglieroles como los principales responsables. Sin embargo, los ratones que sobreexpresan diacil-glicerol acil transferasa 1, el enzima que convierte diacilgliceroles en triacilgliceroles, presentan niveles de triacilgliceroles en mœsculo mucho m‡s elevados sin alterar la sensibilidad a la insulina (51). Por su parte, en humanos es conocida la existencia de grandes dep—sitos de triacilgliceroles en los mœsculos de atletas entrenados, que son sujetos caracterizados por poseer una gran sensibilidad a insulina (52).
La utilizaci—n de animales modificados genŽticamente ha permitido reconocer el papel de muchos de los enzimas del transporte, s’ntesis y degradaci—n de l’pidos en la aparici—n de la resistencia (para una discusi—n m‡s detallada ver (53)), lo que ha llevado a identificar a los diacilgliceroles y las ceramidas como principales l’pidos responsables de la resistencia, aunque el papel de Žstas œltimas podr’a depender de la presencia de grasas saturadas (54).
Los mecanismos de inhibici—n de la se–alizaci—n por diacilgliceroles parecen estar mediados por quinasas de la familia PKC. Estudios iniciales demostraron que el acetato de forbol, un conocido activador de PKC, es capaz de producir resistencia a insulina (55). La participaci—n de PKC est‡ apoyada por la existencia de una activaci—n cr—nica de PKC en modelos murinos de diabetes (56). Sin embargo, la resistencia a insulina no parece ser la consecuencia de la activaci—n de un solo tipo de PKC. En el mœsculo, la infusi—n de l’pidos con heparina, provoca un aumento de diacilgliceroles intramusculares y un bloqueo de la se–alizaci—n por insulina asociada a la activaci—n de PKCθ (57). Esto estar’a de acuerdo con el hecho de que ratones deficientes en PKCθ est‡n protegidos de la resistencia a insulina muscular inducida por este mismo mecanismo (58). Sin embargo, tras 14 semanas de alimentaci—n rica en grasas, estos ratones presentan acumulaci—n de l’pidos en h’gado, mœsculo y tejido adiposo, acompa–ados de la resistencia correspondiente (59). A la explicaci—n de este fen—meno podr’a contribuir la existencia de al menos otros dos miembros de la familia PKC involucrados en las interferencias producidas por diacilgliceroles en el h’gado. La resistencia a insulina hep‡tica est‡ asociada de forma espec’fica a la activaci—n de PKCε y los ratones deficientes no desarrollan resistencia a insulina como consecuencia de dieta rica en grasa, a pesar de desarrollar esteatosis hep‡tica (60). A este efecto podr’a sumarse la resistencia hep‡tica mediada por PKCδ. La activaci—n de esta por una infusi—n de l’pidos e insulina va acompa–ada de la activaci—n de IKK-β, algo que podr’a conectar la resistencia a insulina con el fondo proinflamatorio que acompa–a a la hiperlipidemia cr—nica (61). Asimismo, el estado proinflamatorio que acompa–a a la obesidad podr’a estar conectado a la resistencia a travŽs de la inducci—n de PKCζ por ceramidas, de acuerdo a un mecanismo en que podr’an participar los ‡cidos grasos saturados como posibles ligandos del receptor TLR4 (62). Por otra parte, las ceramidas podr’an activar la prote’na fosfatasa PP2A, que interrumpir’a la v’a desfosforilando Akt (63) (Figura 5).
Figura 5.- Esquema de las principales v’as de regulaci—n que participan en la resistencia a insulina y principales puntos de inhibici—n por diacilgliceroles, ceramidas y citoquinas pro-inflamatorias por l’pidos. Para una explicaci—n m‡s detallada del mecanismo consultar el texto.
El mecanismo concreto mediante el cual las quinasas de la familia PKC bloquean la se–alizaci—n por insulina no est‡ totalmente establecido. Existe un consenso en que la fosforilaci—n de componentes de la ruta podr’a ser la causante del bloqueo, aunque los puntos concretos en que se produce est‡n por determinar. El receptor de insulina, una posible diana, posee varios posibles sitios de fosforilaci—n por PKC, lo que sugiere un mecanismo de bloqueo de la se–al. En el h’gado de rata, PKCε y el receptor de insulina se encuentran muy pr—ximos y la resistencia podr’a ser el resultado de su interacci—n directa. No obstante, el an‡lisis de biopsias de mœsculo de pacientes diabŽticos no ha podido demostrar esta fosforilaci—n in vivo(64). Se ha propuesto tambiŽn que la fosforilaci—n de la Ser 1101 de IRS-1 por parte de PKCθ, podr’a impedir su fosforilaci—n por el propio receptor (65). En el caso de la inducci—n de PKCζ por ceramidas, se sabe que PKCζ y la isoforma de Akt m‡s abundante en h’gado, Akt2, son capaces de interaccionar. Siguiendo un mecanismo parecido a los mencionados para el receptor e IRS-1, la fosforilacion de Akt por PKCζ podr’a impedir su activaci—n por PDK1 (66) (Figura 5).
La regulaci—n transcripcional de SREBP- 1c como diana terapeœtica
De acuerdo con el modelo mostrado en la Figura 3, la diabetes es la consecuencia del c’rculo vicioso que forman la sobreproducci—n de l’pidos en el h’gado y la sobreproducci—n de insulina por el p‡ncreas. Siguiendo este razonamiento, la reducci—n de la s’ntesis hep‡tica de ‡cidos grasos podr’a ayudar a revertir el proceso y aumentar la sensibilidad a insulina. Si adem‡s se considera la importancia en la s’ntesis de grasos de la regulaci—n transcripcional por SREBP-1c, tanto la disminuci—n de la s’ntesis o activaci—n de este podr’a resultar efectiva en el tratamiento de la diabetes.
Se conocen diversos ejemplos de compuestos que son capaces de inhibir la expresi—n de SREBP-1c, entre ellos algunos productos naturales presentes en la uva o en el aceite de pescado (72, 73). Algœn f‡rmaco antidiabŽtico, como la metformina, posee tambiŽn este efecto, al igual que AICAR, un inhibidor de la prote’na quinasa dependiente de AMP , aunque al poseer ambos este œltimo efecto, es dif’cil atribuir el efecto antidiabŽtico exclusivamente a la regulaci—n de SREBP-1c (50).
Los receptores nucleares pueden desempe–ar un papel importante en la regulaci—n de los procesos que conducen a la resistencia a insulina y, de hecho, algunos de sus ligandos se utilizan para el tratamiento de la diabetes. Desde hace bastante tiempo se conoce el efecto diabet—geno de los glucocorticoides, cuyo receptor disminuye la secreci—n de insulina por el p‡ncreas, as’ como la s’ntesis de componentes esenciales de la cascada de se–alizaci—n (67). Asimismo, los receptores de oxisteroles (LXR) favorecen la formaci—n de h’gado graso no alcoh—lico, probablemente v’a un aumento de la expresi—n de SREBP-1c (68). Parad—jicamente, algunos agonistas sintŽticos de LXR pueden tener efecto antidiabŽtico, un efecto que se ha atribuido a un aumento de la expresi—n de Glut4 en los tejidos perifŽricos(69). Por el contrario, los fibratos y las tiazolidinodionas, agonistas de PPAR alfa y gamma respectivamente, tienen un efecto beneficioso sobre la sensibilidad a insulina y son ampliamente utilizados en cl’nica (70, 71). Aunque en muchos casos solamente se conoce el efecto de los receptores nucleares en los modelos murinos, su acci—n se mantiene en aquellos que ya han sido trasladados a modelos humanos (Tabla 1).
Tabla 1.- Efectos conocidos de receptores nucleares sobre la resistencia a insulina. +, evidencia de efectos antidiabŽticos; - evidencia de efectos prodiabŽticos. ?. No hay evidencia o la existente no es concluyente. Adaptado de (69).
Receptor nuclear |
Modelos murinos |
Pruebas en pacientes |
GR |
- |
- |
LXRα/β |
+/- |
? |
FXR |
+/- |
+/? |
PPARα/γ/δ |
+/+/+ |
+/+/? |
ERβ |
+ |
+ |
CAR |
+ |
+ |
HNF4-α |
+ |
+ |
VDR |
+ |
? |
TRβ |
+ |
? |
NR4A1-3 |
+ |
? |
NR5A2 (LRH-1) |
+ |
? |
Aunque el efecto de los receptores nucleares sobre la expresi—n de SREBP-1c es conocido desde hace tiempo, la utilizaci—n terapeœtica de ligandos de receptores nucleares con el objetivo espec’fico de disminuirla es relativamente reciente. La disminuci—n de SREBP-1c podr’a explicar la sensibilizaci—n a insulina obtenida tras tratamiento con agonistas de CAR(74) y NR5A2(75). La activaci—n de ambos receptores nucleares reprime la expresi—n de SREBP-1c, y por lo tanto de sus dianas lipogŽnicas. Al menos en el caso de CAR, la reducci—n en la s’ntesis de ‡cidos grasos vendr’a acompa–ada de un aumento de la degradaci—n de los mismos presumiblemente a travŽs de la disminuci—n de la s’ntesis de malonil CoA. Algunos de estos compuestos, como el DLPC, un fosfol’pido natural ligando de NR5A2, que est‡n siendo ensayados para su aplicaci—n en cl’nica (76), podr’an abrir una nueva v’a (Figura 6) para el tratamiento de la resistencia a insulina y la diabetes tipo 2.
Figura 6.- Ejemplo de posible aplicaci—n de los ligandos de receptores nucleares al tratamiento de la resistencia a insulina y la diabetes tipo 2. El fosfol’pido DLPC (dilauril-fosfatidil colina) funciona como ligando del receptor nuclear NR5A2. Al unirse a su receptor regular‡ negativamente la expresi—n del gen que codifica SREBP-1c, lo que producir‡ a su vez una disminuci—n de la expresi—n de los genes que codifican los enzimas de la s’ntesis de l’pidos. Al disminuir la expresi—n de acetil CoA carboxilasa, disminuir‡ la s’ntesis de malonil coA y eso permitir‡ una mayor entrada de ‡cidos grasos a la mitocondria para su degradaci—n. La conjunci—n de una menor s’ntesis y una mayor degradaci—n har‡ que disminuyan los l’pidos intracelulares y como consecuencia la resistencia a insulina. Se revertir’a as’ el c’rculo vicioso descrito en la figura 3. Adaptado de (69).
REFERENCIAS
1. Hossain, P., Kawar, B., and El Nahas, M. 2007. Obesity and diabetes in the developing world--a growing challenge. N Engl J Med 356:213-215.
3. Polonsky, K.S. 2012. The past 200 years in diabetes. N Engl J Med 367:1332-1340.
19. McCarthy, M.I. 2010. Genomics, type 2 diabetes, and obesity. N Engl J Med 363:2339-2350.
25. Cantley, L.C. 2002. The phosphoinositide 3-kinase pathway. Science 296:1655-1657.
71. Lehrke, M., and Lazar, M.A. 2005. The many faces of PPARgamma. Cell 123:993-999.
72. Del Bas, J.M., Ricketts, M.L., Baiges, I., Quesada, H., Ardevol, A., Salvado, M.J., Pujadas, G., Blay, M., Arola, L., Blade, C., et al. 2008. Dietary procyanidins lower triglyceride levels signaling through the nuclear receptor small heterodimer partner. Mol Nutr Food Res 52:1172-1181.