domingo, 27 de noviembre de 2011

Adipocitos



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MORFOLOGÍA DEL TEJIDO ADIPOSO: CONCEPTOS BÁSICOS


MODELOS IN VITRO DE DIFERENCIACIÓN DE ADIPOCITOS

Los procesos implicados en la diferenciación de los precursores adipocitarios hasta adipocitos
 maduros han sido ampliamente estudiados utilizando modelos celulares in vitro. Éstos han permitido
 la caracterización de los eventos moleculares y celulares que tienen lugar durante la transición 
de preadipocitos indiferenciados tipo fibroblastos hasta células grasas redondeadas maduras.
 Las líneas celulares utilizadas se pueden dividir en 3 categorías2: 1) células embrionarias 
 totipotentes capaces de generar todas las líneas celulares; 2) células multipotentes que pueden
 dar lugar a miocitos, adipocitos y condrocitos; 3) células ya comprometidas hacia la línea
 adiposa, que son las denominadas líneas celulares de preadipocitos .

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Los procesos de diferenciación de adipocitos se han estudiado principalmente en estas
 líneas celulares de preadipocitos tales como 3T3-L1 y 3T3-F442A, las cuales fueron aisladas 
por clonaje desde células derivadas de embriones de ratones Swiss 3T38. La línea TA1 se
 estableció por el tratamiento de células fibroblásticas embrionarias de ratón CH310T1/2 con el 
agente demetilante 5-azacitidina9. La línea Ob1710 y sus derivadas se generaron desde 
precursores adipocitarios presentes en la grasa epididimal de ratones adultos genéticamente obesos (ob/ob).

Se ha logrado también el cultivo de preadipocitos primarios así como la inducción de su
 transformación en adipocitos maduros en diversas especies animales incluido el hombre. 
Las células primarias son diploides y reflejan mejor, por tanto, la situación in vitro que las líneas
 celulares aneuploides. Además, presentan la ventaja de que pueden ser obtenidas desde varias 
 especies a diferentes etapas del desarrollo postnatal y de diferentes depósitos grasos. Esto último 
es muy importante, ya que se han observado importantes diferencias moleculares y bioquímicas
 entre los distintos depósitos grasos.
Durante la fase de crecimiento tanto las líneas celulares de preadipocitos como los
 preadipocitos primarios son morfológicamente similares a los fibroblastos. Una vez que las 
células han alcanzado la confluencia, el tratamiento con los inductores adecuados de la 
diferenciación conduce a un cambio drástico en la forma de las células. Los preadipocitos se 
convierten en células de forma esférica que empiezan a acumular lípidos, y que van 
adquiriendo progresivamente las características morfológicas y bioquímicas propias de los
 adipocitos maduros.

El tratamiento capaz de inducir la diferenciación varía en los distintos modelos celulares descritos. 
Aunque los preadipocitos de diferentes fuentes son similares en múltiples aspectos, su 
respuesta a los agentes inductores de la diferenciación varía considerablemente. Estas 
diferencias pueden venir determinadas por el diferente estadío de maduración en el 
que se obtuvieron los preadipocitos7. En la mayor parte de los casos se requiere la presencia
 de insulina. En algunos casos, como por ejemplo en los preadipocitos 3T3-L1, la
 diferenciación se ve acelerada tras el tratamiento durante 48 horas con 
dexametasona, un corticoide; isobutilmetilxantina (IBMX), un estimulante del AMPcíclico; 
y altas concentraciones de insulina, en presencia de suero bovino fetal. Tras este
 periodo inductor de la diferenciación, no se requiere la presencia de algunos de estos 
inductores de la diferenciación para el mantenimiento del fenotipo del adipocito maduro.
PROCESOS DE LA DIFERENCIACIÓN DE ADIPOCITOS
La diferenciación de los adipocitos es un proceso complejo en el que los preadipocitos 
deben interrumpir su crecimiento y salir del ciclo celular previamente a su conversión
 terminal en adipocitos. Este proceso de diferenciación supone cambios cronológicos en 
la expresión de numerosos genes. Así, se van adquiriendo aquellos genes característicos 
de los adipocitos, al mismo tiempo que se van reprimiendo genes que son inhibitorios para
 la adipogénesis o que no son innecesarios para la función del adipocito maduro. Todos estos
 cambios en la expresión y función de estos genes conducen finalmente a la adquisición del 
fenotipo característico del adipocito12.

Aunque los fenómenos moleculares implicados en la diferenciación de los adipocitos no son
 totalmente conocidos, se ha sugerido un modelo que incluye varias etapas (se describe como 
ejemplo el modelo de diferenciación propuesto para la línea celular 3T3-L1):
1. Inhibición del crecimiento
Una vez alcanzada la confluencia, los predipocitos 3T3-L1 sufren inhibición por contacto y 
cesan su crecimiento, y comienzan a exhibir algunos de los marcadores tempranos de la diferenciación.
2. Expansión clonal
El tratamiento de estas células en las que ha cesado el crecimiento con medio de diferenciación 
las induce a reentrar en el ciclo celular, y se producen varias rondas de replicación de DNA 
y duplicación celular. Esta expansión mitótica clonal de células comprometidas es 
esencial para completar la diferenciación terminal en adipocitos maduros. Las proteínas
 del retinoblastoma (Rb) modulan la actividad de E2F, un factor de transcripción que juega 
un papel fundamental en la regulación de la progresión del ciclo celular. Varios estudios recientes
 han sugerido que las proteínas Rb juegan un papel fundamental en la regulación de la 
expansión mitótica clonal necesaria para la diferenciación de los adipocitos 3T3-L1.

3. Cambios tempranos en la expresión de genes
Conforme la expansión clonal cesa, se inicia la activación transcripcional coordinada de genes 
específicos del adipocito. La expresión de estos genes se acompaña de cambios bioquímicos 
 y morfológicos dramáticos que conducen a la adquisición del fenotipo del adipocito. La 
expresión de lipoprotein lipasa (LPL) ha sido considerada a menudo como un signo temprano 
de la diferenciación adipocitaria. La expresión de LPL ocurre, sin embargo, de manera 
espontánea al alcanzar la confluencia y es independiente de los inductores de la diferenciación.
 Esta circunstancia sugiere que LPL puede reflejar la etapa de cese del crecimiento más 
que ser un marcador temprano del proceso de diferenciación.

Hasta ahora, se han descrito dos familias de factores de transcripción, las C/EBPs 
(CCAAT/Enhancer Binding Proteins) y PPARg (Peroxisome Proliferator-Activated 
Receptor g), que han sido identificadas como “directores” reguladores de la transcripción de
 genes adipogénicos.
La familia C/EBP está constituida por varias isoformas15: C/EBPa, C/EBPb y C/EBPd. C/EBPa
 parece ser un factor nuclear indispensable y crítico en el proceso de diferenciación de los
 adipocitos. Varios estudios han puesto de manifiesto que este factor de transcripción es no
 sólo requerido, sino también suficiente para poner en marcha el proceso de diferenciación de los 
 adipocitos incluso en ausencia de agentes inductores de la diferenciación16,18. En apoyo de
 esta hipótesis, se ha observado que la supresión de la expresión de C/EBPa por un tratamiento
 con antisentidos provoca una inhibición en la diferenciación terminal de los adipocitos, lo cual
 parece indicar que este proceso requiere el mantenimiento de la expresión sostenida de C/EBPa . 
 Esta expresión de C/EBPa durante la etapa de diferenciación terminal se ha atribuido 
a un fenómeno de autoactivación de su propio gen, el cual contiene un lugar de unión para 
C/EBP en la región proximal de su promotor. Además, la importancia de C/EBPa para la activación 
de otros genes específicos del adipocito maduro se pone también de manifiesto por la
 identificación de lugares de unión para C/EBPa en los promotores de varios de estos genes,
 tales como aP2.
Sin embargo, el hecho de que C/EBPa se active relativamente tarde en la secuencia de
 eventos del proceso de diferenciación (días 3-4) ha hecho surgir algunas cuestiones referentes
 a su papel de maestro director en este proceso. En este sentido, se ha observado que la activación 
de las isoformas b y d de la familia de las C/EBPs es cronológicamente anterior a la de C/EBPa, 
lo que sugiere que ambas (b y d) juegan un papel preparatorio muy temprano en la cascada 
de fenómenos que conducen a la diferenciación17. Los niveles de C/EBPb y C/EBPd se
 ven incrementados en respuesta a la isobutilmetilxantina (IBMX) y la dexametasona
 respectivamente20, y su principal función es iniciar la activación de C/EBPa, el cual es
 finalmente responsable de la activación de la serie de genes específicos de los adipocitos.
El PPARg es el único miembro de una familia de receptores nucleares/factores de 
transcripción (PPAR), que se encuentra expresado en altos niveles específicamente en 
tejido adiposo y que se ha demostrado es un importante mediador del proceso adipogénico. 
 La expresión de PPARg antecede la inducción de C/EBPa en la cascada de eventos
 que conducen a la diferenciación de los adipocitos. Al igual que lo observado con C/EBPa,
 la expresión retroviral de PPARg es suficiente para inducir la conversión de varias líneas celulares
 de fibroblastos en adipocitos21. En este sentido, se ha observado que la coexpresión de PPARg 
y C/EBPa en fibroblastos tiene un efecto sinérgico sobre la inducción del proceso de conversión
 en adipocitos.
Las tiazolidinedionas, fármacos con acción antidiabética, actúan como ligandos directos de
 PPARg, y se ha observado que son, por tanto, potentes y efectivos estimulantes de la adipogénesis.
Los factores de transcripción C/EBPb y C/EBPd parecen jugar también un importante papel en
 la inducción de PPARg. De hecho, su expresión ectópica provoca un incremento en los
 niveles de PPARg equivalente al de las células adiposas normales24.
Otro factor que también parece estar implicado en el proceso de diferenciación es ADD1/SREBP1 
(Adipocyte Determination Differentiation Dependent Factor 1/ Sterol Regulatory Element Binding 
Protein 1). La coexpresión de este factor de transcripción incrementa la actividad transcripcional 
de PPARg incluso en ausencia de sus ligandos activadores.

Entre los genes que disminuyen su expresión a lo largo de la diferenciación es de destacar
 Pref-1 (Preadipocyte Factor-1). Pref-1 presenta altos niveles de expresión en preadipocitos
 y su expresión disminuye durante la diferenciación, siendo completamente indetectable en
 adipocitos maduros.
4. Eventos tardíos y diferenciación terminal
Durante la fase final de la diferenciación, los adipocitos en cultivo incrementan marcadamente la
 lipogénesis de novo, observándose, por tanto, un incremento en la expresión y actividad de 
enzimas implicados en esta ruta tales como la sintasa de ácidos grasos, enzima málica,
 glicerol 3-fosfato deshidrogenasa… Durante esta etapa aumenta también considerablemente 
la sensibilidad a la insulina, debido a un gran aumento en el número de receptores de insulina y 
transportadores de glucosa dependientes de insulina (GLUT4).
La diferenciación de los adipocitos conlleva una pérdida de receptores adrenérgicos b1, mientras 
que se produce un incremento de los b2 y b3, resultando un incremento total en el número
 de receptores adrenérgicos.

Además, se expresan y sintetizan también otros genes y productos específicos de los adipocitos
 como aP2, una proteína fijadora de ácidos grasos específica de adipocitos y perilipina, una
 proteína asociada a las gotas de lípidos. Además, los adipocitos en esta etapa comienzan
 a secretar algunas sustancias endocrinas y paracrinas tales como leptina, adipsina, PAI-1 y 
la angiotensina.
FACTORES QUE MODULAN LA DIFERENCIACIÓN DE LOS ADIPOCITOS
Según lo expuesto hasta ahora puede deducirse que la diferenciación de los adipocitos es 
un proceso altamente complejo, que se encuentra sometido a regulación por diferentes
 hormonas y factores de crecimiento. La identificación de estos factores que regulan
 tanto positiva como negativamente el proceso de diferenciación adipocitario, y el conocimiento 
de las rutas implicadas, provee importante información para una mejor comprensión de los
 mecanismos moleculares implicados en el proceso diferenciador.
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EL TEJIDO ADIPOSO BLANCO COMO ÓRGANO DE ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA
Lipogénesis
El tejido adiposo blanco es el mayor reservorio energético del organismo. La energía es almacenada
 en las células grasas en forma de triglicéridos. La principal fuente de triglicéridos para los adipocitos
 procede de los quilomicrones y las VLDL circulantes. Los triglicéridos de estas lipoproteínas son
 hidrolizados hasta ácidos grasos libres y monoglicerol por la lipoproteína lipasa (LPL) que se 
encuentra en la pared de los capilares del tejido adiposo. Estos ácidos grasos libres son captados
 por los adipocitos a través de procesos de transporte activo mediado por proteínas transportadoras 
específicas de ácidos grasos. Una vez en el interior de la célula, los ácidos grasos son reesterificados
 para formar triglicéridos27. Los ácidos grasos plasmáticos que circulan unidos a albúmina también
 pueden ser captados por los adipocitos y reesterificarse a triglicéridos.
El término lipogénesis de novo designa específicamente la formación de ácidos grasos a partir de 
algún precursor derivado del adipocito, por ejemplo glucosa. En humanos, el almacenamiento de los 
ácidos grasos en el tejido adiposo depende prácticamente de la liberación de los mismos desde las
 lipoproteínas por acción de la LPL27. Sin embargo, se ha observado que pacientes con deficiencia
 de LPL son capaces de acumular triglicéridos en el tejido adiposo28, lo que hace pensar en la 
implicación de otros mecanismos tales como la lipogénesis de novo u otras rutas alternativas
 como el sistema adipsina/ASP.
Lipólisis
Durante la lipólisis, los triglicéridos almacenados en el tejido adiposo son hidrolizados hasta ácidos
grasos y glicerol. El paso limitante de la lipólisis está controlado por la lipasa sensible a hormonas (HSL). 
Esta enzima cataliza la hidrólisis de triglicéridos hasta monoglicéridos. Finalmente, éstos son 
degradados por la monoacilglicerol lipasa. La HSL está sujeta a una intensa regulación. Así, la HSL 
se activa por fosforilación controlada por la proteína quinasa A, la cual está asimismo activada 
por la vía del AMPcíclico (AMPc). La lipólisis se verá estimulada por todas aquellas hormonas 
que al unirse a su receptor provoquen la activación de proteínas G estimulantes y, por tanto la
 estimulación de la adenilatociclasa y la formación de AMPc, como ocurre por la unión de 
catecolaminas a los receptores b-adrenérgicos. Por el contrario, la lipólisis va a ser inhibida por
 aquellas hormonas cuyo receptor se encuentra asociado a la adenilato ciclasa a través de proteínas G 
inhibitorias. Esto provoca una menor producción de AMPc y una menor activación de la proteína 
quinasa A y por tanto de la HSL. Es lo que ocurre tras la activación por catecolaminas de
 receptores a2-adrenérgicos y receptores de adenosina. Las catecolaminas tienen, por tanto, un efecto
 dual sobre la lipólisis y, por ello, su efecto lipolítico neto depende del balance entre receptores a y b
 adrenérgicos. Otras hormonas inhibidoras de la lipólisis como es el caso de la insulina, actúan a través
 de receptores que están asociados a la fosfatidilinositol quinasa 3 (PIK-3), cuya activación provoca
 asimismo la de la fosfodiesterasa III (PDE III) que cataliza la inactivación de AMPc a 5’AMP.
 Además, parece existir un ritmo basal de lipólisis que es independiente de hormonas.
Metabolismo del tejido adiposo y distribución de los depósitos grasos
La mayor o menor acumulación de grasa en unas zonas que en otras del organismo viene 
determinada por las variaciones regionales en el balance entre los procesos de movilización
 o almacenamiento lipídico. En este sentido, mientras que las mujeres suelen presentar
 una acumulación preferentemente periférica de la grasa, los hombres suelen presentar una 
distribución central o abdominal. Este proceso parece ser debido a que en las mujeres están más 
acentuados que en el hombre los procesos que favorecen la movilización lipídica en los depósitos de
 grasa viscerales y los que facilitan el almacenamiento de lípidos en los tejidos periféricos subcutáneos
 grasos. También en situaciones de obesidad se observan sujetos con obesidad periférica y sujetos
 con obesidad abdominal. Es esta última la que está relacionada con el desarrollo de complicaciones
 metabólicas y cardiovasculares, lo que podría estar causado porque las diferencias regionales en la
 lipólisis entre la grasa visceral y subcutánea son más marcadas en personas con obesidad abdominal,
 presentando una menor respuesta lipolítica a catecolaminas en la grasa subcutánea abdominal y una 
estimulación de la actividad lipolítica en la grasa visceral. El incremento en ácidos grasos libres derivado
 del aumento en el tamaño y la actividad lipolítica de la grasa visceral parece ser el responsable de las 
 alteraciones metabólicas hepáticas, que conducen finalmente a hipertrigliceridemia, hiperinsulinemia,
 resistencia a la insulina, etc.
EL TEJIDO ADIPOSO BLANCO COMO ÓRGANO SECRETOR
Estudios de los últimos años ha puesto de manifiesto la gran importancia del tejido adiposo blanco como
 productor de ciertas sustancias con acción endocrina, paracrina y autocrina. En este grupo de sustancias
secretadas por el tejido adiposo se encuentran moléculas implicadas en la regulación del peso corporal
 (leptina, Acrp30/adipoQ), sustancias relacionadas con el sistema inmune (TNFa, IL-1, IL-6), la función 
vascular (angiotensina e inhibidor del activador del plasminógeno tipo 1), el desarrollo de la resistencia a
 la insulina (resistina) y la función reproductora (estrógenos), entre otras.

Leptina
Es una hormona segregada principalmente por los adipocitos que juega un importante papel en la regulación 
del peso corporal a través de sus efectos centrales sobre el apetito y periféricos sobre el gasto energético.
 Los niveles de leptina circulantes están directamente relacionados con la adiposidad, pero ésta no es el
 único factor determinante de los niveles de leptina. Por ejemplo, la concentración de leptina circulante 
disminuye en condiciones de ayuno o restricción calórica y aumenta en respuesta a la ingesta. En este sentido,
 se ha postulado que el metabolismo de la glucosa es el principal determinante de la secreción de
 leptina tanto in vitro como in vivo.
Citoquinas (TNFa, IL-1, IL-6)
Estas moléculas multifuncionales son producidas por muchos tipos celulares incluidos los adipocitos.
Respecto a la función que llevan a cabo estas citoquinas secretadas por el tejido adiposo, se ha 
sugerido una acción paracrina o autocrina en el propio tejido. Los niveles del TNFa en tejido adiposo 
están correlacionados positivamente con el tamaño de los depósitos adiposos. El TNFa es un estimulante
 de la lipólisis, mientras que inhibe la expresión de LPL y GLUT4, dos elementos claves para la 
acumulación de lípidos, por lo que podría considerarse como un mecanismo que trata de reducir el
tamaño excesivo de los depósitos grasos. Sin embargo, estos altos niveles de TNFa en tejido adiposo 
podrían estar implicados en el desarrollo de algunas alteraciones metabólicas tales como la resistencia 
a la insulina. En este sentido, se ha demostrado que el TNFa inhibe la captación de glucosa dependiente 
de insulina ya que interfiere con la ruta de señalización de la misma. El papel que en el ámbito fisiológico
 general pudieran tener estas citoquinas secretadas por el tejido adiposo no está claro.

Adipsina/ASP

La ASP (Acylation Stimulating Protein) es una proteína sérica relativamente pequeña, idéntica a
 C3adesArg, el producto inicial de la activación de la vía alternativa del complemento. La molécula 
de ASP se genera a través de la interacción de un complejo de proteínas entre las cuales se incluye 
la adipsina, de ahí que al sistema se le denomine “adipsina/ASP”. El papel de la ASP parece ser regular
 el ritmo al cual los ácidos grasos procedentes de la acción de la LPL son captados por los adipocitos y posteriormente convertidos a triglicéridos por los mismos. La ASP también parece afectar el ritmo al 
que los ácidos grasos son liberados desde los adipocitos. Se ha sugerido, por tanto, que la insulina 
y la ASP interaccionan en los procesos de regulación de almacenamiento y movilización energética.

Acrp30/AdipoQ/Adiponectina
La Acrp30 (Adipocyte Complement Related Protein), también conocida como AdipoQ, adiponectina, 
apM1, es una proteína expresada exclusivamente en adipocitos diferenciados. Su función no está clara
 todavía, pero se ha observado que sus niveles de ARNm están disminuidos en animales y humanos
 obesos. Un estudio reciente ha mostrado que un producto resultante de la ruptura proteolítica de 
 Acrp30, en concreto el correspondiente al dominio globular C-terminal incrementa la oxidación de 
ácidos grasos en el músculo y causa pérdida de peso en ratones que consumían una dieta alta en grasa sin afectar al apetito.
Resistina
Recientemente, se ha identificado una nueva molécula, la resistina, secretada por adipocitos maduros y
que se ha postulado podría ser el enlace entre la obesidad y el desarrollo de resistencia a la insulina. De hecho,
se ha observado que los niveles circulantes de resistina están aumentados tanto en modelos genéticos como
 dietéticos de obesidad, y que el tratamiento con las tiazolidinedionas, fármacos antidiabéticos agonistas
 de PPARg, disminuye los niveles circulantes de resistina. Además, la administración de un anticuerpo
 antiresistina a ratones con obesidad inducida por la dieta mejora los niveles sanguíneos de glucosa
e insulina. Sin embargo, un estudio posterior ha observado que la expresión de resistina en tejido
adiposo está severamente disminuida en la obesidad y que es estimulada por los agonistas PPARg.
Se requieren, por tanto, nuevos estudios para determinar el papel de esta molécula tanto en la obesidad
como en la resistencia a la insulina.
Angiotensinógeno/PAI-1
El tejido adiposo posee algunos de los principales componentes del sistema renina-angiotensina.
 El angiotensinógeno puede jugar un papel importante en la regulación del aporte sanguíneo al tejido
 adiposo y el flujo de ácidos grasos desde el mismo. Además, se ha observado que la expresión génica
 de angiotensinógeno está aumentada en obesidad en humanos. La angiotensina II posee un efecto
 estimulante sobre la diferenciación del tejido adiposo y parece estar implicada en la regulación de la
 adiposidad debido a sus acciones lipogénicas.
En cuanto a la secreción de PAI-1 por el tejido adiposo, se ha observado una mayor producción del
 mismo en la grasa visceral que en la grasa subcutánea, lo cual podría relacionarse con el incremento
 en los niveles de PAI-1 observados en la obesidad central y con el desarrollo de las alteraciones vasculares asociadas a la misma.

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