Traducido del inglés al español - www.onlinedoctranslator.com 3 Acción de la insulina sobre el metabolismo de los lípidos Keith N. FraynyFredrik Karpe 3.1 Introducción: ¿la insulina afecta el metabolismo de los lípidos? Los efectos de la insulina se han evaluado tradicionalmente mediante mediciones del metabolismo de la glucosa. El control glucémico en la diabetes mellitus se controló durante mucho tiempo midiendo la glucosa en orina. La sensibilidad del cuerpo a la insulina casi siempre se mide en términos de eliminación de glucosa; de hecho, la medición de la eliminación de glucosa insulinodependiente mediante la técnica de pinza euglucémica-hiperinsulinémica1generalmente se considera el método "estándar de oro".2Sin embargo, la mayoría de los que padecen diabetes no mueren directamente de hiperglucemia, sino de enfermedades cardiovasculares, un proceso en el que generalmente se considera que los lípidos están íntimamente involucrados. Además, la marcada emaciación observada en pacientes jóvenes con deficiencia de insulina sugiere acciones anabólicas de la insulina tanto en las reservas de grasa como de proteínas. De hecho, Vincent Marks declaró una vez que si fuera tan fácil medir las concentraciones de ácidos grasos en plasma como lo es la glucosa, pensaríamos en la diabetes principalmente como un trastorno del metabolismo de las grasas (comunicación personal); y el fallecido Denis McGarry escribió "¿Y si Minkowski hubiera sido ageusic?" (carecía del sentido del gusto, por lo que no habría detectado glucosa en la orina en pacientes con diabetes), planteando nuevamente la cuestión de si deberíamos pensar en la diabetes principalmente en términos de un metabolismo alterado de las grasas.3 En este capítulo mostraremos que, de hecho, la insulina tiene efectos profundos sobre el metabolismo de las grasas. Esto no es sorprendente. La insulina es sin duda el principal coordinador hormonal de los eventos metabólicos relacionados con el ayuno y la alimentación. No nos alimentamos únicamente de carbohidratos. Parece totalmente apropiado que la insulina integre el metabolismo de los carbohidratos, las proteínas y las grasas, y en este capítulo ilustraremos hasta cierto punto cómo se logra esa integración. Resistencia a la insulina. Editado por Sudhesh Kumar y Stephen O'Rahilly. -2005 John Wiley e hijos, Ltd ISBN: 0-470-85008-6 88 ACCIÓN DE LA INSULINA SOBRE EL METABOLISMO DE LOS LÍPIDOS 3.2 Mecanismos moleculares por los cuales la insulina regula el metabolismo de los lípidos Las vías de señalización molecular mediante las cuales la insulina regula el metabolismo de los lípidos se pueden dividir en efectos provocados por fosforilaciones intracelulares post-receptor con la posterior regulación de los estados de actividad de las enzimas intracelulares y efectos sobre la transcripción. Un excelente ejemplo de la primera cadena de eventos es la regulación negativa de la lipasa sensible a hormonas (HSL) en los adipocitos por la insulina, que se describe en detalle a continuación. Ejemplos de regulación de la transcripción genética por parte de la insulina involucran la proteína de unión al elemento regulador de esteroles 1c (SREBP-1c) y Forkhead (Fox), en particular la subfamilia FoxO. Estos mecanismos han sido revisados recientemente.4 La tecnología de microarrays proporciona una poderosa demostración de la acción de la insulina en la transcripción genética. En el músculo esquelético humano, expuestoen vivo Debido a concentraciones elevadas de insulina mediante una pinza hiperinsulinémica y normoglucémica, más de 800 genes mostraron una regulación a corto plazo.5Debido a la perturbación metabólica en tal situación metabólica y a los efectos secundarios, es probable que sólo algunos de estos genes hayan sido regulados directamente por la insulina, es decir, a través de un mecanismo directo que vincula la activación del receptor de insulina de la superficie celular con la activación de un elemento de respuesta a la insulina (IRE). ) en un promotor de gen. El IRE es un motivo de secuencia de nucleótidos consenso de las bases T(G/A)TTT(TG)(GT). La vía de señalización del receptor de insulina, que eventualmente conduce a la unión de un factor de transcripción a un IRE en un promotor genético, no está completamente dilucidada y no parece consistir en un mecanismo único. Sin embargo, una vía compartida entre varios genes parece ser la de la fosfoinositida 3-quinasa (PI3-quinasa) activación formando fosfatidilinositol (3′,4′,5′)-trifosfato (PIP3), que activa la proteína quinasa B (PKB, también conocida como Akt), que a su vez fosforila una de las variantes de los factores de transcripción de la familia Fox. La proteína Fox fosforilada pierde afinidad por el IRE y muestra signos de exclusión nuclear. El resultado final es una disminución de la actividad transcripcional. Un ejemplo fisiológico de regulación negativa de la insulina en consonancia con una actividad transcripcional disminuida es el gen que codifica la apolipoproteína C-III (apoC-III).6Una regulación negativa insuficiente del producto genético puede provocar una sobreproducción de apoC-III. ApoC-III es un inhibidor conocido de la lipoproteína lipasa (LPL) y también interfiere con la eliminación mediada por receptores de partículas de lipoproteínas ricas en triacilglicerol (TG-) del plasma. Es probable que esto proporcione uno de los mecanismos moleculares para el vínculo entre la hipertrigliceridemia y la acción insuficiente de la insulina, como en la resistencia a la insulina. La evidencia más sólida de un vínculo entre la acción de la insulina y la transcripción de genes que regulan el metabolismo de los lípidos proviene de la investigación de SREBP-1c. La insulina induce fuertemente la transcripción de SREBP-1c. El efecto es específico para SREBP-1c ya que no hay efecto sobre la variante de empalme que se origina en el mismo gen, SREBP-1a, ni sobre el producto genético relacionado SREBP-2. En línea con INSULINA Y LIPOLISIS 89 La cadena de transducción de señales provocada por insulina termina con la depresión transcripcional mediada por FoxO, el efecto sobre la transcripción de SREBP-1c está mediado a través del receptor de insulina, la fosforilación del sustrato 1 del receptor de insulina (IRS-1) y la posterior fosforilación de PKB/Akt. Sin embargo, los vínculos finales entre los eventos transcripcionales mediados por SREBP-1c y los efectos mediados por la insulina sobre la homeostasis de los lípidos celulares están sujetos a la detección de esteroles intracelulares. SREBP-1 se localiza en el retículo endoplásmico (RE) y la proteína sufre una secuencia de escisiones proteicas. El péptido activador de escisión SREBP que atraviesa la membrana (SCAP) es sensible al contenido de lípidos/colesterol de la membrana. La molécula SCAP tiene siete dominios que atraviesan la membrana, que transmiten la verdadera detección de esteroles en la membrana. Cuando se activa, SCAP promueve la actividad de una proteasa del sitio 1. Esto permite, a su vez, una proteasa del sitio 2 que escinde el péptido de señalización final derivado de la proteína SREBP-1c. La proteasa del sitio 2 depende estrictamente de la escisión del sitio 1. El péptido escindido abandona la ubicación del RE, ingresa al núcleo y finalmente se une a un elemento regulado por esteroles (SRE). La secuencia consenso del SRE es 5′-TCACNCCCAC-3′, donde N representa cualquier base. Varios genes implicados en pasos reguladores de la síntesis de ácidos grasos son inducidos por la activación de la vía de señalización SREBP-1c. La ácido graso sintasa (FAS), la acetil CoA carboxilasa (ACC), la estearoil CoA desaturasa (SCD-1) y la glicerol-3-fosfato aciltransferasa (GPAT) tienen SRE y promoverán de manera coordinada la síntesis de TG. La insulina también puede afectar indirectamente la transcripción al estabilizar el ARNm. Estos mecanismos no se conocen bien, pero prolongar la vida de la molécula de ARNm puede brindar más oportunidades de traducción. 3.3 Insulina y lipólisis Efectos de la insulinaen vivo Si se inyecta o infunde insulina y se controlan los niveles plasmáticos de compuestos relacionados con las grasas, entonces el efecto más inmediato y pronunciado de la insulina es reducir la concentración plasmática de ácidos grasos no esterificados (NEFA). En realidad, este efecto es más pronunciado que el efecto reductor de la glucosa en sangre de la insulina. Se logra principalmente mediante un efecto directo de la insulina sobre los adipocitos para suprimir la liberación de NEFA. Puede haber algún efecto en otros tejidos que provoque un aumento en la eliminación de NEFA, pero esto debe ser relativamente menor ya que, en la mayoría de las circunstancias, la concentración plasmática de NEFA está estrechamente relacionada con la tasa de producción de NEFA.7,8Curvas dosis-respuestaen vivodemostrar que este es un efecto potente8,9(Figura 3.1). Los datos de la Figura 3.1 muestran la tasa de producción de glucosa (glucosaRa, línea de puntos con diamantes) y tasa de utilización de glucosa (glucosaRd, línea punteada con triángulos)69y la tasa de aparición de ácidos grasos no esterificados (RaNEFA, línea continua con círculos).9se recalculan 90 ACCIÓN DE LA INSULINA SOBRE EL METABOLISMO DE LOS LÍPIDOS Porcentaje del valor máximo 100 Glucosa Ra 80 Glucosa Rd 60 40 NEFARa 20 0 50 150 500 1500 4500 15 000 Insulina plasmática (pmol/l) Figura 3.1Curvas dosis-respuesta de los efectos de la insulina sobre el metabolismo de la glucosa y los ácidos grasos.en vivo. Se produjo un rango de concentraciones de insulina en sujetos normales y sanos utilizando técnicas de infusión incremental de insulina/pinza euglucémica. por lo que el 100 por ciento representa el valor máximo. La línea de puntos horizontal representa el 50 por ciento del tipo máximo. Tenga en cuenta que la supresión de la aparición de NEFA es más sensible a la insulina (es decir, cruza la línea del 50 por ciento más hacia la izquierda). Los NEFA se liberan a la sangre principalmente a partir de la hidrólisis de las reservas de TG en los adipocitos. En este proceso también se produce glicerol. La liberación de glicerol de los adipocitos o del tejido adiposo se toma a menudo como un marcador de lipólisis, ya que el tejido adiposo expresa niveles relativamente bajos (según algunas fuentes no) de actividad de glicerol quinasa, que sería necesaria para la reutilización del glicerol liberado de la hidrólisis de triacilglicerol. Cuando se infunde insulina, la liberación de glicerol del tejido adiposo se reduce, pero no se suprime tan completamente como lo hace la liberación de NEFA (Figura 3.2). En la Figura 3.2, los puntos sólidos muestran concentraciones en sangre/ plasma arterializada; puntos abiertos, concentraciones en sangre/plasma procedentes del drenaje venoso del tejido adiposo. La insulina suprime completamente la liberación de NEFA del tejido adiposo (diferencia venoarterial), mientras que la liberación de glicerol no se suprime por completo. La explicación es que la insulina también debe estimular la reesterificación de los ácidos grasos liberados, algo que se reconoce desde hace muchos años.10Aún no está claro cómo la insulina hace esto. Puede aumentar la absorción de glucosa por los adipocitos y, dado que la glucosa es un precursor del glicerol 3-fosfato necesario para la esterificación, esto podría aumentar la retención de ácidos grasos. Pero también es probable que la insulina estimule directamente la vía de esterificación, aunque se desconoce el lugar de acción. La insulina aumenta la transcripción de GPAT como se señaló anteriormente, pero probablemente también haya efectos agudos sobre la actividad de la vía.11Existe la sugerencia de que los ácidos grasos que se reesterifican tienen que pasar por una vía extracelular.12En ese caso, la insulina también puede aumentar la recaptación de ácidos grasos de los adipocitos mediante la activación del transporte de membrana, como se describe con más detalle a continuación. INSULINA Y LIPOLISIS 91 glicerol en sangre,µprostituta 200 150 100 50 0 NEFA plasmático,µprostituta 1000 800 600 400 200 0 – 40 – 20 0 30 60 90 120 Tiempo, minutos Figura 3.2Efectos de la insulina sobre la liberación de glicerol y ácidos grasos no esterificados (NEFA) del tejido adiposo abdominal subcutáneoen vivo. La insulina se infundió durante 2 h desde el tiempo 0 para lograr altas concentraciones fisiológicas de insulina; las concentraciones de glucosa se "fijaron" en 5 mmol/l (representadas a partir de los datos de la referencia 70) En estados fisiológicos normales, los principales efectores de la liberación de NEFA del tejido adiposo son las catecolaminas y la insulina. Después de un ayuno nocturno, el efecto de las catecolaminas es en realidad una inhibición tónica a través de los adrenoceptores α.13,14equilibrado por la estimulación a través de los receptores β y, lo que es más importante, el efecto supresor más bajo posible de la insulina en este estado. En consecuencia, la ausencia de insulina no es suficiente para estimular completamente la lipólisis y se necesita una mayor activación adrenérgica. El efecto de la insulina para reducir las concentraciones circulantes de NEFA es una parte importante de la coordinación de los procesos metabólicos que ocurren después de una comida. En ese momento, la glucosa se convierte en el principal combustible oxidativo del músculo esquelético y es apropiado minimizar la "competencia por sustratos" de los ácidos grasos. Además, los NEFA plasmáticos son un potente estímulo para la gluconeogénesis hepática y la glucosa. 92 ACCIÓN DE LA INSULINA SOBRE EL METABOLISMO DE LOS LÍPIDOS 400 NEFA 40 200 30 Insulina 20 100 Insulina plasmática NEFA plasmáticos 300 10 Comidas 0 8 am Mediodía 4 pm 8 pm 0 Medianoche Hora del día (horas) Figura 3.3Patrón de veinticuatro horas de concentraciones plasmáticas de ácidos grasos no esterificados (NEFA, línea continua, puntos sólidos) y de insulina (línea discontinua, puntos abiertos). Después de cada comida, a medida que aumenta la concentración de insulina en plasma, la concentración de NEFA en plasma disminuye (extraído de los datos de la referencia 71 con autorización) producción,15,dieciséisy nuevamente este estímulo no es apropiado en el período posprandial cuando es necesario suprimir la producción hepática de glucosa para mantener la homeostasis de la glucosa. Esto significa que las concentraciones plasmáticas de NEFA muestran una marcada variación diurna, lo contrario de las concentraciones de insulina, con valles después de las comidas y picos antes de la siguiente comida (Figura 3.3). Regulación molecular de la lipólisis por la insulina y otras hormonas. La enzima reguladora clave en el proceso de movilización de grasas es HSL,17,18 que hidroliza preferentemente elsn-1 y 3 enlaces éster.17El ácido graso restante se libera mediante una monoacilglicerol lipasa constitutivamente activa.19En los adipocitos blancos, la función de HSL es la hidrólisis de los TG en la gotita de TG. HSL está altamente regulada, principalmente por fosforilación reversible de residuos de serina. La movilización de ácidos grasos no esterificados a partir de triglicéridos de adipocitos es estimulada principalmente (al menos de forma aguda) por catecolaminas que actúan a través de adrenoceptores β, receptores acoplados a proteínas de unión a GTP de siete dominios transmembrana en la membrana celular. Estos estimulan la adenilil ciclasa, produciendo 3′,5′-monofosfato de adenosina cíclico (AMPc) a partir de ATP. HSL es activo cuando está fosforilado. ser659 INSULINA Y LIPOLISIS 93 y ser660se demostró que eran responsables dein vitroactivación de HSL por la proteína quinasa dependiente de AMPc (proteína quinasa A, PKA), que, a su vez, se activa mediante la unión del AMPc generado como se describió anteriormente. ser565, que es fosforilada por la proteína quinasa activada por AMP (AMP-quinasa), puede desempeñar un papel antilipolítico, ya que su fosforilación previene la activación de HSL y altera la lipólisis. El poderoso control inhibidor de la movilización de grasa del tejido adiposo por parte de la insulina está mediado a través de la cadena de señales descrita anteriormente, es decir, desde el receptor de insulina, a través del IP.3-quinasa que forma PIP3, que activa PKB/Akt. Luego, la PKB fosforila y activa una isoforma específica de cAMP-fosfodiesterasa (PDE), PDE3B. PDE3B hidroliza AMPc a AMP, reduciendo así las concentraciones de AMPc.20Por tanto, la concentración celular de AMPc es un integrador importante para la regulación de la movilización de grasas. Aunque la insulina se considera la principal hormona antilipolítica, otras vías implican α2-receptores adrenérgicos, A1-receptores de adenosina, EP3prostaglandina E2receptores y receptores del neuropéptido Y/péptido YY (NPY-1). Se propone la existencia de receptores inhibidores del ácido nicotínico para explicar la conocida acción antilipolítica del ácido nicotínico. Hace 40 años se postuló una proteína receptora del ácido nicotínico en el tejido adiposo21y sólo recientemente ha sido identificado.22,23Este sistema se resume en la Figura 3.4. HSL tiene una amplia distribución tisular y la acción antilipolítica de la insulina probablemente también sea fundamental en otros tejidos. Una excepción al papel de la insulina como principal hormona antilipolítica se encuentra en las células β pancreáticas. La secreción de insulina de las células β está fuertemente modulada por las concentraciones de ácidos grasos y es probable que la regulación intracelular de la lipólisis sea parte de esta regulación. Sin embargo, como esta célula está constantemente inundada por una alta concentración de insulina, Catecolaminas (β) Insulina (Cortisol) Hormona del crecimiento Insulina (Cortisol) adenosina Catecolaminas (α) PAN + + LPL TRL LPL +− FA Gota de lípidos (TG) partículas Insulina HSL FA Perilipina endotelio Figura 3.4Coordinación por insulina del depósito y movilización de grasa en el tejido adiposo. ANP, péptido natriurético auricular (una posible señal de lipólisis); AG, ácidos grasos; HSL, lipasa sensible a hormonas; LPL, lipoproteína lipasa; TG, triacilglicerol (de la referencia 72) 94 ACCIÓN DE LA INSULINA SOBRE EL METABOLISMO DE LOS LÍPIDOS No es probable que la insulina regule el HSL. En cambio, la función de la insulina parece ser sustituida por el GLP-1 para proporcionar la señal para la antilipólisis de las células β en el estado posprandial.24 3.4 Absorción de insulina, lipoproteína lipasa y ácidos grasos celulares La lipoproteína lipasa (LPL) es una enzima extracelular unida a la cara luminal del endotelio capilar. Su función es hidrolizar las lipoproteínas TG circulantes para transportar ácidos grasos a los tejidos extrahepáticos. Se expresa en muchos tejidos pero, en términos de eliminación de TG de la circulación, predominan el músculo esquelético, el miocardio, el tejido adiposo y, durante la lactancia, la glándula mamaria. Desde hace mucho tiempo se reconoce que la actividad de la LPL se regula de manera específica de cada tejido de acuerdo con las necesidades de ácidos grasos de los tejidos en diferentes estados nutricionales.25,26La actividad de LPL del tejido adiposo aumenta con la insulina. Esta activación no es tan rápida como la supresión de la liberación de NEFA del tejido adiposo: en situaciones experimentales, se necesitan algunas horas de infusión de insulina para hacerse evidente.27La actividad de LPL en el músculo esquelético y cardíaco está regulada negativamente en estado de alimentación. El efecto de la insulina sobre la LPL del músculo esquelético en humanos no es tan marcado como en roedores; La infusión continua de insulina durante 6 h en voluntarios normales aumentó la actividad de LPL del tejido adiposo en un 210 por ciento, mientras que la actividad de LPL del músculo esquelético se redujo en un 14 por ciento.28 (Figura 3.5). En la Figura 3.5, se infundió insulina durante 6 h mientras las concentraciones de glucosa se "limitaban" al nivel de ayuno. Se tomaron biopsias de tejido adiposo (puntos y líneas sólidas) y músculo esquelético (círculos abiertos, línea de puntos) al inicio y al final de la infusión de insulina. La insulina aumentó la actividad de LPL del tejido adiposo, mientras que la del músculo disminuyó ligeramente. En humanos, un factor importante que regula la LPL del músculo esquelético. 6 25 5 15 10 4 LPL del músculo esquelético LPL del tejido adiposo 20 5 0 0 2 4 6 3 Tiempo de infusión de insulina (horas) Figura 3.5Regulación específica de tejido de la actividad de la lipoproteína lipasa (LPL) por parte de la insulina en sujetos sanos (datos adaptados de la referencia 28 con autorización) ABSORCIÓN DE INSULINA, LIPOPROTEÍNA LIPASA Y ÁCIDOS GRASOS CELULARES 95 La actividad física es el ejercicio físico, que regula positivamente la expresión del gen LPL muscular y la actividad enzimática, aunque con un período de retraso de varias horas.29,30Por lo tanto, los ácidos grasos de la dieta se entregarán preferentemente al tejido adiposo en lugar de al músculo en el estado de alimentación. En ayunas, la actividad de LPL del tejido adiposo se regula a la baja, mientras que la del músculo aumenta, desviando así los ácidos grasos del tejido adiposo al músculo. La activación de la LPL del tejido adiposo por la insulina es multifactorial. Cuando se examinaron los cambios en la actividad de LPL durante el ayuno y la alimentación en humanos31 y ratas,32El aumento del ARNm es sólo un pequeño componente del aumento de la actividad observado en el estado de alimentación. La principal regulación parece ser la desviación de la LPL del tejido adiposo entre formas activas e inactivas, esta última probablemente destinada a la degradación sin exportación al endotelio capilar.32La LPL es activa como homodímero y la forma inactiva en el tejido adiposo es monomérica.33En el músculo esquelético, la regulación de la expresión genética parece ser más prominente, al menos en la respuesta al ejercicio.30 Los ácidos grasos liberados por la acción de la LPL son, en general, absorbidos por el tejido subyacente. En la glándula mamaria su destino sería en gran medida la producción de leche, en el músculo esquelético y cardíaco la oxidación o el almacenamiento como TG intracelulares. En el tejido adiposo, el destino de los ácidos grasos liberados por la LPL de los TG circulantes depende del estado nutricional. Desde hace tiempo se reconoce que una proporción de estos ácidos grasos puede liberarse directamente al plasma en forma de NEFA. Esta proporción está bajo control nutricional, vía insulina, en el tejido adiposo. En el estado de alimentación, una proporción mayor se dirige al tejido y una proporción correspondientemente menor se libera como NEFA.34Esto puede imitarse mediante una infusión de insulina,35lo que altera considerablemente la partición de los ácidos grasos derivados de LPL en el tejido adiposo. Este efecto de la insulina se produce presumiblemente de dos maneras, cada una de las cuales se analizó anteriormente: la supresión de la actividad de la HSL intracelular reducirá la concentración de ácidos grasos intracelulares y aumentará el gradiente de concentración para la absorción de ácidos grasos, y la estimulación de la vía de absorción de ácidos grasos. y la esterificación tendrá un efecto similar. El efecto neto es aumentar la deposición de grasa en el tejido adiposo en el período posprandial y también reducir las concentraciones circulantes de NEFA posprandiales. Esto último puede ser importante en la coordinación del suministro de sustrato en el período posprandial por parte de la insulina. El transporte celular de ácidos grasos se produce mediante difusión pasiva y transferencia facilitada a través de transportadores de ácidos grasos. Recientemente se ha demostrado que uno de estos transportadores, la proteína transportadora de ácidos grasos 1 (FATP-1), está regulado por la insulina en los adipocitos.36La regulación muestra sorprendentes similitudes con la del transporte facilitado de glucosa a través del transportador GLUT-4, con reclutamiento de transportadores de membrana celular de un conjunto intracelular (perinuclear). FATP-1 también se expresa altamente en el músculo esquelético. En los adipocitos, el otro transportador importante de ácidos grasos es la translocasa de ácidos grasos (FAT), también conocida como CD36.37En los miocitos cardíacos, la grasa, al igual que la FATP-1 y el GLUT-4, se recluta desde un conjunto intracelular hacia la membrana celular mediante la estimulación de la insulina.38Si esto también ocurriera en los adipocitos, estas observaciones sugerirían que FAT y FATP-1 son principalmente 96 ACCIÓN DE LA INSULINA SOBRE EL METABOLISMO DE LOS LÍPIDOS Implicado en el transporte de ácidos grasos hacia los adipocitos durante el proceso de deposición de grasas por la vía LPL. Aún no está claro si la FAT o la FATP-1 también median el transporte de ácidos grasos liberados por la lipólisis intracelular, y cómo la regulación por la insulina estaría involucrada en esa vía. 3.5 Regulación coordinada de la síntesis de ácidos grasos y la cetogénesis. Las concentraciones de cuerpos cetónicos son bajas en estado de alimentación y aumentan con la inanición, especialmente si la inanición es prolongada. Los valores típicos para las concentraciones combinadas de acetoacetato y 3-hidroxibutirato en ayunas durante la noche son <0,2 mmol/l, pero en caso de inanición prolongada las concentraciones alcanzan 7-8 mmol/l.39 En la cetoacidosis diabética, causada por deficiencia de insulina, sus concentraciones combinadas pueden alcanzar 10 a 20 mmol/l. Los cuerpos cetónicos son producto de la β-oxidación de ácidos grasos en el hígado. Estas variaciones en la concentración de cuerpos cetónicos reflejan en parte la regulación del suministro de NEFA al hígado: las concentraciones plasmáticas de NEFA son bajas en estado de alimentación, aumentan con la inanición prolongada y son aún más altas en la deficiencia de insulina. Sin embargo, debe haber una regulación más allá de la disponibilidad de ácidos grasos, ya que el rango de concentraciones de cuerpos cetónicos es considerablemente más amplio que el rango de concentraciones de NEFA. De hecho, en experimentos con hígados de roedores perfundidos, los hígados tomados de animales alimentados no producirán cuerpos cetónicos en gran medida, incluso cuando se perfunden con altas concentraciones de ácidos grasos.40Observaciones como ésta llevaron al descubrimiento de McGarryet al. en 1977 sobre el papel de la malonil-CoA en la regulación de la oxidación de ácidos grasos.41Actualmente se reconoce que este es el punto principal para la integración del metabolismo de la glucosa y las grasas. En estado de alimentación, la glucosa se puede convertir en acetil-CoA (mitocondrial) mediante la vía de la glucólisis y la acción de la piruvato deshidrogenasa; ambos se activan cuando las concentraciones de insulina son altas. La acetil-CoA mitocondrial puede exportarse al citosol mediante incorporación en citrato y transporte mediante el transportador de tricarboxilato, luego escindida por ATP:citrato liasa, una enzima cuya expresión aumenta con la insulina, para liberar acetil-CoA (citosólica). La acetil-CoA citosólica es el punto de partida parade novosíntesis tanto de ácidos grasos como de colesterol. El primer paso en la síntesis de ácidos grasos es la acción del ACC, que forma malonil-CoA, que luego es el sustrato para la adición gradual por parte de la ácido graso sintasa de unidades de dos carbonos para crear la cadena de ácidos grasos. La insulina aumenta la expresión genética tanto de ACC como de ácido graso sintasa; de ahí que la vía de eliminación del exceso de carbohidratos en forma de grasa se estimule mediante concentraciones elevadas persistentes de insulina. McGarry y sus colegas descubrieron que la malonil-CoA es un potente inhibidor de la oxidación de los ácidos grasos y la cetogénesis.41Esto se debe a la inhibición alostérica de la enzima carnitina-palmitoil transferasa-1 (CPT1), responsable del transporte de ácidos grasos a la mitocondria para su oxidación. (Los ácidos grasos están presentes en el citosol como acil-CoA, que no puede penetrar la membrana mitocondrial. CPT1 transfiere la cadena de acilo a la carnitina, que es SÍNTESIS DE INSULINA Y COLESTEROL 97 que se transloca a través de las membranas mitocondriales, antes de que otra isoforma de carnitina-palmitoil transferasa, CPT2, transfiera nuevamente la cadena de acilo a CoA, el sustrato para la β-oxidación). Por lo tanto, en el estado alimentado e insulinizado, la estimulación de la formación de malonil-CoA a partir de el exceso de glucosa inhibe la oxidación de los ácidos grasos y la cetogénesis. Ahora se reconoce que este mecanismo de control opera en tejidos distintos del hígado, por ejemplo el músculo esquelético y las células β pancreáticas.42,43 De hecho, la isoforma del músculo esquelético de CPT1 es de 10 a 100 veces más sensible a la inhibición por malonil-CoA que la isoforma del hígado.43Esto es interesante porque la ácido graso sintasa no se expresa en el músculo esquelético: presumiblemente, el ACC está presente únicamente para generar malonil-CoA con fines regulatorios. De hecho, existen dos isoformas de ACC, comúnmente llamadas ACC1 y ACC2, o α y β. ACC1 se expresa en tejidos donde la lipogénesis es cuantitativamente importante, por ejemplo, el hígado y el tejido adiposo. ACC2 es la isoforma predominante en el músculo esquelético y cardíaco, y está asociada con la membrana mitocondrial (ACC1 es citosólica).44La sugerencia es que ACC2 tiene un papel regulador más que biosintético, generando malonil-CoA cerca de CPT1. 3.6 Síntesis de insulina y colesterol Como se señaló anteriormente, la acetil-CoA citosólica es el precursor de la síntesis de ácidos grasos y colesterol, y su producción aumenta cuando los niveles de glucosa e insulina son altos. El siguiente paso en la síntesis de colesterol es la producción a partir de tres moléculas de acetil-CoA del compuesto de seis carbonos, ácido 3-hidroxi, 3-metilglutárico (HMG), esterificado a CoA (HMG-CoA). Las reacciones son las mismas que las de la síntesis de cuerpos cetónicos, que también se realiza a través de HMG-CoA, pero la cetogénesis involucra diferentes isoformas de las enzimas, expresadas dentro de la matriz mitocondrial; La síntesis de colesterol es completamente citosólica y se regula de manera diferente. La HMG-CoA citosólica se reduce con NADPH para formar mevalonato (y CoA libre) mediante la enzima HMG-CoA reductasa. Esta enzima es un importante paso de control en la síntesis de colesterol. Está estrictamente controlado tanto a nivel transcripcional como postraduccional. La regulación transcripcional se produce mediante los niveles de esteroles celulares a través del sistema SREBP2, que funciona de manera similar al sistema SREBP1 descrito anteriormente. La forma activa madura (nuclear) de SREBP2 se forma mediante escisión proteolítica en respuesta a niveles bajos de colesterol celular, como se describe en la Sección 3.2. La insulina no parece estar directamente involucrada en la acción de SREBP2. Sin embargo, la insulina desempeña un papel adicional en el aumento de la expresión del gen HMG-CoA reductasa.45La regulación postraduccional de la HMG-CoA reductasa implica principalmente una fosforilación reversible; se vuelve activo cuando se desfosforila pero es inactivo en su forma fosforilada. La insulina conduce a la desfosforilación y, por tanto, a la activación de la HMG-CoA reductasa.46,47La fosforilación de la HMG-CoA reductasa es provocada por la AMP-quinasa,48,49que a menudo se considera un "medidor de combustible celular".49,50 La AMP-quinasa está activa cuando los niveles de energía celular son bajos y, por lo tanto, suele ser menos activa cuando los niveles de insulina son altos. 98 ACCIÓN DE LA INSULINA SOBRE EL METABOLISMO DE LOS LÍPIDOS 3.7 Efectos de la insulina sobre el metabolismo de las lipoproteínas La insulina tiene el potencial de regular tanto la producción como la eliminación de lipoproteínas. En el caso de la "vía exógena" en la que los quilomicrones transportan la grasa de la dieta, no hay evidencia directa de que la insulina afecte la secreción de quilomicrones-TG, un proceso que está regulado principalmente por la entrega de grasa de la dieta al intestino delgado. La expresión de la proteína de transferencia de triglicéridos microsomal intestinal, MTP, está regulada positivamente en modelos animales de resistencia a la insulina y puede aumentar la secreción de partículas de quilomicrones.51pero no hay evidencia de un efecto directo de la insulina. La eliminación de quilomicrones-TG, por otro lado, es una función de la actividad de la lipoproteína lipasa y ésta está regulada positivamente, al menos en el tejido adiposo, por la insulina. Dado que la insulina también tiende a regular negativamente la LPL en otros tejidos, no existe un efecto neto del aumento de las concentraciones plasmáticas de insulina sobre el grado de lipemia posprandial. 52Sin embargo, en estas condiciones la insulina tenderá a entregar los ácidos grasos de la dieta de forma selectiva al tejido adiposo.35 La "vía endógena" del metabolismo de las lipoproteínas está influenciada mucho más claramente por la insulina. Esta vía consiste en la secreción de partículas de lipoproteínas de muy baja densidad (VLDL) ricas en TG desde el hígado, la eliminación de TG por la LPL y la eventual absorción de partículas por los receptores de la superficie celular. Las partículas de VLDL pueden ser eliminadas como tales por el receptor de VLDL, o sus TG pueden reducirse hasta tal punto que sean principalmente portadores de ésteres de colesterilo, en forma de partículas de lipoproteínas de baja densidad (LDL). Las partículas de LDL son eliminadas por el receptor de LDL, que se expresa principalmente en el hígado pero también en la mayoría de los demás tejidos. En el estado de deficiencia de insulina de la diabetes tipo 2, las concentraciones plasmáticas de TG son altas y se reducen con el tratamiento con insulina.53y es una observación común que la infusión de insulina reduce de manera aguda las concentraciones plasmáticas de TG, especialmente en la fracción VLDL.54,55Este efecto de la insulina se ha estudiado en detalle con infusiones de insulina y mediciones de las tasas de secreción de VLDL. Por lo general, lo que se mide es la secreción de apolipoproteína B100 (apoB100), la proteína estructural de las partículas VLDL; Dado que cada partícula de VLDL contiene una molécula de apoB100, este es un marcador del número de partículas secretadas. La infusión de insulina durante unas pocas horas reduce selectivamente la secreción de partículas VLDL en el rango de tamaño más grande (VLDL-1).56La supresión de la secreción de VLDL-1 apoB100 es evidente dentro de los 30 minutos posteriores a la infusión de insulina.56Se ha observado directamente mediante cateterismo venoso hepático la supresión de la secreción de VLDL-TG durante la infusión de insulina.55La interpretación de este efecto es complicada porque la insulina tiene un poderoso efecto supresor sobre la entrega de NEFA al hígado, como se señaló anteriormente, y bien podría esperarse que esto en sí mismo reduzca la secreción de VLDL-TG. Si las concentraciones de NEFA se manipulan independientemente de la insulina (ya sea para disminuir o aumentar), hay un efecto sobre la secreción de VLDL-TG pero no sobre la secreción de partículas (apoB100).57,58En otras palabras, la insulina parece tener un efecto específico sobre la secreción de partículas VLDL, y esto se limita a las partículas más grandes y ricas en TG.58 REFERENCIAS 99 Este efecto directo de la insulina sobre la secreción de partículas VLDL está mediado por efectos sobre el proceso de ensamblaje de VLDL dentro del hepatocito.59En esencia, el ensamblaje de VLDL es estrictamente sensible a la disponibilidad de TG y a la transferencia de TG desde los depósitos de almacenamiento de lípidos intracelulares. VLDL parece producirse en dos pasos y el segundo paso implica la adición de TG a la lipoproteína precursora. El segundo paso está modulado por un factor de ribosilación-1 (ARF-1) de difosfato de adenosina (ADP), que está regulado negativamente por PI.3-Activación de quinasa a través de la señalización de insulina (como se describió anteriormente). En consecuencia, durante la señalización de la insulina, el segundo paso de maduración de VLDL se altera y las lipoproteínas inmaduras y pobres en lípidos sufren degradación intracelular en lugar de ser secretadas. Los efectos adicionales de la insulina en el hepatocito para inhibir la disponibilidad de TG para el ensamblaje de VLDL implican la estimulación del almacenamiento de TG promovido por la insulina, a través de malonil-CoA/CPT-1 y la activación de la esterificación de ácidos grasos como se describió anteriormente. El almacenamiento activo de ácidos grasos en los TG citosólicos de los hepatocitos estimulados por la insulina también limitará la disponibilidad de los TG para su incorporación a las VLDL. El efecto inhibidor agudo de la insulina sobre la secreción de VLDL se ha estudiado en detalle en hepatocitos aislados.60,61Este efecto es de corto plazo. Con una exposición más prolongada a la insulina (más de aproximadamente 24 h), aumenta la secreción de VLDL-TG de los hepatocitos.61 Esto no es inesperado. La insulina, como se señaló anteriormente, reduce la oxidación de los ácidos grasos en los hepatocitos y, por lo tanto, las reservas de TG de los hepatocitos aumentarán y, al final, deberán exportarse. Ha habido confusión en la literatura sobre los efectos de la insulina sobre la secreción de VLDL, con afirmaciones anteriores de que la insulina estimula la secreción de TG hepática.62Recientemente se ha sugerido que la estimulación frecuente mediante insulina cambia el estado metabólico del hígado, mediante la inhibición crónica de CPT-1, de modo que la insulina ahora se convierte en un estimulador de la secreción de VLDL-TG.63 Esto podría proporcionar una explicación para las altas concentraciones plasmáticas de TG que caracterizan el período inicial de adaptación a dietas altas en carbohidratos y bajas en grasas.64 La insulina, por sí sola, no aumenta las tasas de eliminación de VLDL.56, quizás porque, como se señaló anteriormente, puede tener diferentes efectos sobre la actividad de LPL en diferentes tejidos. Sin embargo, a menudo se ha observado que las concentraciones de colesterol plasmático (o LDL-) disminuyen un poco durante la infusión de insulina.54,sesenta y cinco,66Esto puede reflejar una mayor expresión de los receptores de LDL. Se ha demostrado que la insulina aumenta la expresión del receptor de LDL en sistemas celulares yen vivo.67,68 Reconocimiento Los autores agradecen el apoyo de Wellcome Trust para sus propios estudios sobre el metabolismo de la insulina y los lípidos.en vivo. Referencias 1. DeFronzo, RA, Tobin, J. y Andres, R. (1979) Técnica de pinzamiento de glucosa: un método para cuantificar la secreción y resistencia a la insulina.Am J Physiol237, E214–E223.
