Intolerancia a la lactosa (I)

Parte 1 de 2

La mala digestión y la intolerancia a la lactosa resultan de la incapacidad para digerir diferentes cantidades de esta azúcar láctea. Esta incapacidad es el resultado de una cantidad inadecuada de la enzima genéticamente regulada, lactasa. La razón más común para la mala digestión de la lactosa es una disminución en la actividad de lactasa con el avance de la edad. La mala digestión de la lactosa puede también ocurrir de forma secundaria a una infección en el tracto intestinal. Una rara forma de alactasia, ausencia de lactasa, puede ocurrir al en recién nacidos. Los síntomas asociados con la mala digestión de lactosa son resultado de la hidrólisis incompleta del disacárido en sus componentes absorbibles, glucosa y galactosa. La mala digestión de lactosa puede resultar en inflamación abdominal, acompañada o no de dolor, flatulencia, heces blandas y diarrea, solas o en combinación.

Los síntomas asociados con la mala digestión de la lactosa resultan en intolerancia a la lactosa. La forma más común de mala digestión e intolerancia a la lactosa que se observa en la mayoría de la población adulta se debe a niveles bajos de lactasa, genéticamente determinados; esta no persistencia de lactasa se reporta en un 70% de la población adulta.

La lactosa y su metabolismo

La lactosa, el principal carbohidrato de la leche, es sintetizada en la glándula mamaria por la participación de β-1.4 galactosil transferasa y de α-lactoalbumina. La concentración de lactosa en la leche varía entre especies: la leche de vaca contiene 4.7 g de lactosa en 100 ml mientras que la leche humana contiene 7.0 g en 100 ml, el mayor contenido entre los mamíferos.

La lactosa es la principal fuente de energía para los recién nacidos. Además tiene varias aplicaciones en la industria alimentaria debido a sus propiedades fisiológicas (fisicoquímicas), contribuyendo a la textura y ligando agua y color. La lactosa es aproximadamente la mitad de dulce que la glucosa.

La lactosa es un disacárido compuesto de unidades de galactosa y glucosa, unidas por un enlace β(1-4). Luego de ser ingerida, la lactosa es hidrolizada en los monosacáridos glucosa y galactosa por la enzima lactasa-floricin hidrolasa, conocida como lactasa, en la membrana en cepillo del epitelio del intestino delgado. Estos monosacáridos son transportados a través del epitelio intestinal usando el transportador de glucosa dependiente de sodio (SGLT1, por sus siglas en inglés). La glucosa se incorpora al pool de glucosa corporal directamente, mientras que la galactosa es primero metabolizada a glucosa por la enzima UDP-galactosa 4-epimerasa; este proceso ocurre principalmente en el hígado y es extremadamente eficiente.

En las personas con bajos niveles de actividad de lactasa, la mayoría de la lactosa permanece no hidrolizada en el yeyuno. La carga osmótica de la lactosa no hidrolizada en el intestino delgado resulta en un flujo de agua hacia el lumen, lo que contribuye a un rápido tránsito intestinal. En el colon, los microorganismos metabolizan la lactosa en varios gases y ácidos grasos de cadena corta. Dióxido de carbono, hidrógeno y metano son los principales gases formados y el exceso de estos puede causar distensión abdominal, inflamación y flatulencia. Los gases se incorporan al torrente sanguíneo y son exhalados a través de los pulmones o excretados como flato. Los ácidos grasos de cadena corta incluyen, entre otros, los ácidos acético, butírico, propiónico, succínico, láctico y fórmico. Estos ácidos grasos son rápidamente absorbidos del intestino. El ácido acético, que representa hasta el 50% del total de ácidos grasos de cadena corta, es finalmente metabolizado en los tejidos periféricos, mientras que los ácidos butírico y propiónico son metabolizados en el hígado. Las diferencias individuales en la composición de la microbiota intestinal tienen un efecto en la tasa de fermentación de la lactosa y por tanto influencian el grado de tolerancia a la lactosa en personas con la hipolactasia del adulto.

Complejo Lactasa-Floricin Hidrolasa (LPH)

La presencia de la enzima lactasa-floricin hidrolasa (LPH) en el intestino de perros fue demostrada en 1906. Medio siglo después, curvas completas de actividad enzimática de lactasa habían sido construidas para varias especies animales. En 1959 Holzel fue el primero en describir niños con intolerancia a la lactosa. La hipolactasia tipo adulto fue reportada por grupos italianos y suecos en 1963. El gen que codifica para lactasa-floricin hidrolasa fue localizado en el cromosoma 2q en 1988 y más específicamente en 2q21 en 1993. La estructura primaria completa de LPH humana se estableció en 1988 y la organización completa intrón-exón en 1991.

Estructura

El gen humano para lactasa-floricin hidrolasa (LCT) tiene aproximadamente 55 kB en tamaño y está compuesto de 17 exones. Codifica para lactasa-floricin hidrolasa que es una β-galactosidasa presente con mayor abundancia en el yeyuno próxima. LPH tiene dos actividades: la lactasa hidroliza la lactosa a galactosa y glucosa, mientras que la floricin hidrolasa divide los aril-glucósidos y alquil-β-glucósidos a floricin y β-glucosilceramidas. Adicionalmente, la actividad de lactasa rompe celobiosa, celotriosa, celotetrosa y celulosa en cierto grado.

A pesar de sus dos actividades separadas, LPH es sintetizada por un único RNA mensajero (mRNA) de 6247 bases y traducido como un pre-pro-polipéptido consistente en 1927 aminoácidos (aa). Hay cuatro repeticiones en la secuencia de aminoácidos en LPH, todas homólogas a una unidad β-glucosidasa, indicando que el gen realizó dos rondas de duplicación parcial del gen. Dado que la actividad floricin hidrolasa se encuentra en todos los vertebrados estudiados a la fecha, pero la actividad lactasa está confinada a los mamíferos, se cree que la floricin hidrolasa es el progenitor filogenético de ambas actividades catalíticas en el complejo LPH.

El pre-pro-LPH comprende cinco dominios: (1) una secuencia de señal divisible de 19 aa, (2) una porción pro de 849 aa, incluyendo repeticiones I y II, (3) la enzima madura conteniendo tanto sitios catalíticos floricin hidrolasa (repetición III) como sitio de actividad lactasa (repetición IV), (4) un segmento hidrofóbico ampliador de membrana sirviendo como ancla de membrana, y (5) un segmento hidrofílico citosólico en el terminal carboxilo (terminal-C).

Biosíntesis

La división de la señal de secuencia de 19 aa de pre-pro-LPH a pro-LPH tiene lugar en el retículo endoplásmico (RE) y ocurre durante el proceso de translocación del pro-LPH sobre el ER. Las secuencias del terminal amino (terminal-N) de pro-LPH son similares en el humano, la rata y el conejo. El pro-LPH se vuelve N-glucosilado y forma homodímeros en el RE. La dimerización involucra el dominio trans-membrana en el terminal-C y la región de la cola citoplásmica. Después de esto, el pro-LPH es transportado al complejo Golgi donde es complejo-glucosilado y O-glucosilado. La glucosilación es necesaria tanto para la actividad enzimática como para el transporte intracelular. La pro-secuencia es dividida en el complejo trans-Golgi o en un compartimiento posterior, en varias etapas por la convertasa furina o tipo-furina antes de ser transportada a la membrana del borde velloso. Este proceso difiere entre las especies estudiadas, principalmente debido a la presencia o ausencia de las secuencias de consenso furina o tipo-furina en el pro-LPH. La única función de la pro-secuencia parece ser que es necesaria para que la LPH salga del RE (en efecto, pasar el control de calidad de la ruta secretora). La lactasa expresada en la célula COS sin su pro-secuencia es retenida en el RE. La división proteolítica final del LPH se lleva a cabo en la membrana de micro-vellos por la enzima pancreática tripsina.

Expresión a niveles órgano y celular

La expresión de LPH está restringida al intestino delgado de todos los mamíferos investigados, lo que la hace un marcador usado comúnmente para los enterocitos diferenciados. En humanos la expresión de lactasa se incrementa desde el píloro hasta el yeyuno, con un máximo al 25% de la longitud del intestino delgado, disminuyendo alrededor del 50 al 70% de la longitud de este y posteriormente permaneciendo estable. La enzima LPH madura está posicionada en la unión cripta/vello y en las vellosidades de los enterocitos. Está anclada a la membrana de la frontera vellosa por su dominio trans-membrana en la terminal-C. La actividad floricin hidrolasa es más distal y la actividad lactasa está más cercana a la membrana. La localización de la lactasa en la punta de los micro-vellos la hace más vulnerable a enfermedades intestinales que causan daño celular, en comparación con otras disacaridasas que están localizadas más profundamente.

Dependiendo de la población, en algún punto durante la niñez o la adolescencia, la actividad LPH declina a aproximadamente el 10% de la actividad de los niveles en la niñez (no persistencia de lactasa, hipolactasia tipo-adulto). Este es el caso en la mayoría de la población mundial, mientras que en el resto la actividad de lactasa persiste a lo largo de la vida (persistencia de lactasa). La edad de esta declinación en la actividad de lactasa genéticamente determinada ha sido difícil de estudiar debido a las pocas oportunidades de obtener especímenes intestinales de niños sanos. Sin embargo, en poblaciones con alta prevalencia de hipolactasia tipo-adulto la condición parece manifestarte a una edad temprana. En algunas poblaciones asiáticas, donde la prevalencia de hipolactasia tipo-adulto es casi del 100%, la hipolactasia tipo-adulto se manifiesta como sigue: en los niños de Tailandia antes de los 2 años, en Bangladesh antes de los 3 años y en los niños chinos entre los 3 y los 8 años de edad. En las poblaciones africanas, la actividad de lactasa decrece en los niños a partir de los 3 años de edad y en la mayoría de los niños somalíes la actividad de lactasa es baja (menor a 20 U/g de proteína) cuando sobrepasan los 5 años. En Perú y Jamaica el 80% de los niños son considerados maldigestores de lactosa a la edad de 3 años. En los niños israelíes la manifestación más común es entre los 3 y los 6 años, pero aun aparece hasta los 12 a 16 años. En los niños de origen caucásico las manifestaciones de malabsorción de lactosa (ML) parece ocurrirá a una edad posterior: en los niños griegos la prevalencia de ML se incrementa linealmente entre las edades de 5 y 12 años y en la población finlandesa entre los 5 y los 20 años.

Regulación de la expresión de LPH

El gen lactasa (LCT) es regulado a varios niveles: (1) a nivel celular durante la diferenciación del enterocito, (2) a nivel órgano por expresión diferencial y específica por tejido a lo largo del eje longitudinal del intestino delgado, y (3) durante el desarrollo.

La expresión de lactasa es discontinua o parchosa en las partes distales del intestino delgado en la rata y el conejo luego del destete. En los humanos con hipolactasia tipo-adulto este fenómeno se observa tanto a nivel de la enzima como a nivel del mRNA. Esto implica una suspensión completa de la expresión de lactasa en la mayoría de los enterocitos, en lugar de una disminución general de expresión de lactasa en todos los enterocitos. Más aun, se observa que el mRNA de lactasa está estrictamente localizado en el citoplasma por debajo de la membrana apical del enterocito, aunque la razón para la localización restringida se desconoce.

La disminución de la actividad de lactasa durante la niñez en los humanos se considera comúnmente similar a la baja en la expresión de lactasa en los mamíferos posterior al destete. La disminución en el desarrollo de la actividad de lactasa parece estar regulada a nivel transcripcional en humano, rata, cerco y oveja. Sin embargo, se ha sugerido también la regulación a nivel post-transcripcional en el humano y la rata. Algunos sujetos con no persistencia de lactasa tienen una alta expresión de mRNA de lactasa; en estos sujetos poco comunes, los factores subyacentes pueden ser regulación post-transcripcional y post-translacional que causa degradación de mRNA o falla en el procesamiento intracelular de la enzima LPH sintetizada, tales como transporte lento del transcripto, falla en la maduración de la enzima o incapacidad de alcanzar la membrana.

La alineación de secuencia del promotor de lactasa en humano, cerdo, conejo, ratón y rata muestra una región conservada de 150 pares base (pb) [upstream] del sitio de iniciación de transcripción. Varios sitios reguladores de ligadores de factor de transcripción (elementos-cis) han sido identificados en la región promotora de cerdos, ratas y humanos. Adicionalmente, numerosos reguladores transcripcionales en cerdos, ratas y humanos respectivamente, activando la transcripción desde el promotor LPH, han sido reconocidos. La secuencia del cerdo 0.9 kB [upstream] incluye al menos 6 elementos-cis de los cuales dos, CE-LPH1a y CE-LPH3, muestran 100% de similitud de secuencia con la del humano. Otros 3 elementos, CE-LPH1b, CE-LPH2c y CE-LPH4, están también conservados entre cerdo y humano. Un factor de transcripción específico del intestino, Cdx-2, así como otra proteína homeodominio HOXC11, interactúan con el promotor LPH a través de la secuencia TTTAC de CE-LPH1a y activan la transcripción del gen reportero. HNF1α, un activador transcripcional, une el elemento CE-LPH2c y cuando es co-transfectado con HOX11 produce una estimulación de 7 a 19 tantos de la transcripción. Una interacción directa proteína-proteína entre Cdx-2 y HNF1α deriva en un nivel incrementado en la activación del gen. El regulador ligando CE-LPH3, por otro lado, es un represor que se une a un miembro de la familia FREAC. En elemento sitio ligador a GATA ha sido identificado en la rata, localizado entre -73 y -100 pb; GATA-4 y GATA-6 interactúan con este elemento y activan la transcripción del promotor de lactasa en las células intestinales. GATA-5 y HNF1α también muestran una activación cooperativa de la expresión LPH. En la rata, HNF3β se une a 3 sitios mejorando la expresión LPH. Es de llamar la atención que las capacidades ligadoras de los factores nucleares para el elemento CE-LPH1 y para el sitio de unión HNF1α en el promotor LPH cambian durante el periodo de post-destete. En el cerdo, una región de 100 pb alrededor de la posición -850 [upstream] del gen lactasa unido a HNF1α y a un factor no identificado, ha sido observado como necesario para la alta expresión de lactasa en las células Caco-2; esta secuencia, sin embargo, no ha sido encontrada en humanos o ratas.

Desafortunadamente, las comparaciones de estudios en los elementos reguladores distales entre humanos y otros mamíferos se complican por el hecho de que la región del flanco 5’ del gen LPH humano contiene 5 estiramientos de DNA repetitivo insertados.

Terminología

Hipolactasia es el término para una muy baja actividad de lactasa en la mucosa yeyunal, mientras que alactasia y deficiencia de lactasa se refieren a una ausencia total de actividad de lactasa. Malabsorción de lactosa o maldigestión de lactosa implican una capacidad pobre de digerir lactosa. Deficiencia congénita de lactasa es la forma más severa de deficiencia de lactasa y se manifiesta en neonatos alimentados con leche materna. Hipolactasia tipo-adulto (no persistencia de lactasa) es una condición genéticamente determinada, con fenotipo ancestral y caracterizada por una disminución en la actividad de lactosa durante la niñez o la adolescencia. La hipolactasia tipo-adulto causa la malabsorción primaria de lactosa. La malabsorción secundaria de lactosa es causada por razones diferentes a la genéticamente determinada hipolactasia tipo-adulto, tales como infecciones microbianas o enfermedad celiaca, que dañan las vellosidades intestinales. La intolerancia a la lactosa se refiere a los síntomas posteriores a la ingestión de lactosa y la intolerancia a la leche simplemente significa síntomas gastrointestinales luego de la ingestión de leche.

Deficiencia congénita de lactasa

La deficiencia congénita de lactasa (DCL) está caracterizada por una ausencia casi total de actividad de lactasa en la mucosa intestinal. DCL es un desorden poco común que afecta aproximadamente a 1 en 60,000 recién nacidos en Finlandia. Se considera como parte de la herencia finlandesa de enfermedad, enriquecida en la población finlandesa debido el efecto fundador y a la deriva genética. Casos individuales de DCL se han reportado fuera de Finlandia. La deficiencia congénita de lactasa se manifiesta como una diarrea acuosa durante los primeros días de vida en un infante alimentado con leche conteniendo lactosa. A pesar del buen apetito y a la ausencia de vómito, la diarrea y la pérdida de nutrimentos han llegado a un nivel que al momento del diagnóstico los niños con DCL usualmente pesan menos que su peso al nacer y sufren de deshidratación y acidosis. La actividad de lactasa en las biopsias de yeyuno se observan en el rango de 0 a 10 U/g proteína. En una dieta libre de lactosa, los niños se recuperan, con crecimiento y desarrollo normales.

DCL es heredada como un rasgo autosómico recesivo. El locus del gen se asigna al cromosoma 2q21 en las familias finlandesas. El análisis de haplotipos ancestrales y desequilibrio de ligadura inicialmente restringieron la región DCL a un locus mayor a 2 MB en el extremo 5’ (upstream) del gen LPH; sin embargo, análisis detallados de los haplotipos en la región y el secuenciamiento del gen LPH resultaron en la identificación de 5 mutaciones en la región codificadora del gen LPH. Una mutación sin sentido (nonsense) c.4170T→A (Y1390X), Finmajorpronosticando un rompimiento temprano del gen lactasa, se encontró en 84% de los pacientes. Las otras 4 mutaciones son raras. Dos de las mutaciones resultaron en el rompimiento predicho en S1666fsX1722 y S218fsX224, respectivamente y las otras dos en substituciones de aminoácido Q268H y G1363S. La frecuencia portadora de la mutación Finmajor observada fue de 1:35 en Finlandia central.