Atrofia del tejido adiposo en la caquexia por cáncer

La palabra caquexia se deriva del griego ‘kakos’ y ‘hexis’, que significan ‘mala condición’ y es un síndrome metabólico complejo que comprende pérdida de peso con reducciones en la masa del músculo esquelético y en la de tejido adiposo, anorexia y debilidad. Usualmente ocurre en enfermedades crónicas como el cáncer, la enfermedad pulmonar obstructiva crónica (COPD, por sus siglas en inglés), falla cardiaca crónica y falla renal terminal. La caquexia no solamente deteriora la calidad de vida, sino que está asociad con un incremento en morbilidad y mortalidad.

La mayoría de los pacientes con cáncer desarrolla caquexia en algún punto durante el curso de la enfermedad y aproximadamente la mitad de los pacientes con cáncer presentan pérdida de peso al momento del diagnóstico. Clínicamente, la caquexia debe sospecharse si ocurre una pérdida de peso premórbida mayor al 5% dentro de un periodo de 6 meses. La frecuencia de pérdida de peso varía con el tipo de malignidad, siendo más común y severa en pacientes con cánceres del tracto gastrointestinal, la próstata y el pulmón. La caquexia tiene un efecto deteriorante en el tratamiento para el cáncer como resultado, por ejemplo, de respuestas pobres a la quimioterapia. La pérdida de peso es también un indicador pronóstico de menor supervivencia en pacientes con cáncer. Se considera que aproximadamente el 20% de las muertes por cáncer son directamente atribuibles a la caquexia.

La evidencia indica que la caquexia surge de múltiples alteraciones metabólicas, tales como reducción del apetito, incremento en el gasto de energía y destrucción de tejidos. Los principales tejidos afectados durante el desarrollo de la caquexia son el músculo esquelético y el tejido adiposo blanco. Los mecanismos de desgaste muscular han sido objeto de investigaciones intensivas, habiéndose demostrado una reducción en la síntesis de proteínas y un aumento en la proteólisis en modelos experimentales de caquexia y en pacientes con caquexia por cáncer. Aunque la pérdida profunda de tejido adiposo es una marca distintiva de la caquexia por cáncer, se sabe muy poco sobre los mecanismos celulares y moleculares subyacentes. Un mejor entendimiento del agotamiento de grasa en la malignidad es crucial para el desarrollo de tratamientos efectivos para el síndrome.

Tejido adiposo y salud metabólica

Está bien documentado que el tejido adiposo juega un importante papel metabólico mediante el almacenamiento de triacilgliceroles (triglicéridos o triacilglicéridos -TAG, por sus siglas en inglés-) en periodos en los que el ingreso de energía excede el gasto, y mediante la liberación de ácidos grasos no esterificados (NEFA, por sus siglas en inglés) durante la falta de energía. Como la mayor reserva energética del cuerpo, el tejido adiposo tiene un impacto importante en el flujo de energía, los niveles plasmáticos de lípidos y la captura de glucosa. Existe evidencia convincente de que las alteraciones en la masa y el metabolismo del tejido adiposo tienen un impacto mayor en la homeostasis energética de todo el cuerpo. Se ha demostrado que muy poca grasa en la lipodistrofia, como con demasiada grasa en la obesidad, es un factor de riesgo importante para resistencia a la insulina, dislipidemia y enfermedades vasculares.

Además de su papel primario como reservorio de energía, el tejido adiposo blanco ha sido confirmado como un importante órgano endocrino, dado que el tejido sintetiza y secreta una variedad de hormonas y proteínas, llamadas adipocinas. El tejido adiposo tiene una comunicación intensa con otros órganos, incluyendo el cerebro, el hígado y el músculo esquelético a través de estas adipocinas. En la última década se han identificado múltiples adipocinas, tales como leptina, adiponectina, factor de necrosis de tumor alfa (TNFα, por sus siglas en inglés), visfatina y quemerina, las cuales actúan localmente en una manera autocrina y/o paracrina así como señales endocrinas para modular el apetito, el metabolismo de los nutrimentos, la sensibilidad a la insulina, la inflamación y el desarrollo del tejido adiposo.

Atrofia adiposa en la caquexia

La extensa pérdida de tejido adiposo es una característica prominente de la caquexia por cáncer. Aunque no está claro si hay diferencias en la pérdida de grasa por sitio (ubicación del cáncer), un estudio que empleó escáner por tomografía computarizada ha revelado que los pacientes con caquexia por cáncer que tienen carcinoma gastrointestinal tienen un área de tejido adiposo visceral más pequeña que los sujetos control. En un estudio de seguimiento a pacientes con cáncer, el análisis de la composición corporal (por absorciometría de rayos-X de energía dual) ha mostrado que en la caquexia progresiva por cáncer la pérdida de grasa corporal es más rápida que la de masa magra y ocurre preferentemente en el tronco, seguida del tejido adiposo en la pierna y en el brazo. Un estudio recientes que empleó imágenes retrospectivas de barrido por tomografía computarizada de pacientes con cáncer colorrectal avanzado ha mostrado que la pérdida más rápida de tejidos adiposos (≤41%) ocurre dentro de los tres meses previos al deceso. Se han observado marcadas caídas de ≤85% de grasa corporal en pacientes con cáncer de pulmón, lo cual puede llevar a hiperlipidemia y resistencia a la insulina así como a complicaciones de las terapias antitumorales. Con el crecimiento actual en obesidad, la paradoja de índice de masa corporal (BMI, por sus siglas en inglés) más alto como un factor de riesgo a largo plazo pero con mejor supervivencia ha sido observada en varias enfermedades desgastantes, incluyendo COPD, falla cardiaca crónica, falla renal terminal y cáncer. Un estudio reciente ha reportado que la obesidad estimada por un BMI elevado parece tener un efecto protector contra la mortalidad específica del cáncer de próstata.

La pérdida de grasa no puede ser explicada solamente por una reducción del apetito, pues con frecuencia precede al surgimiento de anorexia y es mucho más severa en modelos animales de caquexia que en restricción de alimento. Este patrón es también observado a nivel tisular y el examen morfológico ha mostrado marcados cambios en la plasticidad del tejido adiposo en ratones con caquexia por cáncer, comparado con los alimentados ad libitum y los controles. El tejido adiposo de los ratones con tumores contiene adipocitos encogidos de varios tamaños con un espacio intersticial dilatado. El análisis morfológico adicional ha revelado que el tamaño del adipocito está dramáticamente reducido. En la matriz tisular, es evidente el incremento en la fibrosis con un fuerte teñido de las fibrillas colágenas. Adicionalmente, las características ultraestructurales de los adipocitos “adelgazados” están caracterizadas por deslipidación (pérdida de lípidos) severa y alteraciones en la conformación de la membrana celular, con proyecciones citoplásmicas irregulares y un incremento en mitocondrias densas en electrones. En conjunto, estos cambios ilustran un remodelado adiposo en la caquexia por cáncer. Un estudio reciente de tejido adiposo procedente de pacientes con cáncer ha mostrado atrofia tisular en sujetos con caquexia, pero no en aquellos sin caquexia.

Mecanismos de atrofia adiposa

Aunque la base molecular de la atrofia adiposa no se comprende del todo, la evidencia sugiere que la pérdida de grasa puede surgir por un aumento en la respuesta catabólica y una interrupción de los procesos anabólicos. El incremento en la lipolisis parece ser un factor clave. En pacientes con caquexia por cáncer hay un incremento en la rotación de glicerol y ácidos grasos, comparados con pacientes con cáncer sin caquexia. También se ha mostrado que la lipólisis sistémica, medida por la tasa de aparición de glicerol, es más alta en pacientes con cáncer que están perdiendo peso que en los sujetos sanos. Los estudios han demostrado que la actividad lipolítica (glicerol o ácidos grasos plasmáticos en ayuno) está incrementada an pacientes con caquexia por cáncer. Se cree que un incremento en la expresión y actividad de la lipasa sensible a hormona, una enzima limitante de tasa de la ruta lipolítica, es la que promueve la lipolisis. Los niveles de ARN mensajero (mRNA, por sus siglas en inglés) y proteína de la lipasa sensible a hormona están incrementados en el tejido adiposo de pacientes con caquexia por cáncer. Se ha propuesto, por lo tanto, que la inhibición de la lipasa sensible a hormona puede prevenir o revertir la pérdida de grasa asociada a la caquexia.

Adicionalmente, en los adipocitos maduros aislados de grasa subcutánea de pacientes con adenocarcinoma gastrointestinal, los efectos lipolíticos de las catecolaminas y el péptido natriurético están incrementados más de dos tantos en pacientes por caquexia, aunque la lipolisis basal no haya cambiado. Sin embargo, la expresión génica de la TAG-lipasa en el tejido adiposo no está afectada en pacientes con caquexia. También se ha postulado que los ácidos grasos liberados por lipolisis pueden servir como sustratos para la oxidación, lo que podría ser mediado por el efector génico A tipo factor α de fragmentación de ADN inductor de muerte celular (CIDEA, por sus siglas en inglés) específico para adipocito. Los niveles de mRNA de CIDEA están incrementados en pacientes con caquexia por cáncer y su sobreexpresión in vitro estimula la oxidación de ácidos grasos en el adipocito, mientras que disminuye la oxidación de glucosa a través de la inactivación del complejo piruvato-deshidrogenasa.

Además del incremento en lipolisis, la pérdida de grasa puede ser atribuible a una disminución en la deposición de lípidos. La insulina en circulación, que promueve la deposición de grasa y el transporte de glucosa en el tejido adiposo, está reducida en el estado portador de tumor. Una caída en la actividad de la lipoproteína-lipasa en la grasa blanca se ha reportado en ratones portadores de tumor. Este resultado puede llevar a una reducción en el rompimiento de TAG de las lipoproteínas plasmáticas en glicerol y NEFA para almacenamiento, resultando en un incremento en el flujo neto de lípidos a la circulación. Existe también evidencia de que la disminución de grasa en la caquexia podría ser el resultado del deterioro en la formación y desarrollo de tejido adiposo. Un estudio reciente ha mostrado que la expresión de los genes que codifican varios factores claves de transcripción adipogénica, incluyendo la proteína α ligadora del potenciador de CCAAT, la proteína β ligadora del potenciador de CCAAT (C/EBPα y C/EBPβ, por sus siglas en inglés),el receptor activado por proliferador de peroxisoma γ (PPARγ, por sus siglas en inglés) y la proteína 1c ligadora del elemento regulador de esterol (SREBP-1c, por sus siglas en inglés), está marcadamente reducida en la grasa blanca de ratones con caquexia por cáncer. Los niveles de mRNA de los objetivos de SREBP-1c, los genes que codifican las enzimas lipogénicas ácido graso-sintetasa, acetil-CoA-carboxilasa, estearoilo-CoA-desaturasa 1 y glicerol-3-fosfato-acil-transferasa, también caen marcadamente. Finalmente, la glucosa, que sirve como sustrato para la síntesis de lípido, es transportada hacia el adipocito vía el transportador de glucosa facilitador sensible a insulina 4 (GLUT-4, por sus siglas en inglés). Sin embargo, existe un decremento en el mRNA de GLUT-4 en la grasa blanca de ratones con caquexia por cáncer, lo cual podría ser un efecto derivado de la proteína C/EBPα inhibida, dado que su deficiencia está asociada con la localización subcelular anormal de GLUT-4.

Mediadores potenciales de la atrofia adiposa

Varios factores producidos por tumores y tejidos anfitriones en la presencia de tumor han sido sugeridos como capaces de mediar la pérdida de grasa en la caquexia. Estos factores incluyen citocinas (también llamadas citoquinas) proinflamatorias tales como TNFα, interleucina-1β (IL-1β) e interleucina 6 (IL-6) así como el factor movilizador de lípido glicoproteína cinc-α2 (ZAG, por sus siglas en inglés, también conocida como AZGP1), cada uno de los cuales pueden ser derivados del tumor y también de los tejidos anfitriones.

Citocinas

El TNF-α (también llamado caquectina o caquexina) fue identificado por primera vez como el factor inductor de caquexia en enfermedades crónicas como cáncer y la infección persistente. Datos recientes han mostrado que la infusión de TNFα puede inducir lipolisis sistémica en sujetos humanos. El tratamiento con TNFα in vitro incrementa la liberación de glicerol en adipocitos de roedores y humanos, probablemente por inhibición de la actividad de lipoproteína lipasa y una disminución en la expresión de perilipina, lo cual permite entonces que la lipasa sensible a hormona acceda a la superficie de las gotas de lípido. La lipolisis de adipocito inducida por TNFα es el resultado de la activación de la ruta dependiente del receptor 1 de TNFα, la cual involucra la estimulación de las quinasas 1 y 2 reguladas por señal extracelular, la proteína quinasa activada por mitógeno, la c-Jun N-terminal quinasa y la proteína quinasa A. TNFα también tiene un efecto inhibidor en la diferenciación del adipocito vía la ruta de señalización Wnt. Adicionalmente, tanto TNFα como IL-1β son capaces de inhibir el transporte de glucosa en adipocitos murinos y humanos, y en consecuencia disminuyen la disponibilidad de sustratos para la lipogénesis. Algunos estudios sugieren que TNFα también incrementa el despliegue de lípidos, probablemente vía el aumento de la expresión de las proteínas desacopladora 2 y desacopladora 3 (UCP2 y UCP3, por sus siglas en inglés) en el músculo esquelético, ofreciendo un mecanismo para remover los NEFA resultantes de la lipolisis. Aunque estos estudios indican un papel para TNFα en la reducción de la masa grasa, su importancia en la atrofia adiposa asociada al cáncer es todavía debatible. Es en buena medida un resultado de las observaciones de que los niveles de TNFα en circulación no cambian o son indetectables, así como elevados, en pacientes con caquexia por cáncer.

La interleucina 6 también incrementa moderadamente la lipolisis en tejido adiposo humano in vitro. El tratamiento con CNTO-328, un anticuerpo monoclonal para IL-6, es capaz de revertir la caquexia inducida por tumor en ratones desnudos. Trabajos recientes han mostrado que IL-6 es necesaria para el inicio del desgaste adiposo y de músculo esquelético en el ratón Apc(Min/+). A pesar de que los niveles de IL-6 estén elevados en pacientes con cáncer, es poco claro si la IL-6 en circulación se correlaciona con el grado de caquexia. Dado que TNFα e IL-6 también son producidos por el tejido adiposo, aunque probablemente lo sean sobre todo por células no grasas, sus efectos autocrinos y paracrinos pueden ser importantes en la caquexia. Sin embargo, estudios en ratones con caquexia por cáncer han mostrado que los niveles de mRNA de TNFα e IL-6 en la grasa blanca no son afectados por la presencia de tumor. En un estudio reciente de pacientes con cáncer gastrointestinal, no se encontraron alteraciones en la expresión génica de TNFα e IL-6 así como en la liberación de su proteína por tejido adiposo bajo estados caquéxicos. Adicionalmente, no existe infiltración aparente de macrófagos y linfocitos en el tejido adiposo de ratones con caquexia y en pacientes con caquexia por cáncer.

ZAG, un factor movilizador de lípidos

ZAG es una proteína soluble de 41 kDa, aislada por primera vez del plasma humano y subsecuentemente identificada en células epiteliales secretoras, incluyendo aquellas en hígado, seno, próstata y el tracto gastrointestinal. La estructura de ZAG revela que pertenece a la familia MHC clase I. Existe un ligando no peptídico en la contraparte ZAG del surco ligador de péptido en MHC, el cual puede relacionarse a su función señalizadora. ZAG es sobreexpresada por varios tipos de tumor maligno, tales como cánceres de seno, próstata y vejiga, y los niveles de ZAG están elevados en el suero y el fluido seminal de pacientes con cáncer de próstata. Las funciones biológicas de ZAG fueron casi desconocidas hasta que un factor movilizador de lípidos, purificado de la orina de pacientes con caquexia por cáncer, mostró ser idéntico a ZAG en movilidad electroforética, inmunorreactividad y secuencia de aminoácidos. ZAG también ha sido purificada de un adenocarcinoma murino (MAC16) que induce caquexia profunda. El análisis de la secuencia de aminoácidos ha revelado que ZAG murina y humana exhiben una homología global de 59%, pero comparten hasta el 100% de identidad en regiones específicas que se piensan son importantes en el metabolismo de lípidos.

El tratamiento con ZAG purificada puede causar pérdida de peso en ratones ob/ob genéticamente obesos y en ratones normales, y los análisis de composición corporal indican que la pérdida de peso inducida por ZAG es resultado de la reducción selectiva de grasa corporal pero no de masa magra. Se ha demostrado que ZAG in vitro estimula la liberación de glicerol de adipocitos murinos aislados en una manera dependiente de la dosis. Se ha postulado que el efecto lipolítico de ZAG está mediado por adrenorreceptores-β3 y la activación de la ruta cAMP intracelular. Se ha demostrado que ZAG es capaz de producir un incremento comparable en los niveles de cAMP a los obtenidos con isoprenalina y que la lipolisis inducida por ZAG puede ser atenuada por el antagonista SR59230 específico para adrenorreceptor-β3 en adipocitos.

Además de la movilización de lípidos, existe evidencia de que ZAG promueve la utilización de lípidos en el tejido adiposo café y en el músculo esquelético. La administración de ZAG in vivo en ratones, deriva en el aumento de la expresión del mRNA y la proteína de UCP1 en tejido adiposo café y del mRNA de UCP2 y UCP3 en músculo esquelético. ZAG induce la expresión de la proteína UCP1 y captura de O2 in vitro en cultivos primarios de tejido adiposo café. Por lo tanto, aumentando UCP en el tejido adiposo café y en músculo, ZAG puede proporcionar un mecanismo para el desecho del exceso de ácidos grasos liberados de la lipolisis aumentada, lo que podría llevar a un mayor gasto de energía durante la caquexia.

ZAG derivada de tejido adiposo en la caquexia por cáncer

La función secretora del tejido adiposo y el potente efecto movilizador de grasa de ZAG han llevado a la postulación de que esta proteína podría también ser producida por el tejido adiposo, modulando así el metabolismo del adipocito. Las investigaciones han demostrado que el gen ZAG y la proteína son expresados por los principales depósitos de grasa blanca (epididimaria, perirrenal, subcutánea y glándula mamaria) y por la grasa café interescapular de ratón. La detección adicional utilizando inmunocitoquímica ha demostrado la presencia de proteína ZAG en el citoplasma de adipocitos en el tejido adiposo. En sujetos humanos, el mRNA y la proteína ZAG han mostrado ser expresados tanto en depósitos de grasa visceral como subcutánea. Adicionalmente, mRNA y proteína ZAG son detectados en adipocitos humanos diferenciados del síndrome Simpson-Golabi-Behmel. Aún más importante, se ha demostrado que ZAG, que contiene una secuencia de señal secretora, es secretada en un medio de cultivo por adipocitos diferenciados del síndrome Simpson-Golabi-Behmel. La cuantificación subsecuente de los niveles de secreción de ZAG en el medio de cultivo ha revelado que su concentración está en el rango de ng/ml por 24 horas, cercana a la de adiponectina. Tomados en conjunto, estos hallazgos indican que ZAG es en efecto una adipocina nueva producida en abundancia por adipocitos y que la proteína puede tener una importante acción local en la regulación de la masa grasa.

La ZAG derivada de tejido adiposo parece estar inversamente asociada con la masa grasa corporal.  Los niveles de mRNA y proteína ZAG están marcadamente incrementados en el tejido adiposo de ratones con caquexia por cáncer y, adicionalmente, el incremento en el contenido de proteína ZAG está relacionado al grado de pérdida de peso en estos animales. En contraste, como una adipocina de referencia, los niveles de mRNA de leptina y la leptina en circulación están fuertemente reprimidos en los ratones portadores de tumor. Muy recientemente, se ha demostrado que la expresión del mRNA y proteína ZAG está también incrementada en el tejido adiposo en pacientes con caquexia por cáncer. Por el contrario, estudios en sujetos obesos han mostrado que la expresión del gen ZAG está disminuida en el tejido adiposo subcutáneo de mujeres y hombres obesos. Adicionalmente, trabajos recientes han demostrado que los niveles de mRNA de ZAG están correlacionados negativamente con la masa grasa total en sujetos humanos, con un amplio rango de BMI.

Aunque el papel de ZAG en el tejido adiposo debe ser confirmado, sus efectos en la pérdida de peso han sido adicionalmente apoyados por un estudio reciente que muestra que los ratones noqueados en ZAG son vulnerables a ganancia de peso cuando son alimentados con una dieta alta en grasa y este resultado parece ser el resultado de una disminución en la respuesta lipolítica a varios estímulos, tales como isoprenalina, CL316243, forskolin e isobutilmetilxantina, en adipocitos. Trabajos recientes han demostrado que la ZAG recombinante estimula la lipolisis en adipocitos humanos. Se requieren estudios adicionales para revelar la naturaleza de la acción de ZAG en la caquexia por cáncer en humanos. En general, los datos actuales apuntan a ZAG, así como a TNFα, como candidatos potenciales para mediar el catabolismo lípido en la caquexia por cáncer. Otros factores pueden también estar involucrados en la pérdida de grasa en malignidad, como la citocina 1 inhibidora de macrófago, la cual causa caquexia y una reducción en la masa grasa vía sus efectos centrales en el apetito. Resulta interesante que estudios recientes han encontrado que la citocina 1 inhibidora de macrófago es también producida por adipocitos y que este factor puede tener efectos autocrinos y/o paracrinos en el tejido adiposo.

La caquexia por cáncer, manifestada por la pérdida progresiva de peso, es un desorden metabólico asociado con un incremento en morbilidad y mortalidad. La pérdida extensa de tejido adiposo es una característica prominente de la caquexia. Las marcadas alteraciones en la morfología adiposa indican atrofia tisular y esto no puede ser atribuido solamente a una reducción en el apetito. La evidencia sugiere que el metabolismo alterado del adipocito puede tener un papel importante. El incremento en la lipolisis parece ser un factor clave, mientras que el deterioro en la deposición de lípidos y el desarrollo del adipocito pueden contribuir también. La atrofia adiposa podría estar mediada por factores derivados del tumor y/o del anfitrión. TNFα, como un mediador potencial, ha sido asociado con el incremento en la lipolisis. ZAG, un potente factor movilizador de lípidos, ha sido identificada como una nueva adipocina y su expresión en el tejido adiposo está aumentada en la caquexia por cáncer. ZAG puede, por lo tanto, actual localmente así como sistémicamente para promover el rompimiento de lípidos. La elucidación adicional de la función de ZAG en el tejido adiposo puede llevar a nuevos objetivos para prevenir la atrofia adiposa en los casos de tumores malignos.