Absorción intestinal de colesterol

El colesterol que llega a nivel intestinal proviene de la dieta y de la bilis en proporciones similares, aunque a veces el aporte biliar puede superar al de la ingesta. Una vez que llega al lumen intestinal, el colesterol se solubiliza por acción de las micelas y luego se absorbe por el ribete estriado epitelial, debido a fenómenos mediados por proteínas.

El transportador proteico que participa en la captación del colesterol a nivel del epitelio aún no está totalmente identificado; sin embargo, es el blanco de una de las líneas de investigación más modernas en el tema del colesterol: el desarrollo de inhibidores de la absorción, representados por la droga ezetimibe.

El colesterol que se absorbe se une con el colesterol que sintetiza el epitelio como acetato y forma el pool de colesterol, que se incorpora en su mayor parte a los quilomicrones, aunque una fracción importante se resecreta hacia el lumen intestinal y se elimina con las heces. Este fenómeno también es mediado por proteínas y es un factor regulador importante de la absorción de colesterol. Las proteínas que participan en este proceso de transporte han sido identificadas recientemente.

Las proteínas participan en la absorción del colesterol mediante los mecanismos de captación y de secreción reversa, a nivel del epitelio intestinal se identificaron gracias al estudio de la sitosterolemia, una enfermedad autosómica recesiva rara, que se caracteriza por niveles plasmáticos elevados de esteroles vegetales, formación de xantomas tendinosos y tuberosos, aterosclerosis prematura y anomalías erotrocitarias. Como posible patogenia, se pensaba en un aumento de la absorción de colesterol, secundaria a una hiperactividad de los transportadores que captan este lípido y otros esteroles de origen vegetal, lo que originaría la sitosterolemia; otra hipótesis, en cambio, sostenía que los esteroles serían absorbidos normalmente, pero que existiría un defecto en la proteína que regula el equilibrio entre la entrada y la salida; o sea, la absorción sería eficaz, pero luego un porcentaje de la resecreción hacia el lumen intestinal estaría bloqueado y determinaría una mayor absorción neta de colesterol y esteroles vegetales.

El estudio genético de un grupo de familias con esta enfermedad permitió establecer que el defecto estaba ubicado en la banda 21 del brazo corto del cromosoma 2 y que, desde el punto de vista metabólico, estos individuos presentaban una absorción intestinal aumentada de esteroles vegetales y un defecto en la secreción de colesterol y esteroles hacia la bilis, lo que llevaba a una retención neta de estas sustancias en el organismo.

El mapeo genético, realizado gracias a los conocimientos adquiridos en el estudio del genoma humano, permitió identificar los genes que causan la sitosteloremia familiar, que se denominaron ABCG-5 y ABCG-8. Estos genes poseen seis dominios que codifican para proteínas de transmembrana, en forma de hemitransportadores, cuya asociación forma un dímero funcionalmente activo que bombea el colesterol absorbido en el ribete estriado y lo devuelve hacia el lumen intestinal, controlando de esta manera el eflujo compensatorio de la entrada de colesterol que determina el balance neto de absorción.

Los genes ABCG-5 y ABCG-8 se expresan en enterocitos y en hepatocitos, y los regula el colesterol, de modo que, cuando aumenta la ingesta de este lípido aumenta la expresión intestinal y hepática de estos genes. Probablemente, su función es responder a la sobrecarga de esteroles, resecretarlos hacia la bilis o hacia el intestino e impedir de esta forma que el organismo sufra las consecuencias de una sobrecarga de colesterol.

En resumen, los genes ABCG-5 para el intestino y ABCG-5 y 8 para el hígado, y, probablemente, el canalículo biliar, son claves para regular la homeostasis del colesterol, controlar su eliminación hacia el lumen intestinal o hacia la bilis y mantener de esta manera el debido balance de estos esteroles en el organismo.

Metabolismo del HDL

Este aspecto del metabolismo de las lipoproteínas es el que ha tenido mayor actividad en los últimos años; en él han ocurrido los adelantos más significativos en el conocimiento de la homeostasis y del papel que cumple esta lipoproteína en el metabolismo lipoproteico y lipídico, así como de su importancia como factor de riesgo de aterosclerosis.

La HDL es una partícula discoidal en formación, inmadura, que se forma en el hígado y en el intestino, o en forma colateral, como consecuencia del metabolismo de las VLDL y de los quilomicrones. Esta partícula interactúa con los tejidos periféricos, es ávida del colesterol libre y contiene Apo-1, algo de fosfolípidos y casi nada de colesterol.

Su función es remover eficazmente el exceso de colesterol de las células periféricas, para lo cual utiliza transportadores proteicos y luego esterifica este colesterol libre; de esta manera, la partícula pobre en lípidos se convierte en una partícula madura, esférica, rica en ésteres de colesterol. Posteriormente, tiene dos alternativas para llevar el colesterol de vuelta hacia el hígado: puede hacerlo por vía indirecta, mediante la CETP (Colesterol Esther Transfer Protein), o puede llevarlo directamente para que lo capten los receptores de la membrana del hepatocito, cuyo funcionamiento se modula enzimáticamente.

Lo interesante es que la entrega del colesterol, desde la HDL hacia el hígado y los tejidos esteroidogénicos, es diferente a lo que ocurre con las LDL, cuyo receptor endocita la partícula lipoproteica, luego la lleva a los lisosomas y la degrada. La HDL, en cambio, entrega su colesterol a la célula en forma selectiva , pero la partícula no se internaliza ni se degrada. Este fenómeno se denomina captación selectiva de colesterol a nivel celular.

El gen que determina la salida del colesterol en la periferia, es decir, que regula su paso desde la célula periférica a la HDL inmadura, se identificó gracias al estudio genético de la enfermedad de Tangier o deficiencia familiar de alfa-lipoproteínas, una entidad autosómica recesiva que se caracteriza por deficiencia crítica de HDL y acumulación tisular de ésteres de colesterol. Se postula que la causaría una deficiencia en la proteína codificada por el gen de la enfermedad de Tangier, debido a una mutación de éste, lo que impediría el paso del colesterol desde las células periféricas hacia la HDL en formación, de modo que ésta quedaría inestable y se degradaría fácilmente. Por otro lado, como el colesterol no puede salir hacia la HDL para iniciar el transporte reverso, se acumula en los tejidos periféricos y se deposita como ésteres de colesterol.

Cuando se analizaron las familias portadoras de esta enfermedad, se observó que el defecto estaba ubicado en la banda 31 del brazo largo del cromosoma 9 y originaba el defecto que presentan estos pacientes, cuyas células no son capaces de realizar el eflujo del colesterol, es decir, tienen una falla en la salida del colesterol desde las células hacia la HDL.

Una vez que los estudios genéticos identificaron el gen de la enfermedad de Tangier, el análisis posterior permitió determinar que también codifica para un transportador de la familia de los transportadores ABC (ATP-binding cassette transporter), que actúan en presencia de ATP, es decir, que necesitan energía. En este caso, es un transportador más complejo, porque es una misma proteína que tiene dos sitios de dominio transmembrana; en el fondo, es una proteína que efectúa simultáneamente la actividad del ABCG-5 y del ABCG-8, pero la codifica otro gen.

Esta proteína actúa como transportadora de membrana mediada por ATP y los estudios en cultivos celulares han establecido que el ABC-1 (ATP-binding cassette transporter 1) actúa como mediador de la translocación del colesterol y los fosfolípidos, desde el interior de la célula hacia la cara externa de la membrana, donde el colesterol se incorpora, con Apo-1 libre y con alguna cantidad de fosfolípidos, para formar las partículas HDL que luego van madurando progresivamente e iniciando el transporte reverso de colesterol desde la periferia hacia el hígado.

En la práctica clínica se puede modular la expresión de estos genes mediante drogas que activan los PPAR (peroxisome proliferator-activated receptors), aumentan la expresión de ABC-1 y reducen el colesterol en células de cultivo (macrófagos humanos). En un estudio que analizó el efecto de fenofibrato y rosiglitazona sobre células macrofágicas cargadas con lípidos, el tratamiento con ambos agonistas de PPAR (PPAR alfa y PPAR gamma, respectivamente) produjo un aumento significativo de la expresión de la proteína ABC-1 y una reducción del colesterol celular, también significativa, en relación al grupo control (10% a 15% versus 5% a 6% respectivamente).

Por lo tanto, ya hay fármacos disponibles que permiten manipular la expresión de estos genes de manera beneficiosa para el paciente, con activación de la etapa inicial del transporte reverso, es decir, la salida de colesterol desde la periferia hacia la HDL, y es muy probable que en el futuro se formulen nuevas terapias dirigidas a modificar la expresión genética para el manejo clínico de los trastornos ateroscleróticos y dislipidémicos.

Este aspecto del metabolismo de las lipoproteínas es el que ha tenido mayor actividad en los últimos años; en él han ocurrido los adelantos más significativos en el conocimiento de la homeostasis y del papel que cumple esta lipoproteína en el metabolismo lipoproteico y lipídico, así como de su importancia como factor de riesgo de aterosclerosis.

La HDL es una partícula discoidal en formación, inmadura, que se forma en el hígado y en el intestino, o en forma colateral, como consecuencia del metabolismo de las VLDL y de los quilomicrones. Esta partícula interactúa con los tejidos periféricos, es ávida del colesterol libre y contiene Apo-1, algo de fosfolípidos y casi nada de colesterol.

Su función es remover eficazmente el exceso de colesterol de las células periféricas, para lo cual utiliza transportadores proteicos y luego esterifica este colesterol libre; de esta manera, la partícula pobre en lípidos se convierte en una partícula madura, esférica, rica en ésteres de colesterol. Posteriormente, tiene dos alternativas para llevar el colesterol de vuelta hacia el hígado: puede hacerlo por vía indirecta, mediante la CETP (Colesterol Esther Transfer Protein), o puede llevarlo directamente para que lo capten los receptores de la membrana del hepatocito, cuyo funcionamiento se modula enzimáticamente.

Lo interesante es que la entrega del colesterol, desde la HDL hacia el hígado y los tejidos esteroidogénicos, es diferente a lo que ocurre con las LDL, cuyo receptor endocita la partícula lipoproteica, luego la lleva a los lisosomas y la degrada. La HDL, en cambio, entrega su colesterol a la célula en forma selectiva , pero la partícula no se internaliza ni se degrada. Este fenómeno se denomina captación selectiva de colesterol a nivel celular.

El gen que determina la salida del colesterol en la periferia, es decir, que regula su paso desde la célula periférica a la HDL inmadura, se identificó gracias al estudio genético de la enfermedad de Tangier o deficiencia familiar de alfa-lipoproteínas, una entidad autosómica recesiva que se caracteriza por deficiencia crítica de HDL y acumulación tisular de ésteres de colesterol. Se postula que la causaría una deficiencia en la proteína codificada por el gen de la enfermedad de Tangier, debido a una mutación de éste, lo que impediría el paso del colesterol desde las células periféricas hacia la HDL en formación, de modo que ésta quedaría inestable y se degradaría fácilmente. Por otro lado, como el colesterol no puede salir hacia la HDL para iniciar el transporte reverso, se acumula en los tejidos periféricos y se deposita como ésteres de colesterol.

Cuando se analizaron las familias portadoras de esta enfermedad, se observó que el defecto estaba ubicado en la banda 31 del brazo largo del cromosoma 9 y originaba el defecto que presentan estos pacientes, cuyas células no son capaces de realizar el eflujo del colesterol, es decir, tienen una falla en la salida del colesterol desde las células hacia la HDL.

Una vez que los estudios genéticos identificaron el gen de la enfermedad de Tangier, el análisis posterior permitió determinar que también codifica para un transportador de la familia de los transportadores ABC (ATP-binding cassette transporter), que actúan en presencia de ATP, es decir, que necesitan energía. En este caso, es un transportador más complejo, porque es una misma proteína que tiene dos sitios de dominio transmembrana; en el fondo, es una proteína que efectúa simultáneamente la actividad del ABCG-5 y del ABCG-8, pero la codifica otro gen.

Esta proteína actúa como transportadora de membrana mediada por ATP y los estudios en cultivos celulares han establecido que el ABC-1 (ATP-binding cassette transporter 1) actúa como mediador de la translocación del colesterol y los fosfolípidos, desde el interior de la célula hacia la cara externa de la membrana, donde el colesterol se incorpora, con Apo-1 libre y con alguna cantidad de fosfolípidos, para formar las partículas HDL que luego van madurando progresivamente e iniciando el transporte reverso de colesterol desde la periferia hacia el hígado.

En la práctica clínica se puede modular la expresión de estos genes mediante drogas que activan los PPAR (peroxisome proliferator-activated receptors), aumentan la expresión de ABC-1 y reducen el colesterol en células de cultivo (macrófagos humanos). En un estudio que analizó el efecto de fenofibrato y rosiglitazona sobre células macrofágicas cargadas con lípidos, el tratamiento con ambos agonistas de PPAR (PPAR alfa y PPAR gamma, respectivamente) produjo un aumento significativo de la expresión de la proteína ABC-1 y una reducción del colesterol celular, también significativa, en relación al grupo control (10% a 15% versus 5% a 6% respectivamente).

Por lo tanto, ya hay fármacos disponibles que permiten manipular la expresión de estos genes de manera beneficiosa para el paciente, con activación de la etapa inicial del transporte reverso, es decir, la salida de colesterol desde la periferia hacia la HDL, y es muy probable que en el futuro se formulen nuevas terapias dirigidas a modificar la expresión genética para el manejo clínico de los trastornos ateroscleróticos y dislipidémicos.

El receptor de HDL

La importancia del gen que codifica para este receptor en el hígado y en los tejidos esteroidogénicos reside en que permite el catabolismo del HDL por una vía alternativa, no endocítica sino de captación selectiva de lípidos.

El receptor scavenger se llamó así porque inicialmente se pensaba que unía lipoproteínas modificadas, pero en realidad es un receptor multilipoproteico, es decir, interactúa con varias lipoproteinas, de las cuales la más importante, en términos metabólicos, es la HDL. En el fenómeno de captación selectiva de colesterol lipoproteico, la HDL, rica en ésteres de colesterol, interactúa con este receptor ubicado en la membrana plasmática y entrega selectivamente sus lípidos. Éstos entran en la célula y así se libera una partícula de HDL pobre en colesterol, que es capaz de ir nuevamente a la periferia para volver a cargarse y repetir el ciclo de ida y vuelta que se conoce como transporte reverso de colesterol. Esta proteína se expresa en el hígado y en el tejido esteroidogénico, que son los sitios más importantes para el metabolismo de la HDL.

Por otro lado, este receptor controla los niveles de colesterol HDL in vivo. Las investigaciones que ha realizado nuestro equipo, con manipulación de la expresión de este receptor en ratones de laboratorio, demuestran que la deficiencia de este receptor produce una alteración del transporte reverso, porque el colesterol no se puede entregar al hígado para secretarlo a la bilis y participar en la etapa final de este transporte, lo que se asocia a una aterosclerosis rápidamente progresiva en estos animales.

En el estudio que permitió identificar por primera vez el receptor que participa en el catabolismo de las HDL, se analizó la unión y la degradación de HDL y la capacidad de este receptor para aumentar el contenido de colesterol celular, es decir, el estado de la captación selectiva de colesterol. Las células que expresan el receptor unieron HDL, en gran cantidad, con una diferencia significativa sobre las células controles, pero no hubo degradación de las partículas de HDL, lo que plantea que la partícula no se internalizaba ni se llevaba a los lisosomas para entregar su contenido, a pesar de lo cual las células aumentaron su contenido de colesterol. Esto probó la participación de este receptor en el fenómeno de captación selectiva de colesterol HDL, que se había descrito anteriormente, pero cuyo sustrato molecular, en términos de proteína de membrana que determinara esta actividad celular, no estaba dilucidado (1). Así, el receptor SRB-1 (class B type I scavenger receptor) vino a explicar este fenómeno.

En otro de nuestros estudios, se indujo una sobreexpresión de este receptor en el hígado de los ratones mediante un adenovirus recombinante, para analizar el efecto sobre el metabolismo de las HDL. Además, se generó un ratón knockout, o sea, un ratón que carece del receptor, igual que si tuviera una enfermedad causada por la carencia de receptores funcionalmente activos, debido a una mutación. El objetivo de este estudio era conseguir pruebas definitivas, in vivo, de que el receptor era relevante en el metabolismo del colesterol HDL.

La sobreexpresión del receptor disminuyó los niveles de colesterol plasmático, porque éste se trasladó en gran cantidad desde el plasma hacia el hígado y, en ausencia de receptor, aumentaron los niveles de colesterol total. Los ratones, a diferencia de los seres humanos, transportan su colesterol principalmente como HDL y una fracción menor como LDL e IDL. Cuando se sobreexpresa el receptor, los niveles de HDL disminuyen en forma importante en el plasma y, cuando existe una deficiencia del receptor, el colesterol HDL se acumula en el plasma. Este adelanto fue muy importante, porque hasta 1996 no se había identificado ningún receptor que mediara este proceso. Fue la primera demostración de la existencia de un receptor funcionalmente activo en el metabolismo del colesterol HDL.

Otro elemento que se analizó en este estudio, para evaluar el efecto sobre el fenómeno de transporte reverso, fue el contenido de colesterol de la bilis y se encontró que el aumento del receptor aumentaba la excreción biliar de colesterol, y la deficiencia del receptor la reducía, lo que confirmó que el receptor realmente controlaba el transporte reverso y que tenía efectos netos en la homeostasis del colesterol, y, por lo tanto, en el riesgo de desarrollar aterosclerosis en estos animales (2).

En resumen, la presencia del receptor en el hígado es clave para controlar los niveles de colesterol HDL; su deficiencia aumenta el colesterol HDL en el plasma y, como consecuencia de ello, disminuye el colesterol biliar y lo que ocurre es que se bloquea la etapa final del transporte reverso.

Se planteó entonces que los individuos que presentan este cuadro deberían tener un mayor riesgo de aterosclerosis, a pesar de tener la HDL alta, porque son capaces de tomar colesterol de la periferia, pero no pueden llevarlo al hígado para excretarlo fuera del organismo.

Para aclarar este punto, se decidió estudiar la presencia de aterosclerosis en ratones con deficiencia de este receptor, para lo cual se procedió a analizar las lesiones de la raíz de la aorta de ratones que carecían del receptor de HDL y que tenían un antecedente genético que los predisponía a desarrollar aterosclerosis. El ratón deficiente en Apo-E, que presenta aterosclerosis en forma espontánea, a las diez semanas todavía no mostraba lesiones, pero cuando se asociaba la deficiencia del receptor que bloquea el transporte reverso, las lesiones ateroscleróticas aparecían más aceleradamente en la íntima de la aorta. Estas lesiones estaban llenas de lípidos y de ésteres de colesterol acumulados, y además eran placas maduras, que se teñían con la alfa-actina, señal de que los acúmulos estaban en células musculares lisas que habían migrado desde la media hacia la íntima.

Con estos resultados, se demostró que este receptor es muy relevante en el metabolismo del colesterol HDL y, probablemente, también en el desarrollo de la aterosclerosis, al menos en animales. Si más adelante se demuestra que también tiene importancia en la fisiopatología cardiovascular del ser humano, sería el punto de partida para formular fármacos que permitan su manipulación en los pacientes con problemas de aterosclerosis o enfermedad isquémica coronaria.

Nuevos fármacos

En la actualidad se están buscando fármacos que permitan modular el receptor SRB-1 y, por su intermedio, el metabolismo de las HDL, para poder ofrecer otra alternativa a los pacientes portadores de dislipidemias o aterosclerosis.

Entre ellos están los fibratos, que son drogas de uso clínico cuya utilidad para regular la expresión del receptor a nivel hepático ha sido demostrada, por lo menos en un modelo animal, y que podrían ser importantes en el manejo de la expresión del receptor, y, por ende, del metabolismo de las HDL in vivo.

Otro grupo de drogas interactúa con los receptores nucleares heterodiméricos, los receptores de las hormonas esteroidales presentes en el núcleo celular que actúan formando dímeros; una parte del dímero es el RXR (retinoid X receptor), que liga el ácido 9-cis-retinoico, el cual se forma con una parte que va variando. En el caso de los PPAR, esta parte del heterodímero es el PPAR, sobre el cual actúan la rosiglitazona o los fibratos.

Hay una serie de otros receptores que se han ido identificando junto a sus ligandos y que, cuando heterodimerizan, interactúan con el promotor de una serie de genes relacionados con el metabolismo lipoproteico y aumentan la expresión de estos genes. Como consecuencia de ello, tienen un efecto pleiotrópico en distintas vías del metabolismo lipídico y por eso son el objetivo de la acción de las drogas. En los Estados Unidos hay actualmente numerosas empresas farmacéuticas y biotecnológicas dedicadas a elaborar nuevas drogas para activar estos receptores y así modular en forma integral el metabolismo lipídico.

Los receptores identificados ahora último y los más estudiados son los PPAR, cuyos ligandos endógenos son probablemente los ácidos grasos y se expresan en tejidos claves del metabolismo lipídico. El blanco metabólico es el metabolismo de los ácidos grasos y del colesterol.

En el caso de muchos receptores se habían identificado los genes, pero no se conocían sus ligandos, de modo que eran receptores huérfanos. Sin embargo, en los últimos años se ha descubierto que los receptores que forman heterodímeros con RXR utilizan como ligandos las sales biliares y los oxiesteroles, y se expresan en tejidos claves para el metabolismo lipídico, regulan el metabolismo de las sales biliares, de los ácidos grasos y del colesterol. Algunos regulan el metabolismo de varios lípidos en forma simultánea, de manera que es necesario formular nuevas drogas que actúen sobre ellos, para poder tratar a los pacientes en la práctica clínica.

Uno de estos receptores que regulan el metabolismo lipídico es el LXR (liver X receptor), que dimeriza con RXR y cuyos ligandos endógenos son los oxiesteroles. En este momento, hay estudios en curso en animales, con drogas que actúan como activadores farmacológicos de este receptor, que in vivo regula una serie de genes.

El aumento de la expresión de estos genes, mediante la activación de estos receptores y de los ligandos para LXR, cosa que en pocos años más, probablemente, se va a lograr mediante drogas, permite aumentar el eflujo de colesterol por aumento de la expresión del transportador reverso de colesterol ABC-1 y de la enzima limitante de la síntesis de ácidos biliares CYP7A1, y acelerar de esta forma el transporte reverso por vía indirecta, que es una manera de eliminar colesterol menos tóxica que por la bilis, donde puede llegar a formar cálculos, y, por otro lado, estimular la síntesis de sales biliares y aumentar la secreción de colesterol hacia la bilis.

También se pueden regular los genes que tienen relación con la absorción intestinal de colesterol, para aumentar su excreción, de modo que el balance de colesterol en el organismo tienda a ser negativo, porque se acelera todo el transporte reverso desde la periferia hasta su excreción en las deposiciones.

La comprensión del metabolismo de las lipoproteínas, los genes participantes y los factores transcripcionales que regulan la expresión de estos genes permitirá plantear nuevas alternativas para manejar el metabolismo lipídico en forma mucho más integral y eficiente; es probable que algunas de estas drogas salgan al mercado en los próximos años.

Resumen

Se han descubierto nuevos genes que participan en el metabolismo lipídico por medio de los transportadores ABC, que regulan la absorción y el eflujo de colesterol en la periferia, y del receptor de HDL. Por otro lado, están los receptores nucleares, que desempeñan un papel clave en la regulación de múltiples vías del metabolismo lipídico.
En el futuro, la manipulación farmacológica de los receptores nucleares proporcionará nuevas alternativas terapéuticas de un manejo más integral y eficiente de los trastornos lipídicos que aumentan el riesgo de enfermedad aterosclerótica cardiovascular.

Referencias

• Acton S; Rigotti A; Landschulz KT; Xu S; Hobbs HH; Krieger M. “Identification of scavenger receptor SR-BI as a high density lipoprotein receptor”, Science 1996 Jan 26;271(5248):518-20.
• Kozarsky KF; Donahee MH; Rigotti A; Iqbal SN; Edelman ER; Krieger M. “Overexpression of the HDL receptor SR-BI alters plasma HDL and bile cholesterol levels”, Nature 1997 May 22;387(6631):414-7.