Bases bioquímicas de las alteraciones del metabolismo de las lipoproteínas plasmáticas En los últimos años, el estudio de los lípidos y particularmente del colesterol y los triglicéridos, se ha profundizado y extendido principalmente por su relación con el proceso de aterogénesis, en directa relación con la prevalencia de enfermedad coronaria y accidentes cerebrovasculares. Estos factores hacen que las dislipidemias representen un capítulo importante dentro del conocimiento no sólo del especialista en nutrición, sino también de clínicos, cirujanos cardiovasculares, cardiólogos, terapistas, neurólogos, médicos generales y todos aquellos que se encuentran ligados al manejo de la entidad arterioesclerótica y sus patologías asociadas.
Bajo el término de dislipidemia, se incluye a un conjunto de enfermedades originadas por diversos trastornos del metabolismo de las lipoproteínas plasmáticas, que se caracterizan por la elevación del colesterol y/o los triglicéridos. Las de causa primaria (dislipidemias primarias), se caracterizan porque las concentraciones elevadas de las lipoproteínas plasmáticas son la manifestación primaria de la enfermedad y tienen carácter hereditario.
Los lípidos en general, desempeñan una gran variedad de funciones en el organismo, todas ellas de gran importancia. Entre ellas podemos destacar: el almacenamiento de energía y su participación en la constitución de la estructura de las membranas celulares, en los procesos digestivos, en la síntesis de algunas hormonas, etc.
Numerosos estudios epidemiológicos han demostrado que la morbimortalidad cardiovascular aumenta en la misma medida que aumentan los niveles plasmáticos de colesterol, las lipoproteínas de baja densidad (LDL) y los triglicéridos, y disminuye el valor de las lipoproteínas de alta densidad (HDL).
Las alteraciones del metabolismo de las lipoproteínas constituyen la base bioquímica en el desarrollo de la aterosclerosis, la cual es favorecida y potenciada por la asociación con otros factores de riesgo.
Rol de las lipoproteínas en el transporte de lípidos. Los lípidos son insolubles en solventes acuosos y la solubilidad en el plasma se logra por medio de la combinación de los lípidos con proteínas, en la forma de una partícula esférica hidrosoluble. En el centro de la partícula se concentran los componentes hidrofóbicos (colesterol esterificado y triglicéridos). En la superficie se localizan lípidos anfipáticos, que son el colesterol no esterificado y los fosfolípidos junto con las apoproteínas, las que juegan un importante papel regulador.
Las principales clases de lipoproteínas pueden ser separadas y clasificadas de acuerdo con distintos procedimientos:
a) La electroforesis separa las moléculas por medio de la carga eléctrica de las proteínas. Las lipoproteínas son visualizadas mediante la utilización de un colorante que tiñe específicamente la fracción lipídica. Por este método pueden reconocerse cuatro fracciones:
Lipoproteínas a: contienen principalmente colesterol y fosfolípidos.
Lipoproteínas b: contienen principalmente colesterol.
Lipoproteínas pre-b: contienen principalmente triglicéridos, al igual que los Quilomicrones.
El plasma normal en ayunas contiene lipoproteínas a y b, con pequeñas cantidades de lipoproteínas pre-b.
b) La ultracentrifugación separa las moléculas según su densidad. Dado que los lípidos tienen una densidad mucho menor que las proteínas, el contenido lipídico de una clase de lipoproteínas está inversamente relacionado con su densidad. Así, cuanto mayor es el contenido lipídico, menor es la densidad de la partícula lipoproteica. La clasificación estándar de las lipoproteínas incluye, por orden creciente de densidad: quilomicrones (densidad inferior a 0.95 g/mL), lipoproteínas de muy baja densidad o VLDL (densidad entre 0.95 y 1.006 g/mL), lipoproteínas de densidad intermedia (IDL, densidad 1.006-1.019 g/mL), lipoproteínas de baja densidad (LDL, densidad 1.019-1.063 g/mL) y lipoproteínas de alta densidad (HDL, densidad 1.063-1.21 g/mL). Algunos esquemas de clasificación establecen dos clases de HDL (HDL2 y HDL3), y además se ha descrito una lipoproteína cuantitativamente menor denominada lipoproteína de muy alta densidad (VHDL). Las dos primeras clases (quilomicrones y VLDL), corresponden a las partículas ricas en triglicéridos, mientras que las restantes son partículas abundantes en colesterol.
En conjunto, las lipoproteínas contribuyen a mantener en forma solubilizada unos 500 mg de lípidos totales por 100 mL de sangre en la fase postabsortiva, tras la digestión y absorción al torrente sanguíneo del contenido de una comida. De estos 500 mg, habitualmente alrededor de unos 150 mg son triacilgliceroles, unos 200 mg corresponden a colesterol y alrededor de 150 mg son fosfolípidos, principalmente fosfatidilcolina y fosfatidiletanolamina.
Transporte de los lípidos provenientes de la dieta
En general, el transporte de los lípidos de la dieta a los lugares de reserva no está regulado. Todo lo que aparece en el organismo procedente de la dieta, se absorbe y la mayor parte se transporta al tejido adiposo para su almacenamiento. La falta de control de este proceso es evidente, como lo demuestra la prevalencia de la obesidad en el ser humano, en el que la grasa se almacena en exceso respecto a la necesidad de aporte energético. En cambio, la liberación de grasa de los depósitos de almacenamiento del tejido adiposo se controla hormonalmente, para satisfacer las necesidades del organismo en la generación de energía. Los productos de la digestión de los lípidos forman complejos con proteínas para dar lugar a la formación de los quilomicrones, los que desempeñan un papel esencial en el transporte de los lípidos de la dieta desde el intestino a los tejidos periféricos, en especial al corazón, músculo y tejido adiposo.
Los quilomicrones transportan el colesterol y los triglicéridos provenientes del intestino (que a su vez derivan de la dieta), a través del sistema linfático que subyace en la mucosa intestinal, hacia el conducto torácico. En las células endoteliales de los tejidos periféricos, los triacilgliceroles son hidrolizados a glicerol y ácidos grasos por la lipoproteína lipasa extracelular, la que se encuentra ligada al endotelio vascular. La enzima requiere de la activación por parte de la apoproteína C-II, presente en la superficie de la partícula de quilomicrón y de VLDL. Tras su entrada a la célula, el glicerol y los ácidos grasos procedentes de la acción de la lipasa, pueden catabolizarse para generar energía o, en las células adiposas, utilizarse para volver a sintetizar triacilgliceroles. Los remanentes de quilomicrones, que contienen apo E, son captados por el hígado a través de la interacción con receptores específicos y degradados posteriormente en los lisosomas hepáticos.
Transporte de los lípidos de origen endógeno (triglicéridos y colesterol).
a) Transporte de triglicéridos.
En el hígado tiene lugar la formación de partículas de VLDL (que contienen apoproteína B100), para la exportación de triglicéridos a los tejidos periféricos. Dietas ricas en hidratos de carbono aumentan la síntesis hepática de triacilgliceroles. El hígado convierte los hidratos de carbono en ácidos grasos, esterifica los ácidos grasos con glicerol para formar triacilgliceroles y los vierte al torrente sanguíneo en el centro de las partículas de VLDL. En el plasma, las VLDL adquieren apoproteína C-II a partir de las HDL, lo que permite la posterior depuración de las primeras. Las partículas de VLDL son relativamente grandes, transportan unas 5-10 veces más triacilgliceroles que ésteres de colesterol. En la circulación, al igual que los quilomicrones, las VLDL son sustrato de la acción de la lipoproteína lipasa, dejando sus remanentes pobres en triglicéridos. Estos conservan la apo B100 y son relativamente ricos en ésteres de colesterol. Estos remanentes provenientes de VLDL corresponden a las lipoproteínas de densidad intermedia o IDL. El hígado remueve dichos remanentes por medio de receptores que reconocen apo E. Las partículas que no son removidas, son las precursoras de las lipoproteínas de baja densidad o LDL, las que contienen básicamente ésteres de colesterol y una sola molécula de apo B100.
b) Transporte de colesterol.
LDL y HDL son las principales partículas involucradas en el transporte del colesterol. Las LDL constituyen la principal forma de transporte del colesterol a los tejidos, y las HDL desempeñan el principal papel de eliminar el exceso de colesterol desde los tejidos y devolverlo al hígado para su metabolismo o excreción. De todas las lipoproteínas, la LDL es la que contiene la mayor cantidad de colesterol (unas dos terceras partes del colesterol plasmático total). La función primaria de las partículas de LDL, es la de proporcionar colesterol a los tejidos periféricos. La mayor parte de las células del organismo contienen la maquinaria enzimática como para sintetizar colesterol a partir de acetato. Sin embargo, las células suplen sus necesidades de colesterol de la LDL circulante, lo cual representa una cierta economía de energía para el organismo.
Las investigaciones realizadas por Michael Brown y Joseph Goldstein (laureados con el premio Nobel en 1985), a mediados de los años setenta, demostraron que la captación de colesterol por las células es un proceso mediado por receptores y que la cantidad de los propios receptores está sujeta a regulación.
La entrada de colesterol a la célula ocurre por un mecanismo de endocitosis, luego de la interacción entre la partícula de LDL, a través de su apoproteína B100, con el receptor de LDL. El receptor de LDL es una glicoproteína de 839 aminoácidos y 18 cadenas de oligosacáridos y se encuentra en la superficie celular. El receptor se une específicamente a las apolipoproteínas B100 y E. Las investigaciones demostraron que los receptores están agrupados en una invaginación de la membrana celular revestida principalmente de clatrina, una proteína capaz de formar una estructura en forma de jaula. Cuando LDL se une al receptor a través de apo B100, toda la partícula de LDL es englobada y captada por la célula. La membrana plasmática se fusiona en la proximidad del complejo LDL-receptor, y el hoyo revestido se convierte en una vesícula endocitósica. Varias de estas vesículas revestidas de clatrina, se fusionan para formar un endosoma, el cual se fusiona entonces con un lisosoma, con lo que se pone al complejo LDL-receptor en contacto con las enzimas hidrolíticas del lisosoma. La apoproteína de la LDL se degrada a sus aminoácidos y los ésteres de colesterol se hidrolizan para dar colesterol libre. El receptor se recicla y vuelve a la membrana plasmática para captar más LDL.
El colesterol liberado desde los lisosomas al citoplasma de la célula ejerce tres efectos reguladores:
1) inhibe la actividad de la enzima beta-hidroxi beta-metil glutaril CoA reductasa (HMG-CoA reductasa), con lo cual se reduce la síntesis endógena de colesterol, también inhibe la transcripción del gen que codifica para esta enzima y acelera la degradación de la proteína enzimática.
2) Activa la enzima microsomal acil CoA:colesterol aciltransferasa (ACAT), que cataliza la esterificación del colesterol con un ácido graso de cadena larga (principalmente ácido oleico). Con esto se facilita el almacenamiento del exceso de colesterol, en forma de pequeñas gotas de ésteres de colesterol.
3) Regula la síntesis del propio receptor de LDL, lo cual garantiza que el colesterol no se capte en las células en una cantidad superior a las necesidades de éstas, a pesar de que las concentraciones extracelulares sean muy altas. Este mecanismo de regulación explica porqué un exceso de colesterol en la alimentación, causa directamente elevaciones de las concentraciones sanguíneas de colesterol. Con una regulación tan estricta de las concentraciones intracelulares de colesterol, el colesterol extracelular se acumula puesto que no tiene ningún otro lugar a donde ir.
Las LDL son las lipoproteínas que mayor vida media tienen en el plasma (2 a 3 días), comparadas con VLDL (1-3 horas) y quilomicrones (5 minutos), al menos en condiciones normales.
El receptor de LDL está sometido a un mecanismo de regulación tipo "feedback". Cuando se incuban fibroblastos en un medio conteniendo LDL, disminuye la capacidad de las células de unir LDL debido a que disminuye el número de receptores en la superficie celular. Cuando el medio que baña las células es pobre en colesterol, se activa la HMG-CoA reductasa y se incrementa el número de receptores, con el propósito de aumentar el colesterol celular.
Entre el 20-25% del colesterol total circula en la partícula de HDL, las que llevan el colesterol extrahepático al hígado, y por tanto, remueven el colesterol de los tejidos periféricos. Esto hace que las LDL sean consideradas las lipoproteínas más aterogénicas, a diferencia de las HDL, que son protectoras.
Las lipoproteínas de alta densidad o HDL se sintetizan principalmente en el hígado de donde son liberadas por exocitosis. La partícula naciente tiene forma de disco, con un elevado contenido en proteínas y fosfolípidos, y el escaso colesterol que contiene es colesterol no esterificado. Las principales apoproteínas de HDL son apoA-I, apo C-I, apo C-II y apo E. La HDL naciente se convierte en una partícula esférica a través de la acumulación de ésteres de colesterol. HDL es un excelente aceptor de colesterol libre desde la superficie de las membranas celulares. El colesterol es esterificado por la enzima lecitín-colesterol acil transferasa (LCAT), asociada a la partícula de HDL. La enzima, que es activada por apo A-I, transfiere una molécula de ácido graso desde el carbono 2 de la lecitina (fosfatidil colina) al 0H del carbono 3 del colesterol. La esterificación del colesterol en la superficie de la partícula de HDL por la LCAT, origina el éster de colesterol altamente hidrofóbico, el cual se localiza hacia el centro de la partícula. La HDL, rica en colesterol, retorna luego al hígado, donde se incorpora por endocitosis. Este proceso tiene el efecto de disminuir los niveles de colesterol intracelular, ya que el colesterol almacenado en el interior de la célula como ésteres de colesterol es movilizado para reemplazar el colesterol que ha sido removido desde la membrana celular. Los macrófagos también son capaces de captar partículas de HDL a través de la interacción entre un receptor y apo A-I. De esta manera, la HDL puede adquirir colesterol y apo E de los macrófagos, desde donde posteriormente es secretada.
Hiperlipoproteinemias
Uno de los principales factores en el desarrollo de la enfermedad cardiovascular es la presencia de dislipidemias. Se ha demostrado que la morbimortalidad cardiovascular aumenta a medida que se incrementan los valores séricos de colesterol total (CT), lipoproteínas de baja densidad (LDL), triglicéridos (TG) y se disminuye el valor de las lipoproteínas de baja densidad (HDL).
Las alteraciones lipídicas pueden ser la consecuencia de un defecto genético de la persona, la expresión secundaria de un proceso primario cursante o la consecuencia de factores exógenos (alimenticios, culturales, socio-económicos, etc.) que conducen a la elevación de los niveles de lípidos plasmáticos.
Una forma simplificada de clasificar las dislipidemias de origen primario se basa únicamente en las concentraciones de colesterol y triglicéridos plasmáticos:
Presentación con aumento del colesterol y triglicéridos normales.
a) HIPERCOLESTEROLEMIA POLIGÉNICA. Es la hiperlipemia más común y da cuenta del 80% de las hipercolesterolemias. El defecto genético no se conoce con precisión, pero parece probable que intervienen varios genes (que no tienen nada que ver con los receptores de LDL), junto a ciertos factores ambientales, como una dieta rica en grasa saturada y colesterol o la existencia de obesidad, determinan un incremento de la colesterolemia. Tiene una prevalencia de 1/100.
b) HIPERCOLESTEROLEMIA FAMILIAR. También se la conoce como hiperbetalipoproteinemia, debido al aumento, en la circulación, de la fracción b lipoproteína o LDL. La forma homozigota de la enfermedad es muy rara (prevalencia de 1/1.000.000), y los individuos afectados tienen concentraciones muy elevadas de colesterol plasmático (entre 700 y 1000 mg/dl). Desarrollan aterosclerosis en una etapa temprana de la vida y generalmente fallecen por una enfermedad cardíaca antes de los 30 años. El trastorno heterozigoto es frecuente y afecta aproximadamente a uno de cada 500 individuos. Estas personas presentan un riesgo elevado de sufrir ataques de corazón entre los 30 y los 50 años, aunque muchos de ellos tienen una vida de duración normal.
Las investigaciones de Goldstein y Brown demostraron que el defecto básico de la hipercolesterolemia familiar radica en el receptor de LDL. Este mapea en el cromosoma 19 (19p13.1), contiene 18 exones y abarca 45 kb de DNA. Los 18 exones definen una secuencia señal y 5 dominios funcionales del receptor. El dominio de unión al ligando (definido por 5 exones del gen) se encuentra en el extremo N-terminal. A la fecha se ha descrito una larga serie de mutaciones que afectan al gen que codifica para el receptor de LDL. Entre ellas, destacan deleciones de distinto tamaño (incluso superiores a 25 kb), algunas originan una proteína truncada, en tanto que las que afectan al promotor del gen, impiden que éste se transcriba y por lo tanto, no hay síntesis de la proteína correspondiente. Otras mutaciones incluyen sustituciones, y las que afectan al dominio citoplasmático del receptor, impiden su internalización.
En los individuos heterozigotos para la hipercolesterolemia familiar (HF), el número de receptores de LDL se reduce a un 50%. El número de receptores remanentes es suficiente para que se una a la célula la misma cantidad de LDL, pero a costa de una elevación de 2 a 3 veces la concentración extracelular de LDL. Los homozigotos para la enfermedad, al tener mutado ambos alelos del gen, carecen de receptores de LDL y por lo tanto no pueden internalizar la partícula lipoproteica. El pronóstico para estos pacientes es malo, a pesar de que se instauren tratamientos agresivos (p.ej. plasmaféresis) para depurar el exceso de colesterol sanguíneo. El riesgo de coronariopatía es muy alto.
c) DEFECTO FAMILIAR DE APO B. Se ha descrito un defecto genético que causa hipercolesterolemia con características similares a las de la hipercolesterolemia familiar, con cifras de colesterol semejantes o algo inferiores. Se debe a una anomalía del gen que codifica para apo B. La mutación induce la síntesis de una apoproteína defectuosa que limita la interacción entre la partícula de LDL y su receptor. El resultado final es un aumento de LDL circulante. Esta dislipidemia es tan aterogénica como la hipercolesterolemia familiar clásica, incluso su prevalencia parece ser similar (1/500). En la práctica, ambas se comportan de la misma manera.
Presentación con aumento de colesterol y triglicéridos
a) HIPERLIPIDEMIA FAMILIAR COMBINADA. Los pacientes afectados pueden presentar cifras elevadas de colesterol y triglicéridos, debido al aumento de LDL y VLDL plasmáticas (fracción beta y pre-beta, respectivamente). Probablemente el trastorno se transmite de forma autosómica dominante y su prevalencia es de un individuo por cada 300, lo que la convierte en una de las hiperlipidemias primarias hereditarias más comunes. En esta enfermedad hay una sobreproducción de apoproteína B en el hígado, la principal apoproteína de las partículas de VLDL y LDL. El riesgo de coronariopatía en estos pacientes es alto.
b) DISBETALIPOPROTEINEMIA (HIPERLIPIDEMIA RESIDUAL). Se estima que la padecen uno de cada 5000-10000 individuos (dependiendo de la localidad geográfica) y es una causa importante de arteriopatía precoz que afecta a los vasos coronarios, cerebrales y periféricos. Los pacientes afectados tienen un defecto genético en la apoproteína E; sólo expresan la isoforma apo E2, la que prácticamente no se fija al receptor hepático de los remanentes de quilomicrones ni de los remanentes de VLDL (IDL). El perfil electroforético origina una banda beta ancha, formada por VLDL de movilidad anormal. Se hereda con carácter autosómico recesivo.
Presentación con aumento de triglicéridos solamente
a) HIPERTRIGLICERIDEMIA FAMILIAR. Es el cuadro más frecuente (heterozigotos 1/100). No se ha identificado el trastorno metabólico responsable de la enfermedad. Los pacientes afectados presentan cifras moderadas o altas de triglicéridos séricos debido a la hiperproducción de partículas de VLDL. La elevada producción de VLDL está asociada a una intolerancia a la glucosa e hiperinsulinemia y frecuentemente a la obesidad y al alcoholismo. El patrón de herencia es autosómico dominante. La enfermedad raramente se presenta antes de la edad adulta, generalmente se instala después de la segunda década de la vida.
b) HIPERQUILOMICRONEMIA. Se caracteriza por la presencia de quilomicrones circulantes después de un ayuno de 12 o más horas. Se hereda con carácter autosómico recesivo y su incidencia es muy rara, siendo la menos frecuente de todas las hiperlipoproteinemias. La causa es la deficiencia de la lipoproteína lipasa (LPL) o de la apoproteína C-II que la activa. El plasma de estos pacientes es lactescente y, por reposo a 4ºC se observa la formación de dos capas, una superior cremosa en la que se ubican los quilomicrones y una inferior clara o sólo ligeramente turbia. En la electroforesis se observa una banda en el origen que corresponde a los quilomicrones.
Dra. Gloria León Rivera*
* Bioquímica, Dra. en Ciencias Químicas.
Prof. Titular de Bioquímica. Universidad Austral de Chile.
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