Sam Diabetes Fisiopatologia 2008

Diabetes Sistema de Actualización Médica en Diabetes

LIBRO 2 Fisiopatología de la diabetes mellitus tipo 2 y de la resistencia a la insulina Autor Dr. Carlos Alberto Aguilar Salinas Coordinador Editorial Dr. Cuauhtémoc Vázquez Chávez

MÉXICO • BOGOTÁ • BUENOS AIRES • CONNECTICUT MADRID • RÍO DE JANEIRO • SAO PAULO

Autor Dr. Carlos Alberto Aguilar Salinas Subjefe del Departamento de Endocrinología y Metabolismo Instituto Nacional de Ciencias Médicas y Nutrición “Salvador Zubirán” Investigador en Ciencias Médicas “F” por los Institutos Nacionales de Salud Investigador Nacional nivel 2 por el Sistema Nacional de Investigadores Miembro numerario de la Academia Nacional de Medicina

Una edición de:

Intersistemas, S.A. de C.V. Aguiar y Seijas 75 Lomas de Chapultepec 11000, México, D.F. Tel.: (5255) 55202073 Fax: (5255) 55403764 [email protected] www.intersistemas.com.mx

SAM® Diabetes Primera edición 2008 Copyright © 2008 Intersistemas, S.A. de C.V. Todos los derechos reservados. Este libro está protegido por los derechos de autor. Ninguna parte de esta publicación puede ser reproducida, almacenada en algún sistema de recuperación, o transmitida de ninguna forma o por ningún medio, electrónico o mecánico, incluyendo fotocopia, sin autorización previa del editor. SAM® es una marca registrada de Intersistemas, S.A. de C.V. ISBN PENDIENTE ISBN PENDIENTE

Edición completa Libro 2

En función de los rápidos avances en las ciencias médicas, el diagnóstico, tratamiento, tipo de fármaco, dosis, etc., deben verificarse en forma individual; por lo que el autor, el editor y el patrocinador no se hacen responsables de ningún efecto adverso derivado de la aplicación de los conceptos vertidos en esta publicación, la cual queda a criterio exclusivo del lector. Las opiniones en esta pieza son exclusivas del autor y no reflejan, necesariamente, el criterio del patrocinador ni de la casa editorial. Cuidado de la edición: Dra. María del Carmen Ruíz Alcocer Diseño de portada: DG. Edgar Romero Escobar Formación: Contraforma Estudio de Diseno, S.A. de C.V. Editado e impreso en México

Contenido Autoevaluación inicial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

xxx

Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

xxx

Objetivos del manuscrito . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

xxx

Mecanismos fisiopatológicos de la resistencia a la insulina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

xxx

Anormalidades causantes de resistencia a la insulina relacionadas con las cascadas de señalización de la insulina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Defectos funcionales en la señalización de la insulina: El papel del tejido adiposo Métodos para medir la sensibilidad a la insulina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Clamp euglucémico hiperinsulinémico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Medición de la glucemia durante el estado estable (SSPG, por sus siglas en inglés) . . . . . Prueba de tolerancia a la insulina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Modelo mínimo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pruebas basadas en la curva de tolerancia oral a la glucosa . . . . . . . . . . . . . . . . Pruebas basadas en las concentraciones de ayuno de la glucosa y/o insulina . . Indicadores indirectos de la presencia de resistencia a la insulina . . . . . . . . . . .

xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx

Mecanismos fisiopatológicos de la deficiencia de la secreción de la insulina . . . . . . . . . . Anormalidades causantes de la disminución en el número de células beta . . . . . . Factores genéticos que regulan la secreción de insulina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . PPARgamma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . TCF7L2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . KCNJ1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . HHEX/IDE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IGF2BP2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . CDKN2A y CDKN2B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . CDKAL1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . SLC30A8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . FTO ........................................................ Calpaina 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Genes relacionados a la diabetes tipo MODY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . DNA mitocondrial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Otros genes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Métodos para medir la secreción de insulina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx

Estudios que evalúan la función de la célula beta en condiciones basales . . . . . . . Estudios que evalúan la función de la célula beta durante la administración intravenosa de glucosa . Estudios que evalúan la función de la célula beta durante la administración oral de glucosa .

xxx xxx xxx xxx

Integración de los procesos que determinan la aparición de la diabetes tipo 2 . . . . . . . . . . .

xxx

Referencias biblográficas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

xxx

Caso Clinico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

xxx

Autoevaluación inicial 1.

El fenómeno que determina la aparición de la hiperglucemia de ayuno es el aumento de la producción hepática de glucosa: a. FALSO ___ b. VERDADERO ___

2.

La cantidad de insulina requerida para reprimir la producción hepática de glucosa es similar a la que se necesita para inducir la utilización de glucosa en el tejido muscular: a. FALSO ___ b. VERDADERO ___

3.

La masa de células beta es normal en pacientes con intolerancia a la glucosa: b. VERDADERO ___ a. FALSO ___

4.

Cantidades excesivas de colesterol en el interior de la célula beta no tienen efecto sobre la secreción de insulina: b. VERDADERO ___ a. FALSO ___

5.

Variaciones en el gen TCF7L2 están asociadas con mayor riesgo de tener diabetes tipo 2: b. VERDADERO ___ a. FALSO ___

6.

La glicoproteína transmembrana ENPP1 (fosfodiesterasa pirofosfatasa ectonucleótido tipo 1) disminuye la capacidad de generar segundos mensajeros del receptor de insulina: b. VERDADERO ___ a. FALSO ___

7.

El índice de disposición integra la respuesta aguda de insulina y la sensibilidad a la insulina: a. FALSO ___ b. VERDADERO ___

8.

La Organización Mundial de la Salud define a la resistencia a la insulina como el valor de insulina superior al de la percentila 75 de la población en estudio: a. FALSO ___ b. VERDADERO ___

9.

El clamp euglucémico hiperinsulinémico es el mejor método para medir la secreción de insulina: a. FALSO ___ b. VERDADERO ___

10. La relación triglicéridos/colesterol HDL mayor de 3.5 es un indicador de la existencia de resistencia a la insulina: a. FALSO ___ b. VERDADERO ___

RESPUESTAS DE LA AUTOEVALUACIÓN INICIAL 1. b, 2. a, 3. a, 4. a, 5. b, 6. b, 7. b, 8.b, 9. a, 10.

41

SAM Diabetes • Libro 2

42

Introducción n menos de medio siglo, la diabetes se ha convertido en uno de los principales problemas de salud en México. Más de 7% de los adultos (20 a 69 años) que viven en zonas urbanas tienen la enfermedad, el porcentaje es aún mayor (13.5%) después de los 50 años. A partir del año 2000, es la primera causa de muerte en las mujeres y la segunda en los hombres.1 Además es la causa más frecuente de incapacidad prematura, ceguera y amputaciones de extremidades no causadas por traumatismos. La diabetes es una de las cinco enfermedades con mayor impacto económico al sistema de salud. El costo de su tratamiento y de sus complicaciones se estima próximo a 15 118 millones de dólares durante el año 2000;2 el monto promedio por paciente fue 4058 dólares al año. La proporción del gasto que se utiliza en el pago de las incapacidades prematuras resultantes y para el manejo de sus complicaciones crónicas sobrepasa varias veces a lo empleado en su prevención y tratamiento. Aún más, se espera que el impacto económico sea varias veces mayor en la siguiente década. La IDF (siglas en inglés para Federación Internacional de Diabetes) estima que en México existían 4.4 millones de casos en 2003; el número aumentará a 9 millones para el 2025.3

E

La predisposición para sufrir la enfermedad sólo se hace evidente cuando el individuo tiene un estilo de vida propicio. Este fenómeno se demuestra en la notable diferencia encontrada en el número de casos con diabetes en sujetos del mismo grupo étnico que viven en ambientes distintos. Así ocurre con nuestras poblaciones indígenas: la diabetes afecta a 2 a 4% de los adultos en zonas rurales, contra 12 a 15% en zonas urbanas. La epidemia inició con los cambios socioeconómicos ocurridos en la segunda mitad del siglo XX. La población mexicana se concentró en los centros urbanos. El por-

centaje de las personas que vive en las áreas rurales disminuyó de 40.5 a 26.8% de 1950 a 1990. Sus costumbres alimenticias se modificaron: aumentó el consumo de calorías, grasas y azúcares simples (encontrados en alimentos de bajo costo como los refrescos). Por el contrario, el consumo de carbohidratos complejos (como los cereales), disminuyó. La actividad física de un alto porcentaje de la población se redujo al mínimo. En consecuencia, se dieron transformaciones profundas en la dinámica familiar y en los mecanismos de adaptación empleados para alcanzar el equilibrio psicológico y fisiológico. Por lo tanto, los eventos que determinaron la epidemia no son transitorios; se originan en “el progreso” y la necesidad de mejorar el nivel de vida. Difícilmente podrán revertirse sin que exista el propósito expreso de hacerlo. Por ende, es fácil comprender que, pese a múltiples esfuerzos, el número de casos afectados ha continuado aumentando, en especial en los jóvenes.4 La diabetes tipo 2 y sus complicaciones son el resultado de un proceso largo iniciado varias décadas antes de la aparición de la hiperglucemia.5 La mayoría de los casos tienen otros miembros de su familia afectados. Con frecuencia, tuvieron bajo peso al nacer y una ganancia de peso en la adolescencia mayor al del resto de la población. La mayoría de ellos acumula la grasa en el abdomen. Un alto porcentaje tiene en los primeros años de la vida adulta concentraciones anormales de colesterol, triglicéridos, colesterol HDL y ácido úrico. Años más tarde, aparece la hipertensión arterial. Con el paso del tiempo, la concentración de glucosa en sangre aumenta: inicialmente después de los alimentos y años más tarde aun en el ayuno. A la combinación de tres o más de estas anormalidades se le conoce como “el síndrome metabólico”; su presencia es sinó-

43

SAM Diabetes • Libro 2 nimo de un alto riesgo de tener diabetes (y en menor medida, infarto del miocardio) a mediano plazo. Años después, la concentración de glucosa de ayuno supera el umbral considerado para el diagnóstico de la diabetes (mayor o igual a 126 mg/dL); con ello, aparece la probabilidad de sufrir las complicaciones crónicas de la enfermedad. La edad promedio al diagnóstico es 48 años; generalmente se diagnostica antes en las mujeres (47.6 vs. 49.1 años). El porcentaje de casos que son diagnosticados antes de los 40 años es alto en México (~15%) y en todos los países con una prevalencia mayor a 8%, lo que expone a los afectados a un mayor riesgo de daño tisular. La historia natural de la enfermedad y su expresión dependiente de la presencia de factores ambientales se explican por la fisiopatología del padecimiento. La diabe-

tes tipo 2 es debida a la combinación de dos anormalidades: la menor respuesta a la insulina en la mayoría de los tejidos y una menor secreción de insulina. La primera alteración, la respuesta tisular anormal a la insulina, es el primer defecto demostrable, ocurre décadas antes de la hiperglucemia y su intensidad es similar durante el curso de la diabetes. La menor secreción de insulina es una anormalidad progresiva que determina el tiempo de aparición y la gravedad de la hiperglucemia. En este libro se describirán los avances ocurridos en el estudio de la fisiopatología de la diabetes en los años recientes. Para facilitar la descripción de la información se presentarán por separado los mecanismos que explican la resistencia a la insulina y la deficiencia en la secreción de la misma. En un apartado final se integrará la información.

Objetivo del manuscrito resentar la visión actual de la fisiopatología de la diabetes tipo 2. El lector obtendrá información sobre los mecanismos que determinan los cambios en la secreción y en la acción de la insulina en pacientes con diabetes tipo 2. Los datos

P

44

serán presentados con un enfoque clínico para que el lector pueda integrarlos a su práctica. Se incluyen preguntas de autoevaluación para que el lector refuerce el conocimiento adquirido e identifique los temas que debe repasar.

Mecanismos fisiopatológicos de la resistencia a la insulina a insulina es una hormona anabólica con múltiples acciones: en la FIGURA 1 se muestran algunas de ellas. Un defecto en la acción de la hormona es esperable que tenga múltiples consecuencias dependiendo de su gravedad y de los tejidos involucrados. Como resultado, el cuadro clínico de la resistencia a la insulina es variable. Su presencia se asocia con múltiples fenotipos, que incluyen la obesidad, los ovarios poliquísticos, la hipertensión arterial, diversas dislipidemias, la hiperuricemia y la esteatohepatitis no alcohólica. Pacientes que tienen defectos de la misma magnitud en la acción de la insulina pueden tener cuadros clínicos distintos. Se desconocen los factores que determinan

L

Órgano

La definición de la “resistencia a la insulina” se basó en una de las acciones de la hormona: el inducir la captación de glucosa en la mayoría de los tejidos.6 En condiciones de euglucemia, la utilización de la glucosa aumenta en proporción directa con la concentración de la insulina, siguiendo una relación hiperbólica. La tasa de utilización máxima es 11 a 12 mg/kg/min, la cual ocurre con niveles de insulina de 250 µU/mL. Un órgano, (el músculo estriado) es el responsable de 70 a 85% de este efecto.7 Otros órganos tienen contribuciones

Acciones

Tejido adiposo

Aumenta: Utilización de glucosa, lipogénesis, actividad de la lipasa lipoproteica Inhibe: lipólisis

Músculo

Aumenta: Utilización de la glucosa, síntesis de glucógeno, síntesis proteica Inhibe: Proteólisis

Hígado

Aumenta: Utilización de la glucosa, síntesis de glucógeno, síntesis proteica, depuración de lipoproteínas Inhibe: Proteólisis, gluconeogénesis, secreción de lipoproteinas, concentraciones de SHBG, síntesis de PAI-1

Insulina

Endotelio

Otros

FIGURA 1.

el tipo y número de datos clínicos resultantes de la menor acción de la insulina que estarán presentes en cada caso.

Aumenta: Vasodilación Inhibe: Agregación plaquetaria Aumenta: Crecimiento, retención de sodio, excreción de ácido úrico, activación del sistema nervioso simpático, termogénesis inducida por los alimentos, hiperpolarización de membranas, prolongación del QT, síntesis de hormonas sexuales

Acciones fisiológicas de la insulina.

45

SAM Diabetes • Libro 2 menores a la captación de glucosa mediada por la insulina (tejido adiposo (2 a 3%), cerebro (14%) y órganos contenidos en el lecho esplénico (~ 10%). Un porcentaje significativo del efecto de la insulina sobre la captación muscular de glucosa se debe a un efecto indirecto; la hormona induce vasodilatación muscular, lo que aumenta el número de fibras musculares que pueden utilizar glucosa. La insulina induce la utilización de la glucosa por las células mediante su interacción con un receptor específico, el cual es una glicoproteína compuesta por varias subunidades. El receptor de la insulina está compuesto por dos subunidades alfa extracelulares (que son el sitio de unión a la hormona), las cuales se unen (mediante puentes disulfuro) a dos subunidades beta. Estas últimas tienen tres dominios (extracelular, transmembrana e intracelular). La región en contacto con el citosol tiene actividad de una tirosin proteína cinasa, la cual media las acciones intracelulares de la insulina.8 El dominio intracelular tiene, a su vez, varias regiones que cumplen funciones distintas (como la unión al ATP y la fosforilación de tirosinas).

ANORMALIDADES CAUSANTES DE RESISTENCIA A LA INSULINA RELACIONADAS CON LAS CASCADAS DE SEÑALIZACIÓN DE LA INSULINA El conocimiento sobre la función del receptor de insulina aumentó notablemente en la última década gracias a la realización de estudios cristalográficos y a la identificación de las vías de señalización. La insulina se une a residuos localizados en los primeros 500 aminoácidos de las subunidades alfa. El aminoácido fenilalanina localizado en la posición 89 es crítico para la unión de la insulina al receptor. Tal fenómeno es influido por la concentración de la insulina. A niveles bajos fisiológicos, la hormona se puede unir con alta afinidad al receptor; en contraste, si la concentración es alta, las moléculas de insulina compiten entre sí por los receptores, disminuyendo su unión y acción. Una vez que la hormona se ha unido al receptor, la cadena beta se autofosforila adquiriendo la actividad de una tirosin cinasa que puede modificar

46

otros sustratos.9 La actividad del receptor puede ser modificada por otros mecanismos ajenos a la insulina. Por ejemplo, la fosforilación de algunos residuos serina y treonina disminuye la transmisión de la señal inducida por la insulina; esto ocurre en presencia de forbol ésteres, o por la sobreexpresión de la protein cinasa C o de la AMP cinasa. La unión de la insulina al receptor determina que este último sufra endocitosis y sea degradado en el interior de la célula; por ello, la exposición a concentraciones altas de insulina determina un menor número de receptores en la superficie celular. Los compuestos que se unen a la porción tirosin cinasa del receptor son múltiples y parcialmente conocidos.10 Algunos de ellos son la familia de proteína IRS (sustratos del receptor de insulina), las proteínas Cbl (casitas B-lineage lymphoma), SHC, APS, SH2B, GAB1/2, DOCK1/2 y CAP (proteína asociada a Cbl). Las IRS parecen ser los mediadores más importantes de la señal de insulina sobre el metabolismo de carbohidratos y la regulación del crecimiento celular. En humanos existen al menos 3 IRS (IRS-1,-2 y –4; en ratones existe una variedad adicional [IRS-3]). Todas las IRS tienen una estructura similar caracterizada por múltiples sitios donde puede sufrir fosforilación. IRS-1 y –2 son las proteínas IRS de mayor relevancia. Al ser fosforiladas activan diversas cascadas metabólicas, como la de la cinasa de inositol-3-fosfato (IP3 cinasa, responsable de la regulación del metabolismo de carbohidratos).11 Las IRS activadas se unen a dominios regulatorios de la IP3 cinasa, desplazándola de su subunidad catalítica. Modelos animales y mutaciones en humanos han demostrado la importancia funcional de IRS-1 y –2. Mutaciones del gen de la IRS-1 son causa de resistencia a la insulina en músculo y tejido adiposo, además de ser causa de menor crecimiento. En contraste, defectos en IRS-2 son causa de resistencia a la insulina y diabetes (debida a menor secreción de insulina). La regulación de la función y de la concentración de las IRS es compleja. Por ejemplo, la concentración elevada de ácidos grasos y la exposición a TNF-alfa se asocian con fosfori-

Fisiopatología de la diabetes mellitus tipo 2 y de la resistencia a la insulina

lación de serinas de las IRS, lo que altera la capacidad de las proteínas para activar las cascadas mediadas por la insulina. La exposición prolongada a concentraciones altas de insulina resulta en disminución de la concentración de las IRS. Las cascadas activadas por los sustratos del receptor de insulina se muestran en la FIGURA 2. Una de las más importantes es la mediada por la IP3-cinasa. Tiene tres subclases: Ia, Ib y III. La tipo Ia es la de mayor relevancia; su inhibición con agentes farmacológicos (como la wortmanina) bloquea la utilización de la glucosa inducida por la insulina. Modelos transgénicos han confirmado el papel central de la IP3-cinasa en la acción de la insulina. Genera los segundos mensajeros PIP2 (fosfatidil-inositol 3,4 bifosfato) y PIP3 (fosfatidil-inositol 3,4,5, trifosfato), los cuales se unen a las enzimas PDK-1 y -2 (cinasas 1 y 2 dependientes de fosfo-inositoles). Tales enzimas se unen a la membrana donde activan a las enzimas PKB, PKC y la cinasa inducible por glucocorticoides (SGK). La PKB (protein cinasa B; también llamada Akt) es una cinasa de serina/treonina; es crítica para las acciones de la insulina sobre el metabolismo de carbohidratos, proteínas y lípidos. Existen varias isoformas de PKB (PKB-alfa y –beta, también llamadas AKT-1 y-2, respectivamente), las cuales tienen funciones distintas. La PKB (en especial, la isoforma beta) activada se desplaza de la membrana celular para fosforilar enzimas claves en el metabolismo de los carbohidratos (como la GSK-3), AS160 y en la movilización de los transportadores de glucosa GLUT4, los cuales migran a la superficie celular para permitir la entrada de la glucosa a la célula. Mutaciones en PKB-2 se asocian con resistencia a la insulina, diabetes de aparición temprana en ausencia de obesidad y un aumento significativo de la producción hepática de glucosa. En ausencia de insulina, los GLUT4 se mantienen en vesículas intracelulares que están en contacto con una red de microtúbulos. En tales estructuras participan varias proteínas (como Munc18c, Synip y NSF) que son blanco de las cascadas activadas por la insulina y que determinan la

eficiencia con la que los GLUT4 son transportados a la membrana celular. Por ejemplo, la deficiencia de Munc18c es causa de resistencia a la insulina en modelos animales. La cascada de la IP3-cinasa no es el único mecanismo por el que la insulina induce la captación de glucosa. La activación de la cascada por un estímulo distinto a la insulina no induce la migración de los GLUT4 a la superficie celular. Algunos receptores de insulina residen en regiones de la membrana enriquecidas en lípidos, donde activan cascadas distintas a las arriba descritas. La fosforilación del receptor activa a los protooncogenes c-Cbl y Cbl-b, proceso en que participa la proteína APS. Este complejo recluta a la proteína CAP, la cual es abundante en el músculo estriado y su concentración es directamente proporcional a la sensibilidad a la insulina. CAP se une a diversas proteínas que participan en la movilización de los GLUT4. En esta cascada participan moléculas como TC10, cuya manipulación en modelos animales modifica la acción de la insulina. Para cada uno de los pasos que se activan por la acción de la insulina existe un mecanismo contrarregulador que limita la duración de la señal. Las fosfatasas encargadas de esta función son la protein-tirosin fosfatasa 1B (PTP1B, encargada de la inactivación de los primeros pasos post-receptor), homólogo de fosfatasa y tensina (PTEN, que inactiva los productos de la acción de la IP3 cinasa) y SHIP-2. La eliminación de la actividad de cualquiera de estas enzimas aumenta la captación de glucosa mediada por insulina. Lo opuesto es verdad para la sobreexpresión de dichas fosfatasas. La glicoproteína transmembrana ENPP1 (fosfodiesterasa pirofosfatasa ectonucleótido tipo 1) forma parte de las enzimas que inactivan al receptor de insulina.12 Su papel como contribuyente en la génesis de la resistencia a la insulina fue propuesto después de identificar sobreexpresión de ENPP1 en un paciente con resistencia extrema a la insulina que tenía una deficiencia grave en la función del receptor de insulina. La relevancia de estos

47

SAM Diabetes • Libro 2 Glucosa

Glucosa

Insulina

Receptor de Insulina

ENPP-1, PTP1B PTEN X

C-

S- -T

SGK

Cbi-C PDK-1 y -2 IRS activadas

PKC PKB GLUT-4 PKB activada

GS

PIP3

GLUT-4

PIP2

PDK-1-2

GSK-3 Genes blanco (Ej. PEPCK)

FIGURA 2.

CAP TC-10

IP-3 cinasa activada

Foxo

MAPcinasa Cb

Núcleo

Cascada de señalización de la insulina.

Una vez que la insulina se ha unido a su receptor, la cadena beta se autofosforila adquiriendo la actividad de una tirosin cinasa que puede modificar otros sustratos. Los compuestos que se unen a la porción tirosin cinasa del receptor son múltiples. Algunos de ellos son la familia de proteína IRS (sustratos del receptor de insulina), las proteínas Cbl (casitas B-lineage lymphoma), SHC, APS, SH2B, GAB1/2, DOCK1/2 y CAP (proteína asociada a Cbl). Las IRS parecen ser los mediadores más importantes de la señal de insulina. Todas las IRS tienen una estructura similar caracterizada por múltiples sitios donde puede sufrir fosforilación. Al ser fosforiladas activan diversas cascadas metabólicas, como la de la cinasa de inositol-3-fosfato (IP3 cinasa, responsable de la regulación del metabolismo de carbohidratos). Las IRS activadas se unen a dominios regulatorios de la IP3 cinasa, desplazándola de su subunidad catalítica. Las cascadas activadas por los sustratos del receptor de insulina son diversas. Una de las más importantes es la mediada por la IP3-cinasa. Genera los segundos mensajeros PIP2 (fosfatidil-inositol 3,4 bifosfato) y PIP3 (fosfatidil-inositol 3,4,5, trifosfato), los cuales se unen a las enzimas PDK-1 y -2 (cinasas 1 y 2 dependientes de fosfoinositoles). Tales enzimas se unen a la membrana donde activan a las enzimas PKB, PKC y la cinasa inducible por glucocorticoides (SGK). La PKB (protein cinasa B; también llamada Akt) es crítica para las acciones de la insulina sobre el metabolismo de carbohidratos, proteínas y lípidos. Existen varias isoformas de PKB (PKB-alfa y -beta, también llamadas AKT-1 y-2, respectivamente), las cuales tienen funciones distintas. La PKB (en especial, la isoforma beta) activada se desplaza de la membrana celular para fosforilar enzimas claves en el metabolismo de los carbohidratos (como la GSK-3), AS160 y en la movilización de los transportadores de glucosa GLUT4, los cuales migran a la superficie celular para permitir la entrada de la glucosa a la célula. Algunos receptores de insulina residen en regiones de la membrana enriquecidas en lípidos, donde activan cascadas distintas a las arriba descritas. La fosforilación del receptor activa a los proto-oncogenes c-Cbl y Cbl-b, proceso en que participa la proteína APS. Este complejo recluta a la proteína CAP, la cual es abundante en el músculo estriado y su concentración es directamente proporcional a la sensibilidad a la insulina. CAP se une a diversas proteínas que participan en la movilización de los GLUT4. En esta cascada participan moléculas como TC10, cuya manipulación en modelos animales modifica la acción de la insulina. Para cada uno de los pasos que se activan por la acción de la insulina existe un mecanismo contrarregulador que limita la duración de la señal. Las fosfatasas encargadas de esta función son la protein-tirosin fosfatasa 1B (PTP1B, encargada de la inactivación de los primeros pasos posreceptor), homólogo de fosfatasa y tensina (PTEN, que inactiva los productos de la acción de la IP3 cinasa), SHIP-2 y ENPP1. La captación de glucosa en el tejido muscular no es el único mecanismo por el cual la insulina regula la glucemia. La hormona disminuye la producción hepática de glucosa al inhibir las dos enzimas que regulan la gluconeogénesis: la PEPCK (fosfoenolpiruvato carboxicinasa) y la G6Pasa (glucosa-6-fosfatasa). La inhibición ocurre a nivel transcripcional; es un efecto mediado por la PKB. Los promotores de los genes de ambas enzimas contienen elementos de respuesta a la insulina. Los factores transcripcionales de la familia Foxo (Foxo1a, Foxo31 y Foxo4) se unen a los elementos de respuesta a la insulina; son fosforilados por PKB, lo que determina su transporte al núcleo y la inactivación de los genes blanco. Otro de los sustratos de la acción de la PKB es una de las enzimas que regulan la síntesis de glucógeno (la cinasa de la glucógeno sintetasa-3 [GSK-3]). PKB inhibe a la GSK-3; como resultado aumenta la síntesis de glucógeno. En condiciones basales, GSK-3 se encuentra en su forma activa e inhibe a la glucógeno sintetasa, impidiendo la síntesis de glucógeno. Las deficiencias en la utilización de glucosa para la síntesis de glucógeno son un defecto frecuente en los estados de resistencia a la insulina.

48

Fisiopatología de la diabetes mellitus tipo 2 y de la resistencia a la insulina hallazgos se confirmó en modelos animales en que se sobreexpresó la enzima; la resistencia a la insulina ocurrió aun en ausencia de la obesidad. Estudios de ligamiento genético habían identificado una región en el cromosoma 6q22-q23 asociada con diabetes, obesidad y con las concentraciones de insulina. El gen de la ENPP1 se encuentra localizado en esta región. En forma independiente, se describió que el alelo K121Q del gen ENPP1 se asocia con la resistencia a la insulina. Esta variante resulta en un aumento de actividad de ENPP1. Su asociación con la diabetes y la obesidad ha sido explorada por varios grupos con resultados contradictorios. Un meta-análisis que incluyó cuatro informes en que se analizó el efecto del aleo K121Q de ENPP1 concluyó que su presencia se asoció con un incremento de 20% en el riesgo de tener diabetes tipo 2. La captación de glucosa en el tejido muscular no es el único mecanismo por el cual la insulina regula la glucemia. La hormona es uno de los principales determinantes de la tasa de producción de glucosa en el hígado, proceso que determina la glucemia de ayuno.13 La hormona disminuye la producción hepática de glucosa al inhibir las dos enzimas que regulan la gluconeogénesis: la PEPCK (fosfoenolpiruvato carboxicinasa) y la G6Pasa (glucosa-6-fosfatasa). La inhibición ocurre a nivel transcripcional y es un efecto mediado por la PKB. Los promotores de los genes de ambas enzimas contienen elementos de respuesta a la insulina. Los factores transcripcionales de la familia Foxo (Foxo1a, Foxo31 y Foxo4) se unen a los elementos de respuesta a la insulina; son fosforilados por PKB, lo que determina su transporte al núcleo y la inactivación de los genes blanco. La inactivación de los factores Foxo es causa de resistencia a la insulina en modelos animales; si el defecto incluye las células beta, el resultado será un fenotipo similar a la diabetes. Otro factor que es activado por PKB conocido como PGC-1 (co-activador-1 de PPAR gama) también regula la expresión de enzimas de la gluconeogénesis. Variaciones en PGC-1 modifican la sensibilidad a la insulina. Esta observación adicional es congruente con la contribución

de la producción hepática de glucosa a la sensibilidad a la insulina. Otro de los sustratos de la acción de la PKB es una de las enzimas que regulan la síntesis de glucógeno (la cinasa de la glucógeno sintetasa-3 [GSK-3]). PKB inhibe a la GSK-3; como resultado aumenta la síntesis de glucógeno. En condiciones basales, GSK-3 se encuentra en su forma activa e inhibe a la glucógeno sintetasa, impidiendo la síntesis de glucógeno. Deficiencias en la utilización de glucosa para la síntesis de glucógeno son un defecto frecuente en los estados de resistencia a la insulina. Por otra parte, la insulina activa otras cascadas metabólicas que regulan fenómenos distintos al metabolismo de los carbohidratos. La cascada de la MAP cinasa es el mejor de ellos. Regula el crecimiento celular y comparte acciones con IGF-1 y otros factores de crecimiento. Debido a que estas vías no juegan un papel mayor en los estados de resistencia a la insulina, no serán descritos en detalle en este manuscrito. Múltiples grupos han evaluado la contribución de defectos en alguno de los compuestos responsables de mediar la acción de la insulina. En el CUADRO 1 se muestran las mutaciones descritas en humanos de las moléculas componentes de las vías de señalización arriba descritas.14 Ha sido un hallazgo constante que ninguna de ellas participa en un porcentaje significativo de los casos. Por ello, los defectos que explican la mayoría de los casos aún están por ser identificados. Explicaciones alternativas son la existencia de defectos funcionales o de vías de señalización de la insulina distintas a las conocidas. La explicación más factible es la presencia de anormalidades funcionales en la cascada de señalización de la insulina. Pueden resultar de la suma de variaciones alélicas que tengan un efecto negativo en la expresión o función de las enzimas responsables de las vías de transcripción. Resultados contradictorios han sido una constante en los informes que analizan el efecto de los polimorfismos de los genes involucrados con la cascada de la IP3 o en la síntesis de glucógeno. Ninguno de ellos parece jugar un papel mayor en la resistencia a la insulina.

49

SAM Diabetes • Libro 2

CUADRO 1. Defectos genéticos en la cascada de señalización de la insulina asociados a resistencia a la insulina en humanos Molécula Receptor de insulina

IRS-1 IP3-cinasa PKB Glucógeno sintetasa 1-acylglicerol-3-fosfato-Oacetiltransferasa 2 (AGPAT2), Seipina, lamin A/C (LMNA), PPAR-gama y v-AKT homolog 2 del oncogene del timoma murino (AKT2

50

Característica Resulta en síndromes de resistencia extrema a la insulina (Leprechaunismo). Se han informado diversas mutaciones las cuales tienen consecuencias funcionales distintas (Por ejemplo, Ala1134Thr, Arg1174Gln) Algunos alelos se han asociado con marcadores de resistencia a la insulina (Por ejemplo, Met614Val) Algunos alelos se han asociado con marcadores de resistencia a la insulina (Por ejemplo, Met326Ile) Algunos alelos se han asociado con marcadores de resistencia a la insulina (Por ejemplo, Arg274His) Algunos alelos se han asociado con marcadores de resistencia a la insulina (Por ejemplo, Met416Val, Gln71His) Son causa de lipodistrofias autosómicas recesivas y autosómicas dominantes

DEFECTOS FUNCIONALES EN LA SEÑALIZACIÓN DE LA INSULINA: EL PAPEL DEL TEJIDO ADIPOSO

adipocitos es otra prueba del papel de la grasa en la modulación de la sensibilidad a la insulina en otros órganos.

Una explicación alternativa para la menor activación de la cascada de señalización del receptor de insulina es la presencia de compuestos que la inhiban. Ejemplo de ello son los ácidos grasos, el diacilglicerol, la ceramida y los mediadores del proceso inflamatorio como el factor de necrosis tumoral alfa.15 Estos compuestos tienen una característica en común: su acumulación se asocia con disfunción del tejido adiposo. Pese a que la grasa no juega un papel importante en la utilización de glucosa inducida por la insulina, el tejido adiposo modula la sensibilidad a la insulina de otros tejidos. Prueba de ello es la evidencia derivada de modelos animales de lipodistrofia, condición caracterizada por la ausencia de grasa corporal. Las lipodistrofias se asocian con resistencia a la insulina grave y con el depósito de lípidos en tejidos anormales. Las anormalidades se revierten al trasplantar tejido adiposo en modelos animales de la enfermedad. La inducción de resistencia a la insulina muscular en ratones en que se elimina la expresión de GLUT-4 en los

El tejido adiposo cumple tres funciones: almacén de sustratos energéticos, la remoción del plasma de los ácidos grasos (lo que impide su depósito en tejidos anormales) y la síntesis de hormonas. La función primaria del adipocito es captar y almacenar ácidos grasos en su interior.16 Los ácidos grasos son fuente de energía para otros tejidos; son liberados a la sangre cuando existe un déficit de calorías. También son empleados para la síntesis de membranas y múltiples compuestos. Además regulan diversos procesos metabólicos (por ejemplo, inflamación o muerte celular) al modificar la expresión de diversos genes. Las fuentes de los ácidos grasos son dos: los transportados en las lipoproteínas y los sintetizados de novo en el interior del adipocito. La mayoría de los ácidos grasos son obtenidos por el adipocito de la degradación de los triglicéridos transportados en las lipoproteínas, las cuales son partículas que tienen como función transportar los lípidos sintetizados en el intestino

Fisiopatología de la diabetes mellitus tipo 2 y de la resistencia a la insulina

Insulina

Insulina

+

LPL FA Lipoproteína s (VLDL, otras)

Catecolaminas (B) GH Insulina Cortisol Adenosina ANP Catecolaminas (alfa)

LPL

Endocanabinoides

+

+-

Vesícula de triglicéridos

HSL

Ácidos grasos

Perilipin a

FA= Ácidos grasos LPL= Lipasa lipoproteica HSL= Lipasa sensible a hormonas Endotelio FIGURA 3.

Modificado de int. J. Obes. 2003; 27:875-888.

El adipocito como almacén de sustratos de energía.

La función primaria del adipocito es captar y almacenar ácidos grasos en su interior. Los ácidos grasos son fuente de energía para otros tejidos; son liberados a la sangre cuando existe un déficit de calorías. Las fuentes de los ácidos grasos son dos: los transportados en las lipoproteínas y los sintetizados de novo en el interior del adipocito. La mayoría de los ácidos grasos son obtenidos por el adipocito de la degradación de los triglicéridos transportados en las lipoproteínas, las cuales son partículas que tienen como función transportar los lípidos sintetizados en el intestino (provenientes de la dieta) y en el hígado hacia el resto del organismo. La degradación de los triglicéridos de las lipoproteínas es debida a la lipasa lipoproteica, enzima localizada en la superficie del endotelio adyacente al tejido adiposo. La lipasa lipoproteica libera ácidos grasos y glicerol, los cuales son usados en el interior de la célula adiposa para la síntesis de triglicéridos. Estos son almacenados en vesículas, recubiertas por la perilipina, proteína que previene su degradación. La lipasa sensible a hormonas es la responsable de la degradación de los triglicéridos almacenados en el adipocito; como resultado de su acción se liberan ácidos grasos libres al torrente sanguíneo, que serán empleados en otros tejidos, preferentemente para la generación de energía. Este proceso es regulado por varias hormonas. Las catecolaminas y otras hormonas liberadas durante el estrés estimulan la liberación de ácidos grasos libres al activar la lipasa sensible a hormonas. Por el contrario, la insulina facilita la acumulación de triglicéridos en el adipocito al estimular la síntesis de la lipasa lipoproteica e inhibir la actividad de la lipasa sensible a hormonas. La respuesta a los estímulos hormonales varía dependiendo de la localización del tejido adiposo y del número de receptores que tenga la célula. Por ejemplo, los adipocitos localizados en el interior de la cavidad abdominal liberan mayor cantidad de ácidos grasos en respuesta a las catecolaminas y son menos sensibles a las acciones inhibitorias de la insulina sobre este proceso. Por ello, la obesidad abdominal se caracteriza por tener concentraciones sanguíneas elevadas de ácidos grasos.

(provenientes de la dieta) y en el hígado hacia el resto del organismo. La degradación de los triglicéridos de las lipoproteínas es debida a la lipasa lipoproteica, enzima localizada en la superficie del endotelio adyacente al tejido adiposo. La lipasa lipoproteica libera ácidos grasos y glicerol, los cuales son usados en el interior de la célula adiposa para la síntesis de triglicéridos. Estos son almacenados en vesículas recubiertas por la perilipina, proteína que previene su degradación (FIGURA 3). La lipasa sensible a hormonas es la res-

ponsable de la degradación de los triglicéridos almacenados en el adipocito; como resultado de su acción se liberan ácidos grasos libres al torrente sanguíneo, que serán empleados en otros tejidos, preferentemente para la generación de energía. Este proceso es regulado por varias hormonas. Las catecolaminas y otras hormonas liberadas durante el estrés estimulan la liberación de ácidos grasos libres al activar la lipasa sensible a hormonas. Por el contrario,

51

SAM Diabetes • Libro 2 la insulina facilita la acumulación de triglicéridos en el adipocito al estimular la síntesis de la lipasa lipoproteica e inhibir la actividad de la lipasa sensible a hormonas. Existen otros sistemas hormonales que regulan la función del adipocito. Uno de ellos es el sistema endocanabinoide.17 Los endocanabinoides son lípidos (como la anandamida y el 2-araquidonoilglicerol) los cuales son producidos sólo cuando son requeridos. Su acción es corta ya que son rápidamente metabolizados. Son productos de la degradación de fosfolípidos de las membranas. Los endocanabinoides son un sistema de recuperación del estrés; por lo tanto, se mantiene inactivo la mayoría del tiempo. Sin embargo, en la obesidad se ha demostrado que el sistema endocanabinoide está sobreactivado. En modelos animales de obesidad (rata fa/fa) existe un aumento en la expresión y en el número de los receptores CB1. En humanos, la obesidad se asocia con concentraciones mayores de anandamida y el 2-araquidonoilglicerol y una menor actividad de la enzima encargada de su depuración (FAAH; Hidrolasa amida de ácidos grasos). Como consecuencia de la activación del sistema endocanabinoide, se estimula el apetito y en el interior del adipocito aumenta la acumulación de triglicéridos. Existen receptores para endocanabinoides en el adipocito (receptores CB1) y su activación tiene repercusiones funcionales: aumenta la actividad de la lipasa lipoproteica y con ello la incorporación de ácidos grasos al tejido adiposo. La respuesta a los estímulos hormonales varía dependiendo de la localización del tejido adiposo y del número de receptores que tenga la célula. El sitio de almacenamiento primario de los sustratos energéticos es el tejido adiposo subcutáneo; la grasa intraabdominal es un sitio de reserva, el cual juega un papel central en los estados de resistencia a la insulina. Los adipocitos localizados en el interior de la cavidad abdominal liberan mayor cantidad de ácidos grasos en respuesta a las catecolaminas y son menos sensibles a las acciones inhibitorias de la insulina sobre este proceso.18 Por ello, la obesidad abdomi-

52

nal se caracteriza por tener concentraciones sanguíneas elevadas de ácidos grasos. Pese a lo antes descrito, no es posible aceptar que la acumulación de grasa visceral sea la causa principal de la resistencia a la insulina. La grasa visceral contribuye en menos de 25% de la concentración de ácidos grasos que drenan al tejido muscular. La resistencia a la insulina que acompaña a los estados en que existen adipocitos disfuncionales (como la obesidad abdominal o las lipodistrofias) puede ser explicada por al menos tres mecanismos: efectos tóxicos sobre la señalización de la insulina causados por las concentraciones altas de ácidos grasos sanguíneos, incapacidad del tejido adiposo para prevenir el depósito de lípidos en otros tejidos y finalmente, por variaciones en las concentraciones de las hormonas producidas en el tejido graso.19 El primer mecanismo por el que la disfunción del adipocito es causa potencial de resistencia a la insulina resulta del efecto tóxico de los ácidos grasos provenientes del tejido adiposo o de la dieta. La concentración promedio en sangre de los ácidos grasos es mayor en la obesidad abdominal (comparado contra sujetos con obesidad generalizada o sin sobrepeso). La anormalidad es debida a mayor actividad lipolítica en el tejido adiposo, resultado de una menor respuesta a la acción inhibitoria de la insulina y a una respuesta mayor a las catecolaminas. Como resultado, el tejido adiposo intraabdominal libera mayor cantidad de ácidos grasos a la circulación; las consecuencias son mayores por la localización intraabdominal ya que el hígado es expuesto a una concentración mayor que la del resto de los tejidos. Las concentraciones altas de ácidos grasos aumentan la síntesis de lípidos, lipoproteínas y de glucosa en el hígado. Además, disminuye la utilización de glucosa en los músculos, la vasodilatación mediada por endotelio y la secreción de insulina. Diversos grupos han demostrado in vivo que la infusión de ácidos grasos en el hígado

Fisiopatología de la diabetes mellitus tipo 2 y de la resistencia a la insulina aumenta en la producción hepática de glucosa y en la producción de lipoproteínas.20 Además resulta en resistencia hepática a la acción inhibitoria de la insulina sobre la producción hepática de glucosa. En humanos, la secreción hepática de lipoproteínas de muy baja densidad es directamente proporcional a la cantidad de ácidos grasos drenados al hígado y a la cantidad de grasa visceral. Como resultado, aumenta la síntesis de triglicéridos y de las lipoproteínas que los transportan (las lipoproteínas de muy baja densidad [VLDL]). Este fenómeno, en combinación con defectos en la depuración de las VLDL causados por la resistencia a la insulina es la causa de la hipertrigliceridemia asociada con la obesidad abdominal. La hipertrigliceridemia cambia la composición de otras lipoproteínas circulantes, al intercambiarse los triglicéridos entre ellas por acción de la proteína de transferencia de ésteres de colesterol (CETP). El enriquecimiento en triglicéridos de las lipoproteínas de alta densidad (HDL) las hace susceptibles a la acción lipolítica de la lipasa hepática (enzima que se encuentra sobreexpresada cuando existe resistencia a la insulina). En consecuencia, las HDL son destruidas y su principal proteína (apoA1) es eliminada por el riñón. Este mecanismo es la explicación principal de los niveles bajos del colesterol HDL asociado con la obesidad abdominal. La concentración alta de ácidos grasos contribuye a la aparición de la resistencia a la insulina. Randle demostró que la infusión de ácidos grasos disminuye la utilización de glucosa. En el tejido muscular, la utilización de los ácidos grasos limita la capacidad para utilizar la glucosa cambiando el estado redox de la célula e inhibiendo varias enzimas glucolíticas clave. La utilización de los ácidos grasos aumenta la concentración de acetil-CoA, lo cual inhibe a la piruvato deshidrogenesa. En este proceso juega un papel central la inhibición de la hexocinasa II (inducida por el aumento intracelular de glucosa-6 fosfato), enzima encargada de convertir la glucosa en glucosa-6-fosfato. En humanos, la resistencia a la insulina inducida por los ácidos grasos es debida a menor acción de los transportadores

de glucosa tipo 4 (GLUT4). Este defecto no puede ser explicado por los cambios en las vías glucolíticas; por ello, se han buscado mecanismos complementarios por los que los ácidos grasos alteran la cascada de señalización de la insulina.21 La oxidación de los ácidos grasos se asocia con fosforilación de las serinas del sustrato 1 del receptor de insulina (IRS-1), lo que disminuye su función y en consecuencia la acción de la insulina. IRS-1 contiene 70 posibles residuos de serina que pueden ser fosforilados por diversas cinasas. Por ejemplo, la fosforilación de la serina en posición 24 de IRS-1 altera la interacción de los dominios de unión de la proteína, cambia su localización en la célula y reduce su afinidad por el receptor de insulina. Como consecuencia, la fosforilación de las serinas de IRS-1 evita la interacción con el receptor de insulina y/o con la IP3 cinasa. También es probable que aumente la tasa de destrucción de IRS-1. Entre las enzimas que pueden fosforilar las serinas de IRS-1 se incluyen la JNK (c-Jun NH2-terminal cinasa), IKKβ (inhibidor de la subunidad β de la cinasa del factor nuclear kappa B), la S6 cinasa 1 y la PKCθ. La inactivación de estas enzimas disminuye la resistencia a la insulina inducida por los ácidos grasos. La demostración de que la eliminación de algunos sitios de fosforilación de serinas de IRS-1 en el ratón se asocia con resistencia contra el desarrollo de resistencia a la insulina en el tejido muscular sustenta el papel de la fosforilación de las serinas de IRS-1 en la génesis de la resistencia a la insulina en el tejido muscular. Por otra parte, los ácidos grasos cambian la composición de las membranas e inducen la acumulación intracelular de compuestos como el diacilglicerol. Esta molécula es un activador de la PKCθ (enzima que fosforila las serinas de IRS-1 y altera la cascada de señalización del receptor de insulina). La actividad de PKCθ aumenta durante la exposición a concentraciones altas de ácidos grasos. Lo mismo sucede con otras isoformas (beta y delta) de la PKC. Otros metabolitos resultantes del metabolismo de los ácidos grasos (por ejemplo, ceramida, ácido graso acil-CoA) también inducen fosforilación de serinas de los IRS-1. Un mecanismo adicional por el

53

SAM Diabetes • Libro 2 que los ácidos grasos pueden causar resistencia a la insulina es funcionando como ligandos del receptor TLR4 (toll like receptor 4). Tal receptor juega un papel central en la inmunidad innata.22 Su participación en la génesis de la resistencia a la insulina fue demostrada en modelos animales en que se eliminó su expresión. El ratón deficiente de TLR4 no desarrolla resistencia a la insulina al exponerse a concentraciones altas de ácidos grasos. TLR4 puede modificar la cascada de señalización de la insulina al activar la enzima ASK1 (la cual forma parte de la familia MAPK cinasa-cinasa); esta proteína activa a enzimas con actividad serina cinasas (como JNK y la MAP cinasa), las cuales alteran la fosforilación de IRS-1 por el receptor de insulina. La acumulación intracelular de diacilglicerol contribuye a la génesis de la resistencia a la insulina por mecanismos complementarios a lo descrito en el párrafo previo. En el hepatocito, el diacilglicerol activa la PKC-ε, la cual activa a la glicerol-3-fosfato aciltransferasa de la mitocondria (mtGPAT), enzima clave en la lipogénesis de novo. La eliminación de la expresión de la mtGPAT protege al ratón contra el desarrollo de resistencia a la insulina inducida por ácidos grasos.23 El segundo de los mecanismos por el que la disfunción de los adipocitos puede ser causa de resistencia a la insulina es su incapacidad para impedir el depósito de lípidos en tejidos anormales. La obesidad abdominal comparte características con la lipodistrofia generalizada, enfermedad debida a la pérdida del tejido adiposo. En la lipodistrofia, la función del tejido adiposo es tomada por otros tejidos; se encuentra depósito de lípidos en órganos como el hígado y tejido muscular. Su presencia se asocia con disfunción tisular (resistencia a la insulina, esteatosis hepática). En modelos animales de la enfermedad se observan cambios benéficos en la sensibilidad a la insulina al trasplantar adipocitos sanos. En condiciones distintas a la lipodistrofia, el acumúlo excesivo de lípidos ocurre cuando la célula es expuesta a un aporte excesivo de precursores de energía (incluyendo ácidos

54

grasos y glucosa). Tal condición activa mecanismos compensatorios, los cuales varían dependiendo de la gravedad y duración del aporte excesivo de sustratos energéticos, la capacidad de los tejidos para almacenarlos y/u oxidarlos. La concentración sanguínea de los ácidos grasos es regulada por varios mecanismos. La respuesta aguda a una concentración alta de ácidos grasos depende de la activación de los receptores nucleares PPAR alfa y es regulada por la concentración de leptina. El resultado de este proceso es la oxidación de los ácidos grasos y la generación de energía. Si la exposición a un exceso de energía continúa, la respuesta se complementa con una fase a mediano plazo en que se activan los receptores nucleares PPAR gama. Como resultado se diferencian preadipocitos en adipocitos y se estimula el almacén de los ácidos grasos en el tejido adiposo. El aporte excesivo de sustratos de energía induce la expresión del factor SREBP1-c, fenómeno que resulta en expresión de enzimas lipogénicas. Este cambio adaptativo permite la utilización del exceso de energía en la síntesis de moléculas que tienen baja toxicidad intracelular (como los triglicéridos) y que pueden ser incorporadas a diversas vías metabólicas. Además evita la síntesis de otros lípidos que son tóxicos para la célula, como las ceramidas. Estos compuestos se forman de la condensación de moléculas de palmitoil CoA, mediada por la enzima serin-palmitoil transferasa (SPT). La ceramida tiene múltiples acciones deletéreas para la célula. Aumenta la expresión de la sintasa inducible de óxido nítrico (iNOS), lo que aumenta la formación de peroxinitrito, el cual induce una respuesta inflamatoria, induce peroxidación de otros lípidos y es señal para activar la apoptosis. En el tejido muscular, el depósito de triglicéridos se asocia con menor capacidad para utilizar la glucosa circulante. Por medio del estudio con espectroscopia y resonancia magnética nuclear, Shulman y colaboradores demostraron en humanos que el paso limitante en la utilización de la glucosa en el músculo se localiza en la síntesis de glucógeno.24 Los depósitos de triglicéridos se localizan en

Fisiopatología de la diabetes mellitus tipo 2 y de la resistencia a la insulina forma difusa en la célula muscular; su presencia se asocia con un menor número de mitocondrias, las cuales son pequeñas y disfuncionales (con una reducción de 30 a 50% de su capacidad oxidativa), lo cual podría explicar la menor capacidad del músculo para utilizar los lípidos. La acumulación de triglicéridos en el músculo y el aumento de la concentración de ácidos grasos circulantes son defectos demostrables en hijos de personas con diabetes tipo 2, aun en ausencia de sobrepeso. Se ignora el papel que juega la disfunción mitocondrial en la acumulación de los lípidos en los tejidos. Existen evidencias para postular que el defecto mitocondrial puede ser causa o consecuencia de la lipotoxicidad. La disminución en número y función de las mitocondrias puede ser causa de la resistencia a la insulina, al disminuir la capacidad oxidativa de los lípidos en la célula muscular. Este fenómeno es propio del proceso de envejecimiento. Sin embargo, el defecto es demostrable en jóvenes hijos de personas con diabetes, en quienes el número de mitocondrias es 38% menor, comparado contra controles pareados por edad y género. Los factores que explican el número reducido de mitocondrias se desconocen. Los coactivadores 1-α y 1β de los receptores PPAR gamma (PGC 1-α y 1β, respectivamente) son factores transcripcionales que regulan la biogénesis de las mitocondrias; variaciones alélicas de este gen se asocian con resistencia a la insulina. Sin embargo, no se encontraron diferencias en la concentración de su mRNA al comparar individuos jóvenes cuyos padres tuviesen diabetes contra controles adecuados. Su expresión disminuye con la edad; es uno de los factores que determina el menor número de mitocondrias encontradas en el proceso de envejecimiento. Otro candidato es la AMPK cinasa, la cual regula la biogénesis de las mitocondrias mediante el aumento de la expresión de PGC1-α y 1β. Por el contrario, el menor número de mitocondrias puede ser consecuencia de la resistencia a la insulina ya que ésta regula el número y función de las mismas. En suma, la disfunción mitocondrial y el depósito de lípidos en la célula muscular forman parte de los defectos iniciales que determinan la aparición de la resistencia a la insulina muscular.

Aún existen preguntas por resolver en el estudio de la lipotoxicidad como causa de la resistencia a la insulina. Por ejemplo, los atletas tienen concentraciones altas de triglicéridos en el interior del miocito, sin que por ello exista resistencia a la insulina. La discrepancia probablemente es debida a que los atletas tienen una capacidad oxidativa alta por la abundancia de mitocondrias inducida por el ejercicio. En suma, la lipotoxicidad es una de las hipótesis más viables para explicar la resistencia a la insulina;integra en un proceso fisiopatológico la disfunción del adipocito y la acumulación tisular de sustratos tóxicos que alteran la capacidad del músculo de utilizar la glucosa. El tercer mecanismo que explica la asociación entre la resistencia a la insulina y los adipocitos disfuncionales se explica por variaciones en las concentraciones sanguíneas de las hormonas producidas en el tejido graso. El adipocito produce múltiples hormonas con funciones variadas. Algunas regulan el apetito, como la leptina. Otras participan en la fisiopatología de la hipertensión arterial, como el angiotensinógeno. La célula adiposa produce cantidades considerables de IGF-1 y factores que intervienen en la inmunidad. Además existen receptores para varios sistemas hormonales que regulan la liberación de los productos sintetizados por el adipocito. La producción hormonal varía significativamente dependiendo de la localización del adipocito. Las hormonas derivadas de la célula adiposa de mayor interés son la adiponectina, la interleucina 6, el factor de necrosis tumoral alfa (TNF alfa), RBP4 y la leptina. La adiponectina es una proteína sintetizada casi exclusivamente en el tejido adiposo (sólo se ha demostrado su expresión en el hígado de modelos animales de esteatosis hepática).25 La adiponectina forma trímeros que a su vez forman complejos que incluyen 12 o 18 moléculas de adiponectina. Los complejos de alto peso molecular (formados por seis trímeros) son los que tienen la mayor actividad biológica. La adiponectina se une a dos tipos de receptores (R1 localizados en

55

SAM Diabetes • Libro 2 músculo y vasos sanguíneos o R2 localizados en el hígado) y a otros receptores cuya función se desconoce (como a la T-cadherina). También inhibe la enzima COX-2 (lo que explica su actividad antiinflamatoria). Su concentración en plasma es relativamente alta (2 a 10 microgramos/mL); es mayor en mujeres. La mayoría de los autores reconocen que la adiponectina participa en la génesis de la resistencia a la insulina asociada a la obesidad. Existe una relación inversa entre la cantidad de grasa corporal y la concentración de la hormona. Se desconocen los mecanismos que explican los valores bajos de la hormona en la obesidad. Estudios in vitro sugieren que la adiponectina juega un papel clave en la diferenciación del preadipocito en adipocito maduro. Sin embargo, la expresión de la hormona disminuye a niveles mínimos en las células diferenciadas del tejido adiposo (en especial, en la grasa intraabdominal). Por ello, la disminución de la expresión de la adiponectina puede ser un mecanismo adaptativo para evitar que el tejido adiposo continúe su expansión.26 La menor concentración de adiponectina es un factor que contribuye a la génesis de la resistencia a la insulina en el tejido muscular. La adiponectina aumenta la sensibilidad muscular a la insulina, disminuye la progresión de la aterosclerosis y tiene acciones antiinflamatorias. La adiponectina mejora la sensibilidad a la insulina al activar a la enzima AMP cinasa (AMPK), la cual es clave para la regulación de la cantidad de ATP intracelular. La activación de la enzima resulta en aumento de la captación de glucosa y de la oxidación de los ácidos grasos. Como resultado, aumenta la generación de ATP. Además, se inhiben procesos que consumen energía como la lipogénesis. Por otra parte, como se mencionó en el párrafo previo, la adiponectina induce la diferenciación de preadipocitos en adipocitos, lo que permite que una mayor cantidad de sustratos de energía sean almacenados en el tejido adiposo, en vez de depositarse en otros tejidos.

56

La síntesis de adiponectina está regulada por más de un mecanismo. Por ejemplo, la pérdida de peso y algunos medicamentos (como el metformin, las tiazolidinedionas y el rimonabant) aumentan su concentración. El efecto de las tiazolidinedionas sobre la sensibilidad a la insulina es explicable en un alto porcentaje por el incremento que inducen en la concentración de la adiponectina. Por otra parte, el tejido adiposo produce hormonas que pueden disminuir la acción de la insulina en otros tejidos. Datos controversiales existen para varias hormonas producidas en el tejido adiposo. Ejemplo de ello son la resistina y la visfatina. La evidencia es más sólida para la interleucina 6 (IL-6) y otros mediadores de inflamación. El tejido adiposo (en especial, la grasa visceral) es el órgano donde se produce 30% de la IL-6, la cual juega un papel central en el proceso inflamatorio crónico de bajo grado que existe en la obesidad. Es el determinante mayor de la síntesis hepática de la proteína C reactiva. Las concentraciones altas de IL-6 constituyen uno de los posibles mecanismos por los que la obesidad abdominal causa complicaciones metabólicas. La concentración sanguínea de IL-6 es inversamente proporcional a la sensibilidad a la insulina en humanos. La IL-6 tiene efectos deletéreos sobre la cascada de señalización de la insulina: disminuye la concentración de IRS-1 y aumenta la actividad de SOCS-3 (enzima que participa en la regulación de la señalización de las citocinas), la cual interfiere con la fosforilación de IRS-1 por el receptor de insulina y/o aumenta la degradación de IRS-1 al favorecer su interacción con el proteosoma. La administración de la IL-6 en modelos animales aumenta la presión arterial, es causa de dislipidemia y origina un estado procoagulante similar al del síndrome metabólico. Otro mediador de la inflamación producido por el tejido adiposo es TNF-alfa. La exposición de las células a esta citosina es causa de resistencia a la insulina debido a que aumenta la fosforilación de residuos serina en IRS-1; esta acción es mediada por la activación de varias enzimas con actividad

Fisiopatología de la diabetes mellitus tipo 2 y de la resistencia a la insulina

serina cinasas (como JNK y la MAP cinasa). Sin embargo, la importancia de TNF alfa como causa de resistencia a la insulina es controversial ya que su concentración sanguínea es muy baja y no se correlaciona con los diversos índices de adiposidad (como el perímetro de cintura o el índice de masa corporal). La hormona producida en el adipocito más recientemente identificada como causa de resistencia a la insulina es la proteína 4 de transporte de retinol (RBP4).27 La expresión de RBP4 está aumentada en la grasa visceral de diversos modelos animales de resistencia a la insulina; su concentración sanguínea es mayor en humanos con obesidad o diabetes tipo 2. Su administración en animales causa resistencia a la insulina e intolerancia a carbohidratos. Resultados concordantes se encontraron al aumentar o eliminar la expresión del gen. Se desconocen los detalles del mecanismo por el cual RBP-4 altera la señalización de la insulina. En resumen, la resistencia a la insulina es uno de los defectos iniciales de la fisiopatología de la diabetes. Existen anormalidades funcionales en la cascada de señalización del receptor de insulina que determinan una menor captación de glucosa, en especial, la usada para la síntesis de glucógeno en el músculo estriado. Las alteraciones son probablemente debidas a la fosforilación de serinas de IRS-1, fenómeno que disminuye su activación por el receptor de insulina. La fosforilación de las serinas de IRS-1 es mediada por diversas enzimas con actividad serinacinasa, las cuales son activadas por los ácidos grasos (derivados del tejido adiposo y de la dieta) o por los metabolitos resultantes de su metabolismo (como el diacilglicerol o la ceramida). Por lo tanto, el exceso de aporte energético en combinación con la disfunción del tejido adiposo juega un papel central en la fisiopatología de la resistencia a la insulina. Las alteraciones en la cascada de señalización de la insulina ocurren principalmente en el músculo y en el hígado. También son demostrables en las células endoteliales, el tejido adiposo y en las neuronas. En contraste, la acción de la insulina no se modifica en algunos tejidos como la piel y el ovario.

MÉTODOS PARA MEDIR LA SENSIBILIDAD A LA INSULINA Los métodos pueden ser divididos en dos grupos: pruebas dinámicas o de evaluación en una muestra aislada. Las pruebas dinámicas incluyen al clamp (pinza, en español) euglucémico hiperinsulinémico, a las pruebas que emplean la infusión de glucosa por vía intravenosa o por vía oral.28 Las características generales de las pruebas se describen en el CUADRO 2.

CLAMP EUGLUCÉMICO HIPERINSULINÉMICO Es considerado como el patrón de oro para medir la sensibilidad a la insulina. Asume que la tasa de cambio en la concentración sanguínea de la glucosa es la diferencia entre la tasa de aparición de glucosa y el producto de la tasa de eliminación de glucosa multiplicado por la glucemia. Su diseño conceptual es sencillo; sin embargo, es una técnica laboriosa y que requiere de experiencia para su realización.29 Se infunde insulina a una tasa constante con el fin de alcanzar un nivel basal suprafisiológico (aproximadamente 100 μU/mL) que permite suprimir la producción hepática de glucosa. Se infunde glucosa por una vena contralateral; la glucemia se mide frecuentemente y sus resultados se emplean para ajustar la tasa de infusión de glucosa empleando un algoritmo. El objetivo es mantener una glucemia constante, con un valor similar a los rangos normales de ayuno (alrededor de 90 mg/dL). Con tal diseño, la tasa de aparición de glucosa depende de la cantidad de glucosa infundida ya que no existe producción endógena (en el hígado). Después de dos a tres horas se obtiene una tasa estable de infusión de glucosa, la cual es usada para cuantificar la sensibilidad a la insulina. Este parámetro es conocido como el valor M. Se expresa en mg o μmol/min/kg. La mejor manera es presentar los datos basados en la masa magra; sin embargo, esto implica la realización de algún procedimiento que permita estimar la composición corporal. Algunos autores normalizan los resultados dividiéndolo entre la concentración de insulina; el valor resultante es conocido como el índice de sensibilidad a la insulina (SI).

57

SAM Diabetes • Libro 2

CUADRO 2. Métodos para estimar la sensibilidad a la insulina Tipo de prueba Clamp euglucémico

Pruebas basadas en la infusión IV de glucosa y/o insulina Prueba de sensibilidad IV

Prueba de tolerancia a

Modelo mínimo

Pruebas basadas en la curva de tolerancia a la glucosa Matsuda y colaboradores

Pruebas basadas en la concentración de ayuno de glucosa e insulina Insulina de ayuno Glucosa/insulina HOMA (Modelo de homeostasis)

Fórmula SI= tasa de infusión de glucosa en los últimos 30 min de la prueba/insulina promedio hiperinsulinémico

Comentario Es el estándar de oro. Se requiere de experiencia para su realización. Costoso

La glucemia promedio en los últimos 30 minutos de la prueba se emplea como indicador de la sensibilidad a la insulina.

Esta técnica tiene una correlación fuerte con el clamp; ha sido empleada principalmente por el grupo que la describió8

Se infunde insulina rápida (0.1-0.5 U/kg) IV en bolo. Se toman muestras de sangre cada 1 a 2.5 minutos durante los 15 minutos siguientes. La concentración de glucosa se expresa en forma logarítmica y su tasa de desaparición (expresada en mg/dL/min) se utiliza como indicador de la sensibilidad a la insulina. La prueba se termina con la infusión de glucosa al 50% IV. Se combina la prueba de tolerancia IV a la glucosa con la prueba de tolerancia IV a la insulina (o la tolbutamida)

Buena correlación con el clamp

10,000/ (glucosa de ayuno)x(insul ayuno)x (glucosa promedio) x (insul promedio) Valores resultantes entre 0 y 12.

Correlación con el clamp entre 0.6-0.7)

> de la percentila 75 (> 22.5 ºU/mL en la Problemas metodológicos Encuesta Nacional de Enfermedades Crónicas) limitan su empleo < 4.5 Problemas conceptuales limitan su uso Glucosa x insulina /405 (en mg/dL) Glucosa x insulina/22.5 (en mmol/l)

QUICKI

Múltiples modificaciones. Los parámetros resultantes (SI y SG) se obtienen con un modelo matemático

1/(log Insulina + log glucosa)

Resulta de la simplificación de un modelo matemático La incorporación del logaritmo corrige la distribución de las variables

Modificado de Legro R, Castracane D, Kauffman R. Detecting insulin resistance in polycystic ovary syndrome: purpose and pitfalls. Obstetrical and Gynecologycal Survey. 2004;59:141-154.

58

Fisiopatología de la diabetes mellitus tipo 2 y de la resistencia a la insulina La tasa de infusión de glucosa está determinada por la sensibilidad del organismo a la insulina. Sin embargo, algunas limitaciones de la prueba deben ser reconocidas. En condiciones normales, la concentración de insulina en el hígado y área esplácnica es mayor que en las venas periféricas. Durante el clamp, la insulina es infundida por una vena periférica; esta característica modifica el gradiente aumentando la concentración de la hormona en las venas periféricas y genera un estado distinto al fisiológico. Múltiples estudios han demostrado que las acciones de la insulina en el hígado dependen de la pulsatilidad con que se secreta la insulina; tales acciones son modificadas por el diseño de la prueba. La importancia de estas limitantes es motivo de controversia. La prueba asume que las dosis farmacológicas de la insulina inducen la misma respuesta que la producción endógena de la hormona; sin embargo, este argumento es cuestionable. Empero, la infusión de insulina intravenosa permite inhibir la producción hepática de glucosa; por ello, las condiciones poco fisiológicas del estudio sobre la regulación del hígado podrían tener poco impacto en los resultados. En estas condiciones, la utilización de la glucosa depende de su empleo en los tejidos periféricos.

insulina; sin embargo, las condiciones nofisiológicas de la prueba han generado críticas para su empleo.

MEDICIÓN DE LA GLUCEMIA DURANTE EL ESTADO ESTABLE (SSPG, POR SUS SIGLAS EN INGLÉS) Se infunde glucosa e insulina IV a una tasa constante durante cerca de tres horas. Se administra simultáneamente somatostatina para inhibir la secreción endógena de insulina y evitar la liberación de hormonas contrarreguladoras. La glucemia promedio en los últimos 30 minutos de la prueba se emplea como indicador de la sensibilidad a la insulina. A menor glucemia promedio, mayor es la sensibilidad a la insulina. La información aportada por la prueba es distinta a la obtenida con el clamp, ya que no mide la tasa de desaparición de la glucosa durante un periodo de euglucemia. Pese a ello, esta técnica tiene una correlación fuerte con el clamp; ha sido empleada principalmente por el grupo que la describió.8 Su uso permite identificar diferencias hasta de cuatro veces en los casos con tolerancia normal a la glucosa.

PRUEBA DE TOLERANCIA A LA INSULINA El clamp euglucémico hiperinsulinémico ha sido empleado por grupos en Europa y Norteamérica. El mayor de los estudios realizados por un grupo es cercano a 1000 (grupo colaborativo europeo). La distribución del valor M es bimodal; distingue 25 a 30% de la población como resistente a la insulina. Un valor M menor de 28 μmol/ min/kg es el valor aceptado por la mayoría de los autores como diagnóstico de resistencia a la insulina.

Se infunde insulina rápida (0.1 a 0.5 U/kg) IV en bolo. Se toman muestras de sangre cada 1 a 2.5 minutos durante los 15 minutos siguientes. La concentración de glucosa se expresa en forma logarítmica y su tasa de desaparición (expresada en mg/dL/min) se utiliza como indicador de la sensibilidad a la insulina. La prueba se termina con la infusión de glucosa al 50% IV.

MODELO MÍNIMO Diversos grupos han combinado el uso de glucosa marcada (tanto con isótopos estables como radiactivos); esta modificación permite medir la contribución del hígado en la tasa de infusión de glucosa. Una variante de la prueba, el clamp hiperinsulinémico hiperglucémico ha sido empleada para medir la secreción endógena de

En esta técnica se combina una prueba de tolerancia intravenosa a la glucosa y la prueba de tolerancia IV a la insulina.30 La combinación de las pruebas aumenta la precisión en la estimación de la acción de la insulina. La sensibilidad a la insulina se estima empleando un modelo matemático. De este último se han descrito variantes: uno

59

SAM Diabetes • Libro 1 o dos compartimentos para la glucosa, ecuaciones lineares o no lineares, número de parámetros estimados. Un compartimiento es un espacio de distribución donde todas las moléculas de glucosa (o del compuesto en estudio) tienen un comportamiento similar (es decir, entran y salen del compartimiento con la misma probabilidad). Ejemplos de compartimientos son el plasma o el espacio extravascular. En la versión más reciente se incluyen dos compartimientos, seis parámetros y no requiere del uso de glucosa marcada. Además, se incluyen límites preestablecidos a los valores y a las estimaciones; esta estrategia limita el número de valores extremos falsos que tienen un impacto negativo en la estimación de la sensibilidad a la insulina. En el modelo se asume que la glucosa estimula su eliminación por sí misma (independiente de la insulina) en forma lineal y que la utilización de la glucosa es igual en todos los tejidos; ambos preceptos no son necesariamente ciertos en todos los casos. Además existen variaciones sobre el número de muestras a obtener (13 o 30). La prueba inicia con la infusión de un bolo de glucosa IV (0.3 g/g). Se toman al menos cuatro muestras en los 20 minutos siguientes (minutos 2, 4, 8 y 19). La prueba continúa con la infusión de insulina (0.03 U/kg) o tolbutamida IV (500 mg, presentación que no está disponible en México) y se toman muestras a los minutos 22, 30, 40, 50, 70, 90, 120 y 180. Por este método se obtienen tres resultados: la respuesta aguda de insulina (obtenida del área bajo la concentración de insulina después de la infusión IV de glucosa) que sirve como indicador de la secreción endógena de insulina, el índice de sensibilidad a la insulina (SI) y el parámetro SG que mide la tasa de eliminación de la glucosa dependiente de la concentración de glucosa. El SI se expresa en x 10-4 min –1. Valores entre 0 y 5 son considerados como diagnósticos de resistencia a la insulina. En pacientes con diabetes es frecuente encontrar valores cercanos a 0 o incluso negativos. El valor de SG también es predictor de la aparición de diabetes. Su valor promedio es de 0.015 min-1; se

60

encuentran valores bajos en personas con diabetes tipo 2. La correlación entre la sensibilidad a la insulina (SI) medida por este método y la estimada por el clamp es cercana a 0.8 (rango 0.5 a 0.9). El paquete estadístico permite conocer la validez estadística de los parámetros; los resultados incluyen la desviación estándar de cada parámetro. Existen variaciones del método en que se emplea glucosa marcada (para medir la producción endógena de glucosa) o la medición de péptido C (para estimular con mayor precisión la secreción de insulina). Además existe una variante en que la glucosa es administrada por vía oral.

PRUEBAS BASADAS EN LA CURVA DE TOLERANCIA ORAL A LA GLUCOSA Múltiples autores han evaluado varias fórmulas derivadas de la concentración de la glucosa y la insulina durante una curva de tolerancia oral a la glucosa. Algunas están basadas en modelos matemáticos y otras en observaciones clínicas.31 Los modelos se basan en supuestos que asumen la sensibilidad hepática a la insulina como inversamente proporcional al producto (tasa de aparición de la glucosa x insulina) y que la tasa de aparición de la glucosa es proporcional a la glucemia. Una limitante para el diseño de un modelo matemático es que el ingreso de glucosa al torrente circulatorio no puede ser calculado con precisión debido a la absorción variable de la glucosa en el intestino. Varias de las fórmulas han sido empleadas en estudios epidemiológicos; sin embargo, muchas no han sido validadas. Un ejemplo es el propuesto por Matsuda y colaboradores.12 El índice se deriva de la fórmula utilizada para estimar la sensibilidad hepática a la insulina usada en el clamp. La fórmula se describe en el CUADRO 2. El número 10 000 se emplea para que todos los valores resultantes sean entre 0 y 12. Su correlación con el clamp es de 0.73; sin embargo, no es distinta a lo observado con el valor de HOMA (r = 0.70). Otros autores han creado modelos de un compartimiento; sin embargo, su coeficiente de correlación varía notablemente entre los estados de tolerancia a la glucosa (r = 0.73 en

Fisiopatología de la diabetes mellitus tipo 2 y de la resistencia a la insulina obesidad con tolerancia normal a la glucosa vs. r = 0.49 en diabetes tipo 2). Por último, otros grupos han usado modelos de regresión para crear ecuaciones que estimen la sensibilidad a la insulina usando parámetros clínicos y los resultados de la curva de tolerancia a la glucosa. Los índices que incluyen una multiplicación en su fórmula tienden a tener mejores correlaciones con el clamp que los parámetros que resultan de una división (por ejemplo, glucosa/insulina). En este último caso, sujetos con valores altos de glucosa e insulina pueden tener un índice de la misma magnitud que otro caso con valores bajos de glucosa e insulina. Dicho con otras palabras, un mismo resultado puede obtenerse en sujetos con dos condiciones fisiológicamente distintas. El grupo encabezado por DeFronzo recientemente propuso una adaptación al método de Matsuda diseñada para distinguir la contribución del músculo y del hígado en la utilización de glucosa.32 El producto de la multiplicación del área bajo la curva de glucosa y de la insulina durante los 30 minutos iniciales de una curva de tolerancia oral a la glucosa tiene una correlación significativa con el índice de resistencia hepática a la insulina (estimado con un clamp euglucémico hiperinsulinémico). Por otra parte, la tasa de desaparición de la glucosa de su punto más alto al menor dividido entre la concentración promedio de insulina tiene una correlación significativa con la utilización de glucosa por el músculo. Los índices fueron derivados de observaciones hechas en 155 casos (100 con tolerancia normal a la glucosa y 55 con intolerancia a carbohidratos).

PRUEBAS BASADAS EN LAS CONCENTRACIONES DE AYUNO DE LA GLUCOSA Y/O INSULINA Insulina de ayuno Es el parámetro subrogado de la sensibilidad a la insulina más usado por ser de fácil alcance. Sin embargo, problemas biológicos y metodológicos impiden que sea considerado como un método de elección. Su concentra-

ción depende no sólo de la sensibilidad a la hormona; otros factores como la capacidad de secreción de insulina, la tasa de depuración de la hormona, la hiperglucemia y la tasa de producción hepática de glucosa son determinantes importantes del valor de insulina de ayuno. Por ello, individuos que tienen la misma concentración de insulina en ayuno pueden tener diferencias hasta de cinco veces en la sensibilidad a la insulina. Usando como patrón de oro el clamp euglucémico hiperinsulinémico, la insulinemia explica sólo 42% de la variación en la sensibilidad a la insulina. La concordancia para detectar sujetos con resistencia a la insulina entre ambos métodos es pobre. Limitaciones metodológicas son un factor confusor adicional. Existen múltiples métodos para medir la insulina. Empero, los resultados no son comparables entre sí. Como resultado, numerosos puntos de corte han sido propuestos para definir la hiperinsulinemia; sin embargo, su aplicación no es factible en la práctica. El médico que solicite la medición de la insulina deberá informarse sobre las características del método, incluyendo la especificidad del ensayo y el porcentaje de detección de las formas inmaduras de insulina. Los métodos que miden formas inmaduras estiman concentraciones mayores de insulina que los métodos con alta especificidad. La relación existente entre la secreción y la acción de la insulina hace más complejo el problema.33 La relación entre la secreción de insulina y su capacidad para inducir la captación de glucosa es de tipo hiperbólico; es decir, en presencia de resistencia a la insulina grave se secreta una cantidad desproporcionadamente alta de insulina. En estos casos, un alto porcentaje de la insulina liberada a la circulación es de formas inmaduras de la hormona, las cuales tienen una acción y vida media distintas a la insulina. Por ello, en condiciones ideales, se requiere de un método que distinga a la insulina de las formas inmaduras; este método está disponible sólo en algunos laboratorios de investigación. La mayoría de los métodos existentes en laboratorios comerciales incluyen en la concentración resultante de insulina

61

SAM Diabetes • Libro 2 a la insulina total, es decir, la molécula intacta y porcentajes variables de sus fragmentos. Basándose en lo anterior, se requiere del uso uniforme de un método para la medición de la insulina. Si cada autor emplea un método distinto, los puntos de corte para definir la resistencia a la insulina variarán notablemente entre los estudios. Por otra parte, la hiperglucemia modifica la relación entre la secreción y la acción de la insulina. La hiperglucemia es tóxica sobre ambos procesos; el efecto neto es una disminución en la concentración sanguínea de insulina. Por arriba de una glucemia de ayuno de 140 mg/dL, la insulina disminuye su concentración en proporción directa con la glucemia. Por ello, los índices que miden la acción de la insulina no pueden ser empleados para comparar sujetos normales contra individuos con hiperglucemia. Las comparaciones sólo pueden ser intragrupo (normales o diabéticos).34 La identificación de un punto de corte para definir la resistencia a la insulina se ha convertido en motivo de intensa controversia. La sensibilidad a la insulina varía con el género, la edad, el peso y la etnicidad. Por ello, la definición debe ajustarse para cada grupo étnico. Además, la resistencia a la insulina puede existir sin ser causa de manifestaciones clínicas. Ejemplo de ello es lo que sucede en las infecciones o en el embarazo. Como resultado, los puntos de corte propuestos varían dependiendo del autor consultado. Por ejemplo, Reaven propone que los casos en el cuartil con la menor sensibilidad a la insulina sean considerados como resistentes a la insulina.35 Esta propuesta es debatible, ya que por definición, la prevalencia de resistencia a la insulina en todas las poblaciones sería de 25%, conclusión que no es sostenible al comparar el fenómeno entre individuos caucásicos e indígenas Pima. Un abordaje similar fue propuesto por la Organización Mundial de la Salud que propone que el cuartil inferior del índice de sensibilidad a la insulina (SI) puede ser considerado como resistente a la insulina.5

62

También incluye en esta definición a los sujetos con valores de insulina de ayuno o del índice de homeostasis (HOMA-IR) mayores de la percentila 75 de la población. El Grupo Europeo para el Estudio de la Resistencia a la Insulina propuso que un SI equivalente a lo observado en el 10% más bajo de una población no obesa, sin diabetes, normotensa y caucásica puede ser usado para definir la condición.36 De lo anterior es obvio que no es fácil proponer un punto de corte que defina la resistencia a la insulina. Se requiere de estudios longitudinales para definir los valores que pronostiquen la aparición de desenlaces que modifiquen la calidad de vida o la supervivencia (por ejemplo, diabetes, enfermedad coronaria). Sin estos datos, la selección es arbitraria. La Organización Mundial de la Salud define a los valores por arriba de la percentila 75 de la población como compatibles con resistencia a la insulina. La Encuesta Nacional de Enfermedades Crónicas de 1993 ha sido el único estudio de población que ha evaluado la concentración de insulina en adultos mexicanos; la percentila 75 equivale a 22.5 μU/mL.37 Este valor es similar al descrito en estudio de cohortes de menor tamaño, hechos en México. También es acorde con lo informado en mexicoamericanos (23 μU/mL). Pese a ello, este punto de corte no puede ser empleado para la evaluación de casos individuales, ya que los métodos de medición usados en la Encuesta Nacional de Enfermedades Crónicas son distintos a los disponibles en la actualidad.

Relación glucosa/insulina Su utilidad ha sido evaluada en mujeres con ovarios poliquísticos; un valor menor de 4.5 pronostica la existencia de resistencia a la insulina medida por clamp con una sensibilidad de 95% y una especificidad de 84%. Sin embargo, el umbral para el diagnóstico varía entre los grupos étnicos (menor o igual a 4 en mexicoamericanas o de 7.2 en caucásicas). Ya que se obtiene de una división, el índice no distingue entre condiciones extremas del espectro de sensibilidad a la hormona.

Fisiopatología de la diabetes mellitus tipo 2 y de la resistencia a la insulina Modelo de homeostasis (HOMA) Matthews describió en 1985 el método basado en las observaciones hechas por Turner y Holman sobre la relación inversa existente entre la concentración de glucosa e insulina en sujetos con tolerancia normal a la glucosa. El modelo fue presentado en varias versiones. Se creó un programa en lenguaje Fortran en el que podía usarse ya sea la insulina medida con un ensayo específico, la insulina medida por radioinmunoensayo o la concentración de péptido C. Otra alternativa fue el modelo basado en ecuaciones lineales. Se obtiene al dividir el producto de la glucemia y la insulina entre 22.5 (si se usan unidades SI) o entre 405 (si se expresa en mg/dL). Este factor (llamado HOMA-IR) se deriva de multiplicar las concentraciones consideradas como normales de glucosa (4.5 mM) y de insulina (5 μU/mL).38 Por su diseño conceptual, estima la gravedad de la resistencia en vez de medir la sensibilidad a la insulina. Por ello, al comparar la correlación entre el clamp y el HOMA, se observa una menor asociación entre este método comparado con lo descrito con otros índices subrogados. La relación entre el HOMA y el clamp es hiperbólica; si se incluye el logaritmo del valor de HOMA la relación se vuelve lineal y el coeficiente de correlación se vuelve similar a lo informado con otros índices. Para evitar tales limitaciones los autores han recomendado expresarlo como un porcentaje comparado contra la población “normal”. Este valor se calcula obteniendo el recíproco del valor de HOMA-IR. En 1998, Levy publicó una versión actualizada a la cual le llamó HOMA2. En el modelo tomó en cuenta la utilización de la glucosa en el hígado y en el músculo, ajustó las diferencias en la secreción de insulina cuando la glucemia es mayor de 180 mg/dL, calibró diferencias en los métodos usados para medir la insulina e incorporó la contribución de la proinsulina. Por lo tanto, los resultados son distintos a los obtenidos con HOMA-IR. En 2004, los autores del HOMA2 publicaron un programa (calculador de HOMA) que permite su estimación rápida, sin la necesidad de usar ecuaciones lineales. El programa se

encuentra disponible en la página www.dtu.ox.ac.uk/homa. En 2007 el programa fue modificado para facilitar su empleo; se encuentra disponible en versión de Excel. Los resultados son expresados como porcentaje de sensibilidad comparado contra una población normal. Pese a lo anterior, el valor de HOMA-IR está lejos de ser una estimación precisa de la sensibilidad a la insulina. Su valor depende principalmente del valor de insulina de ayuno; por ello, la correlación del valor de HOMA con el clamp no es muy distinta a la encontrada con la insulina. La fortaleza de la asociación varía entre los grados de tolerancia a la glucosa; el coeficiente de correlación es mayor en sujetos con tolerancia normal a la glucosa.

QUICKI Se obtiene al calcular el valor inverso de la suma del logaritmo de la glucosa y de la insulina (expresados en unidades SI). La introducción de los logaritmos tiene por objeto normalizar la distribución sesgada de las variables.39 Diversos autores han propuesto que tiene una mejor correlación con el clamp que el HOMA; las diferencias se deben a que el HOMA mide la gravedad de la resistencia y el QUICKI mide la sensibilidad. Los índices tienen una concordancia moderada entre sí; sin embargo, pocos estudios las han comparado. Lerman y colaboradores demostraron que la asociación entre los componentes clínicos del síndrome metabólico es distinta entre los marcadores subrogados de la sensibilidad a la insulina.40 Mari y colaboradores informaron la precisión del método de Matsuda, un modelo basado en la curva de tolerancia a la glucosa, el modelo mínimo, el HOMA y la ecuación basada en un análisis de regresión en 147 mujeres posmenopáusicas. El coeficiente de correlación varió entre 0.68 y 0.71 para todos los métodos, excepto para el HOMA, el cual tuvo una correlación menor (r = 0.57). Al usar la transformación logarítmica, la fuerza de asociación aumenta y la mayor es para la ecuación basada en un análisis de regresión (r = 0.83).

63

SAM Diabetes • Libro 2 INDICADORES INDIRECTOS DE LA PRESENCIA DE RESISTENCIA A LA INSULINA Componentes del síndrome metabólico La resistencia a la insulina se acompaña de alteraciones en el metabolismo de las lipoproteínas, en la fibrinólisis, en la coagulación y en la presión arterial. Anormalidades en las concentraciones de triglicéridos, colesterol HDL, adiponectina, de diversos factores de coagulación y en el PAI-1 se han utilizado como marcadores indirectos de la enfermedad. La proteína C reactiva también ha sido empleada como un indicador de la sensibilidad a la insulina. Su coeficiente de correlación con la insulina de ayuno y el índice de sensibilidad a la insulina SI (r = 0.33 y –0.37) es similar al del índice de masa corporal y del perímetro de cintura. Valores altos se asocian con un riesgo mayor de diabetes incidente. La relación triglicéridos/HDL es atractiva porque emplea parámetros que son de fácil acceso y con problemas menores de control de calidad (contrario a lo que sucede con los índices que incluyen la medición de insulina). El índice triglicéridos/HDL ha sido evaluado por varios autores con resultados discordantes. Por ejemplo, en pacientes obesos; la relación triglicéridos/colesterol HDL mayor de 3.5, el valor de triglicéridos mayor de 130 mg/dL y una insulina de ayuno mayor o igual de 15 μU/mL son los parámetros que tiene un valor predictivo positivo para detectar casos con resistencia a la insulina (2.0, 2.3 y 3.89, respectivamente).41 El área bajo la curva ROC de la relación triglicéridos/HDL para la detección de casos con resistencia a la insulina (definido como el quintil más alto de SSPG) es mayor (0.778) a la obtenida con otros indicadores. Sin embargo, su sensibilidad y especificidad (0.47 y 0.88) no son distintas a las de los métodos más usados. La aplicación de estos índices y sus puntos de corte pueden variar entre las poblaciones y no puede extrapolarse a la población general. El Programa Nacional de Educación en Colesterol (NCEP, por sus siglas en inglés) en

64

2001 propuso una definición del síndrome metabólico basada en parámetros clínicos de fácil acceso. El concepto del síndrome metabólico tiene como finalidad integrar las manifestaciones clínicas resultantes de la resistencia a la insulina y/o la obesidad abdominal. La propuesta del NCEP cumple con el objetivo de tener una especificidad alta (90%) para detectar casos con resistencia a la insulina; sin embargo, su sensibilidad es baja (20 a 50% dependiendo del criterio empleado para definir resistencia a la insulina). Un alto porcentaje de casos con resistencia a la insulina que tiene una o dos manifestaciones clínicas potencialmente asociadas con el síndrome no son considerados como afectados con el uso de esta definición.42 Datos del estudio colaborativo europeo demuestran que sólo 50% de los individuos que llenan tres o más criterios de la definición del síndrome metabólico tienen resistencia a la insulina (definida por un valor M menor de 28 μmol/kg/min). Por ello, la definición del síndrome metabólico propuesta por el NCEP no puede ser empleada como un equivalente de la resistencia a la insulina. Varios grupos, incluyendo el nuestro, han propuesto modificaciones a la definición del síndrome metabólico que tienen por objeto describirlo como una variable continua. Con base en los datos representativos de la población mexicana (derivados de la Encuesta Nacional de Enfermedades Crónicas 1993-1994) y los datos longitudinales del Estudio de la Ciudad de México se generó un instrumento que predice la incidencia de diabetes a siete años.43 Los datos del paciente se comparan con la distribución por decilas de las variables incluidas en la definición del NCEP. Por cada decila se otorga un punto; la suma tiene una relación directamente proporcional con la incidencia de diabetes. La misma relación existe con la insulina de ayuno. Cuarenta y dos por ciento de los casos que se encuentran en la quintila superior de la suma de puntos (39 o más) tienen hiperinsulinemia. Por ello, este método aporta información indirecta sobre la presencia de resistencia a la insulina.

Fisiopatología de la diabetes mellitus tipo 2 y de la resistencia a la insulina El grupo colaborativo europeo propuso medidas clínicas que pueden ser usadas como alternativa para la detección de la resistencia a la insulina.44 Un HOMA-IR mayor de 4.65 o insulina de ayuno mayor de 20.7 µU/mL o un índice de masa corporal mayor de 28.9 kg/m2 o la combinación HOMA-IR mayor de 3.6 más índice de masa corporal mayor de 27.5 kg/m2 pueden ser usados como marcadores de resistencia a la insulina; su sensibilidad y especificidad son 84.9 y 78.7%. Los autores desarrollaron otro modelo en que no se requieren exámenes de

laboratorio; los criterios incluidos son el índice de masa corporal, el antecedente familiar de diabetes y la presión diastólica. Su sensibilidad y especificidad son 78.7 y 79.6%, respectivamente. La estrategia propuesta tiene limitantes. Pueden obtenerse resultados divergentes en nuestra población; los puntos de corte para las variables pueden ser distintos en individuos no caucásicos. Además, se interpreta en forma categórica un fenómeno (como la utilización de la glucosa por los tejidos) cuya naturaleza es continua.

65

SAM Diabetes • Libro 2

Mecanismos fisiopatológicos de la deficiencia de la secreción de la insulina a incapacidad de la célula beta para mantener una tasa de secreción de insulina que permita la utilización de glucosa en el músculo e inhiba la producción hepática de glucosa es el determinante principal de la aparición de la hiperglucemia. La disminución de la secreción de insulina es un fenómeno progresivo e inicia años antes del diagnóstico de la diabetes. Más aún, en la intolerancia a la glucosa, la capacidad secretoria de insulina se encuentra reducida al 50%. La deficiencia resulta de la disminución en el número de células beta y a defectos funcionales. Además, los islotes tienen una morfología anormal caracterizada por el depósito de amiloide.

L

La primera anormalidad demostrable es la pérdida de la primera fase de secreción de insulina en respuesta a la glucosa intravenosa; tal anormalidad es selectiva a la glucosa ya que no se produce con otros nutrientes que estimulan la secreción de la hormona (por ejemplo, aminoácidos).45 Casi en forma simultánea disminuye el número de pulsos y la frecuencia con que se libera la hormona al torrente circulatorio. Años después, la secreción de insulina en respuesta al consumo de carbohidratos por vía oral se altera. Se secretan cantidades mayores, en especial de formas inmaduras de la hormona. La liberación al plasma está retardada y se prolonga por un tiempo mayor al normal. Como resultado, la concentración de insulina es inapropiadamente alta tres a cuatro horas después de los alimentos. La expresión clínica del fenómeno es la aparición de hipoglucemias. Si la glucemia posprandial permanece por arriba de 140 mg/dL, la capacidad secretoria de insulina decrece. La hiperinsulinemia posprandial desaparece y disminuye la concentración

66

de insulina en ayuno. En consecuencia, la producción hepática de glucosa pierde su mecanismo de regulación mayor. El resultado es la hiperglucemia de ayuno. La pérdida de la capacidad secretoria se acelera en proporción directa con la gravedad de la hiperglucemia. La menor secreción de insulina determina la falla a los diversos tratamientos hipoglucemiantes y explica el deterioro gradual del control metabólico que ocurre con todas las alternativas terapéuticas. La labilidad de la glucemia es indirectamente proporcional a la capacidad residual de secreción de insulina. Más de 50% de los pacientes con diabetes tipo 2 requieren de tratamiento con insulina después de exponerse a la hiperglucemia por al menos 10 años. A continuación se describirán los mecanismos que causan la pérdida de las células beta, los factores genéticos que determinan la secreción de la insulina y los defectos funcionales que alteran el proceso secretor. Los pasos críticos de la síntesis y secreción de insulina se esquematizan en la FIGURA 4.

ANORMALIDADES CAUSANTES DE LA DISMINUCIÓN EN EL NÚMERO DE CÉLULAS BETA El número reducido de células beta puede resultar de la inducción de una respuesta apoptósica o de menor proliferación de sus precursores. Los estudios al respecto derivan de observaciones en modelos animales. Se ha informado mayor número de células en apoptosis en la rata Zucker (modelo de obesidad y diabetes tipo 2 debido a defectos en el receptor de leptina). Souza y colaboradores describieron los cambios que suceden en forma prospectiva en la masa de células beta

Fisiopatología de la diabetes mellitus tipo 2 y de la resistencia a la insulina

Función de la cédula beta (AIRg) +

Normal Tolerancia normal a la glucosa

Diabetes

inolerancia a la glucosa

-

Normal

+

Sensibilidad a la insulina (SI) FIGURA 4.

La relación hiperbólica existente entre la secreción y la acción de la insulina.

No es posible interpretar la función de la célula beta sin conocer la sensibilidad a la insulina. Este concepto es integrado en el índice de disposición, el cual es el producto de la respuesta aguda a la insulina (AIRg) por el SI (calculado durante el modelo mínimo). Un sujeto con tolerancia normal a la glucosa aumenta su secreción de insulina durante episodios de resistencia a la insulina manteniendo el mismo índice de disposición. Sin embargo, los individuos que tendrán diabetes sufren un deterioro progresivo de este parámetro. La respuesta de la célula beta a un defecto en la acción de la insulina de la misma magnitud es gradualmente menor.

en un modelo murino de diabetes (ratas BBDP [BioBreeding diabetes prone/Wor]) usando un método basado en la tomografía de emisión de positrones.46 Los autores emplearon un ligando ([3H]DTBZ) del transportador vesicular de monoaminas tipo 2 (VMAT2), el cual se localiza en las células beta y en las neuronas. El ligando se une a membranas de células beta y no tiene interacción con los componentes del páncreas exocrino. Los autores demostraron una relación hiperbólica entre la masa de células beta y la tolerancia a los carbohidratos. La masa de células beta fue el determinante mayor de la gravedad de la hiperglucemia. Los estudios en humanos son pocos y con resultados controversiales. El volumen de células beta es mayor en obesos con tolerancia normal a la glucosa que en controles delgados. Sin embargo, el número de células beta disminuye a la mitad si la obesidad se acompaña de intolerancia a la glucosa. Los estudios no

permiten distinguir si la menor masa de células beta existente en la diabetes es debida a una cantidad reducida de células beta durante la vida embrionaria o anomalías en los mecanismos adaptativos a la resistencia a la insulina o a una pérdida acelerada de las células secretoras de insulina. La diferencia fue atribuida a un incremento en la apoptosis. Los potenciales estímulos que pueden activar la apoptosis de la célula beta son múltiples. Incluyen la exposición a concentraciones altas de glucosa, ácidos grasos y mediadores de inflamación, entre otros. Además, tales anormalidades causan defectos funcionales en la secreción de la hormona. La hiperglucemia ejerce efectos múltiples sobre la función de la célula beta. La incubación con cantidades crecientes de glucosa inicialmente aumenta la concentración de la insulina. Sin embargo, valores mayores de

67

SAM Diabetes • Libro 2 110 mg/dL resultan en una disminución gradual de la capacidad secretoria. Tal efecto depende de la depleción de los gránulos de insulina; empero la expresión del gen de la hormona es normal. La anormalidad es transitoria; la capacidad secretoria se normaliza en cuanto la glucemia regresa a valores normales. Sin embargo, si la glucemia persiste anormal, ocurre daño irreversible, el que es gradual y dependiente del tiempo de exposición. El aumento de la síntesis de insulina induce estrés endoplásmico, condición caracterizada por acúmulo de proteínas con conformación anormal en el retículo endoplásmico.47 La célula beta es muy sensible al estrés endoplásmico, como todas las células con abundante retículo endoplásmico. En condiciones normales, diversas proteínas chaperonas mantienen la estabilidad de proteínas de la transmembrana del retículo endoplásmico, evitando que migren otras regiones celulares. Si existe estrés endoplásmico, las proteínas chaperonas se unen a las proteínas acumuladas en la luz del retículo endotelio, permitiendo que enzimas (como la PERK (PKR-like ER kinase) y la Ire1) se desprendan del retículo endotelio y activen otras enzimas y vías metabólicas. En respuesta al estrés endoplásmico, ocurre una disminución de la traducción del RNA mensajero (para disminuir el número de proteínas que llegan al retículo endoplásmico; esta acción es mediada por la liberación de PERK, la cual inactiva al factor eucariótico de iniciación 2 alfa (eIF2alfa), factor clave en el proceso de traducción) y se aumenta la expresión de las diversas enzimas que participan en el plegamiento de las proteínas. Si los cambios no son suficientes para resolver el estrés endoplásmico, se activa la vía mediada por el factor nuclear kappa beta y la apoptosis. Por tanto, el estrés endoplásmico es una señal para la eliminación de células disfuncionales. En la activación de la apoptosis participan proteasas como las caspasas, diversos factores de transcripción y la familia de proteínas Bcl-2. La importancia del estrés endoplásmico como determinante del número de células que secretan insulina se demuestra en el síndrome de Wolcott-Rallison, enfermedad debida

68

a mutaciones del gen PERK manifestada por diabetes de aparición en la infancia debida a pérdida masiva de células beta. PERK funciona como mecanismo de compensación que evita la acumulación de proteínas con conformación anormal al inactivar el factor eucariótico de iniciación 2 alfa (eIF2alfa), el cual regula la traducción del mRNA. El fenotipo en ratas con mutaciones inactivantes de PERK es similar al del síndrome del WolcottRallison. A su vez, el síndrome de Wolfram (caracterizado por diabetes de aparición temprana y atrofia óptica) es debido a mutaciones en el gen WFS-1, el cual codifica una proteína transmembrana del retículo endoplásmico que participa en las respuestas adaptativas contra el estrés endoplásmico. Variaciones alélicas de varias de las enzimas involucradas en este proceso han sido asociadas con protección o riesgo de diabetes incidente. Finalmente, la glucosa per se es un candidato potencial para iniciar el estrés endoplásmico. La glucosa estimula la fosforilación de Ire1, el cual participa en las acciones que limitan el daño causado por el estrés. La hiperglucemia puede causar daño a las células beta por mecanismos distintos al estrés endoplásmico. La utilización de la glucosa favorece la formación de especies reactivas de oxígeno, compuestos que inducen la activación del factor nuclear kappa beta y alteran la función de diversos factores de transcripción que participan en la expresión del gen de la insulina. Cultivos de células beta de humanos con diabetes contienen concentraciones mayores de marcadores de estrés oxidativo; se caracterizan por tener diversos defectos que son reversibles con la adición de antioxidantes. Además la hiperglucemia se asocia con aumento de la concentración de citocinas inflamatorias (IL-1), las cuales pueden activar la apoptosis. Otro mecanismo para activar la apoptosis de las células beta es la exposición prolongada a concentraciones altas de ácidos grasos. Como sucede con la glucosa, los ácidos grasos tienen efectos adversos sobre el proceso de secreción de insulina y causan daño irreversible a las células. En contraste, los ácidos grasos monoinsaturados tienen efectos protectores

Fisiopatología de la diabetes mellitus tipo 2 y de la resistencia a la insulina contra la apoptosis inducida con glucosa. Los ácidos grasos saturados inducen apoptosis causando acumulación de ceramida en el interior de la célula. El acúmulo de colesterol intracelular es uno de los mecanismos potenciales de daño a la célula beta.48,49 Estudios en modelos animales y en humanos apoyan su papel fisiopatológico. La concentración de colesterol en el interior de la célula depende del balance entre diversas vías metabólicas. Algunos transportadores localizados en la membrana celular son responsables de exportarlo al exterior. Uno de los más relevantes es el transportador ABC-A1, el cual juega un papel importante en la síntesis de las lipoproteínas de alta densidad. Su deficiencia es causa de la enfermedad de Tangier, condición infrecuente caracterizada por concentraciones de colesterol HDL menores de 15 mg/dL, depósitos de colesterol en las amígdalas, bazo y ganglios linfáticos, y mayor riesgo de sufrir complicaciones cardiovasculares. Al reproducir la enfermedad en el ratón, investigadores canadienses identificaron que la eliminación de la función de ABC-A1 resulta en intolerancia a carbohidratos. El mismo grupo extendió sus observaciones al hacer la eliminación del transportador en forma selectiva a la célula beta. El resultado confirmó el papel importante de ABC-A1 en la homeostasis celular. El ratón desarrolló intolerancia a la glucosa en las primeras semanas de vida y diabetes al ser alimentados con una dieta alta en grasa. Las células beta tenían un contenido anormal de colesterol y su capacidad secretoria de insulina era menor. Como se describirá más adelante, las tiazolidinedionas tienen efectos positivos sobre la secreción de insulina en cultivos de células beta. Tal respuesta desaparece con la eliminación de la expresión de ABC-A1; esta observación sugiere que la acumulación de colesterol en la célula beta altera los mecanismos secretorios de la insulina y que su corrección elimina los efectos tóxicos del colesterol sobre la secreción de insulina. Anormalidades en otros procesos que participan en el transporte de colesterol en la membrana celular se asocian, también, a hiperglucemia. Ejemplo de ello son los defectos en los receptores LXR

(receptores hepáticos X) y LRP-5 y -6 (proteína relacionada al receptor LDL-6). LXR es un receptor nuclear que regula la lipogénesis y la síntesis de colesterol. La eliminación de la variedad beta de LXR causa la acumulación de colesterol en las células beta, menor secreción de insulina e intolerancia a la glucosa. LXR es uno de los inductores mayores de la expresión de abca1; por lo tanto, defectos en la expresión de LXR disminuirán el número de transportadores ABC-A1 en la superficie celular. Los receptores LRP-5 y-6 participan en la homeostasis del colesterol por mecanismos poco conocidos. Son ligandos de las moléculas Wnt, las cuales son mediadores de la respuesta inflamatoria y del crecimiento celular. Anormalidades en la expresión de LRP-6 se asocian con diabetes tipo 2 en humanos.50 El ratón con deficiencia de LRP5 tiene intolerancia a la glucosa, la cual se explica por una menor secreción de insulina. Por otra parte, la eliminación de la expresión del gen de la Stearoil-CoA desaturasa (enzima responsable de la conversión de ácidos grasos saturados en monoinsaturados) causa diabetes por daño a las células beta; en su interior, se acumulan cantidades anormales colesterol y ácidos grasos. Se desconocen los mecanismos por los que el colesterol altera la secreción de insulina. Cantidades excesivas de colesterol libre cambian la estructura del retículo endoplásmico y activan la apoptosis en macrófagos y en otras líneas celulares. Sin embargo, no se conoce si la misma respuesta ocurre en las células beta. Este mecanismo no es acorde con los resultados en el ratón deficiente de ABC-A1, ya que en este modelo animal la masa de células beta es normal. Por ello, es factible que la acumulación de colesterol cause alteraciones funcionales. Ejemplo de ello es la modulación de la actividad de la glucocinasa por el colesterol o anormalidades en la formación o transporte de los gránulos secretorios a la membrana celular. Nuestro grupo identificó que un alelo (R230C) del gen ABC-A1 se asocia con un riesgo mayor de diabetes tipo 2, hipoalfalipoproteinemia y obesidad.51,52 Todos los casos homocigotos identificados a la fecha tienen

69

SAM Diabetes • Libro 2 diabetes. La asociación con la diabetes permaneció significativa aun al ajustar por la presencia de variables de confusión. La significancia estadística fue mayor al analizar los casos diagnosticados antes de los 45 años. Los sujetos con el alelo de riesgo tienen concentraciones mayores de HbA1c y niveles menores de insulina. Esta variación sólo ha sido identificada en poblaciones indígenas americanas, en quienes su prevalencia es alta. La prevalencia en mestizos mexicanos es 18.3%. La asociación entre otros alelos de ABC-A1 a la diabetes tipo 2 ha sido informada en otras poblaciones. Este es el caso de R1615P, K776N (en el estudio de Copenhagen) y un haplotipo localizado en el exon 2 (en japoneses). Independiente de las variaciones alélicas, la actividad del transportador ABC-A1 es baja en monocitos de personas con diabetes. La hiperglucemia, las concentraciones altas de ácidos grasos saturados y los productos avanzados de glucosilación reducen la expresión del gen. Por lo anterior, se requieren estudios adicionales para discernir si la relación entre una menor actividad de ABC-A1 es causa o consecuencia de la diabetes. La hiperleptinemia es otro mecanismo posible para iniciar la apoptosis de las células beta. La leptina es una hormona producida en el tejido adiposo y cuya concentración es alta en la obesidad. La exposición crónica de islotes a concentraciones altas de leptina resulta en apoptosis, en la que participa la interleucina 1-beta. Otros mediadores de inflamación como TNF-alfa e interleucina-6 también pueden inducir la apoptosis; sin embargo, su concentración en el páncreas es muy baja, por lo que su relevancia clínica es discutible. El depósito del polipéptido amiloide pancreático (IAPP, conocido también como amilina) juega un papel controversial en la disfunción de las células beta. La presencia amiloide en los islotes es demostrable en la mayoría de los pacientes con diabetes tipo 2; esta anormalidad existe sólo en 10% de los pacientes con intolerancia a la glucosa. El IAPP se produce en la célula beta y se

70

co-secreta con la insulina. Su concentración en plasma es baja (5-15 pmol/L); como sucede con el péptido C, su excreción es renal. La producción de IAPP no es exclusiva del humano. Modelos animales que desarrollan diabetes en forma espontánea tienen genes homólogos a IAPP. En contraste, especies que son resistentes a la diabetes tienen formas de IAPP con una estructura distinta, caracterizada por no formar fibrillas. La presencia de prolina en los residuos 24 a 29 es necesaria para mantener la estructura de la fibrilla. La inserción del gen humano en un ratón resulta en hiperglucemia, depósito de amiloide pancreático y disminución de la masa de células beta. La toxicidad del amiloide a las células beta depende de su tamaño; las fibrillas de tamaño mediano son las responsables del daño celular. La incubación por 24 horas de las células beta con las fibrillas de tamaño intermedio altera la membrana celular; en 48 horas ocurre la apoptosis de la célula. Sin embargo, su papel como factor inicial del daño pancreático es discutible, ya que depósitos mayores de amiloide no son más frecuentes en los pacientes con intolerancia a la glucosa comparados contra individuos control. Algunos autores consideran que el amiloide es una consecuencia de la disfunción de la célula beta y no su causa. La exposición a agentes que aumentan la concentración de calcio en el citosol pueden inducir apoptosis de las células beta. Ejemplo de ello son las sulfonilureas. Por tal razón, algunos autores han postulado que las sulfonilureas de acción corta (como la repaglinida) pudiesen tener efectos menos deletéreos sobre la célula beta que las de acción larga (como la glibenclamida). Sin embargo, no existe evidencia derivada de estudios controlados que apoye tal conclusión. La pérdida de células beta puede ser compensada por procesos de regeneración.53 La existencia de células con la capacidad para diferenciarse en células beta durante la vida posembrionaria ha sido propuesta con base en la observación de que el número de células beta aumenta en estados de resistencia a la insulina extrema o durante el embarazo. Además, algunos casos tratados con una

Fisiopatología de la diabetes mellitus tipo 2 y de la resistencia a la insulina

derivación gástrica en Y de Roux desarrollan nesidioblastosis (hipertrofia de células beta), la cual se manifiesta por hipoglucemias posprandiales graves. Incluso, algunos casos con insulinomas únicos o múltiples han sido informados después de tal procedimiento quirúrgico. La explicación más aceptada para explicar la nesidioblastosis es el cambio de la concentración de GLP-1 (péptido similar al glucagon-1) y de otras hormonas gastrointestinales que ocurre después de la cirugía. La concentración de GLP-1 aumenta varias veces su valor normal y la anormalidad persiste a largo plazo. El fenómeno es explicado por los cambios resultantes en el tránsito intestinal, los cuales aumentan la exposición de las células L (localizadas en ileon y colon) al bolo alimenticio. Como se describirá en detalle más adelante, GLP-1 aumenta la masa de células beta en animales de experimentación. Otras hormonas cuya concentración sanguínea se modifica por la cirugía son la ghrelina (la cual disminuye; estimula el apetito y tiene efectos adversos sobre el metabolismo de carbohidratos), el péptido YY y la oxyntomodulina. Empero, la existencia de células con la capacidad de diferenciarse en células beta en el animal adulto no ha sido confirmada en animales transgénicos en que se han manipulado varios de los genes que regulan su diferenciación (como el gen PDX-1). Dos de las alternativas existentes para el tratamiento de la diabetes han postulado que pueden modificar la supervivencia de las células beta o estimular su regeneración. GLP-1 es una hormona gastrointestinal que tiene efectos antihiperglucemiantes aumentando la secreción de insulina inducida por glucosa, disminuyendo la secreción de glucagon y retrasando el vaciamiento gástrico. Como se describirá más adelante, la concentración de GLP-1 es anormalmente baja en la diabetes tipo 2. Su concentración puede ser modificada inhibiendo la enzima encargada de su metabolismo (DPP-IV) o administrándola (en forma de análogos o modificando su estructura para prolongar su vida media, lo que permite alcanzar concentraciones suprafisiológicas).54 Estudios realizados con

terapias que incrementan la concentración de GLP-1 han demostrado que GLP-1 (administrado en forma crónica) aumenta la expresión del gen de la insulina, induce la proliferación de las células beta e inhibe su apoptosis. Los efectos antiapoptosis son independientes de la modificación de la glucemia. El mecanismo por el que GLP-1 modifica la masa de células beta se desconoce; uno de los potenciales mecanismos es el aumento de la expresión del gen PDX-1 inducido por la incretina. Observaciones similares han sido informadas en cultivos de células beta provenientes de humanos; sin embargo, sólo disminuyó la apoptosis sin que se observaran nuevas células beta. Los resultados son similares entre los diversos inhibidores de DPP-IV y las terapias que permiten alcanzar dosis suprafisiológicas de GLP-1. Los inhibidores de DPP-IV y las incretinas pueden inhibir la apoptosis al eliminar los efectos tóxicos de la hiperglucemia. Empero, la relevancia clínica de las acciones de las incretinas sobre la regeneración de las células beta es discutible. Serán necesarios estudios a largo plazo que demuestren que los pacientes tratados con estos fármacos tienen una mejoría gradual en su capacidad de secreción de insulina. Además, se esperaría que el porcentaje de casos que requieren de un tratamiento hipoglucemiante adicional para mantenerse en metas de control glucémico sea menor con las alternativas que modifican la concentración de GLP-1 comparado contra otros medicamentos hipoglucemiantes. Sin embargo, no existen estudios con un seguimiento suficiente para soportar tales conclusiones. Por otra parte, diversos autores han propuesto que las tiazolidinedionas pueden modificar el número y función de las células beta. Las células beta contienen receptores PPAR gama, para los cuales las tiazolidinedionas son ligandos. La incubación con estos fármacos de las células beta de modelos animales de diabetes (como la rata Zucker) disminuye a la mitad su contenido de triglicéridos y aumenta su capacidad de secretar insulina en respuesta a diversos secretagogos (incluyendo la glucosa). Además disminuye el número de células en apoptosis y el depósito

71

SAM Diabetes • Libro 2 de amiloide en los islotes. Por otra parte, protege a las células de los efectos tóxicos inducidos por los ácidos grasos. Sin embargo, la relevancia clínica de los hallazgos in vitro es cuestionable. En humanos se han descrito cambios favorables en la secreción de insulina en pacientes hiperglucémicos. Por ejemplo, existe aumento en la cantidad de insulina secretada en los primeros 15 minutos después de un bolo intravenoso de glucosa y un decremento en la concentración de proinsulina. Empero, tales cambios pueden ser explicados por la eliminación del efecto tóxico de la hiperglucemia sobre el páncreas. La mejor evidencia clínica del efecto de las tiazolidinedionas sobre la función de la célula beta proviene del estudio ADOPT (A Diabetes Outcome Progression Trial).55 En él, se comparó el efecto de la rosiglitazona, el metformin y la glibenclamida en 4 360 pacientes de reciente diagnóstico que no habían recibido tratamiento farmacológico. Su desenlace primario fue el mantener un control glucémico aceptable definido como una glucemia de ayuno menor de 140 mg/dL. La duración promedio del seguimiento fue de cuatro años. Una limitante del estudio fue el alto porcentaje de pacientes que no completaron el estudio (40% en promedio para los tres tratamientos). La falla al tratamiento ocurrió en 15% de los tratados con rosiglitazona, 21% con metformin y 34% con glibenclamida. Sólo 40% de los tratados con rosiglitazona tenían una HbA1c menor de 7% al término del estudio; este porcentaje fue discretamente mayor contra lo observado en los otros grupos (metformin 36, glibenclamida 26%). El valor promedio de HbA1c fue 0.13% menor comparado con el grupo que recibió metformin. La función de la célula beta fue evaluada por HOMA-S durante el seguimiento. Se observó un deterioro progresivo en los tres grupos. Esta observación es contraria a un incremento significativo en la masa de las células beta. La velocidad de pérdida fue menor en el grupo que recibió rosiglitazona (-2% por año vs -3.1% por año para el metformin y -6% por año con la glibenclamida). En suma, los datos del estudio ADOPT no apoyan que los efectos in vitro de las tiazolidinedionas sobre la masa de células beta tengan una relevancia clínica mayor.

72

FACTORES GENÉTICOS QUE REGULAN LA SECRECIÓN DE INSULINA La secuencia de eventos que determina la secreción de la insulina inicia con la utilización de la glucosa en el interior de la célula beta, la cual aumenta la concentración de ATP. Como resultado, ocurre el cierre de los canales de potasio dependiente de ATP, lo cual es causa de despolarización de la membrana. Los canales de potasio dependientes de ATP están compuestos por dos tipos de proteínas: SUR1 (receptor de sulfonilureas tipo 1, el cual forma parte de la familia de los transportadores ABC) y la subunidad Kir6.2 (la cual forma el canal de potasio). La despolarización de la membrana activa los canales de calcio dependientes de voltaje, lo que incrementa la concentración de calcio intracelular, evento que es la señal para la exocitosis de los gránulos que contienen insulina. Por tanto, son múltiples los pasos en los que el proceso secretorio de la insulina puede ser alterado. Secretagogos como las sulfonilureas se unen a una porción de los canales de potasio dependientes de ATP (conocida como receptor de sulfonilureas tipo 1); como resultado, se cierran los canales de potasio. Efectos opuestos ocurren con el diazóxido, el cual abre los canales de potasio y disminuye la secreción de insulina. Durante la década más reciente, se han identificado diversos genes que modifican la secreción de la insulina.56 Algunos lo hacen alterando los procesos secretorios, otros disminuyen la expresión del gen de la insulina. Uno de los que altera la secreción de la insulina es el gen KCNJ11, el cual contiene la información de la subunidad Kir6.2 del transportador de potasio dependiente de ATP. Los defectos que disminuyen su función o que los hacen resistentes a la acción inhibitoria del ATP son una de las causas de diabetes neonatal, variante infrecuente que se presenta en 1:400 000 nacimientos. La diabetes neonatal se diagnostica en los primeros tres meses de vida. Existen formas transitorias y permanentes. Las mutaciones de KCNJ11 pueden ser causa de ambas presentaciones clínicas. Cuando es causa de formas permanentes, se asocia con otras

Fisiopatología de la diabetes mellitus tipo 2 y de la resistencia a la insulina anormalidades como retraso en el desarrollo psicomotor, debilidad muscular, epilepsia y dismorfias. Algunos casos de diabetes neonatal permanente debidas a mutaciones de KCNJ11 pueden ser tratados con dosis inusualmente altas de sulfonilureas, las cuales se unen a la porción SUR1 del transportador de potasio y permiten su cierre. La expresión clínica de los defectos en KCNJ11 es muy variable.57 En algunas familias con varios familiares afectados, la misma mutación se asoció con la diabetes neonatal transitoria, diabetes tipo 1 y un cuadro similar a diabetes tipo 2. La diabetes neonatal puede ser debida a defectos en otros genes. Una minoría de los casos se explica por mutaciones en el gen de la glucocinasa, lo que impide la generación de ATP derivado de la utilización de la glucosa en la célula beta. También puede ser debida a mutaciones del factor 1 de unión al promotor del gen de insulina (IPF-1), el cual juega un papel crítico en el desarrollo del páncreas. Adicionalmente mutaciones en FOXP3 son causa de poliendocrinopatía autoinmune, (conocida como síndrome IPEX por alteraciones en la inmunorregulación, enteropatía, poliendocrinopatías y su transmisión es ligada al cromosoma X), la cual puede expresarse en los primeros tres meses de vida. La mayoría de los casos de diabetes neonatal transitoria muestra asociación con la región 6q24, la cual incluye dos genes candidatos. ZAC (proteína que regula la apoptosis) y HYAMI (cuya función se desconoce). De febrero de 2007 a la fecha se han publicado cinco estudios con múltiples marcadores que exploraron el genoma humano en busca de regiones asociadas a la diabetes tipo 2. Fueron realizados en poblaciones de Francia, Inglaterra, Finlandia, diversos países europeos, Hong Kong y Sudáfrica. El número de casos varió de 865 a 5 065; el de controles fue entre 986 y 12 562. Esto permitió identificar o confirmar la asociación independiente de nueve genes a la enfermedad. La mayoría regulan la síntesis o secreción de la insulina. Estos genes son: PPARG, KCNJ11, TCF7L2, CDKAL1, CDKN2A/B, IGF2BP2, HHEX/IDE, FTO y SLC30A8. Tales aportaciones han sido posibles por la disponibilidad de plataformas (como Affymetrix 500k e Illumina Human

Hap 300) que permiten hacer múltiples genotipos en poco tiempo y con un costo accesible para algunos centros. Las plataformas existentes varían en su diseño y en su cobertura de los polimorfismos de nucleótido único (SNPs) más comunes (65 a 75%). Los alelos de riesgo de los genes antes mencionados son frecuentes en las poblaciones analizadas a la fecha. Interactúan entre sí teniendo fenómenos aditivos en el riesgo de sufrir diabetes. La contribución del riesgo global es pequeña para todos los genes; el riesgo relativo varía de 1.1 a 1.2. El de mayor contribución es TCF7L2. Los individuos que tengan todos los alelos de riesgo de los nueve genes tienen 21 veces más riesgo de sufrir diabetes comparado contra sujetos que no tienen alguno de ellos. Pese a lo anterior, la contribución a nivel poblacional de tales variaciones genéticas es pequeña. Por ello, para identificar un SNP que se asocie con un riesgo relativo de 1.15 se requerirá un tamaño de muestra de 11 500 casos y 11 500 controles si la prevalencia del alelo menos frecuente es de al menos 20%. A continuación se describirán los mecanismos por los que los nueve genes identificados pueden contribuir al riesgo de tener diabetes tipo 2.

PPAR GAMA Desde hace varios años, variaciones en el gen que codifica el receptor nuclear PPAR gamma 2 han sido asociadas con un mayor riesgo de tener diabetes.58 La más común es el polimorfismo Pro12Ala, la cual es debida a una mutación sin sentido en el exon B. Resulta en una menor transcripción. El alelo Ala12 se asocia con un menor riesgo de diabetes tipo 2. Su prevalencia difiere entre las poblaciones (4% en asiáticos y 28% en caucásicos). Nuestro grupo analizó su prevalencia en una cohorte de mestizos y en diversas etnias mexicanas; la prevalencia encontrada del alelo Ala12 varió entre 5% en purépechas hasta 20% en triques.59 La prevalencia en mestizos fue 10%. Los casos con el alelo Ala12 tenían un peso corporal mayor; por el contrario, los indicadores clínicos de resistencia a la insulina eran menos frecuentes en ellos. Un meta-análisis que incluyó a 16

73

SAM Diabetes • Libro 2 estudios de asociación demostró que el alelo Pro12 se asocia con la diabetes tipo 2, con un riesgo relativo de 1.25. La magnitud del riesgo asociado con Pro12 fue replicada en un estudio finlandés. Sin embargo, su contribución desde el punto de vista poblacional es mayor que el de otros genes, ya que el alelo de riesgo es muy común. Su presencia predijo una mayor progresión a diabetes en los pacientes con intolerancia a la glucosa, incluidos en el estudio DPP (Programa de Prevención de Diabetes). El riesgo es aún mayor en casos con consumo alto de grasa en su dieta o que tienen una vida sedentaria. Se desconocen los mecanismos por los que Pro12 aumenta el riesgo de diabetes. Estudios en sujetos sin diabetes han informado que los individuos con Pro12 tienen menor sensibilidad a la insulina que las personas con el alelo Ala12. Cambios en la concentración de adiponectina y en la producción hepática de glucosa han sido propuestos como otras explicaciones posibles, empero existen resultados contradictorios.

TCF7L2 Variaciones en el gen del factor transcripcional TCF7L2 son el factor genético con mayor fortaleza de asociación a la diabetes tipo 2.60 Localizado en el cromosoma 10q, fue identificado en el estudio deCODE. Sin embargo, el LOD score obtenido fue menor comparado con el de otras regiones cromosómicas (1.69 vs 3), por lo que no se le otorgó una importancia mayor. Sin embargo, en 2006, Grant y colaboradores informaron en una población de Islandia la asociación de un SNP (DG10S478) con la diabetes, con un valor de p de 7.8 x 10-15. El riesgo relativo es de 1.56. Sin embargo, su contribución al riesgo población es moderado (10 a 25%). Los resultados fueron replicados en más de 50 estudios incluyendo poblaciones diversas. En la población mexicana se confirmó la asociación; la frecuencia del alelo de riesgo es 0.15. Una excepción inesperada fueron los resultados negativos informados en indios pima. Se han genotipificado otros SNPs próximos al originalmente descrito. La mayor asociación se encontró con rs7903146; empero, las

74

conclusiones no variaron a lo antes mencionado. El alelo T del SNP rs7903146 es la fuente de la asociación con la diabetes. El cambio de base no tiene consecuencias funcionales. Por ello, no se conocen los detalles por los que se produce el aumento del riesgo. Una explicación alternativa es que otras regiones del gen sean las responsables de la asociación. Datos a favor de esta hipótesis fueron informados por investigadores chinos los cuales identificaron que el SNP 290487 (localizado en el extremo 3' del gen) se asocia en forma independiente con la diabetes, aun al considerar la presencia del alelo T del rs7903146. TCF7L2 codifica al factor transcripcional TCF4, el cual participa en la vía de señalización de Wnt, la cual regula el crecimiento celular; defectos en varias Wnt han sido implicados en la génesis de diversas neoplasias. Además, regulan la respuesta a diversas infecciones. La cascada de señalización de las Wnt depende del aumento de concentración de la β-catenina, la cual se activa o reprime la expresión de múltiples genes al unirse con otros cofactores. En ausencia de la estimulación Wnt, la concentración de la β-catenina se mantiene baja debido a que forma un complejo con otras proteínas como la Axina, la APC (adenomatous polyposis coli) y la cinasa 3 β de la glucógeno sintetasa (GSK-3). La β–catenina es fosforilada por la GSK-3, lo que permite que se una a radicales ubiquitina y sea degradada en el proteosoma. La unión de Wnt a sus receptores (incluyendo el receptor Frizzled (receptor FZ), LRP5 y LRP6) impide la interacción de la β-catenina con las proteínas que determinan su fosforilación. Como resultado, aumenta de su concentración intracelular y su transferencia al núcleo donde interactúa con diversos factores de transcripción como TCF4 para activar o reprimir un gran número de genes. En condiciones basales, TCF4 se encuentra formando un complejo (con el factor Groucho y la desacetilasa de histonas) que tiene funciones como correpresor. La β–catenina desplaza al factor Groucho lo que le permite unirse a otros coactivadores (acetilasa de histonas CBP/p300, el miembro Brg-1 del complejo

Fisiopatología de la diabetes mellitus tipo 2 y de la resistencia a la insulina SW1/SNF) que hacen posible la remodelación de la cromatina que rodea los sitios que reconocen a TCF4. El complejo β–catenina/TCF4 se une a otros factores (como los Legless, Pygopus y el hyrax/parafibromina); su unión aumenta la interacción del complejo con las regiones cromosómicas a las que se unen. Los genes blanco son múltiples; frecuentemente sus acciones son redundantes u opuestas. Entre ellos se encuentran factores transcripcionales que regulan la secreción de insulina (como HNF-4 alfa, Tcf1, Tcf2), la glucocinasa, el receptor IGF-1 e IRS2. La eliminación de la expresión de TCF7L2 en modelos animales es letal poco tiempo después del nacimiento. Los ratones tienen atrofia del intestino y pérdida de las células enteroendocrinas. Por ello, se postuló que las variantes de riesgo de TCF7L2 se asocian con una menor secreción de insulina mediada por GLP-1; TCF4 activa la transcripción del gen del proglucagon (el cual contiene a GLP1). Tal hipótesis fue confirmada en los participantes del estudio DPP. Los sujetos homocigotos para el alelo T del SNP rs7903146 tenían una capacidad secretoria de insulina (evaluado por medio del índice de utilización de glucosa [disposition index]) comparado contra el resto de la población; paradójicamente la sensibilidad a la insulina es mayor en ellos. En el mismo estudio se observó que las personas con el alelo T (en especial en los homocigotos) tenían una reducción mayor de la incidencia de diabetes con los cambios intensivos del estilo de vida y con el metformin comparado con aquellos con el alelo CC. Entre las personas con diabetes, el alelo de riesgo se asocia a una menor respuesta a las sulfonilureas; la respuesta al metformin no es modificada por su presencia. Sin embargo, el defecto en la secreción de insulina no es exclusivo al estímulo mediado por las incretinas. Lyssenko y colaboradores demostraron que la secreción de insulina es menor a diversos estímulos administrados por vía oral o intravenosa en pacientes con el alelo de riesgo. Los autores extendieron sus observaciones al medir la expresión de TCF7L2 en islotes de personas con diabetes; la expresión es cinco veces mayor en comparación con los controles. De acuerdo con este resultado, la sobreexpresión

de TCF7L2 en islotes disminuye la secreción de insulina. Empero, se requieren estudios confirmatorios para aceptar que el aumento de la expresión de TCF7L2 es el mecanismo que altera la capacidad de la célula beta para secretar insulina. Finalmente, los sujetos con el alelo de riesgo tienen una mayor tasa de producción hepática de glucosa. En un análisis no planeado de los datos del estudio DPP se identificó que los casos con el alelo de riesgo tenían IMC y perímetros de cintura menores que el resto de la población. Sin embargo, no es posible proponer un efecto independiente del alelo de riesgo sobre la adiposidad con la evidencia disponible. Resultados contradictorios han sido informados al respecto. Las funciones de TCF7L2 no se limitan a regular la secreción de insulina. Nuestro grupo demostró que variaciones alélicas de TCF7L2 modulan la concentración de triglicéridos en pacientes con hiperlipidemia familiar combinada.61 Los casos con el alelo T del SNP rs7903146 tienen concentraciones mayores de triglicéridos. Se midió la expresión de TCF7L2 en grasa subcutánea; los sujetos hipertrigliceridémicos tienen una menor expresión del factor de transcripción en comparación con sujetos normolipidémicos. La presencia del alelo T no modificó la expresión de TCF7L2.

KCNJ1 Polimorfismos del gen KCNJ11 han sido implicados como factores que aumentan la susceptibilidad para tener diabetes tipo 2. El polimorfismo E23K es más frecuente en pacientes con diabetes tipo 2 que en el resto de la población; sin embargo, la fortaleza de la asociación es baja. Se asocia con un riesgo relativo de 1.2. Debido a que la variante de riesgo es frecuente en poblaciones caucásicas (heterocigotos 47%, homocigotos 12%), su contribución poblacional puede ser significativa. La variante disminuye la afinidad del transportador por el ATP; la magnitud del defecto es notablemente inferior a lo que ocurre con las mutaciones que causan diabetes neonatal.

75

SAM Diabetes • Libro 2 HHEX/IDE El gen HHEX/IDE se localiza en el cromosoma 10, próximo a TCF7L2. La región cromosómica donde se encuentra había sido asociada a la diabetes en múltiples estudios. HHEX codifica a un factor de trascripción importante en el desarrollo del páncreas. IDE codifica para la enzima encargada de la degradación de la insulina. Varios grupos lo han incluido en estudios de genes candidatos, donde se han obtenido resultados contradictorios. Los pacientes con los alelos de riesgo tienen una secreción menor de insulina.

riesgo del gen CDKAL1 tienen una capacidad reducida de secreción de insulina.

SLC30A8 Un SNP del gen SLC30A8 se asocia con diabetes tipo 2. Resulta en la sustitución de arginina por triptofano. SLC30A8 es un transportador de zinc específico a la célula beta. Participa en la regulación de la síntesis de la insulina y en su acumulación en los gránulos secretorios. Su presencia se asocia con una reducción en la secreción de insulina.

FTO IGF2BP2 IGF2BP2 codifica la proteína de unión tipo 2 del factor de crecimiento similar a la insulina tipo2 (IGF2). Se localiza en el cromosoma 3; esta región no había sido implicada en estudios con múltiples marcadores. IGF2BP2 regula la transcripción de IGF2, la cual es un determinante de la proliferación celular y modula la acción de la insulina.

CDKN2A Y CDKN2B En el brazo corto del cromosoma 9 se encontró una región con ligamiento a la diabetes tipo 2. Los SNP con mayor asociación residen en los genes CDKN2A y CDKN2B. Se ha informado asociación con enfermedad cardiovascular con SNPs localizados para la misma región cromosómica; sin embargo, estos marcadores son distintos a los asociados con la diabetes. CDKN2A y CDKN2B codifican para p15INK4b y p16INK4a, respectivamente. p16INK4a regula la replicación de las células beta al inhibir a la CDK4 (cinasa dependiente de ciclina tipo 4).

CDKAL1 El gen CDKAL1 codifica la proteína 1 parecida a la proteína-1 asociada a la subunidad regulatoria de la CDK5. Se desconoce su acción. El mecanismo postulado es como un inhibidor de CDK5, enzima que participa en los fenómenos de glucotoxicidad en las células beta. Los casos con los alelos de

76

El gen FTO fue asociado con la diabetes en un estudio inglés. Sin embargo, al controlar por el efecto confusor de la obesidad, se identificó que la asociación con la diabetes era indirecta y era explicada por la obesidad.62 Los SNPs con mayor asociación a la diabetes eran los mismos relacionados con la obesidad. Se localizan en el primer intron del gen. La frecuencia del alelo de riesgo mayor varía entre los grupos étnicos (0.45 en caucásicos, 0.14 en asiáticos). El riesgo atribuible a variaciones en el gen FTO para el riesgo de tener obesidad es 20.4 y 12.7% para sobrepeso. Ninguno de los SNPs asociados con obesidad o diabetes resultan en cambios funcionales. Se desconoce la función de FTO. Fue descubierto durante el estudio de un modelo murino que tiene los dedos fusionados de las extremidades inferiores. Se expresa en múltiples tejidos; su mayor expresión ocurre en el cerebro y en las células beta.

CALPAINA 10 Un estudio con múltiples marcadores realizado en mexicoamericanos localizó una región del cromosoma 2q37.3, la cual tenía una fuerte asociación con la diabetes tipo 2. Variaciones alélicas de la región podrían explicar 21 a 30% de la agregación familiar de la enfermedad. Poco tiempo después se identificó que el gen calpain 10 era el responsable de la asociación. Calpaina 10 es una cistein-proteasa que participa en la regulación de la

Fisiopatología de la diabetes mellitus tipo 2 y de la resistencia a la insulina apoptosis, en especial en las células beta. Forma parte de una familia de proteasas localizadas en el citoplasma, las cuales son activadas por calcio. Son múltiples los sustratos de las calpainas; incluyen proteínas del citoesqueleto, factores de transcripción y enzimas que regulan la diferenciación de las células y su apoptosis. Mutaciones en algunas de las calpainas han sido demostradas en casos con cáncer gástrico (calpaina 9), distrofia muscular (calpaina 3) y en enfermedades neurodegenerativas. Existen 10 isoformas de la calpaina 10 (denominadas de la a la h). La expresión de las isoformas varía de acuerdo con el tejido estudiado. La sobreexpresión de calpaina-10 se asocia con una mayor apoptosis de las células beta. El efecto opuesto (resistencia a la apoptosis) ocurre en el ratón deficiente de la calpaina-10. La enzima también se expresa en el músculo y en los adipocitos (donde participa en la diferenciación celular). Se han descrito diversos polimorfismos relacionados con la diabetes. La asociación con la diabetes fue confirmada por nuestro grupo en mestizos mexicanos.63,64 Los alelos de menor frecuencia de los SNP-44 y SNP110 se asociaron con la diabetes con un OR de 2.72. Otros SNP que tuvieron ligamiento con la diabetes en mexicoamericanos no se encontraron asociados con la enfermedad en nuestra población (SNP-43,-19,-63). Observaciones similares han sido informadas en otros grupos étnicos. El riesgo de sufrir diabetes varía entre los SNPs que cubren la extensión del gen de la calpaina-10. Aun variaciones en los intrones también pueden estar asociadas con la enfermedad. La mayoría de los autores agrupan los SNP por haplotipos; la asociación con la enfermedad difiere entre las poblaciones en cuanto al haplotipo responsable. No se conocen los mecanismos por los que las variaciones del gen de la calpaina-10 resultan en diabetes. El mecanismo más probable es afectando la secreción de insulina. La anormalidad puede ser resultado ya sea de una mayor apoptosis de las células beta o por defecto en el proceso secretorio de la insulina. La inhibición de la calpaina 10 disminuye la secreción de la insulina; calpaina 10 participa en la proteólisis de SNP-25, una proteína que participa en la fusión de los gránulos secretorios a la membrana celular.

GENES RELACIONADOS A LA DIABETES TIPO MODY La diabetes tipo MODY no será tema de esta revisión. Sin embargo, variaciones en los genes que causan la diabetes tipo MODY modifican la capacidad secretoria del páncreas y han sido implicados como un determinante de la falla de la célula beta en la diabetes tipo 2. Los genes que se han asociado con la diabetes tipo MODY son HNF4 alfa (MODY1), glucocinasa (MODY2), HNF1alfa (MODY3), IPF1 (MODY4), HNF1beta (MODY5) y NeuroD1/Beta2 (MODY6). Todas las variantes de MODY tienen en común una menor capacidad secretoria, aunque difieren entre sí por su respuesta a las sulfonilureas y por el riesgo de complicaciones microvasculares. Los genes HNF4 alfa y HNF1alfa contribuyen a la génesis de la diabetes tipo 2, en especial, la de aparición temprana (antes de los 40 años).65 Variaciones del gen HNF1alfa tienen expresiones clínicas distintas que van desde un cuadro similar a la diabetes tipo 1 no autoinmune hasta defectos moderados en la secreción de insulina. En la etnia Oji-Cree la variante G319S se asocia con una presentación temprana de la hiperglucemia; está presente en 40% de las personas con diabetes pertenecientes a tal población. Otros polimorfismos frecuentes de HNF1alfa tienen una prevalencia mayor a la esperable por azar en casos con diabetes tipo 2. Se han descrito más de 35 mutaciones del gen HNF4alfa causantes de MODY.66 El cuadro clínico es similar al originado por defectos en HNF1alfa, lo cual se debe a que HNF4alfa regula la transcripción de HNF1alfa. Se distingue de otras etiologías de MODY por una mejor respuesta a las sulfonilureas, un déficit mayor en la secreción de insulina y valores promedio menores de triglicéridos y lipoproteína (a). En modelos animales, la deficiencia de HNF4alfa resulta en menor expresión del gen de insulina y una menor función de los canales de potasio dependientes de ATP. Además existe esteatosis hepática. HNF4alfa se expresa preferentemente en hígado y riñón y en menor cantidad en las células beta, intestino y

77

SAM Diabetes • Libro 2 colon. Coordina la expresión de múltiples genes. Se une a 12% de los genes del hepatocito y 11% de los de la célula beta. El porcentaje es aún mayor cuando se limita el análisis a los genes que se están expresando. Muchos de los genes blanco de HNF4 alfa participan en el metabolismo de la glucosa, el colesterol y los ácidos grasos. Como resultado, variaciones funcionales del gen modulan la gravedad de dislipidemias (como la hiperlipidemia familiar combinada) y se asocian con los componentes del síndrome metabólico. La contribución de HNF4 alfa en la diabetes tipo 2 es motivo de controversia. Variantes localizadas en el promotor de HNF4 alfa han sido asociadas consistentemente con un riesgo mayor de diabetes tipo 2 (en Ashkenazi y en finlandeses). Esta asociación explica el LOD score alto encontrado en el cromosoma 20 para la diabetes tipo 2. Otros SNPs del gen están asociados con la enfermedad en afroamericanos, franceses y en pimas. Su contribución en un estudio francés fue mayor que la de las variaciones de los genes PPAR gamma y calpaina 10. Sin embargo, los resultados no han sido replicados de manera consistente. Nuestro grupo informó las primeras mutaciones en los genes HNF 4alfa (Asp1263His/Tyr y Arg1543Gln) y HNF1 alfa (Gln4863codon de paro) en población mexicana.67 Fueron identificadas en una cohorte de 40 pacientes con diabetes tipo 2 diagnosticada antes de los 40 años. Se buscaron variaciones en otros genes MODY en todos los casos, sin encontrarse ninguna de las asociadas con la enfermedad. Esta observación sugiere que defectos en los genes MODY están presentes en un porcentaje pequeño de los casos mexicanos con diabetes de aparición temprana. Variaciones en los genes MODY restantes han sido implicadas en la fisiopatología de la diabetes tipo 2. Ejemplo de ello es la variante -30G/A de la glucocinasa y varios SNPsde IPF1.

78

DNA MITOCONDRIAL Una mutación en la posición 3243 del DNA mitocondrial es la causa de la diabetes transmitida por línea materna asociada a sordera (también conocido como síndrome DIDMOAD). El DNA mitocondrial del humano es una molécula circular que contiene 16 569 pares de bases. Existen varias copias de DNA por mitocondria. Dado que existen numerosas mitocondrias por célula, puede haber 100 a 1000 moléculas de DNA mitocondrial por célula. Contiene la información de 13 proteínas que participan en la cadena respiratoria y en la síntesis de las proteínas mitocondriales. La diabetes causada por mutaciones del DNA mitocondrial se caracteriza por su aparición en la tercera década de la vida. Su expresión clínica es diversa. Las manifestaciones son similares a las de la diabetes tipo 1 en la mayoría de los casos. Sin embargo, puede presentarse como una diabetes tipo 2 al inicio, la cual requiere del empleo de insulina en un periodo corto. La hiperglucemia es explicada por una menor secreción de insulina en combinación con un aumento de la producción hepática de glucosa. Se asocia con la incapacidad para escuchar tonos altos. Puede acompañarse de cardiomiopatía, debilidad muscular progresiva, insuficiencia renal y problemas del tránsito intestinal. El porcentaje de casos con diabetes que tiene mutaciones en el DNA mitocondrial varía entre 0.2 a 2%, dependiendo del grupo étnico en estudio; las frecuencias mayores han sido informadas en Japón. La mutación 3243A>G resulta en una menor síntesis de las proteínas mitocondriales. Por lo tanto, las mitocondrias tienen capacidad oxidativa menor y sintetizan menos ATP. Se desconoce el mecanismo que explica la disfunción de la célula beta. Posibles explicaciones incluyen cambios en la cantidad de ATP intracelular que modifiquen el cierre de los canales de potasio, menor capacidad sintética de proteínas o la activación de la AMP cinasa (enzima que reprime la síntesis proteica).68

Fisiopatología de la diabetes mellitus tipo 2 y de la resistencia a la insulina

Además de la mutación 3243A>G, otras mutaciones del DNA mitocondrial han sido informadas. Diversas deleciones son causa de los síndromes de Pearson y Kearns Sayre, las cuales simulan una diabetes tipo 1.

OTROS GENES Informes de grupos o casos aislados sugieren que existen más genes involucrados en la deficiencia de insulina. Algunos de ellos alteran la función mitocondrial. El gen LARS2 codifica la sintasa mitocondrial Leu-tRNA. La enzima localizada en el citoplasma es importada a la mitocondria donde modifica el RNA de transferencia de la mitocondria. Su deficiencia tiene consecuencias similares en la función mitocondrial que la mutación 3243A>G. Otro ejemplo es la frataxin, proteína que regula la concentración de hierro en la mitocondria. Variaciones de este gen se asocian con menor secreción de insulina. Por otra parte, mutaciones de IB1 (islote cerebro-1) han sido demostradas en una familia con diabetes. IB1 es homólogo de JIP1, la cual es una cinasa que participa en la apoptosis. Los mecanismos patogénicos potenciales incluyen una mayor apoptosis de la célula beta o menor activación de los GLUT-2 (ya que IB1 es uno de sus transactivadores). Mutaciones del gen MAPK8IPI, el cual codifica un factor de transcripción de la célula beta conocido como Is1 fueron informadas en una familia japonesa con diabetes. La variante L270V del gen ABCC8 (el cual codifica al receptor de sulfonilureas-1 [SUR1]) se asocia con un riesgo mayor de diabetes (OR=1.15). Polimorfismos del gen KLF11/ TIEG2 se asocian con diabetes de aparición temprana. Este gen codifica un factor de transcripción, el cual es inducido por TGFbeta. Mutaciones en este gen son causa de un cuadro clínico similar a la diabetes MODY. Dos alelos del gen SLC2A2 (que codifica al transportador de glucosa GLT2) han sido identificados como de riesgo para diabetes tipo 2. El alelo -866G>A del gen que codifica UCP2 se asoció a un OR de 1.49 (1.0 a 1.9) para sufrir diabetes incidente en un estudio prospectivo hecho en Finlandia. Los casos

con el alelo tienen menor secreción de insulina; se desconocen los detalles del efecto de la variante de UCP2 sobre la función de la célula beta. Por último, varios SNPs y mutaciones en el gen de la insulina han sido asociados con la fisiopatología de algunos casos con diabetes tipo 2. Cambios de aminoácido en las posiciones 24 y 65 tienen consecuencias funcionales en la unión de la hormona a su receptor o en la conversión de proinsulina en insulina, respectivamente.

DEFECTOS FUNCIONALES QUE ALTERAN LA SECRECIÓN DE INSULINA La exposición prolongada a diversos secretagogos ejerce un efecto tóxico sobre la secreción de insulina. Ejemplos de ello son la glucosa y los ácidos grasos. Como se mencionó anteriormente, la hiperglucemia depleta el contenido de gránulos de insulina, disminuye el número de transportadores de glucosa y de la glucocinasa, reduce la actividad de la activación de proteínas cinasas inducida por AMP y altera la función de diversos factores de transcripción que regulan la expresión del gen de la insulina. Algunos de estos defectos son reversibles si se normaliza la concentración de glucosa por varias semanas. Por ello, es una observación frecuente que las dosis de hipoglucemiantes orales y/o de insulina requeridas para corregir un periodo de hiperglucemia grave puedan ser reducidas si se mantiene un control metabólico por al menos un mes. Lo mismo ha sido informado en casos con diabetes de diagnóstico reciente; como resultado, la hiperglucemia remite en forma temporal. La eliminación del efecto tóxico de la glucemia disminuye la concentración de proinsulina y en algunos casos, se recupera en forma transitoria la primera fase de secreción de insulina. Los ácidos grasos alteran la secreción de insulina, en especial en presencia de hiperglucemia. La utilización de glucosa y de ácidos grasos resulta en la acumulación de citrato en el citoplasma. El metabolito es convertido en malonil-CoA, el cual inhibe la enzima carnitoin-palmitoil tranferasa-1 (CPT-1) quien es responsable del transporte

79

SAM Diabetes • Libro 2

de los ácidos grasos al interior de la mitocondria. Como consecuencia, se acumulan ácidos grasos de cadena larga en el citosol, los cuales por sí mismos o por sus metabolitos alteran la secreción de la insulina. Esta secuencia de eventos no ocurre si no existen valores normales o altos de glucosa; en este caso los ácidos grasos son usados como fuente principal de energía. La secreción de insulina es estimulada por la liberación de hormonas producidas en el tubo digestivo. Las más importantes son GIP (polipéptido insulinotrópico dependiente de glucosa) y GLP-1 (péptido parecido al glucagon tipo 1). Existen defectos funcionales en la respuesta de la célula beta a tales hormonas. GIP es un péptido de 42 aminoácidos perteneciente a la familia peptídica glucagonsecretina y se origina del Pro-GIP constituido por 153 aminoácidos. Es secretado por las células K, localizadas principalmente en el duodeno pero presentes a lo largo de toda la mucosa del intestino delgado. Su secreción es estimulada por la ingestión de alimentos ricos en carbohidratos y grasas que producen un incremento de 10 a 20 veces en su concentración plasmática. GLP-1 es uno de los varios productos del gen del proglucagon. Enzimas proteolíticas que cortan a pares de aminoácidos en el extremo carboxilo de prohormonas (conocido por ello como convertasas de prohormonas), son las responsables de su liberación. La enzima convertasa de prohormonas tipo 1/3 es la responsable de liberar GLP-1 y GLP-2 del proglucagon en las células L (localizadas en el ileon y colon); la PC tipo 2 lo es de la liberación del glucagon en las células α del páncreas. La administración oral de nutrientes produce un incremento bifásico de GLP-1 en plasma (un pico temprano a los 15 a 20 minutos, seguido por un segundo pico aproximadamente una a dos horas después). La secreción de GLP-1 es iniciada por factores neurales y endocrinos originados por el ingreso de los nutrientes al tracto gastrointestinal.

80

La vida media circulante de ambas hormonas es muy breve: 1 a 2 minutos la de GLP-1 y 7 a 8 minutos la de GIP. Tanto GIP como GLP-1 son rápidamente degradados por la enzima dipeptidil-peptidasa tipo IV (DPP-IV). DPPIV corta a las hormonas a nivel del aminoácido alanina situado en posición 2 del extremo amino terminal, convirtiéndolas en fragmentos peptídicos inactivos. Existen receptores para ambas hormonas en las células beta. Pertenecen a la familia de receptores acoplados a la proteína G. La unión de GIP y GLP-1 con sus receptores causa una activación de la adenil ciclasa a través de la proteína G, produciendo incremento intracelular del AMP cíclico, lo cual activa a la proteína cinasa-A (PKA) y al factor tipo II de intercambio del nucleótido de guanina regulado por AMPc. Ambas proteínas generan eventos intracelulares que involucran el cierre de los canales de potasio sensibles a ATP (k-ATP), despolarización de la célula β, elevación del calcio intracelular, inhibición de los canales de potasio dependientes de voltaje y exocitosis de los gránulos de insulina. El efecto de GLP-1 en la liberación de insulina es dependiente de glucosa, cesando su efecto secretor cuando la glucemia es menor de 80 mg/dL. Además de su efecto insulinotrópico, GLP-1 estimula la transcripción de los genes de insulina así como todos los pasos involucrados en las biosíntesis de insulina en células β aisladas. En estudios in vitro, GIP y GLP-1 incrementan la masa celular por medio de la estimulación de la proliferación celular e inhibición de la apoptosis. La actividad de ambas hormonas es anormal en los pacientes con diabetes.69 Las concentraciones de GIP son normales o altas y no se obtiene una respuesta mayor al administrar cantidades adicionales. En contraste, las concentraciones de GLP-1 son normales o bajas y se obtiene una normalización de la respuesta al aumentar sus niveles sanguíneos. Por ello, diversos mecanismos han sido puestos en práctica para aumentar su concentración. Ejemplo de ello es el uso de análogos de liberación prolongada o inhibidores de

Fisiopatología de la diabetes mellitus tipo 2 y de la resistencia a la insulina DPP-IV, los cuales tienen una capacidad hipoglucemiante moderada. GLP-1 suprime la secreción de glucagon, efecto que es dependiente de glucemia; no ocurre en presencia de hipoglucemia. Ambas acciones (la estimulación de la secreción de insulina y la inhibición de la liberación de glucagon) tienen efectos positivos sobre el patrón de secreción de insulina. Mejora la pulsatilidad y puede haber una recuperación transitoria de la primera fase de secreción de insulina.

MÉTODOS PARA MEDIR LA SECRECIÓN DE INSULINA Aunque la concentración de insulina, péptido C y proinsulina son los indicadores de la función de la célula beta en la práctica, estos métodos no permiten evaluar la secreción de insulina que ocurre en respuesta a estímulos fisiológicos. Por ello, se han diseñado diversas alternativas que pretenden cumplir con tal objetivo. Sin embargo, por su complejidad, sólo se usan en estudios de investigación.70 Los métodos para medir la función de la célula beta se clasifican en tres grupos: bajo condiciones basales, con administración intravenosa de glucosa y posterior a una carga oral de glucosa.

ESTUDIOS QUE EVALÚAN LA FUNCIÓN DE LA CÉLULA BETA EN CONDICIONES BASALES Incluyen a la insulinemia de ayuno, el péptido C y la relación proinsulina/insulina. La concentración de insulina en sangre depende de factores adicionales a su tasa de secreción. En especial, la extracción hepática de la insulina es un determinante mayor de su concentración. Esta característica impide considerar a la insulina de ayuno como un indicador preciso de la capacidad secretoria del páncreas. La concentración de péptido C es un mejor indicador de la función de la célula beta ya que el hígado no participa en su excreción. Una alternativa aún mejor es la relación proinsulina/insulina, debido a que deficiencias en el proceso secretorio resultan en la secreción de cantidades anormales de las diversas formas inmaduras de la insulina

(como la proinsulina). Desafortunadamente, por su costo, este método se limita a estudios de investigación. Empero, la concentración de cualquiera de los parámetros antes mencionados en condiciones de ayuno representa una evaluación aislada que carece de representatividad de la respuesta secretoria de insulina bajo diversos estímulos y valores de glucemia. El parámetro HOMA-B pretende resolver esta limitante al tomar en cuenta el valor de la glucemia. Los valores pueden ser expresados como el porcentaje de la capacidad de secreción de insulina comparada contra una población normal. El modelo asume una tasa de producción de insulina de 10 mU/min, teniendo una glucemia de 72 mg/dL, asumiendo un espacio de distribución de 13 litros y una vida media de la insulina de 4 minutos. En su descripción original, la secreción de insulina fue estimada con la siguiente fórmula: HOMA B = (20x insulina)/(glucemia-3.5). El valor de insulina se expresa en mU/L, el de glucosa en mmol/L (para convertir mg/dL en mmol/L se divide el valor entre 18). Años más tarde, los autores del HOMA-B modificaron las ecuaciones en que se basa su estimación. Abandonaron las ecuaciones lineares y las sustituyeron por relaciones exponenciales, lo que permite ajustar la tasa de secreción de insulina a valores distintos de glucemia (en especial por arriba de 180 mg/dL). Además se crearon versiones en que se puede usar el valor de insulina medido con ensayos específicos (los cuales no incluyen en el resultado la concentración de formas inmaduras de insulina) o por RIA (que incluye todas las variantes de insulina). También diseñaron una alternativa que utiliza al péptido C, en vez de la insulina. La nueva herramienta fue denominada HOMA2, la cual requiere el uso de un programa de cálculo (basado en excel) disponible sin costo. Los resultados de los dos métodos fueron comparados contra un estándar de oro; los resultados obtenidos con HOMA1 sobreestiman la secreción de insulina. Sus autores recomiendan usar el promedio de tres mediciones para aumentar la precisión y reproducibilidad de la estimación. Su coeficiente de

81

SAM Diabetes • Libro 2 correlación contra el clamp hiperglucémico es 0.61 y contra la respuesta aguda de insulina durante el modelo mínimo es 0.63. Pese a sus limitantes, el valor de HOMA-B ha demostrado ser un método útil para evaluar los cambios en el tiempo de la secreción de insulina. Fue empleado en el estudio UKPDS. No debe ser usado para realizar comparaciones entre grupos étnicos, ya que se requiere tener un grupo de referencia para cada población. Su empleo es incorrecto en pacientes tratados con insulina. Sus resultados siempre deben ser evaluados en forma simultánea con el HOMA-IR (marcador que estima la sensibilidad a la insulina); existe una relación inversa entre estas variables. Por ello, el análisis aislado de HOMA-B puede llevar a conclusiones incorrectas, como asumir que un individuo con alta sensibilidad a la insulina tiene una capacidad de secreción de insulina anormalmente baja.

ESTUDIOS QUE EVALÚAN LA FUNCIÓN DE LA CÉLULA BETA DURANTE LA ADMINISTRACIÓN INTRAVENOSA E GLUCOSA La respuesta aguda a la insulina (AIRg, por sus siglas en inglés) después de un bolo de glucosa intravenosa es el método más utilizado. Se administra 0.3 g/kg de glucosa en un periodo de 3 minutos. Se toman muestras a los tiempos –5, 0, 1, 3, 5 y 10 minutos. Existen variantes dependiendo del autor consultado; algunos emplean 0.5 g/kg y extienden el muestreo hasta 30 minutos. La respuesta aguda a la insulina se calcula mediante el área bajo la curva en los primeros 10 minutos de la prueba. La primera fase de secreción de insulina se estima por la suma del valor en los minutos 1 y 3 (algunos autores le restan el valor basal). Sin importar qué rutina se use, es importante lograr un incremento de la glucemia (generalmente mayor de 300 mg/dL) para que la prueba sea analizable. La respuesta aguda de insulina depende de la cantidad de insulina almacenada en los gránulos de la célula beta. Sin embargo, no es independiente del efecto

82

confusor causado por la extracción de insulina por el hígado. Por lo tanto, la AIRg resulta de la capacidad secretoria del páncreas y de la tasa de extracción hepática de insulina. Además, la vía de administración y el nivel de glucosa suprafisiológico que se alcanza durante la prueba no reproducen las condiciones habituales. Finalmente, el resultado debe ser analizado en el contexto de la sensibilidad a la insulina del individuo. Con este fin se propuso el empleo del índice de disposición, el cual se estima multiplicando AIRg por el índice de sensibilidad (SI) estimado por el modelo mínimo. La relación entre ambos parámetros es hiperbólica (FIGURA 5), es decir, a mayor sensibilidad a la insulina, la secreción de la hormona es menor. A mayor índice de disposición, mejor es la respuesta de la célula beta. Como se muestra en la FIGURA 4, el valor del índice de disposición integra en un valor la respuesta de la célula beta a un determinado nivel de sensibilidad a la hormona. Por lo tanto, variaciones en la sensibilidad a la insulina no modifican el índice de disposición, mientras exista una función adecuada de la célula beta. Por el contrario, un decremento progresivo del índice de disposición pronostica el deterioro de la tolerancia a la glucosa y la aparición de la hiperglucemia de ayuno. Se ha usado el péptido C como sustituto de la insulina para superar las limitaciones de la AIRg. Sin embargo, se requiere del empleo de un modelo de dos compartimentos para su interpretación. Tal estrategia permite distinguir tres componentes del proceso secretorio: basal, primera y segunda fase. Su empleo se limita a estudios de investigación. Algunos grupos han propuesto el empleo del índice de adaptación, el cual sustituye la AIRg en la fórmula del índice de disposición, por la secreción estimada durante la primera fase. Otras alternativas para medir la secreción de insulina incluyen la infusión gradual de cantidades crecientes de glucosa hasta inducir hiperglucemia durante un clamp y la infusión intravenosa de arginina.

Fisiopatología de la diabetes mellitus tipo 2 y de la resistencia a la insulina Glucosa

K+

Ca2+

Insulina ABC-A1

ABC-A1

Glucocinasa

Glucosa-6-P

Colesterol

Ca2+ Granulos secretorios de insulina

Glocólisis Sarcolema ATP/ADP

Insulina mRNA + Núcleo

TCF-4 y otros factores transcripcionales

+ Gen de la insulina

GLP-1

FIGURA 5. Eventos que determinan la secreción de la insulina. La secuencia de eventos que determina la secreción de la insulina inicia con la utilización de la glucosa en el interior de la célula beta, la cual aumenta la concentración de ATP. Como resultado, ocurre el cierre de los canales de potasio dependiente de ATP, lo cual es causa de despolarización de la membrana. Los canales de potasio dependientes de ATP están compuestos por dos tipos de proteínas: SUR1 (receptor de sulfonilureas tipo1, el cual forma parte de la familia de los transportadores ABC) y la subunidad Kir6.2 (la cual forma el canal de potasio). La despolarización de la membrana activa los canales de calcio dependientes de voltaje, lo que incrementa la concentración de calcio intracelular, evento que es la señal para la exocitosis de los gránulos que contienen insulina. Son múltiples los pasos en los que el proceso secretorio de la insulina puede ser alterado. Secretagogos como las sulfonilureas se unen a una porción de los canales de potasio dependientes de ATP (conocida como receptor de sulfonilureas tipo 1); como resultado, se cierran los canales de potasio. Efectos opuestos ocurren con el diazóxido, el cual abre los canales de potasio y disminuye la secreción de insulina. El proceso secretorio puede ser alterado por la acumulación de colesterol (por defectos en la actividad del transportador ABC-A1) o de triglicéridos en la célula beta. La exposición a concentraciones altas de ácidos grasos y glucosa también son causa de la disfunción de la célula beta.

ESTUDIOS QUE EVALÚAN LA FUNCIÓN DE LA CÉLULA BETA DURANTE LA ADMINISTRACIÓN ORAL DE GLUCOSA Tiene como ventajas simular las condiciones fisiológicas, incluyendo la respuesta a las incretinas. Sin embargo, la absorción de los secretagogos ocurre a una tasa difícil de estimar. Se han propuesto diversas fórmulas (como el índice insulinogénico) o el área bajo la curva de la concentración de insulina como indicadores aproximados de la secreción de insulina. Un grupo ha empleado una versión por vía oral del modelo mínimo en que se administra una carga de 75 g y se toman 22 muestras durante cinco horas. Se

miden las concentraciones de glucosa, insulina y péptido C; se emplea un modelo de dos compartimentos para estimar la cinética del péptido C. El método permite distinguir diferencias en la secreción de insulina entre los diversos status de tolerancia a la glucosa. Sin embargo, su empleo se limita a estudios de investigación. No existe una opción ideal para medir la secreción de insulina. No existe consenso sobre cuál es el método considerado como patrón de oro y no hay alguno libre de problemas conceptuales o logísticos. Sin importar qué alternativa se seleccione, siempre deberá estar acompañada de la medición

83

SAM Diabetes • Libro 2 complementaria de la sensibilidad a la insulina. Aun con el empleo del clamp euglucémico hiperinsulinémico, será necesario realizar un método adicional para medir la secreción de insulina. Por lo anterior, diversas revisiones sugieren la combinación de un

84

método basado en mediciones de ayuno más un método dinámico (AIRg o una curva de tolerancia a la glucosa). Especial cuidado se deberá tener al comparar pacientes con diversos estados de tolerancia a la glucosa.

Integración de los procesos que determinan la aparición de la diabetes tipo 2 La diabetes tipo 2 es el resultado final de un proceso iniciado décadas atrás, que resulta de la interacción de factores genéticos y ambientales. Por mucho tiempo se ha discutido la contribución de los dos defectos principales (falla de la célula beta y resistencia a la insulina) a la génesis de la diabetes. Con la información actual no es posible identificar el defecto inicial. Defectos en la pulsatilidad con la que se secreta la insulina son causa de menor actividad de la hormona en los tejidos periféricos. A su vez, mutaciones en moléculas que son efectores de la acción de la insulina (como los transportadores de glucosa GLUT2) son causa de anormalidades en la secreción de insulina. En suma, es probable que, en la mayoría de los casos con diabetes tipo 2, la identificación del defecto inicial sea poco importante y sin implicaciones prácticas. La resistencia a la insulina y los mecanismos

bioquímicos que participan en su génesis juegan un papel relevante en la fisiopatología de las comorbilidades de la diabetes (FIGURA 6). Su presencia permite entender la asociación de la diabetes tipo 2 con la hipertrigliceridemia, la hipoalfalipoproteinemia y la esteatosis hepática. Tales asociaciones no ocurren en variantes de la diabetes en que la resistencia a la insulina no juega un papel importante (como la diabetes tipo MODY). Los mecanismos por los que se produce la resistencia a la insulina son múltiples y probablemente complementarios. Es factible que un porcentaje significativo de los casos resulte de la suma de defectos menores en la expresión o acción de las múltiples moléculas que participan en la señalización de la insulina. Sin embargo, la exposición por años a un estilo de vida caracterizado por un aporte excesivo de calorías y escasa actividad Esteatosis hepática

Obesidad abdominal

Resistencia a la insulina

Obesidad abdominal

Intolerancia a la glucosa

Dislipidemia

Hipertensión arterial

Hiperglucemia Hiperinsulinemia

Producción hepática de lipoproteínas

Disfunción endotelial

Defectos en su catabolismo

Actividad adrenérgica

Hipertrigliceridemia LDLs pequeñas y densas HDL bajo

Retención de sodio Angiotensinógeno

FIGURA 6. La resistencia a la insulina y la obesidad abdominal como determinantes de los componentes del síndrome metabólico

85

SAM Diabetes • Libro 2 física es capaz de inducir respuestas adaptativas (como la resistencia a la insulina), aun en ausencia de defectos en los genes que participan en la acción de la insulina. La menor actividad de la insulina en el tejido adiposo puede ser vista como un mecanismo para mitigar los efectos adipogénicos de la insulina en el adipocito y evitar su expansión. Las alteraciones resultantes en la función del adipocito alteran su capacidad de secretar hormonas. Aumenta la síntesis de hormonas como los mediadores de inflamación que inducen resistencia a la insulina en otros órganos y disminuye la secreción de otras (como la adiponectina) que tienen acciones benéficas sobre el metabolismo de carbohidratos. Para algunos autores, el aumento de producción de citocinas es un mecanismo compensatorio fallido, activado con el fin de reprimir el apetito. Finalmente, el adipocito es incapaz de seguir almacenando sustratos de energía, los cuales se depositan en tejidos anormales como el músculo, el hígado y las células beta. La acumulación de lípidos en tales órganos es, a su vez, un mecanismo de defensa para evitar la acumulación de sustancias de mayor toxicidad en la circulación (como los ácidos grasos) o en los tejidos (como la ceramida y el diacilglicerol). La presencia de lípidos tóxicos en la mayoría de los tejidos induce apoptosis y la muerte celular. En suma, la resistencia a la insulina es un mecanismo patogénico que participa en la génesis de las complicaciones macrovasculares de la diabetes; sin embargo, es además un mecanismo de defensa contra la acumulación anormal de sustratos de energía en los tejidos. En contraste, la deficiencia de insulina es el determinante principal de la aparición de la hiperglucemia. El defecto secretorio está presente décadas antes de la detección de los estados que preceden a la aparición de la diabetes (intolerancia a la glucosa o glucosa anormal de ayuno). Resulta de la combinación de defectos funcionales y de la pérdida gradual de la masa de células beta. Factores genéticos juegan un papel relevante en la eficiencia del páncreas para secretar la hormona y determinando la masa de células

86

beta. Las primeras anormalidades demostrables son los cambios de la pulsatilidad de la insulina, seguido de la pérdida de la primera fase de secreción de insulina en respuesta a la glucosa intravenosa, acompañada de una secreción aumentada en tiempo y magnitud durante las horas siguientes al consumo de alimentos. Como resultado, es frecuente que ocurran hipoglucemias entre la tercera y cuarta hora posprandial. El depósito de ácidos grasos, colesterol y otros lípidos tóxicos contribuyen a la disminución de la masa de células beta. La cantidad de insulina secretada disminuye y es insuficiente para inhibir la lipólisis y la gluconeogénesis (fenómenos que son reprimidos a concentraciones de insulina menores a las requeridas para inducir la utilización de glucosa en el músculo estriado). La hiperglucemia ocurre al inicio después del consumo de los alimentos, momento en que su depuración depende de la utilización por el tejido muscular. La hiperglucemia de ayuno ocurre cuando la producción hepática de glucosa no puede ser reprimida por las concentraciones de insulina. El defecto secretorio se agrava con la aparición de la hiperglucemia; sin embargo, la anormalidad es parcialmente reversible con el tratamiento hipoglucemiante. La masa de células beta es menor a 40% al momento del diagnóstico de la diabetes; su pérdida es un proceso continuo que determinará la falla al tratamiento hipoglucemiante a mediano plazo. Este fenómeno ocurre sin importar el tipo de tratamiento y su intensidad es proporcional a la magnitud de la hiperglucemia. Por ello, todo médico deberá considerar el empleo de insulina en forma temprana. Cerca de 50% de los pacientes con diabetes tipo 2 requerirán de insulina a los 10 años de diagnóstico. En suma, esta revisión presenta los avances ocurridos en el estudio de la fisiopatología de la diabetes. La información es presentada con un enfoque clínico, sin por ello olvidar los detalles de las anormalidades moleculares. Su compresión ayudará al lector a seleccionar de mejor manera las alternativas terapéuticas.

Referencias bibliográficas 1. Secretaría de Salud. Mortalidad 2001 en México. Salud Pública. 2002;44:571-578. 2. Barcelo A, Aedo C, Rajpathak S, Robles S. The cost of diabetes in Latin America and the Caribbean. Bull World Health Org. 2003;81:19-27. 3. International Diabetes Federation. Diabetes Atlas 2a. edición. Disponible en: www.idf.org/e-atlas. Consultado el 16 de noviembre de 2007. 4. Rull JA, Aguilar-Salinas CA, Rojas R, Rios-Torres JM, Gómez-Pérez FJ, Olaiz G. Epidemiology of type 2 diabetes in Mexico. Arch Med Res. 2005;36:188-196. 5. Aguilar-Salinas CA, Mehta R, Rojas R, Gómez-Pérez FJ, Olaiz G, Rull JA. Management of the metabolic syndrome as a strategy for preventing the macrovascular complications of type 2 diabetes: controversial issues. Curr Diabetes Rev. 2005:1:145-158. 6. Ferrannini E, Mar A. How to measure insulin sensitivity. J Hypertens. 1998;16:895-906. 7. Wajchenberg BJ. Subcutaneous and Visceral Adipose Tissue: Their Relation to the Metabolic Syndrome. Endocrine Reviews. 2000;21:697-738. 8. Lann D, LeRoith D. Insulin resistance as the underlying cause for the metabolic syndrome. Med Clin N Am. 2007;91:1063-1077. 9. Chang L, Chiang S, Saltiel A. Insulin signaling and the regulation of glucose transport. Molec Med. 2004; 10:65-71. 10. Petersen K, Schulman G. Etiology of insulin resistance. Am J Med. 2006; 119:10S-16S. 11. White M. IRS proteins and the common path to diabetes. Am J Physiol Endocrinol Metab. 2002;283:E413-E422.

12. Bacci S, De Cosmo S, Prudente S, Trischitta V. ENPP1 gene, insulin resistance and related clinical outcomes. Curr Opin Clin Nutr Metab Care. 2007;10:403-409. 13. Abdul-Ghani M, Tripathy D, De Fronzo R. Contributions of beta cell dsyfunction and insulin resistance to pathogenesis of impaired glucose tolerance and impaired fasting glucose. Diabetes Care. 2006:29:11301139. 14. Schinner S, Scherbaum, WA, Bornstein SR, Barthel A. Molecular mechanisms of insulin resistance. Diabetes Med. 2005;22.674-682. 15. Kovacs P, Stumvoll M. Fatty acids and insulin resistance in muscle and liver. Best Pract Res Clin Endocrinol Metab. 2005;19:625-635. 16. Lebovitz H, Banerji MA. Point : Visceral adiposity is causally related to insulin resistance. Diabetes Care. 2005;28:2322-2325. 17. Bellocchio L, Mancini G, Vicennati V, Pasquali R, Pagotto U. Cannabinoid receptors as therapeutic targets for obesity and metabolic diseases. Cur Opinion Pharmacol. 2006;6: 586-591. 18. Roden M. Muscle triglycerides and mitochondrial function: possible mechanisms for the development of type 2 diabetes. Int J Obes (Lond). 2005;29 Suppl 2:S111-S115. 19. Unger R, Orci L. Diseases of liporegulation: new perspective on obesity and related disorders. FASEB J. 2001;15:312-321. 20. Bays H, Mandarino L, DeFronzo R. Role of the Adipocyte, Free Fatty Acids, and Ectopic Fat in Pathogenesis of Type 2 Diabetes Mellitus: Perox i s o m a l P r o l i f e r a t o r- A c t i v a t e d

21.

22.

23.

24.

25.

26.

27.

28.

29.

Receptor Agonists Provide a Rational Therapeutic Approach. J Clin Endocrinol Metab. 2004;89:463-478. Qatanani M, Lazar M. Mechanisms of obesity-associated insulin resistance: many choices on the menu. Gene Develop. 2007;21:1443-1455. Sreekumar R, Nair S. Skeletal muscle mitochondrial dysfunction and diabetes. Indian J Med Res. 2007; 125:399-410. Sethi J, Vidal-Puig A. Adipose tissue function and plasticity orchestrate nutritional adaptation. J Lipid Res. 2007;48:1253-1262. Morino K, Petersen K, Shulman G. Molecular mechanisms of insulin resistance in humans and their potential links with mitochondrial dysfunction. Diabetes. 2006;55 (Supl 2):S9-S15. Goldstein B, Sacalia R. Adiponectin: a novel adipokine linking adipocyte and vascular function. JCEM. 2004; 89:2563-2568. Kim J-Y, van der Wall E, Laplante M, Azzara A, Trujillo ME, Hofmann S, et al. Obesity-associated improvements in metabolic profile through expansion of adipose tissue. J Clin Invest. 2007;117:2621-2637. Yang Q, Graham T, Mody N, et al. Serum retinol binding protein 4 contributes to insulin resistance in obesity and type 2 diabetes. Nature. 2005;436:356-362. Bloomgarden Z. Measures of insulin sensitivity. Clin Lab Med. 2006; 26:611-633. Legro R, Castracane D, Kauffman R. Detecting insulin resistance in polycystic ovary syndrome:purpose and pitfalls. Obst Gynecol Survey. 2004;59:141-154.

87

SAM Diabetes • Libro 2

30. Alpizar M, Escalante J. Modelo mínimo. Rev Endocrinologia y Nutricion. 1998;6:1-6 31. De Fronzo RA, Tobin JD, Andres R. Glucose clamp technique: a method for quantifying insulin secretion and resistance. Am J Physiol. 1979; 237:E214-E223. 32. Abdul-Ghani M, Matsuda M, Balas B, De Fronzo R. Muscle and liver insulin resistance indexes derived from the oral glucose tolerance test. Diabetes Care. 2007;30:89-94. 33. Ahren B, Pacini G. Importance of quantifying insulin secretion in relation to insulin sensitivity to accurate assess beta cell function in clinical studies. Eur J Endocrinology. 2004; 150:97-104. 34. Radziuk J. Insulin sensitivity and its measurement: structural commonalities among the methods. JCEM. 2000;85:4426-4433. 35. Ferrannini E, Natali A, Bell P, et al. Insulin resistance and hypersecretion in obesity. J Clin Invest. 1997;100:1166-1172. 36. Ferranini E, Vichi S, Beck-Nielsen H, Laakso M, Paolisso G, Smith U. European Group for the Study of Insulin Resistance (EGIR): Insulin action and age. Diabetes. 1996; 45:947-953. 37. Aguilar-Salinas CA, Rojas R , GómezPérez FJ, Valles V, Ríos-Torres JM, Franco A. High prevalence of the metabolic syndrome in México. Arch Med Res. 2004;35:76-81. 38. Wallace TM, Levy JC, Matthews DR. The use and abuse of HOMA modeling. Diabetes Care. 2004;27; 1487-1495. 39. Katz A, Nambi SS, Mather K, et al. Quantitative insulin sensitivity check index (QUICKI): a simple, accurate method for assessing insulin sensitivity in humans. JCEM. 2000;85:2402-2410. 40. Lerman I, Villa AR, Rios Torres JM, Tamez LE, Gomez Perez F, del Villar Velasco SL, Rull Rodrigo JA. Corre-

88

41.

42.

43.

44.

45.

46.

47.

48.

49.

50.

lations between surrogate measures of insulin resistance and cardiovascular risk factors in obese and overweight patients. J Diabetes Complications. 2003;17:66-72. McLaughlin T, Abbasi F, Cheal K, et al. Use of metabolic markers to identify overweight individuals who are insulin resistant. Ann Int Med. 2003;139:802-809. Liao Y, Kwon S, Shaughnessy S, et al. Critical evaluation of Adult Treatment Panel III criteria in identifying insulin resistance with dyslipidemia. Diabetes Care. 2004;27:978-983. Aguilar-Salinas CA, Rojas R, Gonzalez-Villalpando C, Gomez-Perez FJ, Mehta R, Olaiz G, et al. Design and validation of a population-based definition of the metabolic syndrome. Diabetes Care. 2006;29:2420-2426. Stern S, Williams K, Ferranini E, DeFronzo R, Bogardus C, Stern M. Identification of individuals with insulin resistance using routine clinical measurements. Diabetes. 2005;54:333-339. Wajchenberg B. Beta cell failure in diabetes and preservation by clinical treatment. Endoc Rev. 2007;28:187-218. Souza F, Simpson N, Raffo N, et al. Longitudinal noninvasive PET-based beta cell mass estimates in a spontaneous diabetes rat model. J Clin Invest. 2006;116:1506-1513. Xu C, Baillo-Maitre B, Reed J. Endoplasmic reticulum stress: cell life and death decisions. J Clin Invest. 2005;115: 2656-2664. Brunham L, Kruit J, Verchere B, Hayden M. Cholesterol in islet dysfunction and type 2 diabetes. J Clin Invest. 2008;118:403-408. Aguilar Salinas CA, Cruz-Bautista I, Mehta R, et al. The ATP-Binding Cassette Transporter Subfamily A Member 1 (ABC-A1) and Type 2 Diabetes: An Association Beyond HDL Cholesterol. Current Diabetes Reviews. 2007;3:264-267. Aguilar Salinas CA. Descripción de

51.

52.

53.

54.

55.

56.

57.

58.

59.

la deficiencia de la proteína relacionada al receptor LDL tipo 6 (LRP6): implicaciones en la fisiopatologia de la diabetes tipo 2, la hipertensión arterial y la ateroesclerosis. Rev Invest Clin. 2007;59:4-7. Villarreal-Molina MT, Aguilar-Salinas CA, Rodríguez-Cruz M, et al. The ABCA1 R230C variant affects HDL cholesterol levels and body mass index in the Mexican Population: Association with obesity and obesity-related comorbidities. Diabetes. 2007;56:1881-1887. Villarreal-Molina MT, Flores Dorantes MT, Arellano Campos O, et al. Association of the ATP-Binding Cassette Transporter A1 R230C Variant With Early-Onset Type 2 Diabetes in a Mexican Population. Diabetes. 2008;57:509-513. Trucco M. Regeneration of the pancreatic beta cell. J Clin Invest 2005;115:5-12. Aulinger B, D'Alessio D. Glucagonlike peptide 1: continued advances, new targets and expanding promise as a model therapeutic. Curr Opin Endocrinol Diabetes Obes. 2007; 14:68-70. Kahn S, Haffner S, Heise M, et al. Glycemic durability of rosiglitazone, metformin or glyburide monotherapy. N Engl J Med. 2006;355:2427-2443. Zeggini E. A new era for type 2 diabetes genetics. Diabetic Med. 2007; 24:1181-1186. Kostner J, Permutt A, Nichols C. Diabetes and insulin secretion. The ATP-sensitive K+ channel connection. Diabetes. 2005;54:3065-3072. Tonjes A, Stumvoll M. The role of the Pro12Ala polymorphism in peroxisome proliferator-activated receptor gamma in diabetes risk. Cur Opin Clin Nutr Metab Care. 2007;10:410-414. Canizales-Quinteros S, Aguilar-Salinas CA, Ortiz-López MG, et al. Association of PPARG2 Pro12Ala variant with larger body mass index in

Referencias

Mestizo and Amerindian populations of Mexico. Hum Biol. 2007; 79:111-119. 60. Florez J. The new type 2 diabetes gene TCF7L2. Cur Opin Clin Nutr Metab Care. 2007;10:391-396. 61. Huertas-Vazquez A, Plaisier C, Weissglas-Volkov D, et al. TCF7L2 is associated with high serum triglycerides and differentially expressed in adipose tissue in families with familial combined hyperlipidemia. Diabetología. 2008;51:62-69. 62. Frayling T, Timpson N, Weedon M, et al. A common variant in the FTO gene is associated with body mass index and predisposes to childhood and adult obesity. Science. 2007; 316:889-894.

63. Horikawa Y. Calpain-10 as a susceptibility gene for common type 2 diabetes. Endocrine J. 2006;53:567-576. 64. Del Bosque Plata L, Aguilar Salinas CA, Tusie Luna MT, et al. Association of the calpain-10 gene with type 2 diabetes mellitas in a Mexican population. Mol Genet Metab. 2004;81:122-126. 65. Vaxillaire M, Froguel P. Genetic basis of maturity-onset diabetes of the young. Endocrinol Metab Clin N Am. 2006;35:371-384. 66. Love-Gregory L, Permutt A. HNF4A genetic variants: role in diabetes. Cur Opin Clin Nutr Metab Care. 2007;10:397-402. 67. Aguilar-Salinas CA, Reyes-Rodríguez E, Ordóñez-Sánchez ML, et al.

Early-Onset Type 2 Diabetes: Metabolic and Genetic Characterizarion in Mexican Population. J Clin Endoc Metab. 2001;86:220-226. 68. Trajkovski M, Mziaut H, Schwarz P, Solimena M. Genes of type 2 diabetes in beta cells. Endocrinol Metab Clin N Am. 2006;35:357-369. 69. Vilsboll T, Holst JJ. Incretins, insulin secretion and Type 2 diabetes mellitus. Diabetología. 2004; 47: 357-366. 70. Cobelli C, Toffolo GM, Dalia C, et al. Assessment of beta cell function in humans, simultaneously with insulin sensitivity and hepatic extraction, from intravenous and oral glucosa tests. Am J Physiol Endocrinol Metab. 2007;293:E1-E15.

89