Alteraciones celulares aumentan la propensión de obesos y diabéticos a contraer infecciones

En un estudio realizado en Brasil, se identificaron modificaciones en los neutrófilos que serían responsables de la mayor susceptibilidad de estas personas ante la aparición de enfermedades infecciosas

Por Peter Moon  |  Agência FAPESP – Es sabido que las personas obesas y con diabetes mellitus tipo 2 son más propensas a contraer enfermedades infecciosas, pues ambos estados afectan al sistema inmunológico, lo que abre el camino hacia un mayor riesgo de sufrir infecciones. Pero lo que no se sabía era cuál sería el mecanismo inherente a esta merma de las defensas del sistema inmunológico en obesos y diabéticos. 

Ahora, en el marco de un estudio realizado en el Instituto de Ciencias Biomédicas de la Universidad de São Paulo (ICB-USP), en Brasil, se ha demostrado que la mayor propensión de obesos y diabéticos tipo 2 a contraer enfermedades infecciosas está relacionada con alteraciones en los neutrófilos, un tipo de leucocitos. Son células que forman parte del sistema inmunológico y de la respuesta inflamatoria, y son las primeras que reaccionan ante la presencia de un agente invasor en el organismo.

Este trabajo, cuyos resultados se publicaron en Scientific Reports, una revista del grupo Nature, es producto del proyecto doctoral del bioquímico Wilson Mitsuo Tatagiba Kuwabara y se realizó bajo la supervisión de la bióloga Tatiana Carolina Alba-Loureiro, actualmente en la Universidade Cruzeiro do Sul (Unicsul). 

Este estudio se realizó en el ICB-USP, en el antiguo laboratorio del profesor Rui Curi, quien actualmente trabaja en el Instituto Butantan y en la Unicsul. 

“El trabajo del Wilson Kuwabara tiene una gran relevancia, pues demuestra que las condiciones de resistencia a la insulina, lo que denominamos síndrome metabólico, están ligadas a una alteración importante en los neutrófilos. E indica también que esta alteración puede estar en el origen de la susceptibilidad que los obesos y los diabéticos tipo 2 muestran con relación a los procesos infecciosos", dijo Curi.

Kuwabara recuerda que hasta ahora no se conocía el mecanismo por el cual los obesos y los diabéticos se encuentran más vulnerables al agravamiento de las enfermedades infecciosas. “Encontramos la respuesta al investigar en los neutrófilos qué sucede con la proteína receptora de membrana TLR4 cuando ésta reconoce a la toxina LPS de los patógenos invasores”, dijo. 

Los receptores tipo Toll (del inglés toll-like receptors, o TLR) constituyen una familia de proteínas que forman parte de las células del sistema inmunológico. Un mecanismo que lleva a las células del sistema inmunológico a desarrollar una menor capacidad de combatir a los microorganismos es la activación perjudicada del TLR4. 

"El TLR4 es un receptor de membrana, es decir que existe en la membrana externa de la mayoría de las células del organismo. Pero su rol principal se activa en las células del sistema inmunológico. Al entrar en contacto con patógenos invasores, el TLR4 desencadena la respuesta inmunitaria del organismo", dijo Kuwabara.

El TLR4 se activa cuando entra en contacto con bacterias gramnegativas. Más específicamente, la activación del TLR4 se produce cuando éste reconoce en la membrana externa de las bacterias gramnegativas una toxina llamada lipopolisacárido (LPS). Cuando esto sucede, el TLR4 le indica al organismo que debe aumentar la producción de sustancias inflamatorias y ayuda así en el combate contra los microorganismos invasores. El LPS es una endotoxina soluble y puede también hallársela en el torrente sanguíneo de las personas infectadas.

Las bacterias gramnegativas se ubican entre las principales causas de enfermedades tales como la clamidiasis, la brucelosis, la salmonelosis, la meningitis, el cólera, la sífilis y la peste bubónica, entre muchas otras enfermedades infecciosas graves.

Este estudio formó parte del proyecto que contó con una ayuda regular de la FAPESP denominado “El rol de los neutrófilos en la respuesta inflamatoria ante la diabetes mellitus tipo 2. Un estudio de los mecanismos celulares y moleculares”, coordinado por la profesora Tatiana Alba-Loureiro, y también estuvo asociado al Proyecto Temático “Los mecanismos celulares y moleculares implicados en la resistencia a la insulina y en la inflamación en ratas Wistar obesas y Goto-Kakizaki delgadas. Causas y asociaciones con la dieta y el ejercicio físico”, coordinado por Curi.   

Kuwabara actualmente es posdoctorando en el ICB-USP  bajo la supervisión del profesor José Cipolla Neto y con beca de la FAPESP. 

Modelos experimentales

Para entender qué sucede con la activación del TLR4 en personas obesas y en diabéticos tipo 2, Kuwabara realizó experimentos con dos modelos experimentales distintos: con ratas del linaje Goto-Kakizaki y con ratas Wistar.

El linaje Goto-Kakizaki se seleccionó en Japón en la década de 1970 para el estudio de la diabetes. Las ratas Goto-Kakizaki presentan naturalmente todos los síntomas clásicos de la diabetes mellitus tipo 2, tales como resistencia a la insulina, hiperglucemia en ayuno, hiperinsulinemia y aumento de los niveles de triglicéridos y de colesterol plasmáticos. Estas ratas se importaron especialmente para el experimento realizado en el ICB-USP y son las únicas representantes del linaje Goto-Kakizaki en Brasil.

El segundo modelo del estudio se realizó con ratas Wistar, un linaje común utilizado en laboratorios. Éstas se alimentaron durante ocho semanas con una dieta rica en grasas (el 60% de la energía proveniente de grasa) o con una dieta de control. Se utilizaron al menos ocho animales en cada modelo del experimento.

Al cabo de las ocho semanas de dieta de engorde, las ratas Wistar estaban obesas, con acumulación de grasa hepática, intolerancia a la glucosa, resistencia a la insulina e inflamación.

A los efectos de evaluar la respuesta neutrofílica al LPS, se procedió a la instilación intratraqueal de LPS en las ratas de los modelos para obesidad y diabetes tipo 2. Se dispusieron cánulas en las tráqueas de cada una de las ratas y, con una jeringa, se les inyectó una solución con LPS directamente en sus pulmones.

Al cabo de seis horas, se sacrificó a las ratas para determinar la reacción del sistema inmunológico de cada grupo ante la instilación de LPS. En ese momento se extrajeron muestras de sangre de cada animal, como así también se efectuó un lavado broncoalveolar para la recolección de los neutrófilos de ese ambiente inflamatorio.

Para evaluar la respuesta de neutrófilos al LPS, se procedió al conteo de neutrófilos en el contenido del lavado broncoalveolar de los distintos grupos, como así también a la determinación de citocinas y quimiocinas, y se analizó la actividad de la enzima mieloperoxidasa (MPO), marcadora de la presencia de neutrófilos. 

Se constató que la instilación intratraqueal de LPS promovió la migración de neutrófilos hacia los pulmones. La cantidad de neutrófilos extraídos durante el lavado broncoalveolar fue menor en las ratas obesas y en las ratas Goto-Kakizaki que en el grupo de control. De igual modo, las ratas Goto-Kakizaki y las ratas obesas mostraron una menor actividad de MPO y menor producción de citocinas proinflamatorias en comparación con el grupo de control.

"Luego del estímulo con LPS, se observó una menor viabilidad en neutrófilos extraídos de las ratas Goto-Kakizaki. En comparación con la de los animales del grupo de control, los neutrófilos de la sangre de las ratas Goto-Kakizaki exhibieron una mayor tasa de muerte, representada por la pérdida de integridad de la membrana celular y el aumento del contenido de caspasa-3 escindida, la proteína que desencadena la muerte celular”, dijo Kuwabara. 

"Con relación a las ratas obesas, notamos que sus neutrófilos estaban más susceptibles a la muerte celular incluso cuando todavía se encontraban en la sangre, por ende, antes de migrar hacia los pulmones para combatir la inflamación que provocó la instilación de LPS", dijo.

El investigador explica que los datos demuestran que la respuesta al LPS de los neutrófilos de los grupos Goto-Kakizaki y obesos apareció perjudicada, es decir que son tolerantes al LPS. “Esta tolerancia puede ser la explicación de las mayores tasas de muerte en individuos obesos y diabéticos como consecuencia de infecciones por bacterias”, dijo Kuwabara.

La razón bioquímica

De acuerdo con el profesor Curi, este trabajo es importante, pues se logró demostrar que los neutrófilos de las ratas obesas y de las ratas diabéticas aparecen en un nivel más elevado de proceso inflamatorio. 

“De esta forma, cuando los neutrófilos entran en contacto con bacterias, no logran reaccionar con eficacia a tales agentes. Así es como se instala el proceso infeccioso”, dijo. 

El TLR4 es un receptor esencial para la respuesta inmunitaria innata, y la pérdida de su capacidad de activación compromete el proceso inflamatorio y la respuesta infecciosa. 

"Ahora conocemos la razón bioquímica por la cual los obesos y los diabéticos son más propensos a desarrollar enfermedades. Se hacen necesarios nuevos estudios para dilucidar por qué el TLR4 es inactivado en los neutrófilos como se ha descrito”, dijo Curi.

El artículo intitulado Obesity and Type 2 Diabetes mellitus induce lipopolysaccharide tolerance in rat neutrophils (doi: https://doi.org/10.1038/s41598-018-35809-2), de Wilson Mitsuo Tatagiba Kuwabara, Caroline Naomi Fukusawa Yokota, Rui Curi y Tatiana Carolina Alba-Loureiro, se encuentra publicado en el siguiente enlace: www.nature.com/articles/s41598-018-35809-2.