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Enfermedad celiaca, inflamación y daño oxidativo

Mucosa inflamada del intestino delgado,  donde se observa la superficie aplanada (Flecha superior) y la presencia de pocas glándulas de Brunner (Flecha inferior)La enfermedad celiaca (CD, por sus siglas en inglés), una condición inflamatoria crónica común y heredable del intestino delgado, causada por la intolerancia permanente al gluten/gliadina (prolamina), está caracterizada por un complejo interjuego entre factores genéticos y ambientales. Las fracciones de prolamina en los granos de cereal (gliadina en trigo y proteínas similares solubles en alcohol en otros cereales, secalina en centeno, hordeína en cebada) son los estímulos ambientales responsables del desarrollo del daño intestinal asociado con CD.

La presentación clásica de CD como un desorden predominantemente pediátrico, está caracterizada por atrofia de las vellosidades del intestino delgado e hiperplasia de las criptas intestinales. Sin embargo, especialmente n pacientes con aparición como adultos, pude observarse también una arquitectura mucosa conservada, caracterizada por una densa infiltración linfocítica, sin atrofia vellosa o hiperplasia de las criptas.

Un interjuego entre las respuestas inmunes innata y adaptativa al gluten ingerido está involucrado en la CD. Los desarrollos en proteómica han proporcionado una importante contribución a la comprensión de los aspectos bioquímicos e inmunológicos así como a los mecanismos involucrados en la toxicidad de las prolaminas. Se ha demostrado que la secuencia de gliadina contiene regiones que juegan un papel especial en la patogénesis de CD, ejerciendo una actividad citotóxica o una actividad inmunomoduladora. Otras regiones disparan el estrés oxidativo e inducen la liberación de citocinas proinflamatorias. Como una consecuencia, la eliminación de gluten en la dieta (dieta libre de gluten o GDF, por sus siglas en inglés) resulta en una mejora clínica en los pacientes con CD.

Un estudio previo de asociación en todo el genoma (GWAS, por sus siglas en inglés) en la enfermedad celíaca demostró variantes de riesgo en la región del antígeno de leucocitos humanos (HLA, por sus siglas en inglés). Los alelos de riesgo HLA-DQ2 y HLA-DQ8 son necesarios, pero no suficientes, para el desarrollo de la enfermedad celiaca. Estudios recientes han mostrado que el 6% de las poblaciones europea y estadounidense no presentan estos alelos. Por lo tanto, deben investigarse otros genes de riesgo diferentes a los HLA.

Varios componentes dietarios ejercen papeles antiinflamatorios y antioxidantes y poseen un efecto protector en el epitelio intestinal, por lo que su adopción podría contribuir a preservar la integridad de la barrera intestinal y jugar un papel protector contra la toxicidad de los péptidos de gliadina en los sujetos con CD. En años recientes, la creación de los campos de la nutrigenómica y la nutrigenética ha permitido elucidar algunas interacciones entre la dieta, los nutrimentos y los genes.

Mecanismos moleculares en los efectos tóxicos del gluten

Usualmente las proteínas de los alimentos son degradadas en pequeños péptidos y aminoácidos por la acción de las peptidasas antes de ser transportados a través del epitelio. El alto contenido de prolina (Pro o P, como se le conoce) en la gliadina y proteínas similares del trigo y cereales relacionados, hace que estas proteínas sean resistentes a la digestión proteolítica completa en el intestino humano. Por lo tanto, oligopéptidos tóxicos con alta concentración de prolina y glutamina (Gln o Q, como se le conoce) son acumulados en el intestino delgado y pueden ejercer efectos tóxicos en los sujetos genéticamente susceptibles.

Diferentes péptidos de gluten están involucrados en el proceso de la CD. Estudios de modelado computarizado han demostrado que dos grupos de péptidos biológicamente activos se derivan de α-gliadina. El grupo de péptidos que contiene serina parece ser esencialmente citotóxico, mientras que el grupo que contiene tirosina tiene la capacidad de disparar las reacciones inmunológicas en los pacientes con CD. Ambos tipos de actividad en la enfermedad celiaca son posibles si hay una digestión defectuoso de los péptidos activos. En lo que concierne a los péptidos que contienen serina (Ser o S, como se le conoce), su actividad está ligada a la presencia de motivos PSQQ y QQQP. Las secuencias de péptidos que contienen tirosina (Tyr o Y, como se le conoce) tales como QQPY y/o QPYP están asociadas con actividad inmunológica y por tanto con la toxicidad. Algunos ejemplos de péptidos de α-gliadina que han sido ampliamente investigados son P31-43, P31-49, P44-55, P57-68, P57-89 y P63-76.

Efectos inmunomoduladores de los péptidos de gluten

Los péptidos ‘inmunogénicos’ como P57-68, P57-89 y P63-76 causan una respuesta adaptativa que procede a través de su enlace a HLA-DQ2 o HLA-DQ8 de las células que presentan el antígeno y la subsecuente estimulación de las células T. La presencia repetitiva de estos residuos los hace un sustrato preferido de la enzima transglutaminasa tisular (tTG, por sus siglas en inglés) cuya principal función es catalizar el entrecruzamiento covalente e irreversible de un residuo de glutamina en proteínas donadoras de glutamina con un residuo de lisina en las proteínas aceptoras de glutamina, lo que resulta en la formación de los complejos de péptido DQ-‘gluten’. Sin embargo, además de entrecruzar sus sustratos, tTG también puede hidrolizar la glutamina ligada al péptido en ácido glutámico ya sea a un pH menor o cuando no hay proteínas aceptoras disponibles, un proceso que deriva en un aumento en la inmunogenicidad de los péptidos de gluten.

Los complejos de péptido DQ-‘gluten’ activan células T colaboradoras restringidas a DQ2 o DQ8, que proliferan y producen principalmente citocinas tipo Th1, particularmente interferón-gamma (IFN-γ). La secreción de citocinas Th1 activa la liberación de enzimas tales como metaloproteinasas de matriz que pueden dañar la mucosa intestinal, con una pérdida de la estructura vellosa. Las citocinas Th1 incrementan la permeabilidad epitelial, lo que a su vez incrementará el paso de péptidos de gluten y en enlace del péptido a moléculas DQ2 y DQ8 en las células que presentan el antígeno, llevando a una retroalimentación crónica del proceso inflamatorio en tanto los péptidos de gluten estén presentes en el lumen intestinal.

Las interacciones entre los péptidos tóxicos de gluten y células específicas en la lamina propria tales como las células epiteliales, los macrófagos y las células dendríticas inducen una respuesta inmune innata por estimulación de la expresión de diferentes mediadores tales como interleucina 15 (IL-15) con el subsecuente incremento masivo de linfocitos intraepiteliales. Estos eventos contribuyen al daño de la matriz mucosa. En particular, IL-15, un mediador mayor de la respuesta inmune innata está involucrado en la proliferación de enterocitos de la cripta, una alteración temprana de la mucosa CD que causa hiperplasia de las criptas.

Citotoxicidad no inmune del gluten y efecto en el estrés oxidativo y la expresión génica

Además de los efectos ‘inmunogénicos’, los péptidos de gliadina pueden afectar directamente la estructura y funciones de la célula intestinal, como ya se ha demostrado in vitro en células cultivadas y en biopsias intestinales. Los efectos ejercidos por los ‘péptidos tóxicos’ P31-43. P31-49 y P44-55 han sido investigados principalmente, encontrándose que diversos mecanismos moleculares, estrictamente relacionados, parecen estar involucrados.

Efecto del gluten en el estrés oxidativo

Algunos péptidos de α-gliadina, en particular P31-43, poseen la habilidad de penetrar las células. Así, son internalizados por captura endocítica. La acumulación del péptido P31-43 en los lisosomas lleva a la activación de algunas rutas de transducción de señal y a un incremento en los niveles de radicales libres como las especies reactivas de oxígeno (ROS, por sus siglas en inglés) y las especies reactivas de nitrógeno (RNS, por sus siglas en inglés). Se ha asumido que el estrés oxidativo es uno de los mecanismos que pueden jugar un papel en la toxicidad de gliadina. Utilizando diferentes modelos celulares, se ha reportado que la exposición a gliadina se refleja en un desbalance oxidativo intracelular, caracterizado por un incremento en los niveles de productos de peroxidación de lípidos como 4-hidroxi-2(E)-nonenal (4-HNE), un incremento en la relación de glutatión oxidado (GSSG) contra glutatión reducido (GSH) y un decremento de los grupos sulfhidrilo ligados a proteína. Perturbaciones estructurales significativas de la membrana plasmática celular también han sido detectadas. El incremento en el daño oxidativo podría inducir alteraciones de la morfología celular, la proliferación celular, la apoptosis y la viabilidad celular.

La relación entre el daño oxidativo y las enfermedades celiacas está respaldada por varios estudios en células intestinales y células en circulación. Los niveles incrementados de prostaglandinas E2 (PGE2) se han demostrado en especímenes de biopsia de intestino delgado homogeneizadas, procedentes de pacientes con enfermedad celiaca activa, mientras que los niveles de enzima antioxidante glutatión peroxidasa y reductasa estuvieron disminuidos en biopsias de pacientes con enfermedad celiaca con los consecuentes niveles disminuidos de GSH. Varias investigaciones reportaron que las RNS tales como el óxido nítrico (NO) también juegan un importante papel en la patogénesis de la CD con un aumento en NO. La enzima óxido nítrico sintetasa inducible (iNOS, por sus siglas en inglés) es expresada constitutivamente en los enterocitos duodenales humanos; su actividad es incrementada en los pacientes con enfermedad celiaca sin tratar y es parcialmente corregida cuando los pacientes son tratados con una GFD.

Altos niveles de NO están presentes en el suero y orina de niños con enfermedad celiaca y se correlacionan con un incremento en la expresión de iNOS en el intestino delgado.

Un incremento en los marcadores de daño oxidativo de lípidos (substancias reactivas de ácido tiobarbitúrico e hidroperóxidos de lípidos), proteínas (grupos carbonilo) y ácido desoxirribonucleico (DNA, por sus siglas en inglés) se han demostrado en células intestinales y en fluidos biológicos de pacientes con CD, con respecto a los controles. Se han observado también cambios en las actividades de la vitamina E y en enzima antioxidante en células en circulación y plasma de pacientes. Un decremento en la expresión del ARN mensajero (mRNA, por sus siglas en inglés) de las enzimas antioxidantes y antiinflamatorias paraoxonasas 1 y 3 (PON1 y PON3) en una biopsia intestinal de pacientes celiacos. El decremento en las defensas antioxidantes puede comprometer la mucosa inflamada, haciéndola más susceptible al daño oxidativo al tejido, dificultando la recuperación de la mucosa y el retorno de la integridad de la capa celular epitelial.

Efecto del gluten en la expresión génica y su relación con el estrés oxidativo y la inflamación

Varios estudios han demostrado que los péptidos de gliadina son capaces de modular la expresión génica en varios modelos celulares. Los mayores niveles de ROS están involucrados en la menor degradación de tTG por el sistema ubiquitina-proteasoma, llevando así a un incremento en los niveles de proteína tTG en objetivos susceptibles como la mucosa celiaca. Una activación descontrolada del eje ROS-tTG inducido por P31-43 lleva a la inhibición de PPARγ con un trastorno del control apropiado de la inflamación.

Una inhibición de PPARγ en sujetos con CD se ha confirmado por análisis proteómico de biopsias duodenales de dichos sujetos. De hecho, el receptor de PPARγ producido por varios tipos celulares, incluyendo células epiteliales, regula negativamente la expresión de genes inflamatorios mediante ‘transrepresión’ de las respuestas inflamatorias y aún mediante modulación del estrés oxidativo. El incremento en la secreción de citocinas inflamatorias puede, a su vez, trastornar la permeabilidad intestinal y aumentar los efectos tóxicos de disparadores ambientales. Se ha hipotetizado que la inhibición de PPARγ puede contribuir también a la activación del factor nuclear potenciador de las cadenas ligeras kappa de las células B activadas (NF-κB). En la enfermedad celiaca, las citocinas proinflamatorias, las moléculas de adhesión y las enzimas cuya expresión génica es regulada por NF-κB están involucradas. La síntesis de NF-κB y otros factores de transcripción es dependiente también del estado redox intracelular y puede promover sinérgicamente la actividad transcripcional de genes proinflamatorios. En efecto, un incremento en la expresión de ciclooxigenasa-2 (COX-2), la actividad de fosfolipasa A2 citosólica (cPLA2, por sus siglas en inglés) y la liberación de IL-8 en el medio de cultivo se ha observado en células incubadas en presencia de péptidos de gliadina. Adicionalmente, en macrófagos RAW 264.7 (línea celular de macrófagos de monocito de ratón leucémico) estimulados con interferón gamma (IFN-γ), la gliadina incrementa la expresión génica de iNOS a través de un mecanismo que involucra a NF-κB y otros factores de transcripción como el factor regulador de interferón 1 (IRF-1, por sus siglas en inglés) y el transductor de señal y activador de transcripción 1 alfa (STAT-1α, por sus siglas en inglés).

Se ha observado un incremento en la expresión de varias citocinas en el epitelio de pacientes con enfermedad celiaca activa. Adicionalmente, como ya se ha mencionado, los pacientes con CD activa y aquellos en una dieta libre de gluten tienen niveles significativamente más altos de citocinas proinflamatorias en plasma, tales como IFN-γ, interleucina 1 beta (IL-1β), el factor de necrosis tumoral alfa (TNF-α, por sus siglas en inglés), IL-6 e IL-8, en comparación con los sujetos no celiacos.

La asociación entre gluten, estrés oxidativo, expresión génica e inflamación está soportada por estudios recientes. El análisis de la expresión génica en muestras de biopsia de intestino delgado de pacientes celiacos no tratados, utilizando micromatrices (microarrays) de ADN complementario (cDNA, por sus siglas en inglés) ha mostrado que aproximadamente 9 de 30 genes involucrados en la señalización y diferenciación celulares fueron modificados (ruta del receptor de tirosina quinasa, comenzando desde el receptor del factor de crecimiento epitelial) con respecto a las muestras control. Utilizando un modelo tridimensional de diferenciación de célula epitelial, se ha demostrado que la expresión de 29 genes es modificada luego de la reacción al gluten. Se ha propuesto que los 9 genes afectados están involucrados directa o indirectamente en la ruta de señalización del receptor intracelular del factor de crecimiento epidérmico (EGFR, por sus siglas en inglés). Por lo tanto se ha hipotetizado que el producto de gluten digerido por tripsina péptica y péptidos pequeños de gluten provocan las respuestas tipo EGF en las células epiteliales. La remoción del gluten de la dieta ingerida resultó en la reversión de la transcripción de 29 de los 30 genes en las muestras de biopsia del intestino delgado.

Genómica nutricional en la enfermedad celiaca

Varios componentes dietarios, incluyendo polifenoles, carotenoides y ácidos grasos, tienen el potencial de modular la predisposición a condiciones inflamatorias intestinales crónicas y pueden tener un papel en la terapia nutricional de la enfermedad celiaca. Estos componentes actúan a través de una variedad de mecanismos, incluyendo el decremento de la producción de mediadores inflamatorios a través de efectos en la señalización celular y la expresión génica, reduciendo la producción de oxidantes dañinos y promoviendo la función de la barrera intestinal y las respuestas antiinflamatorias.

Vitaminas antioxidantes

Las vitaminas C y E son capaces de modular las respuestas inmunes en varias maneras, incluyendo la modulación de la función de leucocitos y la proliferación de linfocitos. Estas vitaminas también ejercen actividad antioxidante y por tanto modulan el proceso inflamatorio. Se ha observado también una disminución de la activación de NF-κB con la consecuente menor liberación de citocinas proinflamatorias como IL-8 y el inhibidor de activador de plasminógeno 1 (PAI-1, por sus siglas en inglés) en presencia de vitamina E (particularmente γ-tocoferol).

Recientemente se ha reportado que la administración de vitamina C en un sistema de cultivo de la biopsia de mucosa de intestino delgado previene el aumento en la secreción de IFN-γ, TNF-α e IL-6 así como incrementos en la expresión de IL-15 disparados por gliadina, sugiriendo que la suplementación con vitamina C podría ser benéfica para los pacientes celiacos.

Fitoquímicos: polifenoles y carotenoides

Las frutas y verduras contienen varios polifenoles y carotenoides que producen distintos efectos biológicos en las células epiteliales intestinales. Los polifenoles y carotenoides ejercen actividades antioxidantes y antiinflamatorias. Una diana posible para estos compuestos parece ser la cascada de transducción de señal que lleva a la activación de factores de transcripción como NF-κB. Los flavonoides tienen actividad antiinflamatoria a través de varios mecanismos de acción de enzimas generadoras de eicosanoides como fosfolipasa A2, COX y lisil oxidasa (LOX), así como la inhibición de la inducción y expresión de iNOS en diferentes modelos celulares.

Los carotenoides también son capaces de inhibir la expresión de enzimas/proteínas asociadas a la inflamación, parcialmente por supresión de la activación de NF-κB, un efecto potencialmente mediado por la inhibición de diferentes proteína quinasas (por ejemplo, proteína quinasa activada por mitógeno o la quinasa regulada por señal extracelular) involucradas en la ruta de transducción de señal.

Otros autores han reportado que licopeno, quercetina y tirosol disminuyen la expresión génica de iNOS y COX-2 inducida por gliadina en macrófagos RAW 264.7 estimulados con IFN-γ. La inhibición de la expresión génica de iNOS y COX-2 ocurrió a nivel transcripcional al prevenir la activación de NF-κB, IRF-1 y STAT-1α y estuvo correlacionada con la inhibición de la generación de ROS inducida por gliadina e IFN-γ.

Flavonoides como epigalocatequina galato, genisteina, miricetina y quercetina también tienen un efecto protector en la función de barrera de la unión estrecha (TJ, por sus siglas en inglés) intestinal. Las TJ tienen papeles cruciales en al transporte paracelular de gluten así como en la función de barrera en el intestino. Los flavonoides disminuyen la disfunción de barrera de las TJ intestinales inducida por el estrés oxidativo y las citocinas inflamatorias. Se ha reportado que la quercetina mejora la función de barrera de las TJ intestinales a través del ensamble y expresión de las proteínas de la TJ. El cambio en el estatus de fosforilación es responsable del ensamble de proteínas de TJ mediado por quercetina.

Ácidos grasos

Los ácidos grasos pueden influir en la inflamación a través de una variedad de mecanismos, incluyendo la actuación vía receptores/sensores en la superficie celular e intracelulares que controlan los patrones de señalización celular y expresión génica inflamatorias. Los eicosanoides producidos por los ácido grasos ω-6 como el ácido araquidónico (AA) tienen un papel proinflamatorio. Por el contrario, los ácidos grasos ω-3 como el ácido eicosapentaenoico (EPA, por sus siglas en inglés) da lugar a eicosanoides con propiedades antiinflamatorias. Un ejemplo excelente de nutrigenómica es la influencia de los ácidos grasos ω-3 en la expresión génica; en particular, se ha reportado que los ácidos grasos ω-3 inhiben la activación del factor de transcripción NF-κB, con la subsecuente inhibición de la producción de citocinas proinflamatorias, mientras que, en contraste, los ácidos grasos saturados, especialmente el ácido laurico (12:0) aumenta la activación de NF-κB en macrófagos y células dendríticas.

El efecto de los ácidos grasos en la expresión génica podrían estar mediada también vía sensores o receptores de ácidos grasos tales como PPARγ. De hecho, los ácidos grasos poliinsaturados (PUFA, por sus siglas en inglés) y sus derivados son ligandos exógenos para PPARγ y se ha demostrado que el PPARγ inducido por PUFA está asociado con una reducción en la producción de citocinas proinflamatorias (TNF-α e IL-6)-

En cuanto concierne a la enfermedad celiaca se ha demostrado que la liberación de AA, dependiente de fosfolipasa A2 citosólica (cPLA2), de los linfocitos intraepiteliales después de la incubación con gliadina, contribuye a la citolisis de linfocitos y a la respuesta inmune que caracteriza a la enfermedad celiaca. Adicionalmente, utilizando una linea celular epitelial intestinal humana (Caco-2), expuesta a péptidos de gliadina, se ha demostrado que el ácido docosahexaenoico (DHA, por sus siglas en inglés), un PUFA ω-3 de cadena largo, es capaz de contrarrestar muchos de los efectos proinflamatorios del AA. En efecto, el DHA previno la liberación de AA, la expresión de ciclooxigenasa-2, la actividad de cPLA2 así como la liberación de prostaglandina E2 e IL-8 en el medio de cultivo, sugiriendo que el DHA inhibe la liberación de AA en estas células.

En resumen, la enfermedad celiaca está caracterizada por una compleja interacción entre factores genéticos y ambientales. El daño a la mucosa en los pacientes celiacos se considera como inducido por un interjuego entre respuestas inmunes innata y adaptativa al gluten ingerido. Los desarrollos en proteómica han proporcionado una importante contribución a la comprensión de los aspectos bioquímicos e inmunológicos así como a los mecanismos involucrados en la toxicidad de las prolaminas. La inflamación y el estrés oxidativo debidos a un incremento de las especies reactivas de oxígeno y un decremento en las defensas antioxidantes están involucrados en los mecanismos moleculares de la enfermedad celiaca. Esto a su vez lleva a la activación descontrolada de los factores de transcripción sensibles a redox y proinflamatorios NF-κB, la producción continua de ROS y RNS y el apoyo de la inflamación crónica.

Estudios previos han demostrado que varios nutrimentos ejercen efectos antioxidantes e influyen en la expresión génica, por lo que representan un enfoque útil para la intervención nutricional en los sujetos con CD, como se ha corroborado por recientes estudios in vitro que han demostrado que los fitonutrimentos (licopeno, quercetina, vitamina C y tirosol) protegen contra el efecto citotóxico de la gliadina. Un efecto protector también ha sido identificado en DHA.

Para darse cuenta cabal de la utilidad de la genómica nutricional como una herramienta para la terapia nutricional médica dirigida, se requiere mucha más investigación básica, extensos estudios epidemiológicos y pruebas clínicas de intervención controlada para confirmar si los ácidos grasos insaturados de cadena larga, las vitaminas antioxidantes, los polifenoles y carotenoides de plantas modulan la predisposición in vivo de las condiciones inflamatorias crónicas y por tanto tienen un papel en la terapia de la enfermedad celíaca.

La enfermedad celiaca es una condición inflamatoria crónica común y heredable del intestino delgado, causada por la intolerancia permanente al gluten/gliadina (prolamina)Subir

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