Aproximaciones ómicas en la caracterización fenotípica de la lipotoxicidad renal en el síndrome metabólico
- Autores: Alejandro Borja Lanzón García
- Directores de la Tesis: Maria Gema Medina Gomez (dir. tes.), Francisco Javier Rupérez Pascualena (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad Rey Juan Carlos ( España ) en 2022
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Antonio Vidal Puig (presid.), David Sanchez Infantes (secret.), Antonia García Fernandez (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ciencias de la Salud por la Universidad Rey Juan Carlos
- Materias:
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- Resumen
La obesidad se define por una acumulación anormal o excesiva de grasa que representa un riesgo para la salud. Su prevalencia se ha incrementado en dimensiones pandémicas en los últimos 50 años y aunque existen estrategias bien definidas para lograr su prevención, su incidencia continúa en constante crecimiento. En pacientes obesos se produce una acumulación elevada de lípidos que pueden depositarse de forma ectópica en otros órganos o tejidos como el hígado, páncreas, corazón o el riñón. Existe la hipótesis de que este fenómeno conocido como lipotoxicidad es responsable de algunos de los efectos deletéreos producidos por la obesidad, por lo que podríamos decir que esta enfermedad es uno de los principales responsables junto con la diabetes en la aparición y el desarrollo de la enfermedad renal crónica (ERC). La obesidad está asociada a un declive en la filtración glomerular y con la aparición de la proteinuria, los principales parámetros clínicos utilizados en el diagnóstico de la ERC. La mayoría de los pacientes con ERC no están diagnosticados, especialmente aquellos que presentan otras comorbilidades. Tampoco existen biomarcadores fiables para la detección precoz de la ERC y de rutina no se realizan biopsias en este perfil de pacientes, por lo que es imperativo encontrar biomarcadores para mejorar el diagnóstico de la ERC e iniciar lo antes posible un tratamiento que ayude a prevenir el desarrollo y/o progresión de esta patología.
Nuestro objetivo en esta memoria fue dilucidar, mediante el uso de técnicas ómicas, los mecanismos subyacentes que aparecen durante la ERC asociada a obesidad y detectar los cambios metabólicos que son consecuencia del daño renal y proponer biomarcadores que permitan una detección precoz de la ERC asociada a esta enfermedad. Para ello utilizamos un modelo murino y pacientes con ERC. En el modelo murino se utilizaron animales C57/Bl6J heterocigotos con deleción global para el gen Tgfβ3 de cuatro meses de edad a los que sometimos a dos dietas; una dieta control y una dieta con grasas trans hidrogenadas de origen vegetal. Se estudiaron los efectos deletéreos de la deleción de Tgfβ3 y de las grasas trans en los perfiles metabólicos y lipídicos renales de estos animales. En la línea de investigación con humanos, se realizó un estudio en el que identificamos las alteraciones que el daño renal promueve en el metaboloma del suero y la orina de los pacientes con daño renal y obesidad severa frente a una cohorte de pacientes con obesidad severa sin daño renal. Posteriormente, se estudió el impacto de la cirugía bariátrica en el perfil lipídico y metabólico de los pacientes con daño renal después de someterse a la intervención clínica.
En ambas líneas de investigación evaluamos los cambios en el metaboloma y el lipidoma utilizando análisis de cromatografía de líquidos acoplado a espectrómetro de masas (LC-MS) y cromatografía de gases acoplada a espectrómetro de masas (GC-MS) en los riñones del modelo murino y LC-MS, cromatografía de gases de alta resolución acoplada a espectrómetro de masas (GC-HRAM-MS) y electroforesis capilar acoplada a espectrometría de masas (CE-MS) en el suero y la orina de los pacientes haciendo los tratamientos de datos necesarios para desvelar los metabolitos significativos en ausencia de hipótesis previas acerca de su significatividad.
Los resultados mostraron que la deleción parcial de Tgfβ3 produce un aumento en el contenido lipídico del riñón, específicamente en los lisofosfolípidos, especies implicadas en los procesos de remodelación de ácidos grasos, y en los triglicéridos de cadena corta, asociando el daño a un fenómeno de lipotoxicidad renal. El déficit de Tgfβ3 también promovió la alteración del ciclo de los ácidos tricarboxílicos y un aumento en adenosina y ácido oxálico, metabolitos que están relacionados con una filtración glomerular inadecuada, fibrosis y daño mitocondrial asociados con la progresión de la ERC. Los animales salvajes alimentados con la dieta trans presentaron un aumento en los plasmalógenos, lípidos implicados en los procesos de señalización, y un descenso en los triglicéridos, lípidos de almacenamiento, a nivel renal. Este descenso en el contenido lipídico de triglicéridos del riñón se vio agravado por efecto de la deleción parcial de Tgfβ3 que además origina un descenso en los plasmalógenos. La falta de Tgfβ3 en un ambiente obesogénico con la dieta trans promovió una disminución en taurina, un metabolito clave en el mantenimiento de la función renal. La dieta trans desreguló el metabolismo mitocondrial generando un incremento en ácido fumárico y málico, que podría asociarse a la hiperfiltración glomerular que presentaban estos animales. También se observó un aumento de adenosina y ácido oxálico, metabolitos asociados a la presencia de fibrosis, condición renal que fue empeorada por el déficit de Tgfβ3.
Los estudios con humanos desvelaron que los pacientes con obesidad severa y daño renal presentaban un lipidoma significativamente incrementado en triglicéridos, diglicéridos y fosfatidicolinas frente a los controles sin ERC en el análisis del suero. Asimismo, el análisis de los metabolitos polares del suero mostró cambios significativos en aminoácidos específicos, entre ellos isoleucina y tirosina, incrementados en los pacientes con ERC comparando con los sujetos sin daño renal. La cirugía bariátrica en los pacientes con obesidad severa y ERC mejoró el perfil lipídico de estos sujetos mostrando una disminución de los niveles de triglicéridos y diglicéridos, así como una reducción en los aminoácidos ramificados (BCAA), lisina, treonina, prolina y serina. Además, la intervención clínica eliminó la mayoría de las correlaciones en los pacientes con daño renal con creatinina, tasa de filtración glomerular estimada y proteinuria, parámetros clínicos asociados a la disfunción renal que presentaban estos pacientes. Con respecto al análisis metabolómico de la orina, el daño renal promovió un aumento en N-Acetilglutamina, valina y 5-Metiladenosina. Hay que destacar que la cirugía bariátrica no restauró todos los metabolitos, por lo que las especies que no se modificaron con la cirugía en suero y en orina se destacan como posibles biomarcadores para el diagnóstico precoz o la intervención terapéutica en la ERC. Dos lisofosfatidicolinas (LysoPC (18:0) y LysoPC (20:3)) y una fosfatidilcolina (PC (35:3)) en suero y N-Acetilglutamina, valina y 5-Metiladenosina en orina son los metabolitos que presentan la mayor capacidad discriminativa entre pacientes con obesidad severa con y sin ERC, y, por tanto, se podrían proponer como posibles biomarcadores para mejorar el diagnóstico de la patología. Los resultados obtenidos en la presente memoria justificarían el uso de los análisis metabolómicos por técnicas de espectrometría de masas en estudios de fenotipado metabólico tanto en modelos animales como en pacientes para descubrir otros metabolitos que pudieran actuar como biomarcadores complementarios de los perfiles metabólicos convencionales. Como mostramos en esta tesis, estos estudios de metabolómica y lipidómica también podría ser utilizados para validar posibles biomarcadores tempranos de ERC en pacientes con obesidad que fuesen útiles en el diagnóstico precoz de esta patología.
