Estudios in vitro de mecanismos de transporte y toxicidad de especies arsenicales a nivel intestinal
- Autores: Marta Calatayud Arroyo
- Directores de la Tesis: Vicenta Devesa Pérez (dir. tes.), Dinoraz Vélez Pacios (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat de València ( España ) en 2013
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Patricio Aller Tresguerres (presid.), Ana Polache Vengut (secret.), Ana María Cameán Fernández (voc.)
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- Resumen
El arsénico es un metaloide ampliamente distribuido en el medioambiente, del cual existen numerosas formas químicas con características toxicológicas muy diferentes. En la actualidad, las formas inorgánicas son la que mayor interés despiertan, ya que se consideran carcinogénicas para el hombre. Se estima que alrededor de 140 millones de personas están afectadas por consumo de agua contaminada con niveles de arsénico que superan los máximos recomendados por la Organización Mundial de la Salud (10 µg/L). Los problemas de salud derivados de la exposición a este contaminante alcanzan gran magnitud en ciertas áreas geográficas de India, Bangladesh y Argentina, donde por características geológicas de los terrenos el contenido de arsénico en los acuíferos subterráneos es elevado. La principal forma de arsénico presente en el agua de bebida es el As(V). En la presente tesis se ha corroborado que previamente a la ingesta del arsénico (procesado de los alimentos por remojo y cocción) y durante su paso a través del tracto gastrointestinal, la matriz alimentaria modifica la forma química del arsénico, dando lugar a otras especies de mayor toxicidad. Adicionalmente se ha evidenciado por primera vez la capacidad de metabolizar el arsénico inorgánico por células del epitelio intestinal, indicando que en los estudios sobre el metabolismo presistémico del arsénico inorgánico, que hasta el momento sólo consideraban el metabolismo hepático, habría que incluir las transformaciones asociadas al metabolismo intestinal. La presencia de distintos compuestos habitualmente presentes en el lumen, tales como GSH y vitamina B12, afectan a los patrones de metabolismo. Todas estas modificaciones en las formas químicas del arsénico que se ingieren con agua o alimentos contaminados amplían la complejidad en la evaluación del riesgo asociado al consumo de este metaloide. En esta tesis se ha evidenciado que las transformaciones presistémicas del arsénico pueden influir en su absorción por el epitelio intestinal, ya que las formas trivalentes se absorben con mayor facilidad que las pentavalentes por las células Caco-2 utilizadas como modelo in vitro. Asimismo se han identificado distintas vías de asimilación, poniendo de manifiesto que la ruta paracelular tiene una gran participación en la absorción intestinal de la mayoría de formas arsenicales, con excepción del MMA(III) y DMA(III). A pesar de ello, la presencia combinada de transporte transcelular y paracelular parece estar presente en la mayoría de especies arsenicales. Por otra parte, la influencia del pH en la captación de As(V) y DMA(V) indica su posible absorción en las zonas proximales del intestino. Se han estudiado con más detalle los mecanismos de captación celular del arsénico inorgánico, al tratarse de la especie mayoritaria en agua de bebida, principal fuente de exposición a este tóxico. Se ha evidenciado la multiplicidad de transportadores implicados en este proceso [As(III): AQ10, OATPB, GLUT5; As(V): NaPiIIb]. Así mismo se han puesto de manifiesto modificaciones de los patrones de expresión génica de estos y otros transportadores presentes a nivel intestinal que participan en la absorción de sustancias esenciales y en los procesos de detoxificación celular. Considerando la complejidad celular existente en el intestino, en esta tesis se ha evaluado la influencia de modelos celulares mixtos entre células epiteliales absortivas (Caco-2) y células secretoras de mucus (HT29-MTX) sobre la captación y transporte de especies arsenicales. El cambio en la estructura de las uniones estrechas y la presencia de mucus en la monocapa celular mixta, influyen significativamente en el transporte de la mayoría de las especies arsenicales estudiadas, con excepción del As(III). La absorción de las especies pentavalentes se ve incrementada por la mayor apertura de las uniones estrechas en este modelo. Por el contrario la permeabilidad de las formas metiladas trivalentes se reduce debido a la presencia de mucus, aspecto que evidencia la importancia de este mecanismo de defensa frente a especies arsenicales altamente reactivas y tóxicas. Todo ello apunta a la importancia del modelo celular empleado en los estudios sobre la absorción in vitro de arsénico. Así mismo las distintas transformaciones descritas tienen consecuencias a nivel toxicológico, ya que como se ha evidenciado en la presente tesis, la toxicidad de las formas arsenicales es variable, siendo baja para las formas pentavalentes a los niveles que pueden presentarse en el agua de bebida y muy superior para las formas trivalentes. El mecanismo por el cual las distintas formas arsenicales inducen toxicidad parece tener un factor común, que es la generación de especies reactivas de oxígeno, con un desbalance en las defensas antioxidantes celulares que depende de la especie y de la concentración (descenso del GSH, modificación de la actividad de enzimas catalasa y glutatión peroxidada, cambios en la expresión génica de metalotioneínas y proteínas de choque térmico). Sin embargo, los mecanismos de muerte celular varían entre especies, indicando diferencias en los procesos de toxicidad. Adicionalmente, se ha puesto de manifiesto que el arsénico inorgánico trivalente es capaz de causar una desestructuración del citoesqueleto celular formado por actina filamentosa. La estrecha relación entre los procesos derivados del estrés oxidativo y los procesos inflamatorios es de especial importancia a nivel entérico, donde los procesos asociados a la inflamación y la respuesta inmune están en continua regulación para mantener la homeostasis intestinal. En esta tesis se pone de manifiesto que las formas arsenicales trivalentes inducen la liberación de citoquinas proinflamatorias en los sistemas in vitro formados por monocultivos de células Caco-2 o por cocultivos de Caco-2/PBMC, indicando que tanto el arsénico inorgánico ingerido como las formas derivadas del metabolismo o transformaciones intestinales son capaces de inducir una respuesta proinflamatoria. La presencia adicional de un agente inmunógeno como el lipopolisacárido de Salmonella enterica var. typhymurium, aumenta la respuesta del arsénico, especialmente del As(III), indicando que en lugares donde ambos factores (arsénico + contaminación bacteriana) coexisten en agua de bebida, pueden generarse importantes respuestas inflamatorias a nivel intestinal, cuyas consecuencias deberían ser estudiadas en profundidad, especialmente en niños, cuyo sistema inmune está en desarrollo y por tanto la susceptibilidad y efectos de estos procesos inflamatorios intestinales pueden ser más graves. La inducción de estrés oxidativo, junto con los efectos proinflamatorios y los cambios en la estructura del citoesqueleto celular en células Caco-2 expuestas a distintas formas arsenicales afecta a la permeabilidad paracelular del epitelio, indicando que este tóxico puede alterar la funcionalidad del epitelio como barrera frente a agentes externos.
