Carga obesogénica total efectiva: nuevo biomarcador de efecto combinado a obesógenos como factor de riesgo en obesidad

Resumen

Cada vez es mayor la prevalencia de sobrepeso y obesidad, además de otras enfermedades metabólicas como el síndrome metabólico (MetS), en el mundo. Este incremento continuo no puede ser debido a única causa, sino que todo apunta a que serían múltiples los factores de riesgo implicados. La hipótesis de los obesógenos ambientales sugiere que la exposición humana a compuestos químicos-disruptores endocrinos (EDCs)- "obesogénicos" puede interferir inadecuadamente en la homeostasis lipídica y el metabolismo y promover la adipogénesis, modificando las vías de señalización hormonal y neuronal, predisponiendo así a las personas expuestas a un aumento de la masa grasa y sobrepeso. Los obesógenos se definen como sustancias químicas capaces de aumentar la cantidad de adipocitos (hiperplasia), promover el almacenamiento de grasa en las células (hipertrofia), afectar a la diferenciación o función de los preadipocitos e iniciar y/o desregular el metabolismo basal y el aumento de peso. Los obesógenos también pueden actuar indirectamente alterando el equilibrio energético alterando las señales de apetito y saciedad, así como los mecanismos centrales que mantienen la respuesta del organismo a los cambios nutricionales diarios. Los EDCs que no solo aumentan la masa de tejido adiposo, sino que también provocan otras disfunciones metabólicas, son conocidos como sustancias químicas disruptoras del metabolismo. La lista de sustancias químicas con potencial obesogénico no ha dejado de crecer en los últimos años, y los seres humanos están expuestos a esta multitud de compuestos desde diversas fuentes. Los desarrollos actuales en epidemiología ambiental y evaluación de riesgos toxicológicos son inadecuados e insatisfactorios para evaluar la exposición a múltiples EDCs obesogénicos, y para conocer su impacto en el desarrollo y la salud humana. Aunque ha habido algunos intentos de considerar el efecto combinado de varias sustancias químicas pertenecientes a la misma familia química, los métodos disponibles hasta ahora para cuantificar el efecto combinado de la exposición a múltiples residuos siguen siendo escasos, no están totalmente validados ni son concluyentes. Teniendo en cuenta todo lo anterior, la hipótesis de partida de esta Tesis Doctoral Internacional fue que la exposición a mezclas de EDCs constituye un factor de riesgo para la obesidad, y que el desarrollo de metodologías basadas en la medición del efecto combinado de múltiples EDCs obesogénicos almacenados en el tejido adiposo humano, mediante ensayos in vitro, serviría como biomarcador del efecto combinado en enfermedades metabólicas. Así pues, el objetivo principal de esta Tesis Doctoral Internacional es investigar la exposición humana a varios EDCs, con actividad obesogénica, analizando tanto la presencia de estos contaminantes en en el tejido adiposo humano, como el efecto individual y combinado de estos contaminantes, mediante el desarrollo de biomarcadores in vitro, que pudieran ser utilizados como marcadores de riesgo de obesidad y otras enfermedades metabólicas. Los objetivos específicos definidos para este fin fueron los siguientes 1. Desarrollar y validar un modelo in vitro de células madre mesenquimales humanas para evaluar el efecto de EDC obesogénicos. Esta herramienta podría servir para comparar la potencia de diferentes obesógenos, así como para identificar nuevos compuestos con actividad obesogénica. 2. Profundizar en el conocimiento de los mecanismos y vías de señalización a través de los cuales los obesógenos-EDCs contribuyen a un fenotipo obesogénico (analizando la expresión génica y proteica de marcadores adipogénicos específicos (PPARγ, C/EBPα, LPL y FABP4). 3. Estudiar mezclas ad hoc de sustancias químicas ambientales sobre el proceso de adipogénesis, investigando la posibilidad de efectos sinérgicos, aditivos o incluso antagónicos de los componentes individuales. 4. Evaluar la exposición a obesógenos en muestras de tejido adiposo de pacientes adultos hospitalizados en el sur de España, con peso normal y obesidad e investigar la relación entre las concentraciones acumuladas en tejido adiposo y el riesgo de diagnóstico clínico de MetS. 5. Evaluar el biomarcador de carga total desarrollado ("O-Screen") en muestras de tejido adiposo de pacientes adultos con peso normal y obesidad e investigar su posible asociación con la obesidad y otros trastornos metabólicos. Para dar respuesta a los tres primeros objetivos se utilizaron células hASCs (células madre derivadas del tejido adiposo humano) in vitro que se expusieron a diferentes concentraciones de bisfenol-F (BPF) y bisfenol-S (BPS) y bisfenol-A (BPA) (0,01-25 µM), de manera individual y combinada (mezcla equimolar de los tres bisfenoles), durante 7 y 14 días de diferenciación adipocitaria. Se investigó el efecto de la exposición sobre la acumulación lipídica y la adipogénesis (tinción Oil Red O, ORO), además de la expresión génica (mRNA) y proteica (western blot, WB) de los marcadores lipogénicos PPARγ, C/EBPα, LPL y FABP4. En el estudio epidemiológico se investigó la exposición real de la población a EDCs persistentes empleando para ello la matriz biológica por la que tienen más apetencia, el tejido adiposo; de forma particular se seleccionó el tejido adiposo visceral, por ser éste el tejido asociado con un mayor riesgo de enfermedades metabólicas. Se evaluó también las posibles asociaciones entre los contaminantes y el diagnóstico clínico de MetS, utilizando tanto la información de biomarcadores de exposición como de los biomarcadores de efecto clínicos disponibles para la población de estudio. Los principales resultados de esta tesis doctoral son los siguientes: Artículo #1 (Reina-Pérez et al., 2021): La exposición de células hASCs a BPF y BPS promueve la adipogénesis como se comprueba al alterar la programación del desarrollo de los adipocitos y aumentar la acumulación de lípidos intracelulares. De forma particular, la exposición celular con BPF, a concentraciones de 10 o 25M durante 7 o 14 días, potencia la diferenciación de las células madre en adipocitos de manera dosis-dependiente, lo que se confirma al comprobar un incremento de la expresión de los genes adipogénicos seleccionados (PPARγ, C/EBPα, LPL y FABP4), así como de sus proteínas correspondientes. Se muestra por primera vez el potencial obesogénico de BPF sobre la diferenciación de adipocitos humanos, corroborando datos previos obtenidos en preadipocitos murinos. Artículo #2 (Reina-Pérez et al., 2022): La mezcla ternaria equimolar de los tres bisfenoles (BPF, BPS y BPA), interfiere en la programación de las células hASCs, aumentando su capacidad para diferenciarse en adipocitos. No obstante, el efecto obesogénico de la mezcla difirió del de los compuestos individuales, mostrando niveles de expresión génica mayores que los obtenidos para los componentes individuales de la misma. La exposición de las células resultó en un efecto dosis-dependiente en la acumulación lipídica, mientras que la expresión de los genes mostró una respuesta no monotónica, adoptando forma de U. Este trabajo es uno de pocos estudios in vitro que han investigado la actividad obesogénica combinada de mezclas de EDCs-obesógenos sobre la diferenciación adipogénica, la acumulación de lípidos, la expresión génica y la síntesis proteica, en un intento de emular situaciones de exposición real en población humana. Artículo #3 (Reina-Pérez et al., 2023): La población adulta española sigue expuesta a contaminantes ambientales persistentes (POPs), con niveles de plaguicidas organoclorados (OCPs) y bifenilos policlorados (PCBs) significativamente mayores en el grupo de pacientes estudiados con MetS (MetS+) respecto a los individuos sin este síndrome (MetS-). Se encontraron asociaciones positivas entre ciertos POPs y el diagnóstico clínico de MetS o de algunos de sus componentes. Concretamente, niveles más altos de HCB y γ-HCH se relacionan con niveles más altos de glucosa en ayunas, con una presión arterial más elevada y con un mayor riesgo de MetS, tanto en los modelos de regresión lineal como en los modelos logísticos ajustados por edad y sexo. La exposición de la mezcla de los 7 POPs encontrada en el tejido adiposo se asocia también de manera positiva y significativa con el riesgo de MetS. La creciente prevalencia del MetS en el mundo, hace necesaria la identificación de factores de riesgo prevenibles, así como el establecimiento de medidas de intervención para detener y revertir la progresión de este síndrome. Dentro de este contexto se enmarca la exposición a contaminantes ambientales-obesogénicos, que una vez identificados y entendido su papel en la génesis de la enfermedad, deberían ser regulados en sus usos y aplicaciones de forma más estricta. La participación de los profesionales clínicos en esta área de investigación será fundamental para acometer los desafíos de salud ambiental a los que hacemos y haremos frente con medidas preventivas.