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La transferrina es una importante proteína plasmática involucrada en el transporte de hierro. Antes de comentarla así como varias otras proteínas involucradas en la homeostasis del hierro, se describirán ciertos aspectos del hierro y su metabolismo.
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El hierro es importante en el cuerpo humano porque se encuentra en muchas hemoproteínas, como hemoglobina, mioglobina y los citocromos (incluso el grupo de enzimas citocromo P450). Un varón adulto normal, de 70 kg de peso, tiene 3 a 4 g de hierro en su organismo, cuya distribución se muestra en el cuadro 50-3. En circunstancias normales, el cuerpo guarda celosamente su contenido de hierro. Un varón adulto sano pierde sólo alrededor de 1 mg/día, que es remplazado mediante absorción desde el intestino. Las premenopáusicas requieren casi 1.5 mg/día, y están más propensas a presentar estados de deficiencia de hierro debido a pérdida de sangre durante la menstruación.
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El hierro de la dieta se absorbe en el duodeno
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El hierro es ingerido en la dieta sea como hierro no hem o como hierro hem. La absorción de hierro por enterocitos de la parte proximal del duodeno es un proceso altamente regulado (figura 50-4). El hierro inorgánico de la dieta, en estado férrico (Fe3+) es reducido a su forma ferrosa (Fe2+) por una reductasa unida a la membrana del borde en cepillo, el citocromo b duodenal (Dcytb). La vitamina C, el ácido gástrico y varios otros agentes reductores presentes en los alimentos también pueden favorecer la reducción de hierro férrico a hierro ferroso. La transferencia de hierro a través de la membrana apical de los enterocitos se logra mediante el transportador de metal divalente 1 (DMT1 o SLC11A2). El DMT1 es relativamente inespecífico y puede estar también involucrado en el transporte de otros cationes divalentes, como Mn2+, Co2+, Zn2+, Cu2+ y Pb2+. Una vez dentro de los enterocitos, el hierro puede ser almacenado como ferritina o puede ser transferido a través de la membrana basolateral hacia la circulación por la proteína exportadora de hierro, ferroportina o proteína regulada por hierro 1 (IREG1 o SLC40A1). Este proceso ocurre conjuntamente con la hefaestina, una ferroxidasa que contiene cobre homóloga a la ceruloplasmina, que oxida Fe2+ hacia Fe3+. El hierro es transportado en el plasma en la forma de Fe3+ por la proteína de transporte, transferrina. El hierro excesivo que se almacena en los enterocitos como ferritina se pierde cuando los enterocitos se desprenden hacia la luz del intestino.
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El hierro hem en la dieta es captado por enterocitos por mecanismos independientes de los involucrados en la captación de hierro inorgánico de la dieta. El hem en los enterocitos es desintegrado por la hem oxidasa (HO; cap. 31) para liberar hierro, que es almacenado como ferritina o transportado hacia la circulación por la ferroportina.
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La transferrina transporta hierro hacia sitios donde se necesita
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El hierro libre es en extremo tóxico debido a su capacidad para catalizar la formación de radicales libres de oxígeno perjudiciales, por medio de la reacción de Fenton (figura 50-5). En sistemas biológicos, el hierro siempre está unido a proteínas para limitar la generación de radicales tóxicos. En el plasma, el hierro se encuentra estrechamente unido a la proteína plasmática, transferrina (Tf), que desempeña un papel fundamental en el transporte de hierro por todo el cuerpo hacia sitios donde se necesita. Es una globulina β1 con una masa molecular de aproximadamente 76 kDa. Es una glucoproteína y se sintetiza en el hígado. Transporta hierro en la circulación hacia sitios donde se requiere (p. ej., la médula ósea). Tiene dos sitios de unión de afinidad alta para hierro Fe3+. La transferrina, cuando está unida a dos átomos de hierro, se llama holotransferrina (Tf-Fe). La concentración de Tf en el plasma es de aproximadamente 300 mg/dl. Esta cantidad de transferrina puede unirse a un total de alrededor de 300 μg de hierro (por decilitro de plasma). Esto representa la capacidad total de unión a hierro (TIBC) del plasma. En circunstancias normales, la transferrina está saturada alrededor de 30% con hierro. La saturación de transferrina disminuye a menos de 16% durante deficiencia grave de hierro, y puede aumentar a más de 45% en estados de sobrecarga de hierro.
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La glucosilación de la transferrina está alterada en trastornos congénitos de la glucosilación (cap. 47) y en pacientes con alcoholismo crónico, lo que da lugar a incremento de la concentración circulante de transferrina deficiente en carbohidrato (CDT). La CDT puede medirse mediante enfoque isoeléctrico (IEF), y se usa como un marcador de alcoholismo crónico.
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El ciclo de la transferrina ayuda a la captación celular de hierro
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El receptor de transferrina 1 (TfR1) está presente sobre la superficie de casi todas las células, en especial precursores eritroides en la médula ósea. La transferrina se une a estos receptores y es internalizada mediante endocitosis mediada por receptor (de modo similar a los receptores de LDL descritos en el cap. 25). El pH ácido dentro del endosoma tardío hace que el hierro se disocie de la transferrina (Tf). El hierro disociado abandona el endosoma por medio del DMT1 para entrar al citoplasma. A diferencia del componente proteínico de la LDL, la apoTf (Tf sin hierro unido a ella) no es degradada dentro del endosoma. En lugar de eso, permanece asociada con su receptor y regresa a la membrana plasmática. A continuación puede disociarse de su receptor, volver a entrar al plasma y captar más hierro para ser llevado a las células. Esto se llama ciclo de la transferrina (figura 50-6).
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El receptor de transferrina 2 (TfR2) se expresa principalmente en la superficie de hepatocitos, y en las células de las criptas del intestino delgado. Tiene afinidad baja por la Tf-Fe, y no parece estar involucrado en la captación de hierro por células. Desempeña un papel en la detección de reservas de hierro corporales en asociación con otras proteínas (véase más adelante).
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El hierro en eritrocitos senescentes es reciclado por macrófagos
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En circunstancias normales los eritrocitos tienen un lapso de vida de aproximadamente 120 días. Los eritrocitos senescentes o dañados son fagocitados por macrófagos del sistema reticuloendotelial (RES) presentes en el bazo y el hígado. Alrededor de 200 mil millones de eritrocitos (en aproximadamente 40 ml de sangre) son catabolizados cada día de esta manera. Dentro del macrófago, el hem derivado de hemoglobina es desintegrado mediante la hem oxigenasa, lo cual lo convierte en biliverdina. Se liberan monóxido de carbono y hierro como subproductos. El hierro liberado a partir del hem es exportado desde la vesícula fagocítica en el macrófago por la NRAMP 1 (proteína de macrófago asociada con resistencia natural 1), un transportador homólogo al DMT1. Después es transportado hacia la circulación por medio de la ferroportina en la membrana plasmática del macrófago (figura 50-7). Por ende, la ferroportina desempeña un papel fundamental, no sólo en la absorción de hierro en el intestino, sino también en la liberación de hierro desde macrófagos. La ceruloplasmina (véase más adelante) es una proteína plasmática que contiene cobre, sintetizada en el hígado. Tiene actividad de ferroxidasa. La ceruloplasmina se requiere para la oxidación de Fe2+ hacia Fe3+. El Fe3+ a continuación es unido a transferrina en la sangre. El hierro liberado a partir de macrófagos de esta manera (alrededor de 25 mg por día) es reciclado y forma la principal fuente de hierro para el organismo. En comparación, la absorción intestinal de hierro contribuye con sólo 1 a 2 mg de las necesidades de hierro diarias del cuerpo.
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La ferritina almacena hierro en células
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En circunstancias normales, la ferritina almacena el hierro excesivo en diversos tejidos, y constituye alrededor de 1 g del contenido de hierro corporal total. La ferritina tiene una masa molecular de aproximadamente 440 kDa. Está compuesta de 24 subunidades, que rodean 3 000 a 4 500 átomos férricos. Las subunidades pueden ser de tipo H (pesado) o L (ligero). La subunidad H posee actividad de peroxidasa que se requiere para la carga de hierro de ferritina. La función de la subunidad L no se conoce con claridad, pero se propone que desempeña un papel en la nucleación de ferritina y la estabilidad de la misma. Normalmente hay una pequeña cantidad de ferritina en el plasma humano (50 a 200 μg/dl) proporcional a las reservas totales de hierro en el cuerpo. De este modo, se considera que la concentración plasmática de ferritina es un indicador de las reservas corporales de hierro. Sin embargo, se desconoce si la ferritina en el plasma se deriva de células dañadas o es secretada activamente por las células.
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La hemosiderina es una molécula poco definida, y parece ser una forma parcialmente degradada de ferritina que contiene hierro. Puede detectarse en tejidos, en condiciones de sobrecarga de hierro (hemosiderosis), mediante tinciones histológicas (p. ej., azul de Prusia).
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La homeostasis del hierro intracelular está estrechamente regulada
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Las síntesis de TfR1 y ferritina están recíprocamente enlazadas al contenido intracelular de hierro. Cuando la concentración de hierro es alta, se sintetiza ferritina para almacenar hierro y, puesto que no se requiere captación adicional de hierro, se inhibe la síntesis de TfR1. Por el contrario, cuando la concentración de hierro es baja, no se sintetiza ferritina, mientras que el TfR1 está a disposición para promover la captación de hierro a partir de transferrina en la sangre.
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Se han elucidado los mecanismos involucrados en la regulación de las síntesis de ferritina y TfR1 (figura 50-8). Esto se desencadena por regulación de la estabilidad de los mRNA que codifican para ferritina y TfR1. Dichos mRNA contienen elementos de respuesta al hierro (IRE) que forman asas en horquilla en sus regiones no traducidas (UTR) 5′ y 3′, respectivamente. Los IRE son unidos por proteínas reguladoras de hierro (IRP). Las IRP son sensibles a la concentración intracelular de hierro, y son inducidas por concentración baja. Sólo se unen a IRE cuando la concentración intracelular de hierro es baja. La unión de IRP al IRE en la UTR 3′ de mRNA que codifica para TfR1 estabiliza dicho mRNA, lo que aumenta la síntesis de TfR1 y la expresión del mismo sobre la superficie celular. Por otro lado, la unión de IRP al IRE en la UTR 5′ de mRNA que codifica para ferritina bloquea la traducción de esta última. De modo similar, en ausencia de unión de IRP a IRE (lo que sucede en presencia de concentración alta de hierro), se facilita la traducción de mRNA que codifica para ferritina, y el mRNA que codifica para TfR1 es rápidamente degradado. El resultado neto es que, cuando la concentración intracelular de hierro es alta, se sintetiza ferritina, no así TfR1, y cuando la concentración intracelular de hierro es baja, se sintetiza TfR1, no así ferritina. Éste es un ejemplo clásico de control de expresión de proteínas en el ámbito traduccional.
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La hepcidina es el principal regulador de la homeostasis sistémica de hierro
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La hepcidina es una proteína que se sabe que desempeña un papel fundamental en la homeostasis de hierro en el organismo. Se sintetiza en el hígado como una proteína precursora de 84 aminoácidos (prohepcidina). La prohepcidina es dividida para generar hepcidina bioactiva, que es un péptido de 25 aminoácidos. La hepcidina se une al exportador de hierro celular, ferroportina, y desencadena su internalización y degradación. Así, la hepcidina disminuye la absorción de hierro en el intestino (lo que produce un “bloqueo de mucosa”) y evita también el reciclado de hierro desde macrófagos (figura 50-9). Estos efectos dan lugar a una reducción de la concentración de hierro circulante (hipoferremia). Además, disminuye la transferencia placentaria de hierro (que no se muestra en la figura 50-9). Cuando la concentración plasmática de hierro es alta, aumenta la síntesis hepática de hepcidina, lo que disminuye la absorción de hierro y el reciclado del mismo por macrófagos. Sucede lo contrario cuando la concentración plasmática de hierro es baja.
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La expresión de hepcidina en el hígado es un proceso altamente regulado, muchos aspectos de aquélla todavía se están investigando. La expresión de hepcidina está regulada por la disponibilidad sistémica de hierro, la eritropoyesis, la inflamación y la hipoxia, entre otras señales. Estudios de pacientes con hemocromatosis hereditaria (descrita más adelante y en el caso 10 en el cap. 57) han proporcionado gran cantidad de información sobre la regulación de la hepcidina.
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Los hepatocitos tienen un “complejo detector de hierro” sobre su superficie. Hay varias proteínas que constituyen este complejo (figura 50-10); éstas incluyen la proteína HFE (que más comúnmente está mutada en la hemocromatosis hereditaria), TfR1, TfR2 y hemojuvelina (HJV). La proteína HFE es una molécula tipo complejo mayor de histocompatibilidad (MHC) clase 1, la cual se expresa sobre la superficie celular, unida a la β2-microglobulina (un componente de las moléculas del MHC clase 1, que no se muestra en la figura 50-10) y TfR1. La HFE se une al TfR1 en un sitio que se superpone con su sitio de unión para la holotransferrina (Tf-Fe). Por consiguiente, la Tf-Fe compite con la HFE por unión al TfR1. Cuando es desplazada del TfR1 por la Tf-Fe (lo que sucede cuando la concentración de Tf-Fe es alta), la HFE se une al TfR2, que también se expresa sobre la superficie de hepatocitos. El complejo de HFE-TfR2 es más estabilizado por unión a Tf-Fe. Este complejo desencadena una cascada de emisión de señales intracelular que finalmente da por resultado regulación ascendente de la expresión del gen que codifica para hepcidina (HAMP). Los papeles cruciales de la HFE, la HJV y el TfR2 en la regulación de la hepcidina se demuestran por el hecho de que todas las mutaciones en sus genes (como las mutaciones en HAMP) se caracterizan por concentración circulante baja de hepcidina y sobrecarga de hierro.
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Las proteínas morfogenéticas óseas (BMP), en especial la BMP6, desempeñan un papel importante en la regulación de la expresión basal de hepcidina. Las BMP actúan mediante mecanismos que son distintos de la HFE, pero hay considerable comunicación recíproca entre estas vías. La concentración de BMP está regulada por el hierro mediante mecanismos que todavía no se han elucidado por completo. La BMP se une a sus receptores de superficie celular (BMPR). Esta unión es facilitada por la HJV, que actúa como un correceptor de BMP. La activación del complejo de BMPR-HJV causa fosforilación de SMAD (proteínas emisoras de señales intracelulares) (figura 50-10), lo que después dará por resultado activación transcripcional de hepcidina.
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La concentración de hepcidina también está regulada por señales eritropoyéticas. Por ejemplo, se sabe que la concentración de hepcidina está regulada en dirección descendente en la talasemia β mayor, que se caracteriza por eritropoyesis ineficaz y sobrecarga de hierro. Recientemente, se ha mostrado que el factor de diferenciación del crecimiento 15 (GDF15) y la gastrulación torcida 1 (TWSG1) son moléculas cruciales secretadas por eritroblastos. Éstas producen regulación descendente de la expresión hepática de hepcidina en la talasemia β.
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Se sabe que la inflamación induce la expresión de hepcidina. La interleucina-6 (IL-6), una citocina inflamatoria, emite señales por medio de la vía JAK-STAT (cinasa Janus-transductor de señal y activador de la transcripción) para mediar este efecto (figura 50-10). La anemia que se asocia con inflamación crónica (anemia de la inflamación, o AI) probablemente se debe a regulación ascendente de hepcidina mediada por inflamación. La AI se manifiesta como una anemia microcítica, hipocrómica, resistente a los complementos de hierro. Además de los factores antes mencionados, también se sabe que la hipoxia induce hepcidina, y este efecto está mediado por estabilización de los factores inducibles por hipoxia 1 y 2 (HIF-1 y HIF-2).
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La deficiencia de hierro es altamente prevalente
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La deficiencia de hierro es en extremo común en muchas partes del mundo, especialmente en países en desarrollo. Hay varias causas para la deficiencia de hierro. La ingestión de hierro disminuida en la dieta y la malabsorción son las causas más comunes en países en desarrollo. Las mujeres premenopáusicas están más propensas a presentar deficiencia de hierro porque tienen requerimientos diarios más altos de este último debido a pérdida de sangre durante la menstruación. Las pérdidas crónicas de sangre, debidas a sangrado gastrointestinal o menstruación excesiva, también son causas comunes de deficiencia de hierro.
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La aparición de anemia por deficiencia de hierro progresa por tres etapas: balance negativo de hierro, eritropoyesis deficiente en hierro y, finalmente, anemia por deficiencia de hierro. El balance negativo de hierro es la etapa inicial, en la cual la absorción intestinal de hierro es insuficiente para satisfacer las demandas del organismo. Esto da lugar a movilización de las reservas corporales de hierro para satisfacer los requerimientos. Esto lleva a disminución progresiva de las reservas de hierro. A esta etapa, todos los análisis de laboratorio resultan normales, excepto por ferritina sérica baja, que, como se describió, es un marcador de las reservas corporales de hierro. Si persiste esta situación, las reservas de hierro se agotan, y la concentración sérica de ferritina disminuye por debajo de 15 μg/dl. En esta etapa, se observa aumento de la concentración de transferrina en sangre, lo que da lugar a un incremento de la TIBC. Empero, la saturación de transferrina disminuye, y puede caer por debajo de 20%. La síntesis de hemoglobina está alterada. Ésta es la etapa de eritropoyesis deficiente en hierro. Si la deficiencia de hierro no se corrige a esta etapa, la concentración de hemoglobina en la sangre empieza a disminuir gradualmente, lo que da lugar a la etapa final de anemia por deficiencia de hierro. Esta etapa se caracteriza por un cuadro sanguíneo hipocrómico, microcítico. Los pacientes típicamente se presentan con fatiga, palidez y reducción de la capacidad para hacer ejercicio. En el cuadro 50-4 se resumen los cambios en análisis de laboratorio comunes a diversas etapas de la aparición de anemia por deficiencia de hierro.
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La concentración de protoporfirina en los eritrocitos está aumentada cuando hay deficiencia de hierro. La presencia de protoporfirina en los eritrocitos refleja alteración de la incorporación de hierro hacia el anillo IX de la protoporfirina, catalizada por la ferroquelatasa. También se considera que la proteína receptora de transferrina sérica o el receptor de transferrina soluble (sTfR) es un marcador útil de deficiencia de hierro. En circunstancias normales, el TfR1 está altamente expresado en la superficie de células eritroides, y una cierta proporción es liberada hacia la circulación por división proteolítica. Esto se denomina sTfR. La concentración sérica aumentada de sTfR refleja incremento de la expresión de TfR1 sobre la superficie de células eritroides durante deficiencia de hierro. La estimación de la concentración sérica de sTfR es en especial útil para distinguir entre anemia debida a deficiencia de hierro y la que se debe a inflamación crónica. Está alta en la primera, y permanece dentro del rango de referencia en este último estado. La ferritina sérica no es útil en esta situación porque, al ser una proteína de fase aguda, aumenta durante la inflamación, incluso en presencia de anemia.
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La hemocromatosis hereditaria se caracteriza por sobrecarga de hierro
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Las condiciones de sobrecarga de hierro, también llamadas hemocromatosis, se caracterizan por absorción intestinal aumentada de hierro, lo que da por resultado incremento de las reservas corporales totales de hierro. El término hemosiderosis se usa para indicar la presencia de hierro teñible en los tejidos, que a menudo es un dato característico de los estados de sobrecarga de hierro.
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La sobrecarga de hierro puede ser hereditaria o secundaria (cuadro 50-5). La hemocromatosis hereditaria se origina más a menudo por mutaciones en el gen HFE. Formas más raras de esta enfermedad pueden surgir por mutaciones en los genes que codifican para hepcidina (HAMP), TfR2, HJV y ferroportina. La sobrecarga de hierro secundaria por lo general se asocia con eritropoyesis ineficaz, como se observa en los síndromes de talasemia. Las transfusiones de sangre repetidas también pueden dar lugar a sobrecarga progresiva de hierro. En el caso 10, capítulo 57, se comentan más detalles de las causas, la patogenia y las manifestaciones clínicas de la hemocromatosis hereditaria.
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La ceruloplasmina se une al cobre, y las concentraciones bajas de esta proteína plasmática muestran vínculo con enfermedad de Wilson
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La ceruloplasmina (~160 kDa) es una α2-globulina. Es de color azul debido a su alto contenido de cobre, y transporta 90% del cobre presente en el plasma. Cada molécula de ceruloplasmina se une a seis átomos de cobre de modo muy estrecho, de manera que el cobre no es fácilmente intercambiable. La albúmina transporta el otro ~10% del cobre plasmático, pero se une al metal de modo menos estrecho que la ceruloplasmina. De esta manera, la albúmina dona su cobre a los tejidos con mayor facilidad que la ceruloplasmina, y parece tener mayor importancia que esta última en el transporte de cobre en el organismo humano. La ceruloplasmina muestra una actividad de oxidasa dependiente de cobre, pero no se ha esclarecido su importancia fisiológica además de la posible participación en la oxidación de Fe2+ en la transferrina hacia Fe3+. La cantidad de ceruloplasmina en el plasma está disminuida en presencia de enfermedad del hígado; se encuentran cifras bajas en la enfermedad de Wilson (degeneración hepatolenticular), una enfermedad debida a metabolismo anormal del cobre. Para esclarecer la descripción de está enfermedad, primero se considerará el metabolismo del cobre en el cuerpo humano, y luego la enfermedad de Menkes, otra enfermedad que comprende metabolismo anormal del cobre.
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El cobre es un cofactor para ciertas enzimas
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El cobre es un oligoelemento esencial. Se requiere en la dieta porque es el cofactor metálico para diversas enzimas (cuadro 50-6). El cobre desempeña funciones importantes en la respiración celular (citocromo c oxidasa), la homeostasis del hierro (ceruloplasmina), la formación de melanina (tirosinasa), producción de neurotransmisor (diversas enzimas), síntesis de tejido conjuntivo (lisil oxidasa) y protección contra oxidantes (p. ej., superóxido dismutasa). Acepta y dona electrones, y participa en reacciones que incluyen dismutación, hidroxilación y oxigenación. De cualquier modo, el cobre excesivo puede originar problemas porque puede oxidar proteínas y lípidos, unirse a ácidos nucleicos, e incrementar la producción de radicales libres. Así, es importante que haya mecanismos que mantengan dentro de límites normales la cantidad de cobre en el organismo. El cuerpo del adulto normal contiene unos 100 mg de cobre, localizado en su mayor parte en el hueso, el hígado, los riñones y el músculo. La ingestión diaria de cobre es de alrededor de 2 a 4 mg; aproximadamente 50% se absorbe en el estómago y en la parte alta del intestino delgado, y el resto se excreta en las heces. El cobre se transporta hacia el hígado unido a albúmina, es captado por las células hepáticas, y parte de él se excreta en la bilis. El cobre también abandona el hígado fijo a ceruloplasmina, que se sintetiza en ese órgano.
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Las concentraciones hísticas de cobre y de algunos otros metales están reguladas en parte mediante metalotioneínas
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Las metalotioneínas son un grupo de proteínas pequeñas (alrededor de 6.5 kDa), que se encuentran en el citosol de las células, en especial del hígado, los riñones y el intestino. Tienen un alto contenido de cisteína, y pueden unirse a cobre, cinc, cadmio y mercurio. Los grupos SH de la cisteína participan en la unión de los metales. La ingestión aguda (p. ej., por medio de inyección) de cobre y de algunos otros metales aumenta la cantidad (inducción) de estas proteínas en los tejidos, al igual que la administración de ciertas hormonas o citocinas. Estas proteínas pueden funcionar para almacenar los metales anteriores en una forma no tóxica, y participan en su metabolismo general en el organismo. El secuestro de cobre también aminora la cantidad de este metal disponible para generar radicales libres.
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La enfermedad de Menkes se debe a mutaciones del gen que codifica para una ATPasa tipo P de unión a cobre
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La enfermedad de Menkes (enfermedad del pelo “ensortijado” o “acerado”) es un trastorno del metabolismo del cobre. Está ligada a X; afecta sólo a lactantes varones; daña el sistema nervioso, el tejido conjuntivo y la vasculatura, y regularmente es mortal durante la lactancia. Es importante el diagnóstico temprano, porque las inyecciones de cobre pueden ser eficaces si la enfermedad se trata con prontitud. En 1993 se informó que la base de la enfermedad de Menkes eran mutaciones del gen (el gen ATP7A) que codifica para una ATPasa tipo P de unión a cobre (la proteína ATP7A). Despierta interés que la enzima mostró similitud estructural con ciertas proteínas de unión a metal en microorganismos. Se cree que esta ATPasa se encarga de dirigir el flujo de salida de cobre desde las células. Cuando queda alterado por mutación, el cobre no se moviliza de manera normal desde el intestino, en el cual se acumula, al igual que en varias otras células y tejidos, de los cuales no puede salir. Pese a la acumulación de cobre, las actividades de muchas enzimas dependientes de cobre están reducidas, quizá debido a un defecto de su incorporación hacia las apoenzimas. El hígado normal expresa muy poco de la ATPasa, lo cual explica la ausencia de afección hepática en la enfermedad de Menkes. Esta investigación condujo a sugerir que el hígado podría contener una ATPasa de unión a cobre diferente, que podría participar en la causa de la enfermedad de Wilson. Como se describe más adelante, esto resultó ser así.
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La enfermedad de Wilson también se debe a mutaciones en un gen que codifica para una ATPasa tipo P de unión a cobre
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La enfermedad de Wilson es una enfermedad genética en la cual el cobre no se excreta en la bilis y se acumula en el hígado, el cerebro, los riñones y los eritrocitos. Puede considerarse una incapacidad para mantener un balance de cobre cercano a cero, lo que causa toxicosis por cobre. El incremento del cobre en las células hepáticas parece inhibir el acoplamiento del mismo a la apoceruloplasmina, y lleva a cifras bajas de ceruloplasmina en el plasma. Conforme se acumula el cobre, pueden sobrevenir anemia hemolítica, hepatopatía crónica (cirrosis, hepatitis), y un síndrome neurológico debido a acumulación de cobre en los ganglios basales y otros centros. Un dato clínico frecuente es el anillo de Kayser-Fleischer, un anillo de pigmento de color verde o dorado alrededor de la córnea debido a depósito de cobre en la membrana de Descemet. En el cuadro 50-7 se listan los principales análisis de laboratorio del metabolismo del cobre. Si se sospecha enfermedad de Wilson, debe realizarse una biopsia hepática; un valor de cobre en el hígado de más de 250 μg/g de peso seco, junto con una concentración plasmática de ceruloplasmina de menos de 20 mg/dl, es diagnóstica.
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La causa de la enfermedad de Wilson también se reveló en 1993, cuando se reportó que dependía de diversas mutaciones en un gen que codifica para una ATPasa tipo P de unión a cobre (proteína ATP7B). Se estima que el gen (ATP7B) codifica para una proteína de 1 411 aminoácidos, que es muy homóloga al producto del gen afectado en la enfermedad de Menkes. De un modo que aún no se explica por completo, una ATPasa no funcional suscita excreción defectuosa de cobre hacia la bilis, una disminución de la incorporación de cobre hacia apoceruloplasmina, y la acumulación de cobre en el hígado y después en otros órganos, como el cerebro. El tratamiento para enfermedad de Wilson consta de una dieta con bajo contenido de cobre, junto con administración de por vida de penicilamina, que produce quelación del cobre, se excreta en la orina y, de esta manera, elimina del cuerpo el exceso de este mineral.
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Otra enfermedad que comprende la ceruloplasmina es la aceruloplasminemia. En este trastorno genético, las cifras de ceruloplasmina son bajas y, por consiguiente, su actividad de ferroxidasa es muy deficiente. Lo anterior da pie a fracaso de la liberación de hierro desde las células y éste se acumula en ciertas células del cerebro, los hepatocitos, y las células de los islotes pancreáticos. Los afectados muestran signos neurológicos graves y tienen diabetes mellitus. El uso de un agente quelante o la administración de plasma o concentrado de ceruloplasmina puede resultar beneficioso.
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La deficiencia genética de α1-antiproteinasa (α1-antitripsina) se relaciona con enfisema y un tipo de enfermedad del hígado
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La α1-antiproteinasa (cerca de 52 kDa) se llamaba α1-antitripsina, y este nombre se retiene aquí. Es una proteína de una sola cadena, de 394 aminoácidos, que contiene tres cadenas de oligosacárido, y es el principal componente (>90%) de la fracción α1 del plasma humano. Se sintetiza en los hepatocitos y macrófagos, y es el principal inhibidor de la serina proteasa (serpina, o Pi) del plasma humano. Inhibe la tripsina, elastasa y algunas otras proteasas al formar complejos con ellas. Hay por lo menos 75 formas polimórficas, muchas de las cuales pueden separarse mediante electroforesis. El principal genotipo es el MM, y su producto fenotípico es PiM. Hay dos áreas de interés clínico en cuanto a la α1-antitripsina. Una deficiencia de esta proteína tiene una participación en ciertos casos (alrededor de 5%) de enfisema. Esto sucede principalmente en individuos con el genotipo ZZ, que sintetizan PiZ, y en heterocigotos para PiSZ, de los cuales ambos secretan mucho menos proteína que los individuos PiMM. Se secreta una cantidad considerablemente menor de esta proteína en comparación con PiM. Cuando la cantidad de α1-antitripsina es deficiente y los leucocitos polimorfonucleares aumentan en los pulmones (p. ej., durante neumonía), el individuo afectado carece de un mecanismo para restringir el daño proteolítico de los pulmones por proteasas como la elastasa (figura 50-11). Despierta considerable interés que una metionina particular (residuo 358) de la α-antitripsina participa en su unión a proteasas. El tabaquismo oxida esta metionina hacia sulfóxido de metionina y, de este modo, la inactiva. Como resultado, las moléculas afectadas de α1-antitripsina ya no neutralizan proteasas. Esto es en particular devastador en sujetos (p. ej., fenotipo PiZZ) que ya tienen concentraciones bajas de α1-antitripsina. El decremento adicional de esta última, desencadenado por fumar, ocasiona destrucción proteolítica incrementada del tejido pulmonar, lo que acelera la aparición de enfisema. La administración de α1-antitripsina por vía intravenosa (terapia de aumento) se ha empleado como un adjunto en el tratamiento de enfisema debido a deficiencia de α1-antitripsina. Se están haciendo intentos, usando las técnicas de ingeniería de proteínas, por reemplazar la metionina 358 por otro residuo que no quedaría sujeto a oxidación. Así, la α1-antitripsina “mutante” resultante proporcionaría protección contra proteasas durante un periodo mucho más prolongado que la α1-antitripsina natural. Se está intentando crear terapia génica para esta enfermedad. Un método es emplear un adenovirus (agente patógeno de las vías respiratorias) modificado en el cual se ha insertado el gen que codifica para α1-antitripsina, luego se introduciría en las vías respiratorias (p. ej., por medio de un aerosol), con la esperanza de que las células epiteliales pulmonares expresaran el gen y secretaran α1-antitripsina localmente. Experimentos en animales han indicado la viabilidad de este método.
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La deficiencia de α1-antitripsina también está implicada en un tipo de enfermedad del hígado (hepatopatía por deficiencia de α1-antitripsina). En esta enfermedad, moléculas del fenotipo ZZ se acumulan y se agregan en las cisternas del retículo endoplásmico de los hepatocitos. La agregación se debe a la formación de polímeros de α1-antitripsina mutante; los polímeros se forman por medio de una fuerte interacción entre un asa específica en una molécula y una hoja plegada β prominente en otra (polimerización de asa-hoja). Por mecanismos que no se entienden, sobreviene hepatitis con cirrosis consiguiente (acumulación de grandes cantidades de colágeno, lo que se traduce en fibrosis). Es posible que la administración de un péptido sintético que semeja la secuencia de asa pudiera inhibir la polimerización de asa-hoja. Las enfermedades como la deficiencia de α1-antitripsina, en la cual la enfermedad celular es causada principalmente por la presencia de agregados de formas aberrantes de proteínas individuales, se han denominado enfermedades conformacionales (cap. 46). Casi todas parecen deberse a la formación de hojas β por proteínas inestables desde el punto de vista conformacional, lo que a su vez lleva a la formación de agregados. Otros miembros de este grupo de enfermedades incluyen la de Alzheimer, la de Parkinson, y la de Huntington.
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Hoy, la enfermedad hepática grave por deficiencia de α1-antitripsina puede tratarse con buenos resultados mediante trasplante de hígado. En el futuro, tal vez se haga posible la introducción del gen que codifica para α1-antitripsina normal hacia hepatocitos, pero esto no detendría la producción de la proteína PiZ. En la figura 50-12 se presenta un esquema de la causa de esta enfermedad.
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La α2-macroglobulina neutraliza muchas proteasas y dirige ciertas citocinas hacia tejidos
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La α2-macroglobulina es una glucoproteína plasmática grande (720 kDa) constituida de cuatro subunidades idénticas de 180 kDa. Comprende 8 a 10% de la proteína plasmática total en seres humanos. Aproximadamente 10% del cinc en el plasma se transporta por medio de la α2-macroglobulina; el resto se transporta mediante la albúmina. La proteína se sintetiza en diversos tipos de célula, entre ellos monocitos, hepatocitos y astrocitos. Es el principal miembro de un grupo de proteínas plasmáticas que incluyen las proteínas del complemento C3 y C4. Estas proteínas contienen un enlace tiol éster cíclico interno (formado entre un residuo cisteína y uno glutamina, figura 50-13) y por esta razón se ha designado la familia de proteína plasmática tiol éster. Este enlace es muy reactivo y está involucrado en algunas de las acciones biológicas de la α2-macroglobulina.
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La α2-macroglobulina se une a muchas proteinasas y, por tanto, es un importante inhibidor panproteinasa. Los complejos de α2-macroglobulina-proteinasa se eliminan con rapidez del plasma por medio de un receptor localizado en muchos tipos de célula. Más aún, la α2-macroglobulina se une a muchas citocinas (factor de crecimiento derivado de plaquetas, TGF-β, etc.) y parece participar en la dirección de estas últimas hacia tejidos o células particulares. Una vez captadas por las células, las citocinas pueden disociarse de la α2-macroglobulina, y luego ejercer diversos efectos sobre el crecimiento y la función de la célula. La unión de proteinasas y citocinas por α2-macroglobulina comprende diferentes mecanismos que no se considerarán aquí.
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La amiloidosis ocurre por el depósito de proteínas o fragmentos de proteínas en diversos tejidos
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La amiloidosis es la acumulación de diversas proteínas fibrilares insolubles entre las células de los tejidos hasta un grado que afecta la función. La acumulación por lo general se debe a incremento de la producción de ciertas proteínas o acumulación de formas mutadas de otras proteínas (véase más adelante). Puede haber afección de uno o más órganos o tejidos, y el cuadro clínico depende de los sitios y la extensión del depósito de fibrillas de amiloide. Las fibrillas por lo general representan fragmentos proteolíticos de diversas proteínas plasmáticas, y poseen una estructura en hoja plegada β. El término “amiloidosis” es inadecuado, dado que originalmente se creyó que las fibrillas eran de naturaleza semejante al almidón.
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La amiloidosis ahora en general se clasifica como AX, donde A representa amiloidosis y X la proteína en las fibrillas. No obstante, este sistema no se usará aquí. En el cuadro 50-8 se muestra una clasificación simple de la amiloidosis. La amiloidosis primaria por lo general se debe a un trastorno de células plasmáticas monoclonal en el cual la proteína que se acumula es un fragmento de una cadena ligera (véase más adelante) de una inmunoglobulina. La amiloidosis secundaria regularmente sucede como consecuencia de infecciones crónicas o cáncer, y se debe a acumulación de productos de degradación de amiloide sérico A (SAA). La síntesis aumentada de SAA ocurre en estados inflamatorios crónicos debido a cifras altas de ciertas citocinas inflamatorias que estimulan al hígado para que produzca más de esta proteína. La amiloidosis familiar depende de acumulación de formas mutadas de ciertas proteínas plasmáticas, en particular transtiretina (cuadro 50-2). Se han documentado más de 80 formas mutadas de esta proteína. Otras proteínas plasmáticas también pueden acumularse en otros tipos raros de amiloidosis familiar. En los pacientes que reciben diálisis crónica a largo plazo, puede acumularse la proteína plasmática β2-microglobulina, porque las membranas de diálisis la retienen en el plasma. Se cree que la acumulación de una proteína tipo amiloide es un factor crucial en la causa de la enfermedad de Alzheimer (caso 2, cap. 57). En total, al menos 20 proteínas diferentes han quedado implicadas en los distintos tipos de amiloidosis. Todavía no se han dilucidado los factores precisos que determinan el depósito de fragmentos proteolíticos en los tejidos. Las fibrillas de amiloide por lo general tienen vinculado un componente P, que se deriva del componente P de amiloide sérico, una proteína plasmática estrechamente relacionada con la proteína C reactiva. Los cortes de tejido que contienen fibrillas de amiloide interactúan con colorante rojo Congo y muestran notoria birrefringencia de color verde cuando se observan mediante microscopia polarizante. El depósito de amiloide sucede en sujetos que tienen diversos trastornos; si es posible, debe proporcionarse tratamiento del trastorno subyacente.
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En general, los métodos experimentales para el tratamiento de la amiloidosis pueden considerarse bajo tres encabezados: 1) los que previenen la producción de la proteína precursora; 2) los que estabilizan las estructuras de proteínas precursoras de modo que no se convierten en estructuras en hoja plegada β, y 3) los que desestabilizan fibrillas de amiloide de manera que vuelven a adoptar su conformación normal. Por ejemplo, al considerar el tercer método, varios ligandos pequeños se unen con avidez a fibrillas de amiloide. Por ejemplo, la antraciclina yodada se une de modo específico y con afinidad alta a todas las fibrillas de amiloide naturales, y promueve su desagregación in vitro. Otro método similar ha sido la creación del medicamento eprodisato. Las fibrillas de amiloide se unen a glucosaminoglucanos (cap. 48) en los tejidos. El eprodisato se une a los GAG y, de esta manera, altera la unión de las fibrillas a estas moléculas. Se espera que moléculas que afectan a cualquiera de los tres procesos que acaban de mencionarse resulten útiles en el tratamiento de la amiloidosis.