Función de los ácidos grasos en el tejido adiposo

El TA es el principal sitio de almacenamiento energético en los rumiantes y no rumiantes. Tiene la mayor tasa de actividad de síntesis de novo a partir de acetato y es el mayor punto de producción de ácido oleico a partir de ácido esteárico en rumiantes ³¹. Debido a su mencionada función de reserva energética en animales, se sabe que en rumiantes en restricción alimentaria o en la primera etapa de lactación, se movilizan grandes cantidades de TA para atender sus exigencias de energía para manutención y producción. La principal forma química de los lípidos en el TA de rumiantes es la de triglicéridos (TAG) ³².

El TA no trabaja aisladamente, sino que se encuentra metabólicamente asociado con el tejido hepático. En condiciones de restricción alimentaria, se produce liberación de AG a partir de la hidrólisis de TAG del TA y los AG liberados entran al sistema sanguíneo, donde el hígado los usa como fuente de energía o los convierte en cuerpos cetónicos, que son liberados al torrente sanguíneo para proporcionar energía a los tejidos ³¹. De esta forma, la funcionalidad de lípidos en el TA, gira en torno a la funcionalidad de los TAG y los AG. Lee et al. (2002) demostraron que la infusión ruminal de propionato incrementó la expresión de mRNA del receptor de peroxisoma-proliferador-activado gamma (PPARy) y de sus genes objetivo (lipoproteina lipasa (LPL), Acetil-CoA carboxilasa (ACC) y Ácido graso sintasa (FAS) en el tejido subcutáneo adiposo de ovinos, estimulando la biosíntesis de TA. También ha sido demostrado, que los AG de cadena media y corta interactúan con otros mecanismos bioquímicos, tales como la función señalizadora de la insulina, tal como sugirieron Hosseini et al. (2011) y Cincovic et al. (2017), al demostrar que la infusión ruminal de propionato incrementa la concentración sanguínea de insulina en bovinos lecheros.

La suplementación dietaria con AG de cadena larga, también tiene un impacto importante en el metabolismo y actividad del TA. Schmitt et al. (2011) demostraron que la suplementación con dietas ricas en AG de cadena larga (principalmente los ácidos palmítico y esteárico) o con fuentes ricas en aceites de pescado (ricos en los ácidos eicosapentaenóico (EPA) y docosahexaenóico (DHA)), alteró la expresión génica de PPAR- ү en tejido subcutáneo adiposo de bovinos lecheros durante el periodo de transición. Adicionalmente, la adición de aceite de pescado activó la expresión de la FAS, la Estearoil-CoA desaturasa (SCD), diacilglicerol O-aciltransferasa 2 (DGAT2) y Fosfatidato fosfatasa (PAP), las cuales participan en los procesos de biosíntesis de TAG. Por otro lado, Garcia-Rojas et al. (2010) demostraron que la suplementación con AG saturados de cadena larga aumentó la expresión génica de los activadores Proteína alfa potenciadora de unión a CCAAT (CEBPA), Receptor X retinoide alfa (RXRA), PPAR-ү, y la de las enzimas DGAT2 y SCD, no siendo observado este efecto, cuando se suplementó con aceite de pescado.

Debido a la importancia del TA en el metabolismo energético del rumiante, y su impacto en la producción animal, se ha incorporado el uso de las últimas técnicas instrumentales para evaluar de forma aún más profunda, la funcionalidad de los AG en el metabolismo del TA. Y fue esto lo que realizaron recientemente Restelli et al. (2017), quienes investigaron el impacto de la dieta materna en el metabolismo de AG en el TA en cabritos. Estos autores encontraron que la suplementación de cabras lactantes con dietas ricas en ácido esteárico induce la expresión de un mayor número de proteínas y enzimas involucradas en el metabolismo de AG en el TA, que cuando se realiza una suplementación con aceite de pescado; esto demuestra que es posible influenciar el metabolismo de AG en el TA en cabritos, a partir de la manipulación de la dieta materna. De esta forma, se hace evidente la importancia del TA, en la manutención del metabolismo energético de los rumiantes, siendo los TAG y AG, las biomoléculas lipídicas con mayor actividad funcional en este tejido.

Metabolismo de ácidos grasos en el tejido adiposo y factores que lo afectan

La síntesis de TA tiene importancia económica, ya que la composición y cantidad de TA en el rumiante es determinante tanto para las características nutricionales de carne y leche como de calidad de sus derivados ¹. En este sentido, un mayor conocimiento del metabolismo del TA en rumiantes es deseable, para el diseño de estrategias nutricionales eficientes que maximicen la calidad de la producción animal.

Para el rumiante, el TA funciona como su mayor reserva energética. Cuando el animal está en balance energético positivo, se activa la biosíntesis e incorporación de AG y TAG en el TA, proceso conocido como lipogénesis. Durante la lipogénesis, se estimula la síntesis de novo y los AG son sintetizados principalmente a partir del Acetil CoA derivado del metabolismo de carbohidratos y aminoácidos. Los AG también pueden provenir de la hidrólisis de TG por acción de la LPL ¹³. Por otro lado, cuando la dieta suministrada al animal no le permite atender sus requerimientos energéticos de manutención (balance energético negativo), se da una liberación de AG a partir de los TAG almacenados en el TA, proceso conocido como lipólisis. Así, la cantidad de TAG almacenados en el TA dentro del adipocito es producto del equilibrio entre la lipogénesis, consumo de ácidos grasos, esterificación de ácidos grasos, hidrólisis de TAG (lipólisis) y la reesterificación de los AG producidos por la lipólisis (Figura 1).

Figura 1 Vías metabólicas principales en el tejido adiposo. 1 = Síntesis de novo de ácidos grasos; 2 = Hidrólisis e ingreso de tricligéridos (TAG) circulantes; 3 = Reesterificación de ácidos grasos; 4 = Lipólisis. 5 = Lipomovilización. Lipoproteínas de muy baja densidad (VLDL); acetil-coenzima A carboxilasa (ACC); glucosa-6-fosfato deshidroge-nasa (G6PDH); Lipasa Sensible a Hormonas (HSL); NADP-isocitrato deshidrogenasa (lCDH); lipoproteina lipasa (LPL), glicerol-3-fosfato deshidrogenasa (G3PDH). Adaptado de Chilliard (1993), 

En los últimos años se han desarrollado diversos estudios evaluando factores potencialmente asociados a la producción animal que podrían modular los procesos de anabolismo/catabolismo de AG y TAG en el TA de rumiantes, buscando comprender con detalle la dinámica del TA en el rumiante. En la actualidad se sabe que principalmente, los factores fisiológico, nutricional, genético y ambiental, pueden modificar el metabolismo de AG en el TA ¹⁵. Desde el punto de vista fisiológico, se sabe, que un punto crítico en la producción lechera de rumiantes es la transición entre la gestación y la lactación. Durante este periodo, el animal es sometido a un estrés metabólico, debido a que hay un incremento en la producción de leche y al mismo tiempo una reducción en el consumo de materia seca ¹³. Este cambio fisiológico genera un balance energético negativo, dando como resultado una movilización de las reservas lipídicas corporales. En consecuencia, se produce un decrecimiento en la lipogénesis y un aumento en la lipólisis del TA en bovinos ⁴⁹, ovinos ⁵³ y caprinos ⁹.

El impacto del periodo de transición sobre los procesos de lipólisis y lipogénesis en el TA está directamente asociado al efecto de los cambios hormonales durante la transición, sobre las enzimas involucradas en el metabolismo de AG en el TA. Durante el cambio entre parición y lactogénesis, se produce una reducción de la secreción de progesterona y un aumento en la producción de prolactina y hormona de crecimiento (GH), lo que favorece la lipolisis sobre la lipogénesis, independientemente del balance energético ¹³. Como fue descrito anteriormente, durante la transición, se favorece la lipólisis. Durante este proceso, la hidrólisis de los TAG se da por la acción de tres lipasas diferentes: Lipasa de triglicéridos en el adipocito (ATGL), Lipasa sensible a hormonas (HSL) y Monoglicérido lipasa (MGL). En vacas lecheras y especialmente durante la transición, el gen PNPLA2 (codifica la ATGL) es poco expresado durante la última semana de gestación y en la primera semana de lactación, comparado con el periodo seco y lactancia media. Por otro lado, la expresión del gen LEPE (que codifica para HSL) se reduce durante las primeras tres semanas de la parición, en comparación con el periodo seco. Finalmente, la vía lipolítica es finalizada con la MGL, la cual actúa exclusivamente sobre los monoglicéridos. En vacas lecheras, los patrones de transcripción del gen MGll (el cual codifica para MGL), siguen los de PNPLA2 y LEPE, presentando una baja expresión durante las primeras tres semanas de lactación. De esta forma, se hace evidente que, durante el periodo de transición, se presenta una alta actividad lipolítica en el TA, con su consecuente remodelación constante, lo cual está relacionado a los cambios hormonales propios de este periodo.

Otro factor que afecta el metabolismo de AG en el TA es el de tipo nutricional. Los avances en el desarrollo de técnicas modernas en biología molecular han permitido entender el efecto de la dieta en la expresión de diversos genes asociados al metabolismo de AG en el TA. Urrutia et al. (2015) evaluaron el efecto de la suplementación con aceite de linaza en la dieta de ovinos sobre el metabolismo de AG en el TA, encontrando que la suplementación con aceite de linaza disminuyó la expresión en TA de las enzimas Acetil-CoA carboxilasa alfa (ACACA) y SCD, estimulando la expresión de LPL; sin embargo, no hubo efecto de la suplementación sobre la expresión de los genes de Ácido graso desaturasas 1 y 2 (FADS1 y FADS2) y Ácido graso elongasa 5 (ELOVL5). Similarmente, Bahnamiri et al. (2016) evaluaron el efecto de la suplementación con aceite de pescado y el periodo de suplementación, sobre la biosíntesis de TA y la expresión de enzimas involucradas en el metabolismo de AG en el TA en bovinos. Estos autores encontraron que el uso de aceite de pescado como suplemento, incrementó la expresión de LPL y SCD en TA visceral y subcutáneo, independientemente de la proporción de forraje. Sin embargo, la expresión de PPARγ no fue afectada por la suplementación. Adicionalmente, el periodo de suplementación afecto la expresión de los genes asociados a PPARγ y SCD.

De la misma manera que la dieta puede generar cambios en la expresión de enzimas involucradas en el metabolismo de AG en el TA, la restricción alimentaria también lo puede hacer. Se ha demostrado que la restricción alimentaria decrece la expresión de algunos genes que codifican para enzimas importantes en el metabolismo AG en el TA, tales como la LPL ¹⁵, involucrada en la disponibilidad de AG en el TA y en la FAS⁷ y enzima málica (ME ⁴⁸), ambas, involucradas en la síntesis de novo.

La genética es otro factor que puede afectar significativamente el metabolismo de AG en el TA. De hecho, como fue establecido por Kühn et al. (2002), la herencia genética tiene una relevancia significativa en la distribución de nutrientes como también en la deposición y composición de AG en los tejidos corporales. Esto explica las diferencias entre especies y mismo entre razas de una misma especie, con relación a la expresión de las diversas enzimas involucradas en el metabolismo de AG en el TA. Bahnamiri et al. (2018) demostraron que existen diferencias en la expresión del factor de transcripción 1 de proteína de unión al elemento regulador del esterol (SREBF1) y proteína de unión a ácidos grasos (FABP4) entre razas de corderos de cola delgada y gorda. Por el contrario, la expresión del factor PPARy no se vio afectada por el genotipo.

Otro factor importante para considerar en el estudio del metabolismo de AG en el TA, es el ambiental. Desde este punto de vista, es conocido, que el estrés térmico ambiental, es uno de los principales factores que más limita la producción de leche en bovinos. En vacas lecheras, el estrés térmico causa una reducción en el consumo de materia seca, alterando el ingreso de nutrientes, lo cual compromete el perfil de producción de leche y, en consecuencia, el metabolismo tecidual, en especial el relacionado al TA, dado que la lactancia es un estado fisiológico altamente demandante, desde el punto de vista energético ¹³.

El efecto de la temperatura sobre el metabolismo de AG en el TA, fue estudiado por Faylon et al. (2015), quienes evaluaron el efecto de un estrés térmico agudo sobre el metabolismo de AG en TA subcutáneo en vacas lecheras, utilizando un sistema in vitro. Estos encontraron que el estrés térmico tiene un efecto directo en la regulación de la lipólisis y sobre la ACC (enzima clave en la lipogénesis). Posteriormente, Zachut et al. (2017), evaluaron el efecto del estrés térmico estacional, sobre el metabolismo de AG en el TA. Inicialmente encontraron que las concentraciones plasmáticas de malonaldehido y cortisol fueron más altas en las vacas durante la estación de verano que durante la estación de invierno (323,9 vs. 125,3 nM para malonaldehído y 10,7 vs. 7,5 ng/mL para cortisol, verano vs invierno, respectivamente), indicando esto, niveles diferentes de estrés entre las dos condiciones climáticas mencionadas. Así, estos autores detectaron en TA, la expresión de alrededor de 1495 proteínas, las cuales fueron diferencialmente abundantes entre verano e invierno. Mencionando sólo algunas diferencias, encontraron por ejemplo, que las abundancias de albumina (ALB), Precursor de hemopexina (HPX), Transferrina (TF), Proteína ORM1, Al-fa-2-Glicoproteína-HS (AHSG), Fosfoenolpiruvato carboxiquinasa [GTP] mitocondrial (PCK2) y Apolipoproteína A-II (APOA2) fueron menores en el TA en animales en verano comparado al invierno, mientras que la abundancia de FAS y Precursor de la cadena alfa de fibrinógeno (FGA) fue mayor en verano de que en invierno.

De esta forma, queda en evidencia que el metabolismo de AG en el TA es afectado por diversos factores asociados a los sistemas de producción animal, tales como el fisiológico, nutricional, genético y ambiental. El siguiente paso en la investigación relacionada a esta área del conocimiento, seria indagar con más detalle, el impacto de la interacción de los factores mencionados, en el metabolismo de AG en el TA, para lo cual, el creciente desarrollo de diversas técnicas en biología molecular y de análisis químico podría ser determinante.

Función de los ácidos grasos en el tejido hepático

Se sabe que la proporción total de lípidos en los diferentes tejidos puede variar entre especies de rumiantes. Uno de estos tejidos, es el hepático. Tajik et al. (2012) encontraron que la proporción total de lípidos en hígado (en base seca), es menor en caprinos (2,91% en base seca), pasando por ovinos (3,00%), bovinos (3,60%) hasta bufalinos (5,30%). Por otro lado, Bell, (1981) reportó que en hígado de bovinos y ovinos, la forma química mayoritaria de lípidos es la de TAG (bovinos: 46%; ovinos: 49%; peso en seco) y lípidos complejos (bovinos: 49%; ovinos: 34%; peso en seco). Estas informaciones sugieren que los TAG y potencialmente los AG se constituyen como las biomoléculas lipídicas más importantes y asociadas a la función hepática de rumiantes, debido a que este tejido desarrolla funciones importantes ligadas a la oxidación y catabolismo de ácidos grasos, como también producción de AG no esterificados (NEFAS), síntesis de colesterol y fosfolípidos, y producción de lipoproteínas específicas ³¹. De esta forma, la regulación de la actividad metabólica del tejido hepático tiene un impacto importante en la concentración de AG en los diferentes tejidos de rumiantes.

Diversos trabajos demuestran que la alimentación de bovinos con AG poliinsaturados (PUFAs), altera el metabolismo de lípidos hepático. Mashek et al. (2002) demostraron que la alimentación con ácido linoleico, alfa-linolénico y oleico decrece la incorporación de ácido palmítico en los TAG de los hepatocitos. En contraste, Mashek and Grummer (2003) demostraron el efecto contrario, cuando la alimentación es rica en DHA. Este efecto directo de los AG de cadena larga en la función hepática, está directamente relacionado con el impacto de los AG sobre la expresión génica de diferentes enzimas involucradas en el metabolismo hepático. Pires et al. (2004; 2006), hallaron que al incrementar la longitud y grado de insaturación de los AG de cadena larga, decrece la concentración hepática de TAG y tiene un efecto negativo en la expresión de las enzimas Apolipoproteinas A y E (ApoB y ApoE) y Proteína microsomal transferidora de triglicérido (MTP). Similarmente, Selberg et al. (2005), demostraron en vacas lecheras, que los ácidos trans-octadecenoicos dietarios estimulan la expresión de PPAR-α durante el primer mes de lactación y Deng et al. (2018) encontraron que fuentes dietarías ricas en ácido alfa-linolénico estimulan el aumento de la concentración hepática de PPAR, ácido trans-vaccenico, EPA y DHA. La PPAR-α es un isotipo específico hepático del receptor nuclear de peroxisoma-proliferador-activado (PPAR) y además es un regulador clave en la transcripción de diversos genes involucrados en el transporte y oxidación de lípidos ⁶.

Adicionalmente, la inclusión de dietas ricas en PUFAS decrece la expresión hepática de los genes de ACC y FAS, enzimas involucradas en la síntesis de novo. Pero no solamente los AG mono y poliinsaturados de cadena larga, presentan funciones importantes en la actividad hepática. Recientemente, Liu et al. (2018), demostraron que la suplementación con AG volátiles ramificados influencia el metabolismo de AG hepáticos. Estos autores demostraron que un incremento en la suplementación de AG volátiles de cadena ramificada (ácido isobutírico, isovalérico y 2-metilbutírico) incrementó la expresión de mRNA de PPARα y la enzima Carnitina Palmitoil Transferasa-1 (CPT1) pero decreció la expresión de SREBF1, ACC y FAS. La CPT1 es regulada por PPARα y es responsable del ingreso de residuos Acil-CoA de AG a la mitocondria para la β-oxidación en el hígado. Por otro lado, la ACC es una enzima clave en la síntesis hepática de AG y es regulada por la acción del SREBP1 ²⁷. De esta forma, es evidente que el metabolismo de AG constituye el eje central de la funcionalidad de los lípidos en el tejido hepático.

Metabolismo de ácidos grasos en el tejido hepático y factores que lo afectan

A pesar del papel fundamental del TA en la síntesis de novo de AG en rumiantes, el tejido hepático también tiene un importante rol en este proceso ⁴. El tejido hepático es responsable de diversas funciones asociadas al metabolismo de lípidos y lipo-proteínas, tales como la captación, oxidación y conversión metabólica de NEFA, síntesis de colesterol y fosfolípidos, como también la formación y secreción de clases específicas de lipoproteínas ⁴.

El hígado de los rumiantes remueve bajas cantidades de TAG de las lipoproteínas en sangre ⁵, siendo la captación de NEFAS, la vía predominante de captación de AG por el tejido hepático. Por tanto, la composición de los AG de los lípidos plasmáticos puede influir en el metabolismo y la composición de los AG del tejido hepático ⁵. De esta forma, el metabolismo de lípidos en el tejido hepático juega un papel importante en la deposición de AG en tejidos y derivados de rumiantes, llevando a pensar, que la manipulación del metabolismo de lípidos en este tejido puede derivar en estrategias nutricionales para mejorar la calidad composicional de carne y leche de rumiantes. En la figura 2 se presenta un breve panorama del metabolismo de lípidos en el tejido hepático, ilustrándose los principales procesos asociados a este, tales como la β-oxidación mitocondrial y la síntesis y secreción de lipoproteínas de muy baja densidad (VLDL). De esta forma, a partir de la figura se puede inferir que la combinación de estas vías, con la esterificación y la acumulación de TAG en el tejido parenquimatoso hepático, determina los posibles destinos de los NEFA extraídos de la sangre por el hígado. Mayores detalles acerca del metabolismo de lípidos en el tejido hepático pueden ser consultados en las revisiones hechas por Bell, (1981); Petit et al. (2007) y Costa et al. (2014).

Figura 2 Esquema del metabolismo de lípidos hepático en rumiantes. AGL = AG libres; NEFA = AG no esterificados; TAG = Triacilgliceroles; AGV = AG volátiles; RER = Retículo endoplasmático rugoso; CPT = Carnitina palmitoil transferasa I; FABP = Proteína ligadora de ácido grasos; MTP = Proteína microsomal transferidora de triglicérido. Adaptado de Gruffat et al. (1996). 

Teniendo en cuenta el papel central que juega el tejido hepático en el metabolismo de lípidos en rumiantes, se ha buscado estudiar y determinar los factores que lo afectan. Sin embargo, estudios sobre este tópico, a pesar de su importancia, aún son incipientes.

Entre los principales factores que se sabe afectan el metabolismo de lípidos en tejido hepático, se tiene el efecto de la nutrición, estado fisiológico y genética. Costa et al. (2014) investigaron el efecto del nivel de silo de maíz en la dieta sobre el metabolismo de AG en tejido hepático. Estos encontraron mayores niveles de expresión de FADS1 cuando los bovinos eran alimentados con dietas bajas en silo de maíz, en comparación con dietas altas en este recurso. Por otro lado, dietas altas en silo de maíz incrementaron la expresión de mRNA de FADS2 cuando comparados con dietas bajas en este recurso, para la raza de toros Alentejana. Adicionalmente, toros de esta última raza, tuvieron mayores niveles de expresión del gen PPAR-α cuando fueron alimentados con dietas bajas en silo de maíz, mientras lo contrario fue encontrado con bovinos de la raza Barrosa. Finalmente, el nivel de silo de maíz no influyó la expresión de los genes de Carnitina Palmitoil Transferasa 1A (CPT1A), ELOVL5, FAS, receptor de insulina (INSR), SCD y SREBF1 para ninguna de las razas de bovino mencionadas (Alentejana y Barrosa). Schlegel et al. (2012) demostraron que el nivel de AG trans octadecenóicos en la dieta de vacas lecheras, tiene la habilidad de regular la expresión de PPAR-α durante los primeros cinco meses de lactación. Esta enzima juega un papel importante en el ensamblaje y secreción de VLDL en el tejido hepático. Similarmente, Sigl et al. (2010) y Schlegel et al. (2012), evaluaron el efecto de la suplementación dietaria con ácido linoleico conjugado (CLA) sobre diversas enzimas involucradas en el metabolismo de AG en tejido hepático, no encontrando un efecto del CLA sobre la expresión de PPAR-α, PPAR-y, SREBP1 y el factor de necrosis tumoral-alpha (TNF-α).

Por otro lado, Gross et al. (2013), estudió el efecto de un balance energético negativo (NEB) en dos etapas de la lactancia en vacas (etapa 1: al inicio de la lactancia posparto y etapa 2: cerca de 100 días de lactancia) sobre el metabolismo de AG en el tejido hepático. Estos autores encontraron que la abundancia de mRNA hepático del TNF-α, ATP Citrato liasa (ACLY), Glicerol-3-fosfato acil-transferasa mitocondrial (GPAT) y Glicerol-3-fosfato deshidrogenasa 2 (G3PDH2) no fue diferente entre ambas etapas. Sin embargo, la expresión de FAS y ACC fue mayor en el periodo 2 comparada con el periodo 1. De esta forma, este estudio demuestra que un NEB tiene efectos diferenciales en el metabolismo de AG hepáticos de vacas lecheras al inicio y final de la lactación, lo cual es soportado por Bionaz et al. (2013), al argumentar que esto se debe al papel de pivote que tiene el hígado en la regulación del metabolismo de AG durante el periodo de transición en vacas lecheras y por Prodanovic et al. (2016), quienes demostraron que para vacas lecheras obesas en la última etapa de gestación, un incremento en la expresión hepática de Ácido graso translocasa CD36 y SREBP1 es relevante en la acumulación de lípidos en el hígado.

Otro factor importante que ha sido evaluado es el efecto de la raza. Frente a esto, Costa et al. (2014) compararon la expresión de enzimas involucradas en el metabolismo de lípidos hepático en dos razas de bovinos de carne de Portugal, conocidas como Alentejana y Barrosa. Estos autores encontraron que la raza influenció en la expresión de algunas enzimas lipogénicas en tejido hepático, donde los niveles de mRNA de Diacilglicerol O-aciltransferasa 1 (DGAT1) y Ácido graso elongasa 2 (ELOVL2) en Barrosa fueron mayores que en Alentejana. Por el contrario, la expresión de los genes de CPT1A, ELOVL5, FAS, INSR, SCD y SREBF1 no fue afectada por la raza. Esto último, puede ser debido a un efecto no significativo de la genética sobre la expresión de enzimas involucradas en el metabolismo de lípidos hepático en bovinos, como fue demostrado por Laguna et al. (2017), al no encontrar diferencias entre dos grupos genéticos de vacas (Holstein vs F1 Holstein-Gir), en la expresión de diversos genes involucrados en la producción de enzimas asociadas el metabolismo de AG en el tejido hepático (ej: G6PC, ACC, CPT2, etc). De esta forma, es evidente que la dieta y el estado fisiológico, son los principales factores que afectan el metabolismo de AG en el tejido hepático.