acciones anabólicas e inmunomoduladoras
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LECTURAS SOBRE NUTRICIÓN (2004) 11 (2): 54-70
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Acciones anabólicas e inmunomoduladoras
del factor de crecimiento similar a la
insulina - I durante estrés nutricional
Wilson Mejía Naranjo1, Rosalina Bernal2, Myriam Sánchez de Gómez3
1 Profesor asistente, Departamento de Nutrición y Bioquímica, Facultad de Ciencias Básicas, Pontificia Universidad
Javeriana. Bogotá, D.C.; 2 ND, Departamento de Nutrición y Bioquímica, Facultad de Ciencias Básicas, Pontificia Universi-
dad Javeriana. Bogotá, D.C.; 3 Profesor asociado, director Grupo de Investigación en Hormonas, Depto. de Química,
Universidad Nacional de Colombia, Bogotá, D.C.
Palabras clave: IGF-I (factor de crecimiento similar a la insulina-1), GH (hormona de crecimiento), IGF-IR (receptor
para el factor de crecimiento similar a la insulina-1), GHR (receptor para la hormona de crecimiento), rhIGF-I (factor de
crecimiento similar a la insulina-1 recombinante humano), malnutrición proteica, sistema inmune.
Introducción
El sistema inmune y el sistema endo-
crino comparten un conjunto común de
ligandos y receptores. Las células del sis-
tema inmune secretan moléculas y poseen
receptores para una gran cantidad de hor-
monas y factores de crecimiento. De igual
forma, citoquinas como los interferones,
aunque se derivan de células inmunocom-
petentes, también tienen efectos hormo-
nales en una gran cantidad de órganos.
Esta observación sirve de base para am-
pliar el conocimiento bioquímico de cómo
y por qué hay una comunicación
bidireccional entre los sistemas inmune y
endocrino.
Un gran cuerpo de evidencia sugiere que
la hormona de crecimiento (GH), el factor
de crecimiento similar a la insulina (IGF-I) y
sus receptores cumplen un papel importan-
te en la función y homeostasis del sistema
inmune (1, 2). La hipótesis original propues-
ta para responder a la pregunta sobre
cómo la hipófisis o pituitaria regula el cre-
cimiento somático, estableció que la GH
producida en la hipófisis estimulaba la sín-
tesis de IGF-I en el hígado y de allí era ex-
portado a la circulación para llegar a los
órganos blanco (3). El hígado es la fuente
primaria de IGF-I circulante, el cual fue
considerado como factor de importancia
crucial para el crecimiento posnatal y de-
sarrollo. Hace dos décadas se estable-
ció que la expresión del IGF-I no se
limitaba al hígado, y que la síntesis de GH
no se restringía a la hipófisis (4). Las inves-
tigaciones han demostrado que los órga-
nos linfoides como el timo, bazo y sangre
periférica producen y responden a la GH
sintetizando y liberando IGF-I. La presen-
cia de receptores para estas hormonas en
poblaciones linfocitarias, sugiere que,
adicionalmente al mecanismo tradicional
endocrino, existe un mecanismo local de
acción paracrino/autocrino para estas hor-
monas (5, 6).
La importancia de un mecanismo
paracrino/autocrino de acción del eje GH/
IGF-I ha cobrado mayor relevancia con el
Ganador Primer Premio Concurso “José Félix Patiño”
XIX Congreso Anual Avances en Metabolismo y Soporte Nutricional
Se ha sugerido que
los efectos
inmunomoduladores
de la hormona de
crecimiento (GH) y el
factor de crecimiento
similar a la insulina
(IGF-I) pueden ser
explicados en términos
de sus acciones
anabólicas/
somatogénicas y
moduladoras del estrés
en células del sistema
inmune. El déficit de
proteínas y calorías
induce un estado
catabólico o de estrés
nutricional, con efectos
deletéreos sobre el
sistema inmune. El
presente estudio
investigó los cambios
sobre el eje GH/IGF-I
esplénico inducidos por
la malnutrición proteica
y el efecto de la infusión
de rhIGF-I. Se utilizaron
ratas normales en
crecimiento alimenta-
das con dietas
isocalóricas que diferían
en el contenido de
proteína (0%, 4%, 12%
Lecturas sobre Nutrición Nº 45
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reciente hallazgo de que ratones
“knockout” para el IGF-I hepático no difie-
ren en peso corporal y tamaño de sus res-
pectivos controles silvestres. Estos
estudios han demostrado que el hígado
produce la mayor cantidad del IGF-I cir-
culante (75% aproximadamente), pero
esta forma endocrina no es esencial para
el crecimiento posnatal y el desarrollo.
Además, sugiere que el IGF-I producido
localmente puede estar mediando los
efectos promotores de crecimiento (7). Esta
evidencia da soporte a la idea que la GH y
el IGF-I producidos localmente cumplen
varias funciones, incluyendo la regulación
del crecimiento corporal, mantenimiento,
función y reparación de tejidos específi-
cos, incluidos los del sistema inmune.
Varios estudios sugerían que el eje GH/
IGF-I tenía una función importante en el
control de la linfopoyesis y la función in-
mune. Experimentos realizados en anima-
les hipofisectomizados demostraron que
la función inmune humoral y celular esta-
ba deprimida, y sólo el tratamiento con
estas hormonas, recuperaba la función (8).
Sin embargo, el uso de modelos mutantes
que poseen un defecto endocrino más li-
mitado y selectivo para estas hormonas,
ha demostrado que ni la función inmune
celular, ni la humoral, ni la linfopoyesis se
ven afectadas por la deficiencia de GH o
de IGF-I o de ambos (9). Este hallazgo ha
llevado a proponer una nueva hipótesis,
según la cual, ninguna de estas hormo-
nas son inmunorreguladoras obligadas del
sistema inmune y, por el contrario, sus fun-
ciones se deben buscar por sus acciones
somatogénicas y anabólicas. Este último
postulado plantea entonces una función
nueva, como lo es el posible papel de hor-
monas anabólicas en la adaptación al
estrés en muchas células, incluidas las del
sistema inmune.
La nutrición es un determinante de
la respuesta inmune y el déficit de pro-
teína y calorías tienen efectos deletéreos
en el sistema de defensa de un organis-
mo. Se sabe que tanto el consumo de
proteína como de energía, son críticos
en la regulación del eje endocrino GH/
IGF-I. El estrés nutricional inducido por
la deficiencia de proteína o caloría en la
dieta causa un estado de resistencia glo-
bal a la acción de la GH, pero los meca-
nismos bioquímicos responsables han
sido poco estudiados (10). A la luz de la
nueva hipótesis que atribuye a la GH y
al IGF-I un papel regulador del estrés,
es importante identificar los cambios en
el eje local autocrino/paracrino de estas
hormonas, en células del sistema inmu-
ne bajo estrés nutricional. El modelo
animal de ratas ha sido ampliamente uti-
lizado en las investigaciones para res-
ponder a la pregunta de cómo la GH y el
IGF-I regulan el crecimiento, desarrollo
y metabolismo. La malnutrición reduce
los niveles séricos de IGF-I y GH. El IGF-
I circulante (endocrino) procede en su
gran mayoría (75%) del hígado. No se
conoce muy bien el efecto de la deficien-
cia de proteína sobre el eje GH/IGF-I en
el sistema linfoide, así como tampoco se
ha caracterizado el efecto de la deficien-
cia de proteína en la dieta sobre los re-
ceptores para GH e IGF-I en las
diferentes poblaciones celulares linfoci-
tarias, lo cual es importante para com-
prender las acciones reguladoras de
estas hormonas en el sistema inmune en
condiciones de estrés nutricional. El ob-
jetivo de la presente investigación fue
estudiar el efecto del nivel de proteína
en la dieta y la administración de IGF-I
sobre el eje GH/IGF-I en tejido linfoide
en el modelo experimental de ratas nor-
males. La hipótesis de la presente inves-
tigación establece que la actividad
anabólica del eje local GH/IGF-I podría
estar modulando autocrina/paracrina-
mente los cambios inducidos por la de-
ficiencia de proteína para preservar la
homeostasis del sistema inmune.
y 20%); los animales
del mismo grupo
dietario fueron
aleatoriamente
divididos en dos grupos
y durante siete días
recibieron infusión
continua de rhIGF-I o
vehículo. La malnutri-
ción proteica disminuyó
los niveles séricos de
IGF-I, la proteína de
unión IGFBP-3, insulina
y GH; mientras que los
niveles de IGFBP-1 se
incrementaron. En el
bazo el porcentaje de
células B, el mRNA para
el IGF-IR, IGFBP-3, -4 y
-6 fueron
incrementados por la
falta de proteína
dietaria; mientras que
los niveles del mRNA
para el IGF-I no
cambiaron. La adminis-
tración exógena de
rhIGF-I redujo los
niveles de insulina y GH
e incrementó la
expresión del GHR y los
niveles circulantes de
IGFBP-1 y -3. La
infusión de rhIGF-I
incrementó en 20% el
balance de nitrógeno
en animales que
consumieron dieta con
alto contenido de
proteína. En conclusión,
se demostró que el
rhIGF-I estimula el
anabolismo en el bazo
a expensas del
catabolismo inducido
por la restricción de
proteína. El incremento
en la expresión de los
genes del eje GH/IGF-I
durante la malnutrición
proteica puede estar
capturando el IGF-I
circulante o el produci-
do localmente como
manera de compensar
los bajos niveles
causados por el estrés
nutricional. Este
incremento puede
también afectar la
homeostasis de la
población linfocitaria y
prevenir que la
restricción proteica
ejerza mayores efectos
sobre la función
inmune.
Acciones anabólicas e inmunomoduladoras del factor de crecimiento similar a la insulina
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Materiales y métodos
Diseño experimental
Ratas macho de la raza Sprague-
Dawley de 5 semanas de edad se obtu-
vieron del Instituto Nacional de Salud,
Bogotá, D.C. Luego de una semana de
preadaptación las ratas fueron manteni-
das individualmente en cajas metabóli-
cas, con libre acceso a agua y a su
respectiva dieta durante un período de 12
días. Las ratas se alimentaron con cuatro
dietas diferentes en el contenido de pro-
teína (ICN, USA): 0, 4, 12 y 20%. (Las die-
tas son isocalóricas y proporcionan 3.8
Kcal/g dieta). Para cada animal se pesó
la ración que consumiría durante todo el
experimento; al final, la parte no consu-
mida fue nuevamente pesada. Los ani-
males cuyo peso estaba alrededor de 120
g fueron aleatoriamente asignados a cada
una de las 4 dietas. El día 5 del experi-
mento, una bomba miniosmótica, Alzet
2002, fue implantada en la espalda del
animal bajo anestesia (Rompun: Ketalar:
Salina 1:2:3). La minibomba liberaba 28
µl/día, la cual se llenó con aproximada-
mente 300 µl de solución de IGF-I recom-
binante (suministra 250 µg/día de rhIGF-I)
o vehículo (ácido acético 0.1 M). De esta
forma por cada dieta se tenían dos gru-
pos, uno recibiendo infusión de rhIGF-I y
el otro vehículo durante 7 días. Al final del
período los animales fueron sacrificados
y los respectivos tejidos procesados y
analizados de acuerdo al protocolo expe-
rimental. Los protocolos y procedimien-
tos de cirugía estuvieron conformes a las
normas para utilización de animales de
experimentación del Instituto de
Biotecnología de la Universidad Nacional
de Colombia y del Instituto Nacional de
Salud, Bogotá, Colombia.
Muestras de sangre fueron tomadas
del plexo orbital usando anestesia con éter
el día 0,5 y 12. 0,5 mL de sangre fueron
tomados, se obtuvo el suero el cual se
alicuotó y guardó a –20°C hasta ser pro-
cesado para las determinaciones hormo-
nales y proteínas de unión del IGF-I.
Aproximadamente un 10% del bazo, fue
procesado para obtener suspensiones
celulares y procesadas por citometría de
flujo para la determinación de subpobla-
ciones linfocitarias y receptores de GH e
IGF-I. El resto de tejido fue congelado in-
mediatamente en nitrógeno líquido y pro-
cesado para los estudios de expresión de
mRNA.
La orina y las heces fueron recolec-
tadas diariamente para cada animal. Un
pool se hizo para los cinco primeros días
del experimento, y otro pool para los 7
días restantes. El contenido de nitróge-
no en orina y heces fue realizado siguien-
do el método estandarizado en el
laboratorio descrito en Sánchez-Gómez
et al., 1999 (11).
Modelo estadístico
La dieta fue aleatorizada dentro del tra-
tamiento. Tratamientos: T1, T2. Dietas: d1,
d2, d3, d4. Dado que el experimento no
podía ser completado al mismo tiempo los
grupos fueron escogidos al azar, 12 ratas
cada vez. Dos ratas eran escogidas cada
vez hasta completar 6 animales por gru-
po: T1d1, T1d2, T1d3, T2d1, T2d2, T2d3.
Los resultados fueron analizados usando
análisis de varianza de dos vías ANOVA.
Las comparaciones múltiples entre las
medias se realizaron usando la prueba de
Duncan, seguido de la prueba no
paramétrica Wilcoxon usando el progra-
ma SAS (SAS Institute, Inc., 1999). Las di-
ferencias se consideraron significativas
cuando los valores de P < 005.
Resultados
Efecto del consumo variable de pro-
teína en la dieta y administración conti-
nua de rhIGF-I sobre el peso corporal y
consumo de alimento.
Lecturas sobre Nutrición Nº 45
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Durante los cinco primeros días las
ratas alimentadas con dieta 0% proteína
perdieron 2.8 ± 0.25 g. Los animales que
consumieron las dietas 4, 12 y 20%, ga-
naron 0.9 ± 0.5 g, 5 ± 0.6 g y 6 ± 0.6 g
respectivamente (figura 1A). Para el día 12,
luego de recibir infusión continua de rhIGF-
I durante 7 días, las ratas alimentadas con
dieta 20% obtuvieron un aumento signifi-
cativo del 40% en peso corporal compa-
rado con su respectivo grupo control (5.9
± 0.18 vs. 4.1 ± 0.48; P < 0.05). En los
otros tres grupos dietarios no se observó
ningún efecto significativo de la adminis-
tración continua de rhIGF-I sobre el peso
corporal (figura 1B).
Durante los cinco primeros días, las
ratas alimentadas con dieta libre de pro-
teína consumieron significativamente me-
nos alimento, 10.6 g/día (P < 0.01)
comparado a 13.2, 14 y 12.4 g/día con-
sumidos por los animales que fueron
alimentados con dietas 4, 12 y 20% res-
Figura 1Efecto del contenido de proteína en la dieta en ratas normales durante 5 días
(A) y de la administración continua de rhIGF-I (barras negras) o vehículo(barras abiertas) durante 7 días (B). Los valores están expresados como
la media ± sem para n=6 ratas en cada grupo a
rhIGF-I vs. vehículo
alimentados con la misma dieta P < 0.05.
Tabla 1Estado nutricional de ratas con infusión continua de rhIGF-I o vehículo
% proteína en dieta 0 4 12 20
Vehículo Consumo totala 8 ± 0.8b 11 ± 0.83 13.8 ± 0.56 12.3 ± 0.43
Consumo/PCc 0.49± 0.05 0.57 ± 0.04 0.57 ± 0.02 0.58 ± 0.04
rhIGF-I Consumo totala 7.2 ± 0.73b 9.2 ± 1b 13.7 ± 0.97 17.1 ± 0.9
Consumo/PCc 0.47± 0.04b 0.5 ± 0.04b 0.59 ± 0.02 0.79± 0.07
Los valores están expresados como la media ± SEM de n = 6 ratas en cada grupo. aConsumo
de alimento (consumo día(g)/animal). cConsumo de alimento (Consumo(g)/Peso final
corporal(g)/animal) b P < 0.01 vs. Vehículo o rhIGF-I 20%.
Acciones anabólicas e inmunomoduladoras del factor de crecimiento similar a la insulina
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pectivamente. Durante los 7 días de infu-
sión continua de rhIGF-I el consumo de
alimento fue significativamente más bajo
en los grupos que consumieron 0 y 4% de
proteína comparado con los alimentados
con 12 y 20% de proteína (tabla 1). Los
animales que recibieron infusión continua
de rhIGF-I y alimentados con 20% de pro-
teína mostraron un incremento significati-
vo (P < 0.05) en el consumo total de
alimento y en la relación de consumo y
peso corporal comparado a su respectivo
control que recibió infusión de vehículo.
Balance de nitrógeno
El comportamiento anterior se corro-
boró mediante el balance de nitrógeno.
Para el día 5, las ratas alimentadas con
dieta 0% de proteína presentaban balan-
ce negativo (-18.2 ± 5 mgN/kg/día) (figu-
ra 2A). Para el día 12, este balance, se
redujo para el grupo que recibió rhIGF-I a
-9.3 ± 1 y para el que recibió vehículo a -
6.3 ± 1.5 mgN/kg/día, sin diferencia sig-
nificativa entre estos dos grupos. La
interacción entre contenido de proteína en
Figura 2Balance de nitrógeno en ratas alimentadas con dietas 0, 4, 12 y 20% decontenido de proteína durante 5 días (A) y efecto de la administracióncontinua durante 7 días de rhIGF-I (barras negras) o vehículo (barras
abiertas) (B). Los valores están expresados como la media ± sem para n=6ratas en cada grupo. a rhIGF-I vs. vehículo en la misma dieta P< 0.05.
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la dieta e infusión de rhIGF-I fue estadísti-
camente significativa (P < 0.05) en las ra-
tas alimentadas con 20% de proteína,
donde la infusión de rhIGF-I causó un in-
cremento del 20% en el balance de nitró-
geno comparado con el respectivo control
(3090 ± 185 vs. 3781 ± 284 mgN/kg/día).
No se observó diferencia significativa en
los grupos alimentados con 4 ó 12% reci-
biendo rhIGF-I o vehículo (figura 2B).
Efecto del consumo variable de pro-
teína en la dieta y la administración de
rhIGF-I sobre el tamaño del bazo
El peso del bazo disminuyó significa-
tivamente con relación a la disminución
del contenido de proteína consumida en
la dieta. En ratas que recibieron infusión
de vehículo el peso del bazo disminuyó
significativamente de 430 ± 60 mg, en
las que fueron alimentadas con dieta 20%
de proteína, a 220 ± 20 mg en los ani-
males alimentados con dieta 0% de pro-
teína. En las ratas que recibieron infusión
continua de rhIGF-I el peso del bazo dis-
minuyó de 760 ± 100 mg a 320 ± 50 mg
en las mismas condiciones dietarias. La
normalización del peso del bazo al peso
corporal mostró que en las ratas que re-
cibieron infusión continua de rhIGF-I la
relación fue significativamente mayor en
los cuatro grupos dietarios comparado
con su respectivo control que recibió
vehículo (figura 3).
Efecto del consumo variable de pro-
teína en la dieta y administración de
rhIGF-I sobre los niveles circulantes de
IGF-I, GH e insulina
Figura 3Efecto del contenido de proteína ingerida en la dieta durante 12 días sobre el
peso del bazo en ratas que recibieron durante 7 días infusión continua derhIGF-I (barras negras) y ratas control que recibieron vehículo (barras
abiertas). Los pesos están expresados como la relación peso tejido (mg)/peso corporal (g). Los valores están expresados como la media ± sem para
n=6 ratas en cada grupo. a rhIGF-I vs. Control consumiendo la misma dietaP < 0.01; b rhIGF-I consumiendo 20% vs. rhIGF-I consumiendo 12, 4, 0% P< 0.05;
c vehículo consumiendo 20% vs. vehículo consumiendo 12, 4, 0% P< 0.05.
Acciones anabólicas e inmunomoduladoras del factor de crecimiento similar a la insulina
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La restricción proteica durante los pri-
meros 5 días causó una reducción aproxi-
mada del 55 y 70% en los niveles
circulantes de IGF-I en ratas alimentadas
con dietas 4 y 0% de contenido de proteí-
na comparado al grupo que recibió 20%
(550 ± 60 ng/mL vs. 220 ± 30 y 150 ± 50
ng/mL) figura 4A. La infusión continua de
rhIGF-I durante 7 días subsiguientes res-
tableció los niveles circulantes en ambos
grupos (489 ± 139 y 600 ± 112, para los
animales alimentados con 4 y 0% proteí-
na respectivamente); mientras que en los
grupos control que recibieron vehículo, los
niveles fueron aún más reducidos (179 ±
18 y 118 ± 17 ng/mL en los grupos 4 y
0%) figura 4B. En los grupos 12 y 20% que
recibieron vehículo los niveles circulantes
fueron incrementados significativamente,
850 ± 60 ng/mL y 785 ± 55 ng/mL res-
pectivamente comparado a los niveles el
día 0 ó 5. Los animales en estos dos gru-
pos dietarios que recibieron infusión de
rhIGF-I, los niveles circulantes fueron
incrementados a 1986 ± 67 y 3827 ± 373
ng/mL respectivamente.
Durante los primeros 5 días de ali-
mentación, la restricción de proteína (4
ó 0%) en la dieta disminuyó significati-
vamente los niveles de insulina en un
30% comparado a las ratas consumien-
do 20% de proteína. Al día 12, luego de
recibir por 7 días infusión de vehículo o
rhIGF-I, en los animales que consumie-
ron dietas 0 y 4%, los niveles de insulina
fueron reducidos en un 75% comparado
con el grupo control alimentado con die-
ta 20% (figura 4C). La infusión de rhIGF-I
en animales con dietas 12 ó 20% causó
una reducción significativa aproximada
del 50% en los niveles circulantes de
insulina comparado con los respectivos
controles recibiendo vehículo.
Al día 0 de inicio del experimento, los
valores séricos de GH determinados en
48 animales variaron desde 0.5 ng/mL
hasta 49 ng/mL, con un valor promedio
obtenido de 10.9 ± 10 ng/mL. Cinco días
de consumo de dieta 0 ó 4% proteína
causaron una reducción en los niveles
circulantes, 3.5 ± 2.5 ng/mL y 7.1 ± 3.4
ng/mL respectivamente; mientras que los
animales que consumieron 12 ó 20% no
mostraron cambios signif icativos
respectos a los valores obtenidos al día
0. Al día 12, en los animales que recibie-
ron vehículo y alimentados con dietas 0
y 4%, los niveles circulantes fueron 3.6 ±
2.9 ng/mL y 2.4 ± 1.5 ng/mL respectiva-
mente. Aquellos que recibieron infusión
continua de rhIGF-I, los niveles fueron si-
milares a sus respectivos controles. En
los grupos alimentados con dietas 12 y
20% y que recibieron vehículo, los valo-
res se mantuvieron dentro de los rangos
normales: 8.7 ± 8.3 ng/mL y 17.3 ± 9.1
ng/mL respectivamente. La administra-
ción de rhIGF-I causó una disminución
significativa (P< 0.05) en ambos grupos
comparado a su respectivo control: 1.5
± 1.4 ng/mL y 3.9 ± 4.0 ng/mL para 12 y
20% respectivamente (figura 4D).
Efecto del consumo variable de pro-
teína en la dieta y administración conti-
nua de rhIGF-I sobre los niveles
circulantes de IGFBPs
El efecto de la infusión continua de
rhIGF-I sobre los niveles séricos de IGFBP-
3 en los cuatro grupos dietarios se obser-
va en la figura 5; en todos los grupos, los
niveles fueron significativamente elevados
comparado a su respectivo grupo control
que recibió infusión de vehículo. La infu-
sión de rhIGF-I incrementó en dos veces
los niveles en ratas alimentadas con dieta
libre de proteína, comparado al grupo con-
trol alimentado con 20% de proteína. Por
el contrario, los grupos control, los nive-
les fueron disminuidos progresivamente
con la disminución del contenido de pro-
teína ingerida.
Lecturas sobre Nutrición Nº 45
61
Figura 4Efecto del consumo variable de proteína en la dieta sobre los niveles
circulantes de IGF-I durante 5 días (A) y administración continua de rhIGF-Idurante 7 días (B), niveles circulantes de insulina (C) y niveles circulantes deGH (D) en ratas normales con infusión de rhIGF-I (barras negras) o vehículo(barras abiertas). Los valores están expresados como la media ± sem paran=6 ratas en cada grupo. a rhIGF-I vs. Control en la misma dieta P < 0.05;
b Control alimentado 20% vs. Control alimentado 12, 4 ó 0%. c rhIGF-Ialimentado dieta 20% vs. rhIGF-I alimentado dieta 12, 4 ó 0% P < 0.05. Los
valores están expresados como la media ± sem para n=6 ratas en cadagrupo. En figura D valores individuales para n=9-12 ratas en cada grupo;animales recibiendo infusión continua de rhIGF-I (cuadrados abiertos) o
vehículo (rombos negros).
Acciones anabólicas e inmunomoduladoras del factor de crecimiento similar a la insulina
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Los niveles de IGFBP-1 fueron signifi-
cativamente incrementados en respuesta
a la disminución del contenido de proteína
ingerida en la dieta. La infusión de rhIGF-I
incrementó significativamente los niveles de
la IGFBP-1 comparado a los controles en
los animales que consumieron dietas 12,
4 y 0% (datos no mostrados).
Efecto del consumo variable de pro-
teína y administración continua de
rhIGF-I. sobre la distribución de pobla-
ciones linfocitarias en el bazo
El análisis de citometría para determi-
nar la distribución celular de células B, T
CD4+ y T CD8+ en el bazo de ratas trata-
das con vehículo o IGF-I y alimentadas
con varias dietas se muestran en la tabla
II. Entre las diferentes dietas, no se en-
contró diferencia entre las infusiones de
vehículo y de IGF-I en cuanto al porcen-
taje de células B, T CD4+ y T CD8+. El
porcentaje de células B se incrementó en
los animales tratados tanto con vehículo
como con IGF-I y como resultado de la
disminución del contenido de proteína en
Figura 5Efecto del consumo de proteína variable (0 - 20%) durante 12 días en ratas
normales con infusión continua de rhIGF-I (barras negras) y de vehículo(barras abiertas) sobre los niveles circulantes de IGFBP-3. Las proteínas delsuero fueron separadas por electroforesis PAGE-SDS 4-20%, transferidas a
nitrocelulosa 0.22 µm, incubadas con 125I-IGF-I y expuestas a película MS
Kodak. La cuantificación se hizo por exposición de las membranas apelículas del PhosphoImager. Los valores están expresados como la media
± sem para n=6 ratas en cada grupo. a rhIGF-I vs. control alimentados con lamisma dieta P < 0.01; b Control alimentado 20% vs. Control alimentado dieta
12, 4 ó 0% P < 0.01; c rhIGF-I alimentado 20% vs. rhIGF-I alimentado 12,4 ó 0%. P < 0.01.
Lecturas sobre Nutrición Nº 45
63
Tabla 2Distribución de linfocitos en el bazo de ratas normales
% proteína % linfocitos B % linfocitos T CD4+ % linfocitos T CD8+
En dieta Vehículo rhIGF-I *P Vehículo rhIGF-I *P Vehículo rhIGF-I *P
valor valor valor
0 42.5 ± 2 38.4 ± 1 NS 30.2 ± 1.3 30.5 ± 2 NS 17.5 ± 1.1 19.4 ± 1.6 NS
4 39.1 ± 0.9 34.6 ± 2 NS 29.5± 1.3 30.8 ± 1.9 NS 17.3± 0.9 19.3 ± 1.3 N S
12 34.3 ± 3.6 29 ± 1.7 NS 26.7 ± 1.7 28.8 ± 1.4 NS 15.7 ± 0.8 15.8 ± 1.3 NS
20 34.7 ± 2.3 33.7 ± 3 NS 28.5 ± 1.4 27.5 ± 2.3 NS 16.5 ± 1.1 19.2 ± 2 NS
Los datos están expresados como la media ± sem para n= 6 ratas en cada grupo. NS: no significante.
la dieta. En contraste, el porcentaje de
células T CD4+ y T CD8+ no se modificó
significativamente.
Efecto de la variación del contenido
de proteína en la dieta y administración
continua de rhIGF-I. sobre la expresión
en bazo de las proteínas de unión al IGF,
GHR, IGF-IR e IGF-I
La restricción de proteína en la dieta
causó una disminución similar en la expre-
sión de la IGFBP-2 (figura 6A) en los ani-
males que recibieron rhIGF-I o vehículo.
Los niveles fueron significativamente más
bajos en ambos grupos, rhIGF-I y vehícu-
lo, alimentados con dieta 4 y 0% de pro-
teína, comparado con los grupos
alimentados con 20%. Por el contrario la
expresión de la IGFBP-3, -4 y -6 se
incrementó con la reducción del conteni-
do de proteína ingerida en la dieta tanto
en los animales con infusión de rhIGF-I
como de vehículo (figura 6B-D).
Aunque la expresión de la IGFBP-3
mostró una tendencia a ser mayor en los
grupos que recibieron rhIGF-I en las die-
tas 0 y 4%, ésta no fue significativa (P =
0.09). La expresión de la IGFBP-4 fue ma-
yor en los grupos control y rhIGF-I alimen-
tados con dieta 0 y 4% de proteína,
comparado con los grupos alimentados
con 20% de proteína. La expresión de la
IGFBP-6 fue significativamente mayor en
el grupo control comparado con el que
recibió rhIGF-I en la dieta 0% proteína.
Los niveles de mRNA para el GHR fue-
ron incrementados significativamente (P <
0.05) por la restricción de proteína en la
dieta y por la infusión continua de rhIGF-I
(figura 7B). Los animales alimentados con
dieta 0 y 4% de proteína que recibieron
infusión de rhIGF-I mostraron mayores ni-
veles de expresión que los que recibieron
vehículo. Resultados similares se obtuvie-
ron por citometría de flujo al determinar el
porcentaje de linfocitos B positivos para
el GHR (figura 7A). Los resultados
correlacionaron con los de la expresión del
mRNA del GHR, excepto para los grupos
dietarios del 0 y 4%, donde el porcentaje
de células B positivas para GHR fue ma-
yor en los animales tratados con vehículo
que con IGF-I.
Acciones anabólicas e inmunomoduladoras del factor de crecimiento similar a la insulina
64
Los niveles de mRNA para el IGF-IR
fueron significativamente (P < 0.01) más
elevados en animales alimentados con
dietas 0 y 4% de proteína comparado a
los alimentados con dietas 12 ó 20% de
proteína; no hubo diferencias significativas
entre los que recibieron infusión de rhIGF-I
o los que recibieron vehículo (figura 8B).
Los análisis de citometría de flujo demos-
traron un aumento significativo en el por-
centaje de linfocitos B, T CD4+ y T CD8+
reactivos o positivos para el receptor de
IGF-I. La figura 8A muestra este fenóme-
no en linfocitos B. Similar al fenómeno
observado en linfocitos B, la expresión del
receptor de IGF-I es incrementada por la
restricción proteica y la administración de
rhIGF-I.
La expresión del IGF-I en el bazo de
las ratas con infusión continua de rhIGF-I
no presentó ningún cambio significativo
con la variación del contenido de proteína
ingerida en la dieta (datos no mostrados).
Figura 6Efecto del contenido de proteína ingerida en la dieta sobre la expresión de lasproteínas de unión al IGF, IGFBP-2 (A) y IGFBP-3 (B), IGFBP-4 (C), IGFBP-6 (D)en ratas normales con administración continua de rhIGF-I (barras negras) o
vehículo (barras abiertas) durante 7 días. Los valores están expresados comola media ± sem para n=6 ratas en cada grupo a Vehículo vs. rhIGF-I con la
misma dieta, P < 0.01; b Vehículo alimentado 20% vs. Vehículo alimentado 12,4 ó 0% proteína, P < 0.01; c rhIGF-I alimentado 20% vs. rhIGF-I alimentado 12,
4 ó 0% proteína, P < 0.001.
Lecturas sobre Nutrición Nº 45
65
Figura 8Efecto del contenido de proteína ingerida en la dieta sobre la expresión delreceptor para IGF-I (IGF-IR) en bazo de ratas normales con administracióncontinua de rhIGF-I (barras negras) o vehículo (barras abiertas) durante 7
días. Porcentaje de linfocitos B GHR+ determinados por citometría de flujo(A) y niveles de mRNA para el GHR determinados por ensayo de protección
de RNAsas (B). Los valores están expresados como la media ± sem paran=6 ratas en cada grupo. a Vehículo vs. rhIGF-I con la misma dieta, P < 0.01;
b Vehículo alimentado 20% vs. Vehículo alimentado 12-, 4- ó 0% proteína,P < 0.01; c rhIGF-I alimentado 20% vs. rhIGF-I alimentado 12-, 4- o 0%
proteína, P < 0.001.
Figura 7Efecto del contenido de proteína ingerida en la dieta sobre la expresión del
receptor para hormona de crecimiento (GHR) en bazo de ratas normalescon administración continua de rhIGF-I (barras negras) o vehículo (barras
abiertas) durante 7 días. Porcentaje de linfocitos B GHR+ determinados porcitometría de flujo (A) y niveles de mRNA para el GHR determinados porensayo de protección de RNAsas(B). a Vehículo vs. rhIGF-I con la mismadieta, P < 0.01; b Vehículo alimentado 20% vs. Vehículo alimentado 12, 4
ó 0% proteína, P < 0.01; c rhIGF-I alimentado 20% vs. rhIGF-I alimentado 12,4 ó 0% proteína, P < 0.001.
Acciones anabólicas e inmunomoduladoras del factor de crecimiento similar a la insulina
66
Discusión
La hormona de crecimiento (GH) y el
IGF-I estimulan el crecimiento somático,
el desarrollo y regulan varias funciones
fisiológicas. Se conocen acciones direc-
tas e indirectas de la GH en el crecimien-
to y el metabolismo. Los efectos directos
son mediados por el receptor de la GH
(GHR) y se cree que son independientes
del IGF-I. Las acciones indirectas de la
GH son mediadas por la síntesis de IGF-I
inducida por la GH, el cual es producido
principalmente en el hígado (75%) y mu-
chos otros tejidos (7). El IGF-I y la GH tan-
to en circulación como localmente,
podrían estar regulando los efectos del
IGF-I sobre el crecimiento, desarrollo y
metabolismo. Algunos estudios de proli-
feración y diferenciación in vivo han mos-
trado que la GH y el IGF-I tienen efectos
sobre células del sistema inmune (8, 9).
Estudios in vitro igualmente han demos-
trado el efecto de estas hormonas sobre
la proliferación y diferenciación de célu-
las de origen linfoide, dando relevancia
al papel que desempeña el eje local GH/
IGF-I (12, 13). Los estudios originales con
ratones “knockout” confirmaron que el
desarrollo de la gran mayoría de los teji-
dos, sino todos, era regulado en alguna
medida por el sistema IGF- I (14).
En esta investigación el concepto de
malnutrición proteínica se refiere a la con-
dición nutricional cuando el animal con-
sume dieta con contenido de proteína del
4 ó 0%. Esta condición conlleva a una de-
tención o disminución del crecimiento cor-
poral, disminución aguda en niveles
circulantes de IGF-I, insulina, y proteína de
unión 3 al IGF-I.
Influencia de la cantidad de proteí-
na dietaria sobre los niveles circulantes
de GH e IGF-I
Se conoce que dos neuropéptidos de
origen hipotalámico, la hormona libera-
dora de la GH (GHR) y su antagonista, la
somastotatina (SRIF) regulan la secreción
de la GH de la pituitaria anterior. Esta se-
creción ocurre de manera pulsátil presen-
tándose un dimorfismo sexual; en
machos se caracteriza por picos de alta
amplitud cada 3.3 h y por niveles muy ba-
jos entre estos pulsos; mientras que en
las hembras se caracteriza por mante-
ner niveles más bajos y una pulsatilidad
reducida (15, 16). En ratas, la secreción pul-
sátil de GH es reducida por la malnutri-
ción proteínica, debido en parte a un
exceso de SRIF y una disminución en la
secreción de GHR (17). La infusión conti-
nua de rhIGF-I redujo significativamente
la secreción de GH y prolactina en con-
diciones de adecuado consumo de pro-
teína en la dieta; por el contrario en
condiciones de malnutrición proteínica
(0%, 4%) no se observaron cambios en
los grupos control o los que recibieron
infusión de rhIGF-I. Adicionalmente, se
conoce que la restricción proteica, ate-
núa la respuesta al estímulo con GHR,
reduce el tamaño de la pituitaria y el con-
tenido de GH.
La malnutrición proteica disminuyó
los niveles séricos de IGF-I en las ratas
control; mientras que en las que recibie-
ron infusión de rhIGF-I y alimentadas con
dietas 4 y 0%, los niveles permanecie-
ron normales. Esto demuestra que el
contenido de proteína dietaria puede
regular los niveles de IGF-I circulante, no
sólo el de origen hepático, sino también
el derivado de otros tejidos no hepáti-
cos (18-21). Uno de los tejidos extrahepáti-
cos que puede estar contribuyendo es
el músculo. Esto fue demostrado en ra-
tas que fueron alimentadas con dieta 8%
de proteína en las cuales los niveles del
mRNA para el IGF-I y los del péptido en
el músculo esquelético fueron signifi-
cativamente reducidos (75%) compa-
rado con los animales que consumieron
una dieta con contenido de 20% de
proteína (11).
Lecturas sobre Nutrición Nº 45
67
Contribución de las IGFBPs circulan-
tes a la regulación nutricional sistémica
La cantidad de proteína ingerida y el
balance de energía son los principales re-
guladores del IGF-I circulante. Se conoce
que un bajo consumo de proteína está
asociado con cambios en las IGFBP’s (22).
Un déficit de proteína o de energía, o de
ambos a la vez, reduce los niveles de IGF-I
en proporciones que dependen del perío-
do y tipo de estrés nutricional. En este es-
tudio se muestra que una dieta libre de
proteína reduce los niveles séricos de IGF-I
en 65 y 80% después de 5 y 12 días res-
pectivamente. De forma similar los niveles
séricos de IGFBP-3 disminuyeron progre-
sivamente en la medida que el consumo
de proteína en la dieta disminuyó. Por el
contrario los niveles circulantes de IGFBP-1
incrementaron con la disminución del con-
sumo de proteína.
Se conoce que la IGFBP-1 es altamen-
te sensible al estado nutricional del orga-
nismo (23). En ratas alimentadas con una
dieta libre de proteína durante una sema-
na, la transcripción del gen hepático para
la IGFBP-1 fue incrementado en 3 veces;
se ha demostrado que este fenómeno es
debido en parte a la unión de al menos
dos factores que se unen al promotor. Va-
rios estudios han mostrado que la expre-
sión del gen para la IGFBP-1 es inhibida
por insulina tanto in vivo como in vitro. A
bajos niveles de proteína, factores como
la deprivación de aminoácidos se ha de-
mostrado que causan el incremento en los
niveles de IGFBP-1 en hígado de rata (24).
Por el contrario, la GH se conoce que tie-
ne efecto inhibitorio sobre la expresión del
IGFBP-1 (25).
Influencia de la cantidad de proteí-
na ingerida sobre el eje local GH/IGF-I
(GHR, IGF-IR, IGF-I y IGFBP-1 a -6). Pa-
pel de la nutrición en la disponibilidad
de IGF-I a nivel de tejido
Uno de los objetivos de esta investi-
gación fue estudiar los efectos de los ni-
veles circulantes de IGF-I y GH sobre el
bazo durante la malnutrición proteica. En
las ratas que recibieron infusión continua
de rhIGF-I, el bazo aumentó de tamaño
consistentemente en los cuatro grupos
dietarios. Este hecho sugiere que el IGF-I
circulante y la proteína dietaria son facto-
res importantes para este efecto. En la
medida que los niveles séricos de IGF-I
disminuyeron con la reducción en el con-
tenido de proteína dietaria, el peso de este
tejido también disminuyó; lo cual es una
evidencia adicional del efecto directo del
IGF-I circulante sobre el tamaño del bazo.
La distribución relativa de linfocitos en
el bazo fue afectada por la restricción de
proteína. En la rata la restricción de pro-
teína durante 12 días aumentó el por-
centaje de l infocitos B; la infusión
continua de rhIGF-I durante 7 días no
mostró un efecto significativo sobre es-
tos valores. El hecho de no haber encon-
trado cambios en la población relativa de
linfocitos en animales alimentados con
dietas de 4, 12 y 20% de proteína sugie-
re que un nivel de 4% de proteína es la
concentración crítica para mantener el
equilibrio en un organismo. Podría consi-
derarse que los cambios observados en
los animales con dieta 0% corresponden
a mecanismos regulatorios para mante-
ner el equilibrio homeostático del orga-
nismo en condiciones de restricción de
proteína dietaria; lo que estaría de acuer-
do con la hipótesis planteada reciente-
mente por Dorshkind y Horseman (26) para
explicar el mecanismo modulador de es-
tas hormonas en el sistema inmune.
Estos fenómenos pueden estar asocia-
dos con cambios en algunos elementos
del eje GH/IGF-I tanto a nivel de circula-
ción como locales. Para indagar este me-
canismo se analizó la expresión de genes
tales como el GHR, IGF-IR, IGF-I, e
IGFBP’s en el bazo. En las ratas alimenta-
Acciones anabólicas e inmunomoduladoras del factor de crecimiento similar a la insulina
68
das con los cuatro niveles de proteína no
se observó ningún cambio en los niveles
de expresión del mRNA esplénico para el
IGF-I. Por el contrario, los niveles de mRNA
del IGF-IR se incrementaron con la restric-
ción de proteína en la dieta; lo anterior
sugiere que este incremento puede ser
una respuesta secundaria a los bajos ni-
veles circulantes de IGF-I. La restricción
de proteína en la dieta incrementó la ex-
presión del mRNA para el GHR. Este in-
cremento correlacionó con la elevada
capacidad de unión observada en
linfocitos B y T. No hay claridad respecto a
la influencia que tenga los niveles circu-
lantes de GH. En ratones los niveles de
GH en condiciones de malnutrición
proteica son elevados (20), mientras que en
ratas son reducidos; por tanto, no se pue-
de generalizar que el incremento en la ex-
presión del GHR sea una respuesta
secundaria a niveles circulantes de la GH.
Interesante, es el hallazgo del incremento
en la expresión del GHR estimulada en
animales que recibieron la infusión de
rhIGF-I; pero este aumento no se observó
en la capacidad de unión de los linfocitos
esplénicos, lo cual sugiere algún efecto
postranscripcional.
El eje GH/IGF-I en el bazo muestra ser
activo y a la vez regulador del metabolis-
mo. La expresión de los receptores para
GH e IGF-I tanto en linfocitos B como T y
la expresión confirmada de cuatro de las
seis proteínas de unión al IGF son hechos
que demuestran este fenómeno. La pre-
sente investigación mostró que el mRNA
para el IGF-I en el bazo no es regulado
por la cantidad de proteína ingerida en la
dieta; mientras que los blancos de unión
del IGF-I sí lo son: el IGF-IR y las proteínas
de unión a través de los cuales el IGF-I ejer-
ce su función biológica. Lo anterior indica
que la captación de IGF-I por el bazo es
un evento importante en el metabolismo
de este órgano. La restricción de proteína
en la dieta causó un incremento en la ex-
presión del IGF-IR, la IGFBP-3, -4 y 6; mien-
tras que en circulación la IGFBP-3 dis-
minuyó y la IGFBP-4 no presentó algún
cambio.
La administración exógena de rhIGF-I
incrementó los niveles de la IGFBP-1 y -3
en circulación en ratas alimentadas con
dietas 0 y 4%, mientras que no se observó
efecto en la IGFBP-4. En condiciones de
buena nutrición, solamente los niveles de
IGFBP-3 son incrementados. La hipótesis
de trabajo de esta investigación según la
cual, en condiciones de estrés nutricional,
el eje local GH/GF-I puede estar modulan-
do los cambios inducidos por la deficien-
cia de proteína para preservar la
homeostasis del tejido encuentra soporte
en los hallazgos de este estudio. El bazo
estaría produciendo activamente IGFBP-3,
—4 y 6 para capturar el IGF-I de la circula-
ción; por tanto, el efecto anabólico obser-
vado de incremento en el tamaño del bazo
puede ser explicado por el incremento en
la captura de IGF-I de la circulación.
La respuesta fisiológica al IGF-I
exógeno bajo condiciones de estrés nu-
tricional puede ser un efecto combinado
de varios factores:
• Los altos niveles circulantes de IGFBP-
1 e IGFBP-3 incrementan la vida me-
dia del IGF-I.
• El mecanismo local paracrino/
autocrino, puede ser activado por el
aumento en la expresión ya descrita
anteriormente de los elementos res-
ponsables de la captación del IGF-I.
Esto puede resultar en un incremento
del porcentaje de células B y T expre-
sando ambos receptores, así como
también en un incremento en el núme-
ro de receptores por célula. Es cono-
cido que las IGFBPs unen el IGF-I con
afinidades mayores que las del recep-
tor de IGF-I; puede ocurrir que el in-
cremento observado en la actividad
esplénica esté captando la mayor par-
Lecturas sobre Nutrición Nº 45
69
te del IGF-I del medio y del receptor,
modulando así la acción biológica,
aumentando su vida media y distribu-
ción en el bazo.
Dentro de los posibles mecanismos
que pueden estar involucrados en el man-
tenimiento de la homeostasis durante el
estrés nutricional inducido por una baja o
completa restricción proteica, se pueden
mencionar los siguientes:
• El incremento en la capacidad de
unión de los linfocitos a la GH para
compensar los efectos deletéreos del
déficit de nutrientes sobre la función
inmune.
• La elevada capacidad de unión a IGF-
I (IGF-IR), junto con el incremento en
la expresión de las proteínas IGFBP-3,
4 y 6, en condiciones en las que el IGF-
I circulante es reducido, pueden ser el
reflejo de una mayor captación local
de IGF-I, lo que puede estar dando
cuenta de las acciones anabólicas del
péptido en el órgano linfoide.
En conclusión, en esta investigación
se ha demostrado que la restricción
proteica tiene efectos profundos en el eje
local linfoide GH/IGF-I. Se ha podido de-
mostrar que el rhIGF-I estimula el
anabolismo en el bazo a expensas del
catabolismo inducido por la restricción de
proteína en la dieta. Los datos obtenidos
sugieren que el incremento en la expre-
sión de varios de los elementos del eje:
IGF-IR, IGFBP-3, -4 y -6 durante la malnu-
trición proteica pueden estar capturando
el IGF-I circulante o el producido localmen-
te como una manera de compensar los
bajos niveles causados por la deficiencia
de proteína en la dieta. Este incremento
puede también afectar la homeostasis de
la población linfocitaria y prevenir que la
restricción proteica ejerza mayores efec-
tos sobre la función inmune.
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