Metabolismo energético de la célula tumoral

revisiones
Metabolismo energético de la célula tumoral
(segunda de dos partes)
CARLOS
CORREDOR1
Se hace una revisión del metabolismo encrgético, sus sustratos principales, el destino energético de
tales sustratos y los mecanismos de control existentes para regular el flujo metabólico. Se aplican estos conceptos a la célula tumaral en un intento de dilucidar cuáles son en realidad los sustratos enero
géticos que consume y cuáles son sus destinos y cuáles las características metabólicas que hacen diferente la célula transformada. Se presentan unas hipótesis que explicarían las características de la célula cancerosa, así como avenidas experimentales que las validen.
Palabras claves:
lipolisis.
Mecanismos
comunes
células
neoplásicas
circulantes,
de regulación
Bissell y col (33) mostraron
en 1975 que tan·
to en fibroblastos
de embrión de pollo normale,
como en aquellos transformados
por el virus del
sarcoma de Rous, la lanzadera de glicerolfosfato
se encontraba
intacta. Experimentos
más antiguos
de Weinhouse
en 1956 (34) y de Boxer en 1961
(35) hab(an mostrado o falta absoluta o disminución drástica
de glicerolfosfato
deshidrogenasa.
Sin embargo, Dionisi en 1970 demostró
(36) que
la lanzadera
de glicerolfosfato
puede estar intacta, alterada o aun faltar por completo
en diferentes I(neas de tumor aScltico de Ehrlich. Esta evidencia muestra que la presencia o ausencia de la
lanzadera,
es decir, el transporte
de equivalentes
reducidos
a la mitocondria
no está implicado
en
la independ ización de la glicólisis de la cadena respiratoria.
Recibido 2 de agosto, 1984. Aceptado 13 de septiembre, 1984.
1. Ph.D. Profesor titular de Bioquímica. Departamento de Ciencias Fisiológicas. Facultad de Salud. Universidad del Valle. Cali,
Colombia
©
Universidad del Norte.
Salud Uninorte. Barranquilla (CoL), 2 (1): 25 - 34,1985
metabolismo,
gluconeogenésis,
glucosa,
lípidos,
En cuanto a la posible participación
de ADP y
Pi en el control a través de su comportamentalización que podría ser consecuencia
de un defecto
en transportadores
mitocondriales,
hay muy poca
información.
Sin embargo, Wu demostró
que células asc(ticas de Ehrlich incubadasaeróbica
o anaeróbicamente
con glucosa producen
cantidades
equivalentes de A TP (37), lo que arguida en cOntra de
un defecto en ADP en cualquiera de los dos comportamientos.
Por otro lado, Lee y col. han medido
cinéticamente
la forrria Como el ADP y el Pi
podrían
influenciar
glicólisis y respiración
(38).
Estos autores concluyen
que hay un solo "pool"
de ADP disponible
para las dos v(as y que muy
probablemente
el ADP no seda un regulador de
la vía seguida por la glucosa en células de tumor
asc(tico de Ehrlich. Sin embargo,
hace falta trabajo en este sentido.
Finalmente,
en cuanto a la pirúvico deshidrogenasa, Lazo y Sois (39) han demostrado
que la
actividad
de la enzima se halla fuertemente
inhibida en tumor aScltico de Ehrlich. De acuerdo
con sus hallazgos la actividad
es de dos órdenes
de magnitud
menor que la capacidad
de las células de hacer piruvato a partir de glucosa y un orden de magnitud menor que la capacidad de transporte de piruvato a las mitocondrias.
La enzima es
25
activable por AMP, pero el significado de esta activación en tumores no es claro. De ser esto válido
para otros tipos de cáncer, se explicarra la independencia entre la glicólisis y la oxidación y se reforzarra la posibilidad de que sustratos diferentes
a la glucosa fueran utilizados para dar la energra
necesaria para la célula. En contra de estos hallazgos, Fields et al. proponen que la caquexia del paciente terminal de cáncer podda ser debida, al
menos en parte, a una pirúvico deshidrogenasa
que se mantiene activa, aún durante perl'odos de
ayuno (40).
suzuki et al (41) hablan mostrado años antes
que la adición de piruvato a células asdticas de
Ehrlich que estaban respirando causaba una carda
progresiva de la glicólisis y un aumento en los fosfatos de hexosa. El piruvato mismo no actuaba sobre la glicólisis, pero citrato si lo hada. Estos experimentos se pueden interpretar a la luz del hallazgo de Lazo en el sentido de que en presencia
de una láctico deshidrogenasa muy activa y una
pirúvico deshidorgenasa alterada, el piruvato seria
convertido a lactato mientras que no se podrla
acumular citrato por dos razones: una actividad
normal respiratoria y una disminución en el aporte de acetil CoA.
Esta interpretación
requiere una láctico deshidrogenasa alterada y más activa o con mayor afinidad para el piruvato. En efecto, Anderson y col.
han encontrado una nueva isozima de la deshidrogenasa láctica, primero en células transformadas
por el virus del sarcoma de Kirsten (42) y luego
en cánceres humanos y en retina (43). Esta deshidrogenasa láctica, que ellos llaman LDHk, es fuertemente inhibida por oxrgeno, y es termolábil. La
primera de estas condiciones no la hace un buen
candidato para explicar el aumento en producción de lactato, pero siendo una isozima diferente, serra posible postular que su afinidad por piruvato también está alterada. De particular interés
es la presencia de la misma isozima en retina (43),
lo que está implicando una participación en tejidos altamente lactacidogénicos.
El trabajo de Lazo y Sois (39) tiene que ser
considerado, sin embargo, a la luz de otros factores que se sabe modifican extraordinariamente
la
actividad de la pirúvico deshidrogenasa. Randle ha
llamado la atención al hecho de que el cerebro da
cuenta del 60- 70% de la glucosa utilizada en el
estado post-absortivo,
determinando en esta forma un severrsimo control de la actividad de la
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deshidrogenasa por fosforilación-desfosforilación
(44). La fosforilación,
catalizada por una cinasa
intrlnseca al complejo de la deshidrogenasa, inactiva la enzima, y tal fosforilación es aumentada
por el incremento en las razones ATP: ADP; Acetil CoA: CoA y NADH: NAD, mientras que es inhibida por piruvato y dicloroacetato. Carrascosa y
col (45), usando tricloroacetato, demostraron que
la actividad de la deshidrogenasa en células de tumor asdtico de Ehrlich es tan solo del 64% de la
actividad posible total, implicando que casi la mitad de la enzima se encuentra fosforilada y por
tanto inactiva. Estos autores mostraron además
que en presencia de NH; se aumenta significativamente la actividad de la deshidrogenasa posiblemente como consecuencia de un aumento en la
concentración
de AMP que encontraron era un
poco más del doble y de la relación ATP/ADP que
era la mitad en presencia de una concentración de
iones NH; dentro de los 1 Imites observados para
el liquido asdtico. Es llamativo anotar que jushok
ha determinado la concentración de NH; dentro
de las células ascrticas y encuentra que es de 2.8
mM, es decir, ocho veces mayor que en el flu Ido
circundante (46). Estos experimentos parecerran
indicar que la deshidrogenasa podrla no estar totalmente implicada en la desconexión entre el citoplasma y las mitocondrias.
Comportamentalización
del trabajo
Una pregunta que surge inmediatamente es ¿qué
trabajo diferente al de una célula normal realiza la
célula cancerosa? A priori, se podrla sugerir que
debe ser un trabajo anabólico para suplir las múltiples necesidades de la continua división celular.
Apoyando esta hipótesis, el grupo de Weber (47)
demostró recientemente
que las concentraciones
de los trinucleóticos aumentan hasta 17 veces más
en hepatoma 3924A que en células normales al
iniciar la fase S del ciclo celular. Argyris ha demostrado que durante el crecimiento hiperplásico
hay acumulación de ribosomas, particularmente
libres (48), lo que estarra de acuerdo con una mayor slntesis proteica. Sin embargo, la mayor carga
energética impuesta a la célula cancerosa no puede realmente explicarse por la mayor slntesis de
nucleóticos o prote Inas en ciertas etapas del ciclo
celular. Contra tal interpretación militan dos razones poderosas: a) A pesar de que comparada con
la célula diferenciada, la cancerosa se divide muy
rápido, su ciclo celular es lento en términos de
tiempo real, siendo este superior a las 72 horas y
Salud Un ¡nortc. Barranqu ilIa (Col.), 2 (1): 25 - 34, 1985
b) células proliferativas normales tales como las
de la médula ósea, las del intestino delgado o del
testículo
no muestran necesidades energéticas
anormales del tipo observado en células transformadas. Por consiguiente, si existe un trabajo anormal que exija mayor aporte energético en el estado canceroso debemos buscar procesos diferentes.
do el Ca ". Un aumento a la permeabilidad de los
iones presupone una alteración en la composición
o en la conformación de la membrana plasmática
y, a su vez, implica un mayor gasto energético para restiruír el desequilibrio iónico necesario para
la vida celular. En efecto, hay indicios de que ambas situaciones ocurren en la célula tumoral.
Segal y col. (49) demostraron que la estimulación de linfocitos humanos con fitohemaglutinina
aumentaba el flujo pasivo de K' hacia afuera de
las células, hecho que fue confirmado por Negendank (50) quien mostró que esto era algo específico debido a la estimulación y que aumentaba
proporcionalmente
la pérdida de K' intracelular.
En efecto, J nbar y Shinitsky (54)demostraron en
1974 que las membranas plasmáticas de células
transformadas contienen menos colesterol que las
membranas normales. Esta menor concentración
de colesterol parece no ser debida a deficiencias
en su síntesis, por lo menos en hepatomas en los
que se ha demostrado que desaparece el control
por retroalimentación
(55), sino a una incapacidad de la célula en acumularel esterol (56). Los mismos autores demostraron, utilizando técnicas de
polarización de fluorescencia, que Iinfocitos transformados presentan una membrana plasmática
más flu ída.
Otros estudios demostraron que, si bien hay un
aumento en la pérdida de K' intracelular, la concentración de K' intracelular permanece constante durante una parte del tiempo que sigue a la estimulación y puede aumentarse en términos absolutos hacia el momento en que la célula entre en
fase S. Estos resultados paradójicos deben considerarse a la luz de la demostración que se· hizo en
1968 (51) de que la ouabatna es un potente inhibidor de la proliferación de linfocitos humanos.
En efecto, la mayor difusión pasiva de K' estaría
opuesta por una mayor actividad de la ATP' asa
Na+K' que en esta forma mantendrl'a inalterada
o aún podría aumentar la concentración intracelular de K' (52). La acción de la ouabaína, que
impide la unión de K' a la porción externa de la
bomba, sería la de permitir que la concentración
intracelular de K' disminuyera.
Esto, a su vez,
tendrá un efecto negativo sobre los procesos de
síntesis de macromoléculas,
impidiendo en esta
forma la división celular.
Si lo anterior es cierto, la ouabaína debe impedir el proceso de proliferación. Múltiples experimentos con linfocitos T y B, en células HeLa y
Girardi, en fibroblastos y en fibroblastos transformados muestran que este es el caso. De ahí que se
haya concluído que la funcionalidad de la ATP'
asa Na 'K' es una condición sine qua non para la
proliferación celular. Es más, en células transformadas se observó que la contribución de la bomba
de Na 'K' al total de la ATP 'asas de célula, que
normalmente
es de un 5% , aumentó a un 25%
(53).
Las observaciones anteriores sugieren la posibilidad que las células cancerosas tengan membranas
permeables a K' y quizás a otros ion es, incluyen-
Salud Uninorte. Barranquilla (Col.), 2 (1); 25 ~34, 1985
No es claro si la mayor fluidez de la membrana
es una causa o un efecto del flujo aumentado de
iones a través de la membrana. En efecto, Gilbert
ha demostrado que en ausencia de Ca" o en presencia de muy bajas concentraciones
de Ca" extracelular la membrana no retiene el K' intracelular (57). El mismo autor demostró que las células tumorales tienen menor afinidad por Ca" que
las células normales. Estas observaciones podrían
explicarse si se presume que la bicapa fosfolipídica es estabilizada por Ca" . Nosotros hemos propuesto que el flujo pasivo de agua a través de
membranas plasmáticas (58) se debe a la formación de "poros instantáneos" a lado y lado de la
bicapa como consecuencia de la creación probabilística de centros de repulsión entre cargas afines
de la porción hidroHlica de los fosfolípidos de
membrana que permitiría interacciones entre agua
fija a la superficie y moléculas de agua incluídas
entre cadenas hidrocarbonadas
del núcleo de la
membrana. Tales centros de repulsión se establecerían al azar por el movimiento rotacional alrededor del eje mayor de los fosfol ípidos vecinos.
El movimiento pasivo de iones hidratados a través
de la membrana podría entenderse ~n los mismos
términos. De ser adecuado este modelo, tanto el
flujo _~ a-gua como de iones a través de una bicapa sería más-Iento en presencia de Ca" , ya que
este ión disminuiría la libertad rotacional de las
moléculas de fosfolípido, es decir, estabilizaría la
membrana.
27
Estas observaciones
se podrían aplicar a la célula
cancerosa en el sentido de que su menor afinidad
H
por Ca
,podría
ser el resultado de un cambio de
composición
de los fosfol ípidos de la bicapa. Estos fosfol ípidos de la célula tumoral tendrían
características
que permitirían
una gran rotación y
por ende aumentarían
la formación
de "poros instantáneos"
y el flujo pasivo de agua y iones. Por
sus mismas características
no podr(an
tampoco
ligar adecuadamente'
el colesterol,
con la consiguiente alteración
en la fluidez de la membrana.
En relación con esta conclusión
es interesante
anotar que Anghileri acaba de proponer
lo que él
considera una teoría nueva de carcinogénesis
(59).
Esta teoría se expresa diciendo que una lesión a
nivel de la membrana
celular resulta en un influjo
masivo de Ca
que causa la muerte a la mayoría
de las células, mientras que algunas se adaptan a
un estado más primitivo de vida (neoplasia)
independiente
de señales biológicas,
particularmente
aquellas que involucran
el Ca H . En apoyo de su
teoría
cita los trabajos
del grupo de Whitfield
(60, 61) y de otros investigadores
que demuestran
que la proliferación
de las células cancerosas,
al
contrario
de lo que ocurre con las normales,
se
puede dar en ausencia
de iones Ca H . Anghileri
no supone nada acerca del tipo de lesión que ocurre, pero sus propios experimentos
y los que él
cita están de acuerdo en el hecho esencial que 1)
H
la célula neoplásica
prolifera en ausencia de Ca ,
y 2) que la permeabilidad
de su membrana a iones
aumenta
grandemente.
Tales hechos, en nuestro
concepto,
no son la causa de la transformación
neoplásica,
sino más bien otro efecto del cambio
de expresión
del genoma que se manifiesta a nivel
de los fosfol ípidos de membrana
alterando
su
composición
cualitativa.
Hasta donde nosotros sabemos, no hay información
a este respecto en la
Iiteratu ra.
H
Independ ientemente
de si la exagerada permeabilidad es causa o efecto de neoplasia, debe existir
un mecanismo
que la contrarreste
para mantener
las concentraciones
de por lo menos el K+ dentro
de límites compatibles
con la vida de la célula. Esto exigiría que la actividad de las bombas de Na + K+ fuera mayor, e inclusive que su número aumentara significativamente,
en la célula tumoral para
mantener
la concentración
de K + intracelular
a niveles que garanticen la s íntesis normal de prote ínas.
*
in: intraceluJar; ex; extracelular
28
En efecto Cahn y Lubin (62) han demostrado
que
el alargamiento
de la cadena polipeptídica
naciente es inhibido cuando disminuye
la concentración
intracelular
de K+ .
Kaplan (52) ha llamado la atención a la existencia de estos mecanismos
en linfocitos estimulados
con mitógenos.
Hay dos hechos que sobresalen en
la exposición:
1) la estimulación
de linfocitos
causa una desagregación
de la cromatina
y aparición del nucleólo,
acompañada
por un aumento
de volumen total de la célula de más de 10 veces
el inicial durante
las primeras 24 horas. Este aumento puede deberse principalmente
a síntesis de
nueva proteína y 2) aumento de la porosidad de la
membrana
que permite '111 eflujo de K + contrabalanceado
por la aparición O formación
de nuevas
bombas Na+-K+ (igual Km pero mayor Vmax).
Hamilton
y Kaplan (63) mostraron
que el flujo
hacia afuera del K + subió de 4.2 f moles/célula
por hora a 9.9 f moles/célula
por hora al estimular el linfocito.
Segal y Lichtman
(64) habían
mostrado
previamente
que la actividad
de la
bomba
Na +- K + hab ía aumentado
en tal forma
que el flujo de K + se incrementaba
de 20 nmoles/
litro x hora en células en descanso a 38 nmoles
1-1 x hr en linfocitos
estimulados.
Este flujo era
opuesto
casi exactamente
por un flujo pasivo de
K + que aumentaba
de 19 a 38 nmoles
1-1 x hr.
La estoiquinometría
del proceso de transporte
activo Na +- K+ es (65):
ATP+H,O+3Natn
+21\:
...•ADP+Pi +3Na:x
+2K;n
*
Esto implicaría
que el simple mantenimiento
de la asimetría
iónica en linfocitos
en reposo requiere un gasto de 10 nmoles de A TP por litro
por hora. Este gasto se dobla a 19 nmoles cuando
el linfocito es estimulado.
A pesar de que es difícil hacer comparaciones
entre valores publicados
en la literatura
debido a
las diferentes
unidades utilizadas,
podemos
hacer
unos cálculos
groseros
basados
en estas cifras.
Como vimos más arriba, Wilson y col. calcularon
la producción
de ATP en músculo cardíaco y su
consumo
en condiciones
de funcionamiento
regular (14). Podemos convertir las cifras dadas por estos autores
a nmoles/lit
por hora multiplicando
sus cifras por 60000. Al hacerla suponemos
que 1
litro de células es equivalente
a un kilogramo (peso húmedo) de músculo cardíaco. Con estas equivalencias
el músculo
cardíaco
produciría
3360
nmoles ATP/hr x litro. En contracciones,
presuSalud Uninorte. Barranquilla (Col.), 2 (1): 25 . 34, 1985
miendo
una
frecuencia
cardlaca
de 70, gastarla
x litro, o sea un 28% de la producción
total. Si en mantener
la asimetrla
K'Na' gasta lo mismo que el linfocito en reposo esto
equivaldrla
a 10 nmoles/hr
x 1 o sea 0.3% del total producido.
El aumentar
el requisito
al doble
implica aumentar el requisito a un 0.6% de la producción
total, incremento
de A TP realmente
trivial en el contexto
del funcionamiento
total de la
célula.
medir la relación Rb' captado/lactato
producido
se debiera encontrar
que es 2. Sin embargo, experimentalmente
se encontró
que en células de tumor ascítico
de Ehrlich la relación es de 0.83 y
baja a 0.17 en presencia de DNP. Sin embargo, si
se añade quercetina,
un bioflavonoide
que interfiere con hidrólisis excesiva de A TP mitocondrial
pero no con su síntesis, y que además actúa sobre la
bomba
Na'-K"
se inhibe la glicólisis pero no la
captación
de Rb.
Racker ha dedicado
mucho esfuerzo al estudio
de la bomba de Na'-K'
en células de tumor as6tico de Ehrlich. Contrario
a los cálculos que hacemos más arriba para músculo card laca, el sostiene
que entre el 30 y el 70% de la energ,'a total producida por la célula es gastada en mantener el desequilibrio
iónico (66). Sin embargo, él mismo encuentra que en adipocitos
la proporción
es sólo
del 6%, mientras que en diagrama, es de 25%. Estas tremendas
diferencias en cuanto a la participación calculada de cada tipo de proceso en el metabolismo energético
en general dan una idea de los
problemas
que surgen al tratar de interpretar
lo
que realmente está ocurriendo
en la célula a través
de indicadores
metabólicos
de una determinada
actividad.
Sin embargo,
en la medida en que el
proceso
de mantener
el desequilibrio
sea más o
menos importante
en el contexto
del total de los
procesos, la célula cancerosa puede estar obligada
a tomar una vía con preferencia a otra para cubrir
sus necesidades energéticas.
Independ ientemente
de si la bomba Na' - K' es
defectuosa
o no, es posible interpretar
estos experimentos
también en el sentido de que habría un
mayor flujo pasivo de Na' y K' que seria contrarrestado por un aumento
en la actividad de bombas preformadas
como lo sugiere Kaplan para linfocitos estimulados,
y es claro que en cualquier
caso, el defecto neto es una mayor utilización
de
A TP para llevar a cabo el mismo efecto. Los experimentos
de Racker, sin embargo muestran que la
actividad glicolltica
y el transporte
de iones están
estrechamente
ligados, y que en alguna forma podrían ser independientes
de la fosforilación
oxidativa, hecho que el autor no reconoce
expl(citamente. Este mismo efecto seria el que ocurre en
músculo liso e,1 el que el A TP derivado de glicólisis actuarla
como combustible
para la bomba
Na', K' mientras
que la fosforilación
oxidativa
tendrla
que ver con los procesos de contracción,
como lo ha postulado
Paul y col. (18).
966 nmoles/hora
En 1973 Racker demostró
que la adición de
dinitrofenol
(DNP) aumenta la producción
de lactato hasta 3 veces en células que consumen glucosa. La adición simultánea
de rutamicina,
un antibiótico que inhibe la transferencia
de energla mitocondrial,
contrarresta
el efecto de DNP sobre el
lactato.
La adición de ouabalna
disminuye
a un
tercio la producción
de lactato en ausencia
de
DNP, pero la aumenta casi 3 veces en presencia de
DNP (67). La interpretación
del efecto del DNP
seria a través del aumento en ADP disponible,
como lo demuestra
la adición de rutamicina.
La ouabaína
disminuiría
la glicólisis
esencialmente
al
disminuír
el ADP disponible
cuando
interfiere
con la acción de la bomba. Posteriormente,
Racker mostró una serie de experimentos
que él interpreta como si demostraran
que la bomba es defectuosa (68). Presumiendo
que la tasa de glicólisis
es una medida de la hidrólisis del A TP, Y que se
hidroliza
un A TP por cada lactato formado,
al
Salud Uninorte. Barranquilla (CoL), 2 (1): 25 - 34, 1985
El movimiento
de iones debido a defectos en la
membrana
no es necesariamente
el único trabajo
que se pueda hacer a nivel de membrana.
En efecto,
el grupo deChristensen
ha presentado
evidenciaque
sugiere que el transporte
de aminoácidos
en células
de tumor as6tico de Ehrlich se harla, además de los
mecanismos
familiares de cotransporte
con N,: y
dependiente
de A TP, por energización
directa de
la membrana
debida a NADH (2). Esto requeriría
una NADH-oxidasa
similar en función
a la existente en mitocondrias,
y la única fuente posible
de suficiente NADH seria la oxidación
de glucosa.
La existencia
de tal NADH oxidasa acoplada a un
consumo alto de aminoácidos
explicarla
en parte
la división de trabajo entre gl icól isis y fosforilación oxidativa,
la que obligarla a un consumo de
glucosa independiente
de la producción
de A TP,
sin embargo, no expl ica y de hecho se contrapone
a la elevada producción
de lactato, que requeriría
de otra fuente de NADH. Esta contradicción
podrla resolverse si la glutamina puede convertirse
a
29
piruvato como discutiremos
sustratos energéticos.
en la sección sobre
Las observaciones discutidas nos permiten sugerir que efectivamente hay en células tumorales una
comportamentalización
del trabajo y de las fuentes de ATP necesario para Ilevarlo a cabo. Es esta
comportamentalización
la que explicaría por qué
no se puede dar el pequeñi'simo aumento en ATP
citoplásmico necesario para compensar la bomba
ineficiente de Na+-K+ excepto a través de un au·
mento en el flujo glicolltico. Estos experimentos
no nos dicen, sin embargo, como ocurre tal ccm-
portamental ización.
Enzimas
La existencia de isozimas, prote(nas procedentes de diferentes tejidos con diferencias en su secuencia de aminoácidos y por consiguiente en algunas de sus propiedades, pero con igual función,
es un hecho ampliamente comprobado.
Si se arguye que una de las características de la
diferenciación es la expresión discriminada de una
cierta isozima para una cierta etapa del desarrollo,
entonces sería de esperar que la desdiferenciación
que acompaña a la transformación
neoplásica se
manifieste a nivel enzimático por la aparición de
formas isozímicas diferentes a las de los tejidos
del adulto normal. La aparición de estas isozimas
puede ser detectadas por cambios en la actividad
en condiciones definidas o por cambios en la respuesta de la actividad a efectores. La prueba definitiva de que existe una isozima diferente es su secuencia de aminoácidos; pero propiedades físicas
dependientes de la estructura primaria tales como
la carga total o las relaciones espaciales de los aminoácidos de la superficie pueden ser aprovechadas
para a través de electrofóresis o de anticuerpos espedficos reconocer que se trata efectivamente de
un tipo determinado de isozima.
En ei caso de células tumorales se han hecho
muchos estudios tratando de detectar diferencias
en el complemento enzimático de la célula. Algunos han sido mencionados más arriba y no se repeti rán aqu í
Warburg (21) encontró que entre los diferentes
azúcares, solo las hexosas permiten la gl icól isis del
tumor. La producción de lactato en nmoles/hr x g
fue de 1062 para glucosa, 960 para D-manosa,
147 para D-fructosa y 58 para D-galactosa. Estas
diferencias pueden ser debidas o a diferencias en
30
la velocidad de captación o a diferencias en las
isozimas necesarias para las interconversiones. El
punto puede ser de poca consecuencia por cuanto
solo se esperaría encontrar glucosa en el líquido
extracelular de los mamíferos.
En 1958, Eagle et al. estudiaron el efecto de
estas mismas hexosas sobre el crecimiento de células normales y tumorales en cultivo (69). Estos
autores mostraron que la manosa, la fructosa y la
galactosa substituyen completamente a la glucosa
cuando se les incluye en el medio en concentraciones adecuadas, tanto para líneas celulares normales como para líneas tumorales. El crecimiento
celular óptimo se obtuvo con concentraciones de
glucosa o manosa de 2 mM. Fructosa fue menos
efectiva, requiriéndose 5 mM, mientras que la galactosa fue completamente
efectiva a 0.1 mM si
había piruvato presente. Una observación muy interesante de estos investigadores es que el consumo de glucosa y producción de lactato aumentan
lineal mente cuando la concentración de glucosa en
el medio se incrementa hasta 10 mM, sin que se
afecte la velocidad de crecimiento una vez sobrepasada la concentración
que da lugar al óptimo.
Esto quiere decir que en ciertos casos se puede
observar una "glicólisis aerobia" que es tan solo
un artefacto experimental debido a un exceso de
sustrato.
Hatanaka (70) mostró posteriormente
que hay
un aumento en la captación de glucosa por células
de tumores inducidas por virus oncogénicos. Miranda y col. (71) midieron la actividad de algunas
enzimas de tejidos humanos sanos y tumorales.
Estos autores encontraron que la actividad de la
hexocinasa tumoral es 3.2 veces mayor que la de
tejido normal, la de glucosa-6-fosfato
deshidrogenasa 4.6, la de 6-fosfogluconato
deshidrogenasa
2.4 y la de glucosa-6-fosfato
isomerasa 1.5. A pesar de las mayores actividades de las enzimas del
ciclo de las pentosas en los tejidos tumorales, es
tan grande la actividad de la isomerasa (un millón
de veces mayor) que se asegura preferencial mente
el flujo glicolítico.
Floridi y col. (72), trabajando con lodinamina,
un poderoso agente antiespermatogénico,
demostraron que éste actuaba sobre la hexocinasa unida a
mitocondria de células llImorales, pero no sobre
la isozima de tejidos normales, demostrando así
una isozima de hexocinasa diferente en células de
tumor ascítico de Ehrlich. Kraaijenhagen hizo
para su tesis doctoral (73, 74) un estudio muy
Salud Uninorte. Barranquilla (Col.), 2 (1): 25 - 34, 1985
completo
de la hexocinasa,
fosfofructocinasa
y
pirúvico cinasa de linfocitos normales y linfocitos
de leucemia linfocltica
crónica. Este autor encontró que en todas las células linfoides normales o
leucémicas,
aparece la hexocinasa
de tipo 1. Sin
embargo,
la de leucemia es poco inhibida por glucosa-1 ,6-bisfosfato.
La pirúvico c inasa aparece principalmente
en las formas isoz(micas
K4 y K3 M
en todas las células estudiadas.
Sin embargo, la pirúvico cinasa de linfocitos
leucémicos
difiere significativamente
de la de linfocitos normales en su
susceptibilidad
a inhibición
por alanina. En cuanto a la fosfofructocinasa,
se encontró
que mientras en linfocitos
normales ocurren los tipos L y F
principalmente,
en los leucémicos
hay formas h,bridas que difieren de la normal en que son fuertemente activadas por glucosa-1, 6-bisfosfato.
Boca y Sois (75) han estudiado
la fosfofructocinasa de tumor ascltico de Ehrlich y han encontrado que es activable por fructuosa-2,
6 bisfosfato
en concentraciones
micromolares
y glucosa-1,
6-bisfosfato
pero no por fructosa-1, 6-bisfosfato
en concentraciones
milimolares.
Como
caracterísw
tica no compartida
con otras isozimas descritas,
la de tumor es inhibida por fosfoenol
piruvato.
Nosotros
hemos
isozima de embrión
desaparecer
cuando
por ser fuertemente
to (76).
descrito
recientemente
una
temprano
de rata, que parece
se llega al estadio fetal y que,
inhibida por fosfoenol
piruva-
Las evidencias arriba analizadas parecen demostrar que en el estado canceroso
se expresan isozimas diferentes
a las expresadas
en el estado normal, que permiten
la alta glicólisis aeróbica caracten'stica del tumor. Nuestro hallazgo parece indicar que, por lo menos
para un tumor,
estas enzi-
mas son semejantes a las que aparecen en estadios
embrionarios
muy tempranas.
Sin embargo, a pesar de sus diferencias
con las isozimas de tejidos
normales, su nueva presencia no explica la separación aparente
entre la glicólisis y la fosforilación
oxidativa.
Sustratos
energéticos
de la célula tumoral
Hasta acá la discusión se ha centrado
en la glicólisis, que hemos sugerido seria la forma de proveer energla para procesos que ocurren a nivel de
membrana
plasmática.
Pero la misma sugerencia
implica que el resto de los procesos celulares seria
energizado
por la fosforilación
oxidativa.
¿Cuáles
Salud Uninorte. BarranquilJa (Col.). 2 (1): 25·34,1985
son los sustratos
de esta última en la célula tumoral? Fields (40) ha demostrado
que las células de
algunos tumores son incapaces
de utilizar ácidos
grasas y Bloch y col. (77) han mostrado una relación inversa entre la capacidad
de oxidación
de
ácidos grasos y la desdiferenciación
del tumor. Esto implicarla que los sustratos energéticos
se reducen al piruvato que sea convertido
a acetil CoA y
a aminoácidos.
A pesar de que, en 1982, Fields (40) asegura
que el papel de los aminoácidos
en el metabolismo energético
es desconocido,
hay una serie de
evidencias
experimentales
que deben ser analizadas.
Lambert y Hoffmann
(78), mostraron
ese mismo año que células de tumor ascltico de Ehrlich
incubadas
en solución de Ringer tienen un cuociente respiratorio
de 1.12. Los autores interpretan esta cifra diciendo
que el metabolismo
es
completamente
aeróbico y el exceso de CO2 producido sobre ox(geno consumido
podrla ser debido a una alta operación
del ciclo de las pentosas.
Existirlan
otras explicaciones
al alto C.R., pero el
punto principal
es la capacidad
aeróbica
del tumor señalada por esta cifra. Los mismos autores
muestran
qué más de la mitad de la alanina añadida es convertida
a CO2 en 80 minutos por las células tumorales,
indicando
con esto, a nuestro juicio, la operación
adecuada
de la pirúvico deshidrogenasa.
sauer y col. han desarrollado
un método de implantar tumores en ratas que les permite crecerlos
en la cavidad inguinal con tan solo una arteria aferente y una vena eferente, permitiendo
aSI el estudio del tumor in vivo (79). Usando esta técnica
los autores
han demostrado
que carcinosarcomas
de Walker utilizan glutamina
y lisina en grandes
cantidades,
mientras que pueden producir alanina
y glicina. Otros aminoácidos
son utilizados
también. Esta utilización
ocurre en presencia de concentraciones
normales
de glucosa, que es, a su vez,
utilizada.
La utilización
de glucosa, glutamina
y
ácido láctico depende
de la concentración
de estos sustratos
en el medio de perfusión,
y como
anotábamos
más arriba, en el caso dellactato,
este
se produce si la concentración
extracelular
es menor de 2-3 mM, pero se utiliza si es mayor de esta
cifra. Los autores sugieren que este tipo de metabolismo energético
es similar al encontrado
en células de intestino
delgado, implicando
la posibili31
dad de que el tumor
del hospedero.
se "adapte"
al metabolismo
Norton
y col. (80) y Rouser y col. (81) han
presentado
evidencia indirecta de que tumores humanos in vivo consumen
glutamina.
Yushock (46)
ha sugerido
que esta glutamina
se utiliza para
s(ntesis de proteína
y formación
de glutamato
y
aspartato,
de aminoazúcares
y de precursores
de
purinas y pirimidinas.
Sin embargo, por lo menos
en el tumor asc(tico de Ehrlich, la utilización
de
glutamina
como precursor
metabólico
genera una
gran cantidad
de NH3 que, al no existir un ciclo
de la urea que lo detoxifique,
saldrá al medio. El
autor propone que en estas condiciones
se crea un
ciclo fútil entre el tumor y los tejidos del hospedero en forma tal que el amon(aco
producido
por
el tumor se detoxificar(a
en los tejidos sanos a
través de la formación
de glutamina
y esta ida al
tumor, donde se producir(a
amon (aco. El efecto
metabólico
neto serIa la degradación
de prote(na
tisular.
A pesar de que, a nuestro juicio, la hipótesis de
Yushock no tiene en cuenta u na serie de mecanismos homeostáticos
que probablemente
modificar(an algunas de las premisas sobre las que se sustenta, particularmente
en cuanto al orIgen metabólico de la glutamina y las contribuciones
parciales en su captación
por parte del h (gado y del tumor, con diferente
irrigación y por tanto disponibilidad del total de la glutamina sangu (nea, de todas formas llama la atención
al hecho de que el
tumor capta gran cantidad de glutamina y produce N H3 en exceso.
Lazo (82), ha estudiado
la utilización
de aminoácidos
y glucosa en células de tumor asdtico de Ehrlich. Entre sus principales
conclusiones
están: el 78% del A TP producido
proviene de glicólisis, el1% de oxidación de glucosa y el19% de
oxidación
de glutamina.
La glutamina
no puede
reemplazar
a la glucosa como la fuente principal
de energ(a, aún cuando es oxidada 20 veces más
rápido y la inmensa mayor(a del piruvato descarboxilado es convertido
a esteroles. McKeehan (12)
ha propuesto
la interesante
posibilidad
que la glutamina se degrade en una forma análoga a la glucosa de acuerdo con las siguientes reacciones:
Glutamina
Lactato
32
--+glutamato
+-
malato
-+a-cetoglutarato
+-
fumarato
+-
-+ succinil-CoA
succinato
Esta "glutaminólisis"
implicar(a la pérdida de 2
carbonos en forma de CO2, la competencia
entre
isocitrato
y glutamato
para producir c>-cetaglutarato que podr(a resultar en la inhibición del ciclo
a nivel del isocitrato
y por ende el aumento en lipólisis a partir de piruvato, y, principalmente,
la
salida de 2 equivalentes
reducidos de la mitocondria, en forma de malato, con la eventual formación de lactato como producto
final, lactato que
se añadir(a al producido
por glicólisis. La hipótesis de McKeehan
es de gran interés pues podr(a
conciliar
observaciones
aparentemente
contradictorias. En efecto, la actividad de la pirúvico deshidrogenasa
no seria limitante en presencia de NH;.
Sin embargo, el acetil CoA proveniente
de piruvato ida principalmente
a la formación
de colesterol
ya que el ciclo de Krebs estar(a represado
a nivel
del equilibrio
entre ácidos tricarboxilicos
catalizados por la aconitasa,
debido a la entrada de c>-cetoglutarato
proveniente
de glutamina
a la vra. I_a
salida de malato al citoplasma
provee los equivalentes reducidos
para convertir el piruvato en lactato, sin que intervenga la glicólisis. Quedar(a todav(a el problema. de la oxidasa de NADH que
energiza la membrana
y obliga a la glicólisis. Esto,
quizás, se resolver(a
si la LDHk descrita por Anderson y col. (42) fuera en efecto parte del sistema de transducción
de energ(a_
Conclusiones:
Basados en la evidencia
podemos sugerir:
experimental
discutida
1) El metabolismo
energético de los tumores se
diferencia
del de las células normales
en que en
los primeros
hay una división en las fuentes de
energ(a para procesos que ocurren en la membrana plasmática
y otros pocesos celulares; 2) En el
estado tumoral se expresa en mayor o menor grado un fenotipo
isoz(mico
que corresponde
a pedodos
embrionarios.
Las isozimas
presentes
no
responden
en igual forma que las del tejido diferenciado a est(mulos
metabólicos
internos o a señales hormonales
externas;
3) Hay una diferencia
sustancial
entre las membranas
plasmáticas
de las
células tumorales y las de células normales. Las diferencias
principales
ser(an el que las tumorales
tienen menor contenido
de colesterol,
fosfol(pidos cualitativamente
diferentes,
mayor permeabilidad a iones, mayor actividad
o actividad
ineficiente de la bomba de Na + - K + y presencia de L1na
NADH-oxidasa
que energizar(a
directamente
el
transporte
incrementado
de glutamina
y posibleSalud Uninorte. Barranqu ¡lIa (Col.), 2 (1): 25 . 34, 1985
mente otros aminoácidos; 4) Ellactato producido
proviene tanto de glicólisis como de glutaminólisiso La presencia de esta última v(a metabólica explica la coexistencia de lactogénesis y consumo de
ox (geno en estas célu las y 5) El consumo de ox (geno se har(a casi que en su totalidad para la degradación de aminoácidos.
Las conclusiones
anteriores permiten una visión de conjunto de acuerdo con la cual el tumor
se constituye, como lo llamó Mider (83), en una
trampa de nitrógeno, que compite exitosamente
con los tejidos sanos por los aminoácidos disponibles llevando eventualmente a una pérdida de prote(na del organismo entero. Tal visión explica la
caquexia eventual en casos avanzados, pero no explica la anorexia del paciente canceroso, ni la falla
de la hiperalimentación
en el tratamiento.
Esto
lleva a hacernos pensar que existen otros factores
tales como la presencia y disponibilidad de iones
o cambios de pH (84) que jugar(an un papel muy'
importante en el metabolismo tanto del tumor,
como de los tejidos sanos. Pero, antes de abocar
estos últimos problemas es necesario definir con
evidencias experimentales hasta donde las conclusiones presentadas son valederas para tumores humanos. Esto requiere un estudio sistemático que
considere las diferentes variables anotadas en números suficientes de diferentes tipos de tumores.
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