Epigenética de la diabetes perinatal-Enviado por Dr Eduardo Halac

Introducción

Hace casi ya 20 años el epidemiólogo clínico inglés, David J.P. Barker1 de la universidad de Southampton formulaba una hipótesis sorprendente: algunas enfermedades del adulto podrían originarse por alteraciones en el "Programming" (programación) en la vida fetal. Como Inglaterra es un país territorialmente pequeño y con alta densidad poblacional, con muy bajo índice de migraciones internas, le fue fácil obtener registros de nacimiento de ciertas localidades. Los pacientes estudiados en la edad adulta, con obesidad, hipertensión arterial, diabetes tipo 2 y accidentes cerebro vasculares (ACV) habían pesado menos al nacer, que los grupos controles que no demostraban esas enfermedades. Barker infirió que las adaptaciones fetales a la deficitaria nutrición intrauterina originaban mecanismos que, tendientes a ayudar al feto a sobrellevar una inexistencia intrauterina despojada de los nutrientes necesarios, iniciaba una mala programación fetal: necesaria y suficiente para adaptarse al peligro actual; pero luego del nacimiento, estos hechos podían devenir en situaciones complejas que desembocan finalmente en la génesis de las enfermedades mencionadas.

Originalmente concebida como una idea epidemiológica (especialidad en que los ingleses se destacan) causó revuelo inicial por lo atractivo y novedoso del hallazgo. Los detractores necesitaban evidencias más precisas, que inicialmente no abundaban fuera del recinto epidemiológico donde la desde entonces llamada "hipótesis" de Barker había permanecido. El tiempo le daría la razón y los avances de la biología molecular y de la moderna epigenética vendrían mas tarde en su ayuda para brindar la tan necesitada evidencia confirmatoria.

Aunque inicialmente no se preocupaba de los hijos de madre diabética, los estudios de Pettitt sobre los indios Pima de Nuevo México le proporcionaron más observaciones apropiadas.

El mecanismo subyacente a la hipótesis observacional es simple: así como las consecuencias postnatales de la desnutrición energética en niños pueden ser devastadoras y cambian el perfil metabólico de esos pacientes en forma más o menos permanente (incluyendo el Cociente Intelectual (CI), la subnutrición in utero obliga al feto a tomar precauciones para permitir que los escasos nutrientes disponibles alcancen para las necesidades de su cerebro en desarrollo. Para ello, echa mano a una redistribución de flujo similar a la de los mamíferos acuáticos, con lo que la mayoría del flujo sanguíneo placentario se vuelca a las coronarias, cerebro y suprarrenales. Este reflejo, también llamado de la "foca o de la zambullida", fue descubierto por el fisiólogo perinatal inglés Sir Geoffrey Dawes en elegantes estudios experimentales realizados en la década del 60.

En la actualidad el mismo es demostrable en ecografías tri y tetra dimensionales en fetos humanos. Instalado el reflejo, las calorías disponibles se distraen del metabolismo hepático produciendo menor cantidad de grasa visceral y menor desarrollo de la masa muscular, limitando la capacidad absortiva del intestino. Los riñones, que reciben ahora menos flujo, limitan su producción urinaria y reducen su tamaño. El páncreas fetal, que desde la semana 17 produce activamente insulina, lo hace menos ya que la oferta placentaria de glucosa está disminuida. Luego, ante una menor necesidad, el islote no puede alcanzar su máximo desarrollo sino que reduce su capacidad operativa.

Siendo la insulina una de las más importantes hormonas rectoras del crecimiento fetal humano, el crecimiento somático del feto se verá ostensiblemente reducido. Este neonato recibe el nombre de pequeño para la edad gestacional (PEG) una vez que nace y es clasificado por los neonatólogos. Dentro del útero materno, el mismo paciente será clasificado como Retraso del Crecimiento Intra Uterino (RCIU). Estos pacientes nacen con atributos físicos similares a los del desnutrido pediátrico de tipo marasmático: facies de "viejo", arrugado, sin grasa corporal, con bajo peso y escasa talla. De ahí las antiguas denominaciones de "desnutrido fetal" o síndrome de Clifford. Luego de nacer, estos pacientes desarrollan hipoglucemia severa ya que no cuentan con los mecanismos propios de la glucogénesis. El subdesarrollo el sistema inmune los condiciona fuertemente para contraer infecciones graves. Los riñones permanecen pequeños e incapaces de eliminar grandes cargas proteicas; el intestino hipoperfundido no acepta gran cantidad de nutrientes. Su peso al nacer es inadecuadamente bajo (<2,5Kg.) y la masa grasa está casi ausente.

Al nacer a término (38-42 semanas gestacionales cumplidas), los bebés sanos pesan entre 3 y 4 Kg, y de ese total, 12% corresponde al tejido graso para un índice ponderal (IP) (Peso/Talla3) de 2,5. En casos de neonatos afectados con RCIU, la masa grasa representa aproximadamente 5% del peso corporal total y el IP es siempre menor de 2,4. En el desarrollo ulterior si el ambiente social y el entorno de sub alimentación permanecen, el paciente está ya adaptado a esta deprivación por lo que permanecerá siempre en el mismo estado. En cambio, si accede a una dieta normal o hipercalórica, desarrollará una dislipidemia, acompañada de obesidad e hipertensión arterial (por el sub funcionamiento renal) que, en conjunto desembocan en diabetes tipo 2, enfermedad coronaria y síndrome metabólico.

Por el contrario, la oferta nutricional excesiva in utero, clásica de las gestaciones diabéticas (insulinodependiente o gestacional) pobremente controladas, resulta en una oferta excesiva de glucosa en sentido madre-feto; la respuesta insulínica fetal no se hace esperar. La activación insulínica provoca un excesivo crecimiento somático que no se acompaña de la correspondiente maduración de órganos, ya que la insulina inhibe la maduración subcelular. Al nacer, estos neonatos exhiben un aumento significativo de la masa grasa corporal (a predominio subcutáneo), con un peso al nacer en exceso de 4,5 Kg., y una masa grasa que representa el 15% del peso total, para un IP = 2,8. Suficientes estudios epidemiológicos y clínicos demuestran que este dislate metabólico intrauterino, no se modifica hasta los dos años de edad postnatal. Más aun, estos cambios permanecen en el tiempo, por lo que estos niños desarrollan tempranamente cambios metabólicos que predisponen a la obesidad y a la diabetes tipo 2 (antes inexistente en pediatría) y síndromes metabólicos acompañados de hipertensión arterial (antes infrecuente en la edad infantil). La progenie femenina, al embarazarse desarrolla diabetes gestacional ocasionando otra vez idénticos problemas en esta segunda generación. A su vez, sus hijas, (tercera generación) recorren el mismo camino durante su propio embarazo. Este ciclo parece inmutable, y de hecho contribuye al aumento actual de frecuencia de diabetes, ya que antes de los años 70, la mayoría de gestaciones diabéticas eran inviables y esos neonatos fallecían a poco de nacer.

Conceptos generales

En el recientemente publicado texto de medicina de Barton Childs2, se pueden encontrar dos mensajes clave:

La medicina del siglo 21 versa sobre tratamiento de personas y no de enfermedades.

La salud será definida como la homeostasis genes-ambiente.

La teoría de la evolución puede descomponerse en dos grandes características: la primera es que nuestro genoma evolucionó de tal manera que nos asegura suficiente variabilidad en el código genético y en el control de la expresión genética como para que la especie se adapte exitosamente a los cambios ambientales. En realidad, nuestra especie es exitosa, porque se ha podido adaptar a los cambios dramáticos de su entorno.

La segunda es que esta gran variedad de adaptaciones realizadas durante el tiempo evolutivo se centra en dos necesidades absolutas. Una, es que la especie debe producir individuos sanos que se adapten al ambiente intrauterino primero, y al extrauterino inmediato después de nacer (reproducción exitosa). La otra es que estos individuos deben existir el tiempo suficiente como para producir su progenie y cuidar de ella (propagación de la especie).

Por lo tanto podría especularse con que el tiempo necesario para asegurar ambas condiciones es de 40 años. Luego, el genoma evolutivo ha hecho suficientes programaciones para asegurar la supervivencia hasta los 40 años, por lo menos, a fin de permitir la reproducción. Dicho de otro modo, nuestros genes permanecen "ciegos" hacia el futuro alejado ya que sus cambios adaptativos y de programación se hacen para sostener la salud reproductiva. Como la mayoría de enfermedades del adulto generalmente comienzan a partir de los 40 años en adelante, podríamos presuponer que las mismas son la consecuencia de la prolongación de la edad pero también el resultado de cómo los genes se activaron e inactivaron para optimizar la sobrevida fetal y neonatal, infantil y de la vida adulta temprana.

La genómica moderna nos enseña que la variación genética entre individuos va más allá de la simple variación del código genético en sí mismo. Estas variaciones pueden ir desde la simple varianza de un único par de bases hasta grandes deleciones o inserciones mayores de dos megabases. Estas aparecen resumidas en la tabla 1.

Estos datos recientes de Redon3 señalan que hasta 12% de nuestro genoma (1500 regiones) exhibe estas variaciones. Esta flexibilidad en la expresión génica explica la conocida heterogeneidad en la expresión de genes en gemelos idénticos aun cuando se crían en el mismo ambiente.

El origen de enfermedades del adulto

Está claro que la más importante contribución del siglo XX a nuestra comprensión de estas cuestiones es la de Barker.1 En su análisis de 100,000 habitantes de Herfordshire nacidos entre 1911-1930, demostró la correlación inversa entre peso al nacer y muerte coronaria. Esa relación ha sido documentada en todos los continentes (excepto África) por diferentes investigadores. Tabla 2. Se acepta hoy que el peso al nacer no depende de variaciones genéticas sino del ambiente intrauterino.4 Asimismo, el peso al nacer y las tasas de crecimiento postnatal de los tres primeros años de vida (no determinadas genéticamente sino por el ambiente externo) se han asociado fuertemente con hipertensión arterial y diabetes tipo 2.5

Parece entonces que las adaptaciones necesarias a ambientes hostiles pre y postnatales establecen patrones de interacción entre diferentes genes que controlan una gran variedad de funciones orgánicas; en conjunto facilitan la supervivencia en esas condiciones adversas, pero a posteriori generan consecuencias desfavorables tardías. Los cambios adaptativos in utero en respuesta a ambientes prenatales hostiles colocan al feto frente a la posibilidad de un mayor riesgo de desarrollar enfermedades complejas del adulto si el ambiente postnatal subsiguiente se vuelve muy diferente del ambiente prenatal.6

Tal vez, y sin mala intención, los neonatólogos modernos hayamos cometido cierta iatrogenia al intentar corregir carencias intrauterinas con métodosalimentarios postnatales basados en dietas calóricas. El estudio del grupo del prestigioso experto en nutrición pediátrica Alan Lucas (Inglaterra) demostró que los niños de bajo peso alimentados 4 semanas con estas dietas y luego liberados a comer regímenes nutricionales de alto valor calórico-proteico, desarrollaban niveles de pre insulina compatibles con diabetes tipo 2 a la edad de 21 años. Aunque nuestras ideas sobre alimentación y valoresnutricionales para esta clase de neonatos se han modificado con el tiempo, ese estudio es el único hasta la fecha que cuenta con un seguimiento tan prolongado.13

Si estas observaciones se reproducen a futuro, la enseñanza será que breves intervenciones nutricionales en la infancia temprana pueden tener consecuencias desfavorables a largo plazo. De hecho, la presente "epidemia" de obesidad pediátrica, epifenómeno que no registra antecedentes inmediatos, y la presencia de síndrome metabólico en pacientes preadolescentes y adultos jóvenes tal vez ejemplifique mejor la consecuencias de la intervención nutricional de décadas anteriores cuando el uso de la alimentación artificial en base a fórmulas lácteas modificadas con alto valor energético comenzó a reemplazar a la lactancia materna.

Por otra parte, Brooks ha sugerido que el bajo peso al nacer favorece el riesgo de asma antes de los 3 años de vida.14 a su vez, Gruhn y colaboradores establecieron un posible origen prenatal para la leucemia linfoblástica aguda con hiperdiploidía.15

Epigenética

El estudio de la epigenética aporta un visión diferente al proceso de salud-enfermedad y permite corroborar, sobre bases solidas de la biología molecular, no solamente la hipótesis de Barker sino sus derivaciones y otras asociaciones entre la experiencia prenatal y el desarrollo de enfermedades del adulto, así como su "transmisión" a las sucesivas generaciones (epigenética transgeneracional).

Sin embargo, a pesar que su aplicación es contemporánea por los rapidísimos avances de la biología celular y molecular y de la secuenciación del genoma humano y de otras especies, debe recordarse que (como ocurre habitualmente) ya hace mucho tiempo, investigadores clínicos desprovistos de los conocimientos actuales, intuyeron que "algo" pasaba que requería de explicaciones más profundas hasta entonces desconocidas. Por ejemplo, Waddington16 denominó, ya en 1939, epigenética al "estudio de todo evento que lleva al desenvolvimiento del programa genético del desarrollo".

El paradigma imperante antes del siglo XX hablaba del "determinismo genético". Surge después la idea que desarrollo y fenotipo eran determinados exclusivamente por los genes. Al iniciarse el siglo XX, se consideraba a la genética como una ciencia de los problemas hereditarios, distinta de laembriología, o ciencia del desarrollo. Waddington fue el primero en tratar de unificar ambos conceptos, aunque con poco éxito en su época. Hoy, sin embargo se aceptan bajo una nueva perspectiva: reconociendo el papel fundamental que juegan los ambientes extra nuclear, extracelular y social en lamodulación de toda actividad genética. El modelo aditivo simple: fenotipo = genes + ambiente ya se extingue porque no alcanza a dar respuesta a la realidad. Se propone hoy que los sistemas genéticos son sistemas, pero dinámicos o cibernéticos.17

Se ha demostrado que el nivel socioeconómico modifica la herencia del coeficiente intelectual (CI) de manera no lineal. En familias pobres, 60% de la variación del CI depende de factores ambientales; al contrario en familias de mayor nivel socioeconómico, 60% de esa variación se explica por el potencial genético.18

Al descubrirse las bases moleculares epigenéticas que controlan la activación- inactivación de los genes, Holliday pudo proponer por primera vez un papel definido de la epigenética en la transmisión hereditaria de las enfermedades.19

Para este autor, las funciones de los genes se cumplen en dos niveles: transmisión de material genético en generaciones sucesivas (área de la genética), y funcionamiento de los mismos desde la fertilización hasta la vida adulta (área de la epigenética). En base a esto, se define actualmente a la epigenética "como el estudio de los cambios en la función de los genes que son heredables por mitosis/meiosis, que no importan una modificación en la secuencia del ADN y que pueden ser reversibles".

Aquí debe tenerse en cuenta la imprevisible oportunidad que se nos presenta como médicos prácticos y que no puede pasar desapercibida. La herencia de las modificaciones epigenéticas opera en dos niveles diferentes: el primero es la transmisión de estos cambios durante la mitosis propia de la diferenciación celular. Pero el segundo incluye los cambios epigenéticos ya instalados en el genoma que pueden transmitirse, a través de la meiosis, de una generación a la siguiente. Esta inquietante posibilidad que los cambios adquiridos epigenéticamente se transmitan a la descendencia adquiere una importancia elemental y tiene consecuencias imposibles de prever todavía, tanto en la comprensión de la herencia de la enfermedad, como de los patrones de comportamiento, y asimismo de la evolución lisa y llana. Es más, de esta forma nos acercamos a una cosmovisión integradora de transmisión de patrones de salud, no solo de enfermedad. Lo que antes considerábamos una "resistencia natural" a enfermar, a contraer infecciones, etc., podría no ser otra cosa que una larga transmisión epigenética de cambios adaptativos exitosos logrados durante muchas generaciones. ¿Por qué la alarmante importancia de este nuevo concepto? Porque impacta de lleno en el proceso de salud-enfermedad tal como lo conocemos hoy. Y porque en el equipo de atención primaria de la salud (APS) se contará desde ahora con un menú selecto de opciones de intervención basado en estos nuevos conocimientos. La prevención adquiere ya un valor diferente. Llamamos "mutación" a la modificación de la secuencia de un gen. "Epimutación" traslada ese concepto a las modificaciones epigenéticas. La programación epigenética define el estado de expresión de los genes ("estado epigenético"). Dicho estado puede alterarse por diferentes estímulos ambientales capaces de influir en el fenotipo de la persona y en su comportamiento. Luego, si las epimutaciones son influidas por el ambiente, y a su vez pueden ser reversibles, el campo de la prevención y tratamiento primario (APS) se dibuja, desde hora y para siempre en un contexto muy diferente al actual.

Un ejemplo en el tema que nos ocupa hoy: el diagnostico precoz y la detección anticipada de la intolerancia la glucosa en la gestante garantiza que el embarazo sea lo más normal posible y que la paciente no desarrolle después un estado diabético permanente (prevención primaria). Además, evitaría los cambios metabólicos fetales y las consecuencias que ellos tienen en la vida postnatal (prevención secundaria). Pero también, si ese feto es femenino se garantizaría así que su futuro embarazo no se complique con otra diabetes gestacional (prevención terciaria) que podría, a su vez, generar idénticos efectos sobre su descendencia (prevención cuaternaria).

Las modificaciones epigenéticas se cumplen a través de tres mecanismos básicos. La metilación de la citosina en los pares de nucleótidos citosina-guanina del ADN. La metilación 5" de la citosina en residuos CpG de los dinucleótidos de ADN ocurre en la mitosis como parte de la diferenciación celular. Un ejemplo en mamíferos femeninos es el caso del cromosoma X. Uno de los dos se inactiva apenas iniciado el desarrollo, mientras que el otro continúa activo. Este fenómeno responde a un proceso de metilación-demetilación. Se sabe hoy que la metilación se cumple en etapas posteriores a la mitosis también. De esa manera, se afirma que un cambio epigenético por metilación, puede ocurrir en células que no se están dividiendo, peo también en aquellas que no se dividen (neuronas). 16

La acetilación de las histonas (proteínas que "empaquetan" la cromatina) genera una modificación sobre la cromatina, la cual puede cambiar su densidad y permitir, mediante este proceso, el acceso a los genes y su expresión. Metilación y acetilación son mecanismos que se suceden coordinadamente como sucede durante la descondensación de la cromatina y la demetilación del pronúcleo masculino en el cigoto fecundado.16

El tercer mecanismo tiene lugar a través de los recientemente descubiertos micro ARNs que son pequeños fragmentos de ARN no codificadores pero de mucha importancia en la activación y desactivación de los genes y en la organización de la cromatina. Este mecanismo también parece ser sinérgico con los dos anteriores.17 En conjunto, estos procedimientos epigenéticos permiten al organismo en desarrollo producir fenotipos celulares diferentes yestables a partir del mismo genotipo.

Actualmente sabemos que los cambios epigenéticos participan en diferentes procesos como por ejemplo:

Memoria inmunológica de linfocitos T, bases neurobiológicas de la memoria y aprendizaje, y en respuestas al estrés mediadas por el eje hipotálamo-hipófisis-adrenal.

También se los ha vinculado con esquizofrenia y depresión.19 En algunas enfermedades neurológicas y oncológicas se están profundizando los estudios sobre posibles mecanismos epigeneticos. Aunque estos cambios se producen a lo largo de la vida útil de las personas, la labilidad del estado epigenéticos especialmente en la etapa prenatal o postnatl inmediata, favorece el desarrollo de enfermedades en la vida adulta. Veamos algunos ejemplos:

1. La nutrición inadecuada en la gestación puede favorecer la presencia de RCIU. En estos casos se han descubierto ya cambios de metilación y acetilación en el genoma fetal capaces de explicar la propensión de estos niños a desarrollar hipertensión, obesidad y diabetes tipo 2 en su vida adulta.

2. El estrés materno (de cualquier origen) es una causa adicional de RCIU. Se ha demostrado clínica, y molecularmente que estos niños mantienen una respuesta autonómica alterada de por vida frente al estrés debida a fallas en la regulación del eje hipotálamo-hipófisis-adrenal, vinculadas a la metilación del gen NR3C1 (receptor de glucocorticoides) que es sensible al estado anímico materno.

3. Las técnicas de fertilización in vitro (FIV) tanto en animales como en humanos han permitido la detección de cambios epigeneticos de metilación del ADN. En humanos estos hallazgos explican el riesgo aumentado (3-5 veces) de desarrollar síndromes de Beckwith-Wiedemann (macrosomía y onfalocele) y de Angelman (retraso mental) en concepciones mediante técnicas de FIV.17

4. Durante la etapa postnatal inmediata y hasta los primeros tres años de vida, los cambios afectivos, en especial del vínculo materno, generan cambios epigenéticos en las respuestas autonómicas y endocrinas de la adultez como también en la respuesta a estímulos amenazantes, cuyo resultado final es el desarrollo de enfermedades como la obesidad visceral, la hipertensión arterial, intolerancia a los hidratos de carbono, ansiedad, adicciones, y enfermedad coronaria.17, 18, 19

En la extensa revisión realizada por Peter Gluckmann20, desatacado investigador en perinatología, y sucesor de Liggins en Nueva Zelanda, se analiza el hecho que las alteraciones nutricionales en el útero, pueden ser insuficientes para impactar siempre sobre el peso al nacer, pero sí lo suficientemente complejas como para elevar el riesgo de enfermedades del adulto como los accidentes coronarios. Basándose en data de la "hambruna holandesa de invierno (1944-1945)" impuesta por el embargo alimenticio nazi sobre ese país, se observa que los nacidos entonces, con pesos en el rango normal desarrollaron alteraciones metabólicas en su vida adulta, y también accidentes coronarios. Estudios experimentales recientes permiten encontrar el porqué de esa situación ya que se conoce hoy que las alteraciones metabólicas intrauterinas, la adiposidad neonatal, las concentraciones de leptina en sangre de cordón umbilical y la nutrición materna, son mejores correlatos para el futuro adulto de ese neonato que el peso de nacimiento aislado. De esta forma se justifican los datos disponibles sobre progenies de madres diabéticas y obesas y el riesgo subsiguiente de desarrollar diabetes tipo 2, y obesidad.

Para este autor, genoma-desarrollo-ambiente son tres variables de máximo interés. Estudios sobre el genoma entero han demostrado algunos locus que influyen sobre la variabilidad interindividual en la susceptibilidad a contraer estados patológicos. Sin embargo, el efecto de la mayoría de alelos es pequeño. Grupos étnicos diferentes que viven en una misma área geográfica compartiendo riesgos ambientales idénticos desarrollan perfiles diferentes de enfermedad y prevalencias que invitan a considerar influencias genéticas. Lamentablemente, y aunque hay algunas pocas excepciones, no se han podido identificar alelos ancestrales específicos que expliquen ciertas enfermedades. Por ende, se deben considerar otras explicaciones alternativas. Es notable el hecho que las mayores incidencias de alteraciones metabólicas del adulto ocurran en etnias donde se registran a su vez, altas incidencias de bajo peso al nacer, o en las que las tasas de diabetes gestacional o de obesidad materna son particularmente elevadas.20

Claro que separar los efectos de los genes de los del ambiente no es siempre sencillo. Los organismos poseen capacidades evolutivas para ajustarse aseñales externas, acomodando su fenotipo durante el desarrollo para equilibrarse con su ambiente. A este efecto se lo denomina ahora "plasticidad del desarrollo"20 pero, si los cambios ambientales anticipados no se cumplen según las predicciones, se producirá un desequilibrio (mismatch) entre cambios y ambiente que servirán como disparadores no ya de adaptación, sino de enfermedad. Importante es el hecho que la nutrición fetal no es ya igual a nutrición materna, sino a: metabolismo materno, función cardiovascular, y sobre todo, función placentaria.

Los cambios epigenéticos parecen haber surgido, originariamente, para silenciar la invasión retroviral del genoma; luego fueron cooptados para regular la diferenciación celular a medida que se desarrollaban los metazoos. La plasticidad del desarrollo (demostrable en diferentes clases de metazoos) y el fenómeno de impronta, evolutivamente mucho mas nuevo y restringido solamente a los mamíferos y plantas de floración, representarían extensiones más lejanas del proceso original. Como estos cambios regulatorios tienen filogenias diferentes, con efectores epigenéticos comunes, se debe tener cuidado al pretender extrapolar resultados de un conjunto de fenómenos a otros.

El periodo postconcepcional inmediato es una ventana crítica para establecer patrones de metilación. En mamíferos, el perfil de metilación del genoma es reprogramado en dos periodos:

Gametogénesis;

Embriogénesis temprana.

Después de la fertilización, ocurrirá una rápida demetilación del genoma paterno entero, excepto en genes paternos con impronta, y en la heterocromatina que rodea los centrómeros. De las tres metiltransferasas de ADN (Dnmts), la Dnmt 1, mantiene patrones de metilación, mientras que las Dnmt 3a y 3b, se requieren para la metilación de novo. En contraste, el genoma materno transita una muy lenta demetilación, siendo casi ínfima en el estadio de mórula, antes que comience la metilación linaje-especifica en el estadio de blastocisto. La metilación es más pronunciada en el macizo celular interno (origen de los tejidos somáticos) que en el trofoectodermo (origen de la futura placenta).20

En la gametogénesis las células germinales primordiales pierden la metilación del ADN, antes de su migración hacia la cresta genital, después se establecerán nuevos patrones de metilación: antes del nacimiento en la línea germinal masculina, y postnatal en la femenina. Esta diferencia en los tiempos de remetilación durante la gametogénesis tendría implicancias para el estudio de la transmisión transgeneracional de caracteres epigenéticos en lo que hace a periodos críticos del desarrollo durante los cuales los gametos de la progenie en desarrollo (F1) son vulnerables a influencias nutricionales o de otro tipo que fueron impuestas sobre la generación materna (F2). 20 (figura 1).

Figura1. Ejemplo de los cambios generacionales.

Figura 2. Cambios epigenéticos en el genoma humano.

La manipulación nutricional particularmente relativa a la oferta de sustratos mono carbonados (donantes de grupos metilo) produces amplios cambios epigenéticos: en ovejas preñadas carentes de folato, vitamina B12 y metionina en sus dietas, las crías nacen con idénticos pesos a los el grupo control, pero la progenie desarrollará insulinorresistencia e hipertensión arterial en la vida adulta.21 (figura 2). Epidemiológicamente, en humanos se ha observado que los niveles maternos de folato en el embarazo se correlacionan con la adiposidad e insulinorresistencia a los 6 años de vida postnatal, mientras que buenos niveles de B12 previenen ambos efectos (figura 3). De hecho, los niños más adiposos e insulinorresistentes provienen de gestaciones repletas de folato pero deficitarias en B12. 22

Heijmans23 en la Universidad de Leiden encuentra que los niños holandeses concebidos durante la hambruna, nacieron con pesos similares a los de sus hermanos concebidos antes o después, pero los hermanos afectados demostraron una curiosa persistencia de reducción de la metilación del gen que codifica para el IGF2, o factor de crecimiento símil insulina 2. Demostró también el hallazgo de 6 genes adicionales implicados en el control de crecimiento, adiposidad y de fenotipos metabólicos y cardiovasculares que persistían en su estado de metilación alterada en asociación a la exposicióna la sub nutrición materna durante la hambruna. La conclusión es que ciertas condiciones adversas in utero, son capaces de inducir trastornos epigenéticos que pueden persistir durante toda la vida del niño-adulto gestado en esas condiciones de adversidad.

Durante la gestación normal, la madre desarrolla un cierto grado de insulinorresistencia a fin de poder enviar nutrientes vitales hacia el feto. El peso materno humano excesivo previo a la gesta, o el aumento excesivo durante la gestación, exagera este mecanismo normal causando mayor insulinorresistencia, y afectando, quizás, otras hormonas maternas que regulan el trasporte placentario. Como sea, el resultado neto es más hiperinsulinismo fetal, sobre crecimiento y adiposidad. Estos datos, que provienen del extenso estudio epidemiológico de Ludwig, publicado en The Lancet en 201025 sugieren una vez más que la epigénesis de la diabetes mellitus del niño/adulto, reconoce cada vez con mayor frecuencia un claro origen prenatal.

Figura 3. Alteraciones epigenéticas posibles en células germinales.

La hipótesis de disrupción endocrina sugiere que durante la vida prenatal y en la postnatal inmediata, los agentes químicos exógenos son capaces de inducir adiposidad aumentada a interferir con los mecanismos homeostáticos de control del peso corporal. Entre ellos esta los que causan polución ambiental, ciertos componentes nutricionales, y hasta fármacos capaces de ejercer acciones "obesogénicas". Tal el caso de ftalatos, tributilina y bis fenol. Dice el coautor Bruce Blumbeg, uno de los creadores del término obesogéno: todavía desconocemos muchas de estas acciones a nivel molecular. Sí sabemos ahora que las mismas existen y que la exposición prenatal a ellas pueden determinar que el individuo adulto así expuesto desarrolle obesidad en su vida adolescente o adulta. Este autor sugiere que su investigación en Irvine, California, señala que muchos productos son y otros podrían ser obesogénos. Aun falta dilucidar todos lo que potencialmente podrían poner en marcha estas disrupciones: en esencia, el mecanismo de acción prenatal es la reprogramación de ciertos tipos de células stem favoreciendo el desarrollo de adipocitos en vez de otros tipos celulares (como el hueso, por ejemplo). Con el tiempo, este feto desarrollará obesidad.

El estado emocional materno impacta profundamente en el psiquismo fetal. En los últimos 50 años, se ha investigado mucho en esta área, no solo en ellaboratorio, sino también en humanos. El estrés prenatal se cobra resultados de lago alcance en el comportamiento y cognitividad, como demuestran los estudios de seguimiento a largo plazo de recién nacidos con RCIU. Las madres estresadas o excesivamente ansiosas durante el embarazo, tienen más varones con síndrome pilórico, por ejemplo. Pero también incitan la aparición de desórdenes de hiperactividad-déficit de atención, ansiedad y hasta depresión en su progenie.26 Existe evidencia para confirmar estos hallazgos. Mucha de ella surge de los trabajos de Glover y colaboradores.26 Para la autora, el desarrollo cognitivo es inferior cuando el feto se expone a altos niveles de cortisol materno in utero.27

Glover señala que la placenta humana es un vector clave en la génesis del control de programación. En madres estresadas esta función placentaria se pierde o se hace menos efectiva, permitiendo mayor pasaje de cortisol materno hacia el lado fetal. Glover sugiere que el efecto no termina in utero, sino que prosigue después: se exacerba en niños inseguros cuando la madre es incapaz de desarrollar un apego correcto, y se reduce en el caso opuesto. Está claro entonces el impacto en la salud pública perinatal y general de la importancia de reducir la alteraciones emocionales maternas para proteger el desarrollo cognitivo de la generaciones futuras.

El desarrollo prenatal debe ser visto y entendido como la compleja interacción entre factores tan disimiles como la nutrición materna, el metabolismo madre-placenta, la composición corporal materna y la edad de la madre. Esta visión no debe restringirse solamente a la descendencia de madres diabéticas o de las obesas (ejemplo extremo de alteraciones metabólicas) y que llevan a consecuencias inmediatas a veces borrando el límite entrefisiología y fisiopatología, sino a la luz de conocer los mecanismos normales que subyacen a la plasticidad del desarrollo.

La Diabetes Mellitus

Andreas Plagemann, (Profesor de Obstetricia en Berlín) enseña que fue Günther Dörner el primero en señalar la idea de evolución perinatal y programación epigenética con posibles consecuencias adversas durante la vida adulta, ya en 1974. En aquellos tiempos, sus conceptos sobre Teratogenia funcional, referida a acciones hormonales anormales que inducían cambios metabólicos sutiles en la unidad feto-placenta con posibles efectos a largo plazo, no fue totalmente atendida; sin embargo fue el complemento al concepto de Teratogenia en lo que se entiende como producciónde malformaciones externas. (figura 4).

Figura 4. Esquema básico de la génesis de los sistemas regulatorios homeostáticos. (Plagemann)

Norbert Freinkel y Boyd Metzger, autoridades (si las hay) en diabetes perinatal, acuñaron en 1979 el concepto de teratogenia inducida por combustibles. En ese entonces los más iniciados nos entusiasmábamos con una posible teoría unificadora de las malformaciones asociadas a la diabetes y embarazo. Sin embargo, los autores, entre líneas, sugerían un proceso de acabada complejidad ("ayuno acelerado y anabolismo facilitado") capaz de inducir cambios no malformativos en el sentido clásico, pero de orden metabólico, capaces de transformar bruscamente la epigenética del feto en desarrollo. En un descanso, conviene meditar sobre estos hallazgos y denominaciones, recordando que esa época, es carente de ecografía y otros adelantos para estudiar minuciosamente el bienestar fetal, y de técnicas elementales de genética molecular. Aun así estos brillantes clínicos proveyeron las bases para la investigación actual. Algunos de estos nombres y los hitos determinantes se reflejan en la página siguiente.

Lo anterior va sin menoscabo de la gigantesca contribución de J?rgen Pedersen en su tradicional experiencia sobre 55,000 gestantes diabéticas asistidas en el curso de muchos años en el Rigshospitalet de Copenhague. Sin la ayuda de técnicas relevantes de mediciones hormonales como sucede hoy, su visión clínica le permitió formular la hipótesis del hiperinsulinismo para explicar los cambios en el tamaño fetal. Si bien no era verificable entonces, hoy su hipótesis (comprobada más de una vez) debería ser "tesis" o "teoría" suficientemente aceptada sobre todo por la experiencia clínica y en especial por el paso del tiempo, además de mediciones hormonales actuales.

En un pequeño apartado de su clásica monografía: "La gestante diabética y su recién nacido" (Salvat, 1967, reedición en 1981: página 233) Pedersen se preguntaba si estos cambios adquiridos in utero tendrían alguna importancia ulterior. Por entonces la sobrevida de estos niños era escasa o inexistente y esta sesuda pregunta que se formulaba carecía de toda importancia clínica en ese tiempo. Entre los neonatos sobrevivientes, Pedersen señala 1% de diabetes, incidencia 25 veces superior a la de la población danesa normal de entonces.

Sería bueno recordar, a manera de instructivo, que los trabajos de Freinkel, las reclasificaciones maternas a partir de Priscilla White y los elegantes estudios de Cornblath y Schwartz sobre metabolismo hidrocarbonado en neonatos son los hitos que permiten a la neonatología moderna iniciar un periodo de manejo neonatal adecuado, asegurándose su supervivencia recién desde 1976. Cuando los obstetras Coustan y Depp (1978) sugieren el uso de dieta estricta acompañada o no de insulina exógena en la diabética gestacional, se produce otra revolución en el manejo de estas pacientes y de sus hijos.

En la actualidad la sobrevida de los HMD es la misma que para cualquier otro neonato de riesgo. La acabada comprensión de la fisiopatología en estos neonatos nos permite mantener conductas que favorecen su evolución clínica. Ahora sí, es el momento de tratar de entender su futuro.

Veamos entonces que dice la evidencia científica disponible hasta el momento sobre le epigénesis de la diabetes mellitus en los hijos de madres diabéticas.

La neonatología contemporánea atribuye a Joseph W. Farquhar (Edimburgo), la primera descripción clásica del HMD.28 La misma se ha mantenido en el tiempo, como si la aguda visión clínica del autor fuese suficiente para anticipar eventos que la moderna fisiopatología del HMD resolvería mucho tiempo después. En ese artículo, Farquhar escribe:

"Pero la posibilidad existe que estemos salvando una población que en el futuro desarrolle y propague la diabetes mellitus."

Esta asombrosa predicción, poco importante en la década del 50 cuando la sobrevida neonatal en general, y del HMD en particular, no eran de las mejores, sostiene un aserto que 50 años más tarde tiende a confirmarse con escaso margen de error.

Retomando a Plagemann, se puede decir que en sus conocidos experimentos en ratas convertidas en diabéticas en el momento de la concepción administrándoles estreptozocina, se observa que sus fetos desarrollan hiperinsulinemia. Más importante todavía es el hallazgo de altos niveles de insulina en el hipotálamo fetal. Aunque la barrera hemato-encefálica es impermeable a la insulina mediante un sistema de trasporte fácilmente saturable, este sistema no opera correctamente en la vida fetal por ser inmaduro. La progenie de ratas (F1) llega a la adultez demostrando hiperfagia, obesidad y tolerancia anormal a la glucosa, con hiperinsulinemia persistente (figura 5).

Figura 5. Ejemplo de mal programación neuro endocrina fetal.

Se deduce que la exposición hipotalámica fetal a la hiperinsulinemia condiciona un estado diabetogénico permanente. Al preñarse esta generación F1 ocurre la misma situación: ellas se vuelven diabéticas gestacionales y la hiperinsulinemia fetal se reconoce en el hipotálamo. Cuando estas crías (F2) llegan a la vida adulta demuestran un escenario diabetogénico. Al preñarse, el epifenómeno se mantiene, y una idéntica situación se ve en sus crías (F3). Claramente, se observa un fenómeno epigenético no hereditario, debido a un efecto de mal programación que persiste por generaciones.29

Si a ratas recién nacidas se les inyecta insulina de acción prolongada en su hipotálamo medial basal, en el límite entre el núcleo ventromedial (NVM) que inhibe la ingesta de alimentos y la secreción pancreática de insulina, y el área hipotalámica lateral (AHL) que hace lo inverso, se obtienen ratas que en la vida adulta son obesas, intolerantes a la glucosa y mantienen su hiperinsulinemia basal. Pero hay más evidencia experimental: las ratas recién nacidas, que reciben sobrealimentación, demuestran obesidad y pronunciada intolerancia a los hidratos de carbono con hiperinsulinemia basal permanente, conhipertensión arterial (síndrome metabólico X).29

El neuropéptido Y (NPY) tiene receptores neuronales específicos en la zona del núcleo arqueado del hipotálamo. El aumento de insulina y leptina circulantes inhiben la liberación de NPY, condición propia de la saciedad. La disminución de los niveles de ambas hormonas incita liberación de NPY produciéndose un notorio efecto orexígeno. En ratas obesas con hiperinsulinemia, las concentraciones de leptina están muy aumentadas. En cambio, en ratas desnutridas con hipoinsulinemia, estas concentraciones son muy inferiores, induciendo una mayor secreción de NPY en busaca de un efecto orexígeno claramente necesario. Sin embargo, en ratas sobrealimentadas en la infancia, con obesidad e hiperinsulinemia en su vida adulta, se observa una anormal y permanente sobre estimulación del NPY. Estos hallazgos confirman un sistema de mal programación hipotalámica, secundario a insultos aparentemente irreversibles sucedidos en periodos críticos del desarrollo hipotalámico fetal. Idénticos hallazgos se observan en relación a otro neuropéptido, la galanina, que específicamente hiperestimula la ingesta de grasas (figura 6).

Figura 6. Esquema de la teratogenia funcional y prevención primaria.

En resumen, sostiene Plagemann30 que la diabetes y obesidad del adulto o "diabesidad" como él prefiere llamarlas, y los accidentes cardiovasculares y el síndrome metabólico devienen de una predisposición hereditaria (probablemente poligénica), sumada a un complejo efecto de mal programación en periodos críticos del ciclo perinatal. En su opinión el estudio futuro de las interacciones gene-ambiente en periodos críticos del desarrollo abrirá nuevas ventanas de oportunidades preventivas de estos desórdenes (figura 7).

Figura 7. Explicación propuesta de la interacción epigenética en la diabetes mellitus.

La pregunta contextual es: ¿existe evidencia humana que avale estos resultados experimentales en ratas y otros primates? La respuesta es que esa evidencia surge de los estudios de Dabelea31 y por supuesto, los de David Pettitt en los indios Pima.32

Dabelea ha demostrado la aparición de diabetes mellitus tipo 2, obesidad e hipertensión antes de los 14 años de edad postnatal en hijos de madres diabéticas, seguidos hasta la edad de 30 años. Los varones que tienen descendencia con mujeres ancestralmente "limpias" de diabetes gestacional tienen hijos sanos. En cambio las hijas de madres diabéticas gestacionales trasladan epigenéticamente este potencial y aunque sus parejas masculinas carezcan de perfiles deiabetogénicos, la progenie desarrolla diabetes tipo 2, hipertensión arterial y obesidad. De hecho, estas niñas, al convertirse en adultas embarazadas, parecen perpetuar la situación, con lo se explica la duplicación y hasta triplicación de las tasas actuales de diabetes mellitus en pediatría. Similares hallazgos reporta Pettitt32 en la etnia Pima. De esta manera, se configura hasta un dilema fisiopatogénico y hasta ético en el caso de hijos e hijas de madres diabéticas, como propone nuestra experiencia.33

El trabajo de Kaijser34 en Suecia sugiere que la asociación con diabetes del adulto, no es exclusiva de los HMD, sino también de prematuros y de fetos con RCIU. Quiere decir que los eventos dismetabólicos intrauterinos producen cambios epigeneticos que favorecen el desarrollo ulterior de la diabetes aun en ausencia de diabetes materna previa. La consecuencia es que si estas adultas ex prematuras o ex RCIU conciben, se comportarán como madres diabéticas, generando HMD que adquieren el fenotipo diabético al igual que los HMD.

El ya clásico estudio de Boney y Vohr en 200535, es muy importante porque demuestra, en una población heterogénea de niños de EEUU, excluyendo etnias Pima, que el riesgo de diabetes y síndrome metabólico a los 11 años es 3,6 veces superior en hijos de madres diabéticas. Este trabajo es precursor en su tipo ya que incluye una población no étnica, con un resultado similar. Similares resultados surgen del trabajo de Lindsay en el Reino Unido.36

Con posterioridad, Ling y Groop37 han propuesto un mecanismo epigenético que tiende a explicar la epigénesis de la transmisión transgeneracional de la diabetes (figura 8).

Figura 8. Epigenética de la patogenia de la diabetes tipo 2. Cita 37.

En la figura se observa el esquema general propuesto por estos autores. Con la edad, afirman, disminuye la actividad respiratoria mitocondrial mediante pasos epigeneticos que afectan la metilación del gen COX7A1, por ejemplo. Otra situación es la deficiencia hepática de glucoquinasa que se observa en la diabetes monogénica o MODY. El llamado factor promotor de insulina/Pdx1 es un factor de transcripción que regula el desarrollo del páncreas y la diferenciación de las células beta. En casos de RCIU se ha demostrado el silenciamiento progresivo del Pdx1, con consiguiente alteración de las células insulares y la aparición de diabetes tipo 2 en la etapa adulta. El esquema siguiente es el propuesto por los autores para explicar estos cambios epigenéticos (figura 9).

Figura 9. Cambios epigeneticos en la biología de la diabetes mellitus. Cita 37.

Un esquema similar ha sido elaborado por Fernández-Morera y colaboradores.38 El reciente trabajo de Crume39 indica que la lactancia materna exclusiva en HMD protege a la progenie contra los efectos adversos del medio intrauterino hostil. Sus resultados señalan que en caso de lactancia materna exclusiva, los HMD desarrollan menor frecuencia de diabetes, obesidad y síndrome metabólico. De confirmarse estos hallazgos, se cerraría el circulo preventivo en atención primaria: lo que no se pudo modificar con tratamiento prenatal, se puede atenuar con un elemento que como dijimos antes, se ha abandonado durante mucho tiempo: la lactancia materna.

Conclusiones

La diabetes mellitus del niño y del adulto resulta de la coalescencia de efectos poligénicos, sumados a modificaciones epigenéticas transgeneracionales. La verificación de este concepto descansa en la creciente incidencia en generaciones pediátricas y adultas de diabetes y obesidad.

La reincorporación de la lactancia materna podría ser uno de los mecanismos preventivos para revertir esta tendencia.