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 26 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. 41. SUZUKI, R. el al. Piruvate inhibition ofglycolysis in Ehrlich asdtis tumour cells. Arch. Brochem. Biophys, 124: 596-603, 1968. 42. ANOERSON, G.R. et al. LDHk, a uniquely regulated crytic lactate dehydrogenase associated with transformation by the kirster sarcoma virus. J. Biol. Chem,256:10583-l0591, 1981. 43. ANOERSON, G.R. et al. ASP 56/LDHk, the kirsten sarcoma virus and human canecr. In: L1SS, A.R. ed. Oncogenes and retroviruses: Evaluation of basic findings and eHniea! potential. New York, 1983. pp. 185-198. 44. RANO LE, P.J. Pyruvate ~ehydrogenase eomplex- meticulous regulator of glucose disposal in animals. Trends Biochem. ScL, 3: 217-219,1978. 45. CARRASCOSA, l.M. et al. Ammonium ioos enhanee the f!ow through the pyruvate dehydrogenase in Ehrlich ascites tumor ceJls.Bioehimie, 64: 949-954, 1982. 46. YUSHOK, W.D. 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