2 an important consideration.

Considerando la prevalencia de obesidad en las sociedades desarrolladas nace la necesidad de identificar componentes de alimentos que sean efectivos en la prevención de esta enfermedad o para que ralenticen su desarrollo; así mismo, crece el interés de obtener biomarcadores robustos de salud (Palou, A. 2007).

Podemos definir como “biomarcadores de salud” (“health biomarkers”) a un conjunto de información consistente principalmente en niveles cuantitativos de expresión de genes y/o proteínas y/o metabolitos que cuando se combinan adecuadamente reflejan el estado de salud de un individuo. De manera que, la cuantificación de determinados biomarcadores son indicativos del nivel de robustez homeostática de los procesos fisiológicos del individuo.

Por otro lado, el origen del concepto “health biomarkers” viene de la necesidad de obtener unas adecuadas declaraciones de salud (“health claims”) regulado por la Unión Europea (EU Regulation EC No 1924/2006) (EFSA, 2008), es decir, poder trasmitir un mensaje apropiado y veraz al sugerir que un alimento posee características específicas relacionadas con su efecto sobre la mejora de la salud y así poder realizar declaraciones idóneas de propiedades saludables. La tendencia de esta última década ha sido la de reemplazar el concepto de “nutrición adecuada” por la de “nutrición óptima”; basándose en la aplicabilidad del nuevo conocimiento que relaciona el consumo de determinados alimentos con un beneficio específico en la salud de los consumidores; a estos alimentos se le da el nombre de “alimentos funcionales” (Palou, Serra et al. 2003, Palou, Picó et al. 2004).

Nuestro laboratorio trabaja actualmente en el marco europeo del proyecto “Bioclaims”3

con el propósito de conseguir la identificación y caracterización nutrigenómica de biomarcadores robustos predictivos de un fenotipo metabólicamente saludable. Así como, la validación de nuevos biomarcadores; comparándolos con marcadores tradicionales indicativos de patologías y probar su respuesta ante componentes bioactivos de los alimentos en modelos animales y en humanos. La idea básica es la investigación sobre componentes alimenticios que estén implicados en el

3 _{http://bioclaims.uib.es/}

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mantenimiento óptimo de funciones fisiológicas mejorándolas o previniendo su deterioro.

El estudio de potenciales biomarcadores se basa principalmente en la identificación de moléculas implicadas en el mantenimiento de la salud cuyo desequilibrio induciría el inicio de la enfermedad. En nuestra línea de investigación fundamentalmente estamos interesados en evaluar de qué manera afectaría en la homeostasis de la salud las diferentes combinaciones (“clusters”) de tipos de aminoácidos así como de ácidos grasos, llevando a cabo la comparativa de los diferentes perfiles de estos metabolitos en plasma con hormonas clave tradicionalmente características de la regulación del peso corporal (por ejemplo, leptina, adiponectina, insulina, etc.) así como con otros parámetros de interés (por ejemplo, glucosa, triglicéridos, etc.) que definen un individuo en un estado obeso o delgado, de la misma manera que son indicativo de desarrollo de ciertas enfermedades asociadas a la obesidad como la diabetes. En un estudio reciente basado en un modelo animal de síndrome metabólico, donde se trabajó con cerdos controles y cerdos diabéticos sometidos a dieta mediterránea o de cafetería (Te Pas, Koopmans et al. 2013) se consiguió identificar determinados perfiles proteómicos plasmáticos que se correlacionaron con típicos cambios bioquímicos relacionados con desórdenes metabólicos. Este estudio es un reflejo de la búsqueda de biomarcadores tempranos que puedan ser usados en clínica o preclínica para la detección precoz de un posible desarrollo de obesidad y/o diabetes.

Por otro lado, en vez de buscar un conjunto de cambios a nivel plasmático también existe una tendencia entre los investigadores de encontrar la molécula clave que prediga la evolución de los individuos hacía un estado obeso. Tal como en dos estudios, uno realizado por Shibata et al (Shibata, Ouchi et al. 2012) y el otro por Catli et al (Catli, Anik et al. 2013) donde ambos describen que los niveles bajos en plasma de la adipocitoquina llamada omentina (omentin/intelectin-1) altamente expresada en el tejido adiposo visceral de los humanos se correlaciona con desórdenes metabólicos; indicando pues que los niveles plasmáticos de omentina puede ser un buen biomarcador de disfunción metabólica en humanos.

Así pues, la búsqueda de biomarcadores se basa principalmente en una primera fase de identificación de los mecanismos moleculares que desencadenan el inicio de la enfermedad, en este caso la obesidad, y posteriormente, en la detección de metabolitos predictivos de este proceso fácilmente cuantificables en etapas tempranas. Se sugiere que el plasma es un fluido ideal para la identificación de biomarcadores ya que se considera que refleja el estado fisiológico de todos los tejidos del individuo (Liotta, Ferrari et al. 2003), además de ser uno de los fluidos a los que investigadores puede acceder con mayor facilidad y es ideal para la manipulación y aplicabilidad del análisis a nivel clínico. Existen otros fluidos de obtención escasamente invasiva, como por ejemplo la orina, que permitirían el seguimiento de la evolución de potenciales biomarcadores, si bien estos no se han abordado en la presente tesis.

6.1.- Biomarcadores de síndrome metabólico y/o obesidad.

En los últimos años se está discutiendo si la falta de flexibilidad metabólica y la resistencia a la insulina del estado obeso es debida a la deficiencia intrínseca mitocondrial que lleva a la acumulación de diferentes tipos de lípidos bioactivos, los

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cuales interfieren en la señalización de la insulina (Savage, Petersen et al. 2007); o es debido a la sobrecarga de sustratos lipídicos lo que lleva a la disfunción mitocondrial y la activación de vías alternativas asociadas al deterioro de la acción de la insulina (Koves, Li et al. 2005). Se ha descrito que el incremento de la disponibilidad de glucosa e insulina en el estado de alimentación lleva a la producción en el músculo esquelético de malonil CoA, un potente inhibidor de la oxidación de ácidos grasos, que inhibe la carnitina palmitoil transferasa-I (CPT-I, carnitine palmitoyl tranferase-I) y bloquea la entrada de ácidos grasos libres (FFA, Free Fatty Acids) en la mitocondria (Winder, Arogyasami et al. 1990). Éste es uno de los mecanismos que se distorsionan debido a la sobrealimentación característica del estado obeso; conllevando una perturbación de los mecanismos de control, lo que se define en el trabajo de Kelley et al como “inflexibilidad metabólica” (“metabolic inflexibility”) (Kelley and Mandarino 2000).

Estudios recientes muestran la existencia de una fuerte asociación entre el cluster de BCAA con la resistencia a la insulina (Huffman, Shah et al. 2009, Tai, Tan et al. 2010, Wang, Larson et al. 2011, Würtz, Soininen et al. 2013). Por tanto, se ha descrito que los niveles circulantes de dichos aminoácidos podrían ser factores predictivos de desarrollo de resistencia a la insulina.

De igual modo, se ha observado un incremento del catabolismo de los BCAA en individuos obesos y ello se ha correlacionado con una mayor resistencia a la insulina (Newgard, An et al. 2009). Para corroborar los datos, paralelamente Newgard et al en este mismo estudio realizaron un experimento animal donde alimentaban a ratas con: dieta estándar, dieta HF (High Fat) y dieta HF suplementada con BCAA; y observaron que la suplementación con BCAA lleva a una fosforilación crónica de mTOR, JNK y IRS1; así como a una acumulación crónica de acilcarnitinas en músculo esquelético. Como datos relevantes tras aplicar el análisis de componentes principales con el fin de obtener los componentes que tienen una mayor fuerza que expliquen la diferencia entre individuos obesos y no obesos, se resaltaron los siguientes: BCAA, Glx (glutamina/glutamato), Phe y Tyr y acilcarnitinas C3 y C5.

Por otro lado, también existen evidencias que determinan que ciertas combinaciones de aminoácidos presentes en plasma podrían inducir una mejora en el control metabólico de los individuos obesos. En el estudio realizado por Laferrère et al se pone de manifiesto que en individuos obesos sometidos a cirugía gástrica (bypass) tienen una menor concentración de BCAA en plasma así como de acilcarnitinas C3 y C5, Phe y Tyr en respuesta al cambio de pautas alimenticias derivadas de la intervención; llevando a una pérdida de peso y una mejora en la homeostasis de la glucosa (Laferrère, Reilly et al. 2011)

De la síntesis de estos estudios se establece que la combinación de determinados aminoácidos así como la presencia de metabolitos tales como las acilcarnitinas (metabolitos intermediarios del catabolismo de BCAA) pueden ser buenos biomarcadores para predecir un posible desarrollo de patologías como la diabetes y la obesidad, o la mejora de las mismas. De hecho, en un reciente estudio se definen a los BCAA como biomarcadores de salud metabólica (Batch, Shah et al. 2013). Además, también se ha descrito que existe una cierta pertubación de la homeostasis de lípidos en individuos obesos; concretamente se constatan ligeros incrementos en plasma de ácidos grasos de cadena larga como el ácido palmítico (C16:0), palmitoleico (C16:1n7) y oleico (C18:1n9), junto con un aumento de los ácidos grasos libres (NEFAs) y triglicéridos (Newgard, An et al. 2009).

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En línea con la búsqueda de biomarcadores de desarrollo de síndrome metabólico y/o obesidad, se ha descrito que la sinergia entre los niveles circulantes de BCAA con la hiperlipemia contribuye al desarrollo de resistencia a la insulina. Existe una relación entre el aumento de los niveles de BCAA y de las acilcarnitinas C3 y C5 en el estado obeso con la generación de intermediarios catabólicos, como el propionil-CoA y el succinyl-CoA que pueden inducir una reducción de la eficiencia de la oxidación de los ácidos grasos y de la glucosa. Ello conlevaría a una acumulación de sustratos oxidados parcialmente, a estrés mitocondrial, deteriorio de la acción de la insulina así como perturbación de la homeostasis de glucosa (Newgard 2012).

Los trabajos que relacionan el perfil de ácidos grasos con un estado metabólico saludable son escasos, pero empieza a haber indicios de dicha asociación; además de resultados muy relevantes que se atreven a apuntar a posibles tratamiento terapéuticos para la mejora de la resistencia a la insulina, diabetes y otros desórdenes metabólicos como la obesidad mediante la modulación de la expresión de moléculas diana como la elongasa 6 (elolvl6) (Matsuzaka and Shimano 2009). Según nuestras observaciones creemos que en poco tiempo se podrá aplicar el término biomarcador a un determinado perfil de ácidos grasos circulantes en plasma, capaz de contribuir a la predicción del futuro metabólico de un individuo antes de que tenga indicios de patología metabólica, y contribuir con una intervención nutricional y/o terapéutica en la mejora de su estado salud y lograr un fenotipo más saludable.

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El eje conductor de la presente tesis doctoral es el desarrollo de un modelo animal que contribuya a la identificación y caracterización de potenciales biomarcadores tempranos de susceptibilidad a la obesidad en edad adulta.

Esta tesis doctoral se engloba principalmente en el marco del proyecto europeo “Bioclaims” (2010-2015) y del nacional “Biobesmarkers” (2009-2012) ambos coordinados por el Prof. Andreu Palou, cuya finalidad común es la obtención de un listado de biomarcadores de salud y otros de predisposición a la obesidad. La detección temprana de alteraciones en los biomarcadores de salud permitiría identificar aquellos individuos que presentan una cierta predisposición a padecer obesidad (antes de que ésta sea evidente), de modo que posibilitaría diseñar estrategias para contrarrestar su desarrollo, por ejemplo mediante propuestas nutricionales específicas que modulen el metabolismo, y así derivarlos hacia un fenotipo más saludable.

El trabajo experimental se ha llevado a cabo en el Laboratorio de Biología Molecular, Nutrición y Biotecnología - Nutrigenómica en la Universidad de las Islas Baleares (LBNB)1, dirigido por el Prof. Andreu Palou.

Dentro del objetivo general arriba mencionado, se contemplan los siguientes objetivos más concretos:

Objetivo 1: Desarrollo de un modelo animal de intervención nutricional durante la