Síntesis ruminal de AGCIR

Una de las características de la grasa de leche de rumiantes respecto a la de otros mamíferos es la alta concentración de AGCIR. Vlaeminck et al² recopilaron datos de numerosos estudios sobre la composición de AGCIR en leche y mostraron que los principales AGCIR son isómeros de los AG tetradecanoico (iso 14:0), pentadecanoico (15:0, iso 15:0 y anteiso 15:0), hexadecanoico (iso 16:0) y heptadecanoico (17:0, iso 17:0 y anteiso 17:0).

Los AGCIR son sintetizados principalmente durante los procesos de fermentación microbiana a nivel ruminal. Las bacterias ruminales contienen entre 50 y 90 g/kg de lípidos en su materia seca, y alrededor de un 5 % de los mismos son AGCIR que se localizan preferentemente en las membranas³. Los protozoos poseen menos AGCIR totales que las bacterias (110 vs 160 g/kg de AG totales), aunque presentan una mayor proporción de iso 16:0 y anteiso 17:0⁴.

Los precursores de la síntesis microbiana de AG ramificados en el rumen son leucina, isoleucina, y valina, aminoácidos de cadena ramificada procedentes de la dieta (Figura 1). Inicialmente la microbiota ruminal transforma estos aminoácidos en ácidos carboxílicos ramificados de cadena corta, isovalérico, 2-metil-butírico e isobutírico, respectivamente, unidos a la coenzima A. A continuación, se produce la elongación de cadena de estos AG gracias a la actividad de la enzima AG sintasa (AGS) de los microorganismos. Los iso de cadena par se originan a partir del ácido isobutírico, mientras que los iso y anteiso de cadena impar se generan a partir de los ácidos isovalérico y 2-metil-butírico, respectivamente. El precursor de los AG impares de cadena media (13:0, 15:0 y 17:0) en el rumen es el ácido propiónico, que procede de la fermentación de ciertos componentes de la ración, aunque los AG 15:0 y 17:0 también pueden originarse por α-oxidación a partir de los AG 16:0 y 18:0 presentes en los lípidos de la dieta.

Adaptada de Vlaeminck et al.²

Figura 1 Síntesis de ácidos grasos de número de carbono impar y de cadena ramificada por la microbiota del rumen 

El perfil de AGCIR que se origina tras la digestión ruminal está fuertemente ligado a la actividad de los microorganismos presentes en esta cavidad digestiva². De ahí, que la variación en el perfil de AGCIR sea un reflejo de la abundancia relativa de las distintas especies de microorganismos que conforman el ecosistema ruminal^5-6. Las bacterias celulolíticas, es decir, aquellas que poseen enzimas capaces de hidrolizar la celulosa como Ruminococcus flavefaciens, Ruminococcus albus o Butyrivibrio fibrisolvens poseen contenidos destacados de AGCIR iso⁷. Mayores proporciones de anteiso 15:0 indicarían la presencia de bacterias especializadas en la fermentación de pectina y azúcares⁸ como Prevotella spp., Lachnospira multiparus y Succinovibrio dextrinosolvens. Las bacterias amilolíticas o digestoras de almidón como Succinivibrio dextrinosolvens, Succinimonas amylolytica, Ruminobacter amylophilus, Selenomonas ruminantium y Streptococcus bovis contienen una menor proporción de AG de cadena ramificada pero destacan por poseer más de cadena impar².

Transferencia de AGCIR desde el tracto digestivo a la glándula mamaría

Es bien conocido el papel preponderante de los microorganismos ruminales en la presencia de AGCIR en productos lácteos⁹. Aunque informes recientes^2,10 han cuestionado que la correlación entre el contenido de AGCIR en el fluido intestinal y la grasa láctea sea tan estricta. Teóricamente, se podrían producir desajustes durante la transferencia de estos AG desde el aparato digestivo a los tejidos internos, particularmente en la glándula mamaria. Tales desajustes podrían tener lugar durante el proceso de absorción intestinal o durante el transporte a través del torrente sanguíneo. Al igual que otros AG que alcanzan el intestino delgado, los AGCIR son absorbidos en el yeyuno. Aparentemente la absorción intestinal de los AG de origen microbiano sería más alta¹¹, pero los pocos datos de los que se dispone no son suficientes para emitir una conclusión definitiva.

Tras su absorción, tanto los AGCIR como el resto de AG, son esterificados en el glicerol para formar TG y fosfolípidos (FL) por las células epiteliales intestinales y transportados, primero al sistema linfático y posteriormente al torrente sanguíneo, donde entran a formar parte de complejos macromoleculares como quilomicrones y lipoproteínas de muy baja densidad (VLDL). Tanto quilomicrones como VLDL contienen distintas clases de lípidos (TG, FL, ésteres de colesterol (EC) y ácidos grasos libres) pero cada una de ellas difiere en composición puesto que cada tipo de AG se enlaza selectivamente a las distintas fracciones. El acceso de los AG desde el torrente sanguíneo al citoplasma de las células de la glándula mamaria se realiza una vez liberados de dichas macromoléculas, a través de la acción de la enzima lipoproteína lipasa (Figura 2).

ACC: acetil-CoA carboxilasa; AGS: ácido graso sintasa; AG: ácido graso; TG: triacilglicérido; VLDL: lipoproteínas de muy baja densidad.

Figura 2 Vías metabólicas de síntesis de ácidos grasos en las células de la glándula mamaría de rumiantes 

La principal diana de la lipoproteína lipasa son los AG de los TG. Por el contrario, los AG característicos de las fracciones de EC y FL se transfieren más pobremente a la grasa de leche debido a la baja afinidad de dicha enzima por ellas. Fievez et al⁷ reportaron que los AG de cadena ramificada son más abundantes en los EC y los TG que en los FL o los ácidos grasos libres. Estas dos últimas fracciones, en contraste, son más ricas en AG de cadena impar. Sin embargo, la literatura disponible sobre la distribución de los AGCIR entre los diferentes tipos de lípidos del plasma es aún muy escasa para predecir tendencias o pronosticar comportamientos metabólicos consolidados. Por tanto, merecería la pena explorar en detalle los procesos metabólicos que tienen lugar en las células de la glándula mamaría, para encontrar los mecanismos responsables de las diferencias de los perfiles de AGCIR entre el líquido ruminal y la leche.

Síntesis endógena de AGCIR

La mayor parte de los AG saturados de número par de átomos de C presentes en la grasa láctea se sintetizan de novo en las células epiteliales de la glándula mamaria¹². Su síntesis se produce a partir de las moléculas de acetato y β-hidroxibutirato circulantes en el torrente sanguíneo, generadas en el rumen durante la fermentación de los hidratos de carbono de la dieta. Las dos enzimas responsables de esta síntesis de novo en la glándula mamaria son la acetil-CoA carboxilasa (ACC) y la AGS (Figura 2). El primer paso de la síntesis consiste en la activación del acetato a acetil-CoA, seguido de la condensación de dos moléculas de acetil-CoA para formar malonil-CoA. Esta etapa es catalizada por la ACC. A continuación, la AGS regula la elongación de cadena de los AG sintetizados de novo. Si el sustrato inicial en lugar del acetato fuese el propionato, su derivado el metilmalonato, o AG volátiles ramificados (isovalérico, isobutírico y 2-metilbutirico) los productos finales de la síntesis de novo serían potencialmente AG impares, AG metil sustituidos no terminales, o iso y anteiso, respectivamente tal como ocurre en el rumen (Figura 1).

Los primeros trabajos llevados a cabo en este campo demostraron que 15:0 y 17:0 podrían ser sintetizados de novo en la glándula mamaría de rumiantes utilizando propionil-CoA en lugar de acetil-CoA como molécula cebadora o iniciadora¹³. La elongación de dicha molécula catalizada por la AGS explicaría la presencia en leche de 5:0, 7:0, 9:0 y 11:0 así como el incremento de las cantidades de 13:0, 15:0 y 17:0 respecto a las ya generadas en el rumen y transferidas desde el duodeno. La importancia de esta síntesis endógena se vio confirmada en trabajos posteriores^10,14,15. Teóricamente estos AG de cadena impar (13:0, 15:0 y 17:0) podrían a su vez ser metabolizados a cis-monoinsaturados por acción de la enzima delta-9 desaturasa. Sin embargo, únicamente la conversión de 17:0 a cis-9 17:1 parece tener importancia cuantitativa¹⁶ (Figura 2).

En contraste a los AG de cadena impar, la síntesis mamaria de los AG iso y anteiso no respondió al aumento de disponibilidad de sus precursores biológicos, los AG isovalérico, 2-metil-butírico e isobutírico^13,14. Esta observación sería un indicio de que la enzima AGS podría no ser activa en el proceso de elongación y, por tanto, la síntesis de novo no tendría lugar en tejidos extraruminales. Estos resultados estarían, sin embargo, en aparente contradicción con los incrementos en los contenidos de iso 17:0 e anteiso 17:0 en grasa láctea, respecto a su presencia en el fluido intestinal, reportados por otros investigadores^2,10,17.

Fievez et al⁷ postularon que los valores más bajos que se desprendían de las relaciones iso 15:0/iso 17:0 y anteiso 15:0/anteiso 17:0 en leche comparadas con las de fluido duodenal podrían ser explicados si se demostrase viable la elongación de cadena de las moléculas de iso 15:0 y anteiso 15:0 una vez absorbidos al torrente sanguíneo. Parecía llamativo en este sentido que la secreción en la leche de iso 15:0 + iso 17:0 y anteiso 15:0 + anteiso 17:0 era muy similar a la suma de estos AG en el duodeno⁷. Tales datos reforzaron la hipótesis sobre la existencia de una actividad elongasa extraruminal sobre los AG iso y anteiso de 15 átomos de C y además apoyó la idea de una transferencia casi completa de los AG de cadena ramificada totales desde el duodeno a la leche. En un estudio posterior Vlaeminck et al¹⁵ observaron mayores niveles de iso 17:0 y anteiso 17:0 en grasa de leche, en comparación con sus contenidos en fluido duodenal (Cuadro 2). Este hecho, junto con unas relaciones iso-15:0/iso-17:0 y anteiso 15:0/anteiso 17:0 más bajas en leche descartarían la síntesis de novo postruminal de estos AG y confirmarían el papel predominante de elongasas post-absorción que ejercerían su actividad sobre los AG iso 15:0 y anteiso 15:0. El valor más bajo de la relación iso 15:0/iso 17:0 y anteiso 15:0/anteiso 17:0 en los TG del plasma sanguíneo, respecto a las muestras del fluido duodenal sería además un indicio de que la elongación podría tener lugar en tejidos distintos a la glándula mamaria.

La sobreexpresión del gen que codifica la elongasa ELOVL6 en rumiantes está descrita en células epiteliales mamarias¹⁸, y, más recientemente, un estudio in vitro ha sido el primero en valorar el papel de esta enzima en la regulación de la elongación de AG¹⁹. La sobrerregulación de ELOVL6 aumenta los índices de elongación de 16:0 y 18:0, lo que sugiere un papel importante de este enzima en el control de longitud de cadena de los AG en la glándula mamaría. Sin embargo, sus efectos sobre los AG ramificados todavía quedan pendientes por ser investigados.

Efectos de la dieta base

Entre los distintos componentes de la dieta, la proporción de almidón y fibra juega un papel relevante en la producción de AGCIR a través de su influencia en el ecosistema microbiano, en particular sobre la proliferación de cepas bacterianas celulolíticas^21,22. Un aumento de almidón en las raciones limita el crecimiento de microorganismos celulolíticos, promoviendo la proliferación de bacterias amilolíticas. Como ya se expuso, las bacterias celulolíticas contienen en sus membranas predominantemente AG ramificados iso⁷ y son sensibles a valores bajos de pH ruminal que son los característicos de alimentos con alto contenido de almidón²³. Vlaeminck et al² observaron que dietas ricas en almidón, caracterizadas por una mayor proliferación de bacterias amilolíticas, disminuían los niveles de iso 14:0, iso 15:0 e iso 16:0 (Cuadro 3).

Estudios posteriores han reforzado la idea de la influencia que la proporción de fibra y almidón tiene sobre el contenido de AGCIR de la leche (Cuadro 3). Patel et al²⁴ reportaron que un aumento de fibra a través de la presencia de ensilados de pasto en las raciones aumentaba los contenidos en leche de iso 15:0, iso 17:0, 15:0 y 17:0 mientras que la sustitución de fibra en detrimento de almidón en la dieta incrementaba la proporción de iso 15:0 tanto en leche²⁵ como en el rumen²⁶. Estas respuestas se asociaron a una mayor abundancia de bacterias celulolíticas frente a las amilolíticas. Por otra parte, Cívico et al²⁷ midieron niveles más elevados de iso 14:0, iso 17:0 y 15:0 en grasa láctea cuando la alimentación estaba enriquecida en fibra y era pobre en almidón (Cuadro 3).

La relación F/C en las raciones podría modificar los contenidos de AGCIR de los productos lácteos. Vlaeminck et al² concluyeron que una proporción mayor de forraje en la dieta base contribuía a un aumento selectivo de ciertos AGCIR como iso 14:0 e iso 15:0. En contraste, los niveles de anteiso 15:0 fueron menos afectados. Estos resultados se explican por cambios en el ecosistema ruminal inducidos por la variación en la relación F/C de las dietas. Un aumento de concentrado favorecería la proliferación de bacterias amilolíticas, lo cual podría aumentar los anteisos y los de cadena impar. Se han observado¹⁰ niveles más bajos de 15:0 y 17:0 en leche de vacas alimentadas con dietas con una elevada relación F/C.

El análisis de fluidos digestivos extraídos de cabras canuladas duodenalmente constató que el aumento de la relación F/C en la ración causaba un aumento de todos los AGCIR sintetizados de novo por las bacterias⁵. Un experimento similar llevado a cabo en vacuno²⁸ mostró resultados parecidos. Más recientemente, Zhang et al²⁹ confirmaron que los perfiles de AGCIR en fluidos digestivos en bovino son afectados de forma drástica por la relación F/C de la dieta base. Las concentraciones de 11:0, 13:0, iso 15:0, iso 16:0, iso 17:0 y 17:0 eran más altas cuando la proporción de forraje en la ración era mayor. También observaron que sólo los anteiso 15:0 y 15:0 aumentaban con proporciones más elevadas de concentrado.

Efectos de la suplementación lipídica

Los niveles de AGCIR en productos lácteos muestran una disminución significativa cuando proceden de animales cuya dieta ha sido suplementada con fuentes lipídicas. Esta pauta, observada en leche bovina^6,30 y de pequeños rumiantes^31,32 es característica de la suplementación con semillas de oleaginosas ricas en AG insaturados.

Estos resultados podrían ser explicados por el efecto inhibitorio que los ácidos grasos poliinsaturados (PUFA) ejercen sobre la microbiota intestinal. La severidad del efecto de los AG incorporados de la dieta sobre la viabilidad de las bacterias del rumen es mayor a medida que aumenta el número de insaturaciones de las moléculas. Así mismo los efectos serían más acusados si la configuración geométrica de los dobles enlaces es de tipo cis^2,3. Además, no todos los microorganismos se verían afectados de la misma forma por la suplementación lipídica de la dieta. Se ha observado que las bacterias celulolíticas y Gram positivas son más sensibles a los lípidos dietéticos que las bacterias amilolíticas y Gram negativas^20,33,34.

Microbiota intestinal de neonatos

Estudios recientes han destacado el papel de los AG ramificados como componentes bioactivos protectores de la salud. La presencia de AG ramificados es muy escasa en los tejidos humanos de adultos pero, en contraste, son componentes bioactivos esenciales del tracto digestivo en los estadios finales del desarrollo fetal y tras el parto³⁵.

Aproximadamente, 30 % de los AG totales presentes en el vérnix caseoso son AG de cadena ramificada, con una gran variedad de estructuras moleculares entre las que destacan el iso 14:0 y el iso 16:0³⁵. El vérnix es un material ceroso con una textura similar al queso que reviste la piel del feto y del recién nacido. Consiste en una mezcla de secreciones grasas originadas a partir de la 18 semana de gestación procedentes de las glándulas sebáceas. El vérnix evita la pérdida de agua, protegiendo la piel del feto de la deshidratación, impidiendo su endurecimiento y disminuyendo las rozaduras y el agrietamiento. Además, contribuye a regular la temperatura del feto al actuar como una capa aislante. No existe otro mamífero terrestre que produzca neonatos cubiertos de vérnix, en contraste a lo que ocurre con los fetos de mamíferos acuáticos que presentan esta misma película grasa compuesta por AG ramificados³⁶.

Una hipótesis complementaria señala el papel del vérnix como agente antibacteriano. Esta idea se basa en que, durante los últimos meses del embarazo, las partículas de vérnix se desprenden de la piel y pasan al líquido amniótico incrementando su turbidez. En el último trimestre de gestación el feto ingiere buena parte del líquido amniótico y, de esta forma, su intestino quedaría impregnado de los AG ramificados presentes en el vérnix³⁵.

Por otra parte, la gran cantidad de AG ramificados detectados en el meconio (las primeras heces fecales del neonato) constituye un indicio suficientemente relevante sobre el tipo de microorganismos que comienzan a colonizar el tracto intestinal del recién nacido y que se vería favorecido por la presencia de estos prebióticos no fermentables³⁵. Como se ha expuesto en párrafos precedentes, los AG ramificados están entre las moléculas más importantes de las membranas de muchos microorganismos, particularmente de la mayoría de las especies del genero bacilli ⁽³⁷. Se ha observado que la sustitución de grasa de la dieta por AG ramificados en crías de ratas neonatas favorece la alteración de su microbioma. Estos cambios se traducen en aumentos de los microorganismos capaces de incorporar AG ramificados en sus membranas y una reducción simultánea de la incidencia de enterocolitis necrotizante³⁸, una de las mayores causas de mortalidad en neonatos prematuros. También se sabe por estudios in vitro que los AG ramificados reducirían la motilidad y presumiblemente la virulencia de patógenos como Pseudomonas aeruginosa³⁹.

La elevada concentración de AG ramificados, como consecuencia de la presencia del vérnix en el lumen intestinal del feto, es probable que juegue además un papel importante en el crecimiento y metabolismo de los enterocitos, así como en la salud y la regulación intestinal. Trabajos recientes han observado que los AG ramificados pueden ser incorporados a los FL de las membranas de los enterocitos, confiriéndoles actividad anti-inflamatoria^40,41. Liu et al⁴² postularon que esta incorporación de los AG ramificados en los FL contribuiría a modular las propiedades biofísicas de las membranas. Los AG ramificados tienen asignadas funciones biofísicas equiparables a los AG monoinsaturados con configuración cis pero tienen la ventaja de presentar una mayor estabilidad oxidativa por la ausencia de dobles enlaces en su estructura. Por otra parte, los menores puntos de fusión de los AG ramificados respecto a sus homólogos lineales estarían relacionados con el mantenimiento de la fluidez de las membranas celulares⁴³.

Otras propiedades bioactivas de los ácidos grasos de cadena ramificada

Además de sus efectos positivos sobre la composición de la microbiota intestinal, la presencia de AG ramificados en la dieta podría redundar beneficiosamente en la prevención de distintas enfermedades. El primer trabajo donde se atribuye actividad anticancerígena a los AG ramificados data de principios de este siglo⁴⁴. En dicho estudio se describen los efectos inhibitorios de iso 15:0 sobre la proliferación celular y la inducción de la apoptosis en líneas celulares de cáncer de próstata, leucemia y adenocarcinoma. Más recientemente, Cai et al⁴⁵ dieron cuenta de que el iso 15:0 podría contribuir a la inhibición de linfomas humanos. Estudios desarrollados por otros investigadores^46,47 determinaron que los AG ramificados podrían también inducir apoptosis en células de cáncer de mama e inhibir el desarrollo de tumores en cultivos celulares y modelos animales.

Por otro lado, un reciente estudio en humanos con sobrepeso⁴⁸ ha apuntado por primera vez la posibilidad de que la abundancia de AG ramificados iso en suero sanguíneo pueda correlacionarse inversamente con la presencia de TG y asociarse negativamente con otros indicadores característicos de procesos inflamatorios. En todo caso, los efectos beneficiosos de este grupo de AG precisan más investigaciones que contribuyan a esclarecer los mecanismos que subyacen en la prevención de estas patologías.