El hígado graso no-alcohólico (HGNA) es la causa más importante de enfermedad hepática crónica asociada a obesidad, resistencia a la insulina (RI), diabetes mellitus tipo 2 y dislipidemia. El HGNA abarca un amplio espectro de alteraciones hepáticas, no asociadas al consumo de alcohol, que van desde la esteatosis simple (ES) o acumulación intracelular de triacilglicéridos (TAG) a esteatohepatitis no alcohólica (EHNA), fibrosis, cirrosis y carcinoma hepatocelular (HCC). La ES se define como la presencia de ≥ 5% de esteatosis hepática, mientras que la EHNA es cuando ≥ 5% del hígado presenta esteatosis con inflamación y balonamiento, con o sin la presencia de fibrosis1.
La prevalencia de ES en población general es de 30%, mientras que la de EHNA varía entre 1,5%-6,5%. La obesidad ha convertido al HGNA en la causa más común de enfermedad crónica hepática, 75-90% de la población con obesidad tiene HGNA y hasta 20% puede tener EHNA. La ES, generalmente, sigue un curso clínico benigno, pero 59,1% puede progresar a EHNA. Entre los individuos con EHNA, un tercio podría desarrollar cirrosis o alguna de sus complicaciones, y 27% podría progresar a HCC1,2. La EHNA tiene un mayor riesgo de progresión a HCC incluso en ausencia de cirrosis3.
Distintos mecanismos buscan explicar la progresión de esta enfermedad, siendo de los más recientes investigados, la microbiota intestinal (MI). Esta revisión busca actualizar el papel de la MI en la patología de HGNA y los mecanismos implicados.
Fisiopatología del HGNA
El HGNA se considera un trastorno metabólico resultado de una compleja interacción entre factores genéticos, hormonales y nutricionales4. Actualmente, se ha postulado la teoría de los múltiples pasos o golpes (“multiple- hit hypothesis”) para comprender la fisiopatología de la enfermedad. Esta teoría propone que la hiperinsulinemia y la consecuente RI llevan a un aumento de la lipólisis del tejido adiposo (TA) y de los ácidos grasos libres (AGL) circulantes que van al hígado. La ES hepática ocurre cuando la cantidad de AGL presentes en el hígado, secundario a la lipólisis, aporte dietario como también lipogénesis de novo, excede la capacidad de oxidación mitocondrial. Si los AGL captados por el hígado no son oxidados, se almacenan TAG en el hígado, lo cual aumenta el riesgo de desarrollar HGNA. El aumento de TAG a nivel hepático lleva a un aumento en la susceptibilidad del hígado a las citoquinas/adipoquinas inflamatorias provenientes del TA, disfunción mitocondrial y estrés oxidativo, generando finalmente EHNA y fibrosis. Paralelamente, una alteración de la MI favorece la activación de cascadas proinflamatorias y el desarrollo de EHNA y fibrosis. Finalmente, el estrés oxidativo puede, además, alterar la proliferación de progenitores de hepatocitos, causando fibrosis/cirrosis1,4,5 (Figura 1).
Aún se desconoce qué factores predicen la progresión del HGNA y cuáles de ellos distinguen entre ES y EHNA6. La obesidad, RI y lipotoxicidad podrían promover la inflamación en la EHNA. Además, se han descrito factores dietarios como menores niveles de vitaminas antioxidantes y ácidos grasos poliinsaturados de cadena larga n-3 (AGPICL-n3) que podrían influir7,8. La evidencia también sugiere que factores de riesgo genéticos y modificaciones epigenéticas, junto con alteraciones en la composición de la MI, predisponen al desarrollo y progresión del HGNA4. Estudios recientes han revelado una clara asociación entre la MI, obesidad e HGNA9.
Composición de la microbiota intestinal en el humano
Individuos adultos poseen una MI abundante y compleja, con aproximadamente 1013 microorganismos. La MI es un ecosistema diverso de comensales y mutualistas y que se propone que interactúan con la mayoría, sino todos, de los órganos del huésped10. Diversos métodos han sido utilizados para estudiar la MI11, dentro de los que se destacan (i) secuenciación del gen ribosomal 16S (16S rRNA), el cual permite estudiar la composición a nivel taxonómico, pero no permite un análisis funcional ni tampoco permite obtener información detallada a nivel taxonómico de especies; (ii) metagenómica, que corresponde al estudio de los genes presentes en la MI, indicando la capacidad funcional y (iii) metabolómica, que corresponde al estudio de los metabolitos producidos por parte de la MI, permitiendo una mejor comprensión de su funcionalidad. Respecto a la clasificación taxonómica de la MI, y siguiendo un orden jerárquico, se puede clasificar en dominios, filos, clases, órdenes, familias, géneros y especies. Al respecto, la MI comprende más de 1.000 tipos de filos, en donde las tres dominantes en el intestino, tanto de humanos como de ratones, son Firmicutes, Actinobacterias y Bacteroidetes las que en su conjunto comprenden más del 90% de las bacterias intestinales (Tabla 1). En sujetos sanos, la presencia de estas bacterias cumple distintas funciones que benefician al huésped, como la producción de vitaminas, metabolismo de nutrientes, entre otros12. Se ha planteado, además, que una mayor diversidad microbiana sería un factor asociado a un buen estado de salud10.
Filo | Clases | Genera representativas | Características | |
---|---|---|---|---|
Bacterias | ||||
Firmicutes | Bacili | Ruminoccoccus | Bacterias Gram positivo con bajo contenido de guanina y citosina | |
Clostridia | Peptococcus | |||
Peptostreptococcus, | ||||
Clostridium, Lactobacillus, | ||||
Enterococcus | ||||
Eubacterium | ||||
Fealibacterium | ||||
Bacteroidetes | Bacteroidia | Bacteroides | ||
Flavobacteria | Fusobacterium | |||
Sphingobacteria | Prevotella | |||
Actinobacterias | Actinobacteria | Bifidobacterium | Son Gram positivo con alto contenido de guanina y citosina. | |
Actinomyces | ||||
Proteobacterias | Alphaproteobacteria | Escherichia. | Son principalmente bacterias Gram negativo y de carácter patógeno | |
Betaproteobacteria | Helicobacter | |||
Gamaproteobacteria | Desulfovibrio | |||
Deltaproteobacteria | ||||
Tsetaproteobacteria | ||||
Verrucomicrobia | Spartobacterias | Verrucomicrobium | ||
Epitutae | ||||
Verrucomicrobiae | ||||
Fusobacterias | Fusobacterias | Fusubacterium | Son bacterias anaeróbicas obligadas | |
Cyanobacteriaa | - | |||
Synergistesa | - | |||
Archeas | ||||
Euryarchaeota | - | Metanobrevibacter | Microorganismo metanoproductor a partir de H2 y CO2 |
aNo se han encontrado géneros respresentativos para estos filos.
Aun cuando las muestras de humanos y de ratones comparten cerca de 90% de los genes bacterianos, al momento de comparar e interpretar los estudios realizados en animales y humanos se debe tener en cuenta que la MI de ratones y humanos difieren de manera cuali y cuantitativa15.
La MI se establece durante los primeros tres años de vida, cuando puede verse modificada por el canal de parto, alimentación, particularmente uso de fórmulas lácteas o lactancia materna, y el uso de fármacos como antibióticos y enfermedades virales14. Durante la vida adulta, la MI puede ser influenciada por una combinación de factores asociados y no asociados al huésped, entre los que destacan la alimentación, estilo de vida, sistema inmune, estado fisiológico y uso de fármacos como antibióticos, metformina y antiinflamatorios no esteroidales15. A pesar de la gran variación de la MI entre sujetos, existe un núcleo de microbiota intestinal o “core gut microbiome” a nivel funcional10.
Parece ser que la dieta es uno de los principales elementos que modifican la MI, inclusive dentro de las primeras 24 h luego de iniciar una modificación en la alimentación16. Se ha observado que quienes consumen una dieta alta en fibra y fuentes proteicas no animales presentan mayor abundancia de Bacteroidetes y una depleción de Firmicutes, asociado a la abundancia única de Prevotella y Xylanibacter, bacterias capaces de hidrolizar celulosa y xilanos; mientras que una dieta baja en fibra y alta en proteínas animales, modifica la MI aumentando la abundancia de microorganismos tolerantes a la bilis (Alistipes, Bilophila y Bacteroides) y disminuyendo los Firmicutes como Roseburia, Eubacterium rectale y Ruminococcus bromii17. Sumado a lo anterior, se ha visto una relación inversa en el consumo de fructosa y endulzantes artificiales con la diversidad de la MI, en particular, para los géneros Streptococcus y Eubacterium, bacterias relacionadas con el metabolismo de hidratos de carbono18.
Es importante considerar que una dieta habitual comprende una combinación de alimentos, dificultando la posibilidad de aislar el efecto de un solo nutriente sobre la MI.
Papel de la microbiota intestinal en HGNA
MI e HGNA
El HGNA se asocia a la obesidad, RI, diabetes mellitus, dislipidemia y enfermedades coronarias, todas manifestaciones del síndrome metabólico1,9. Estudios iniciales en el área de obesidad y MI mostraron una asociación entre ambas variables, encontrando mayor presencia de Firmicutes y disminución de Bacteroidetes. Sin embargo, resultados inconsistentes fueron reportados posteriormente. Esto podría deberse a ciertas variables como la dieta, factores ambientales, genoma móvil de la MI o también a aspectos metodológicos y al uso de distintas técnicas para determinar la MI. Por lo tanto, para comprender el rol de la MI en HGNA es necesario corregir según los factores de riesgo de HGNA, factores ambientales, estado nutricional y métodos diagnóstico de HGNA9. En este sentido, un estudio prospectivo transversal evaluó la composición de la MI en un grupo de pacientes con HGNA diagnosticados mediante biopsia y sujetos controles, encontrando que los primeros tuvieron menor porcentaje de Bacteroidetes en comparación a ES y controles, independiente del IMC y del tipo de dieta19,20.
Asimismo, se ha descrito una MI especial para ES, EHNA, fibrosis y HCC, caracterizándose por una disminución relativa gradual de la diversidad de la MI, que es independiente del IMC y RI (Tabla 2). Estas diferencias han llevado a que distintos autores planteen un mecanismo de acción de la MI sobre la enfermedad HGNA.
Filo | HGNA | EHNA | EHNA-Fibrosis | EHNA-HCC |
---|---|---|---|---|
Firmicutes | ↑↓Lactobacillus | ↑Blautia | ↑Blautia | ↑Enterococus |
↑↓Ruminococcus | ↑Lactobacillus | ↑Oscillospira | ||
↑Blautia | ↑Clostridium | ↓Blautia | ||
↑Streptococcus | ↑Dorea | |||
↑Clostridium | ↑Allisonella | |||
↓Moryella | ↓Coprococcus | |||
↓Faecalibacterium | ↓Faecalibacterium | |||
↓Coprococcus | ||||
Bacteroidetes | ↑↓Prevotella | ↑Bacteroides | ↑Roseburia | ↑Bacteroides |
↑Parabacteroides | ||||
↓Prevotella | ||||
Proteobacteria | ↓Escherichia | ↑Escherichia | ↑Streptococcus | |
↑Streptococcus | ||||
↑Lactobacillus | ||||
↑Escherichia | ||||
↑Bacteroides | ||||
↑↓Enterococcus | ||||
↓Prevotella | ||||
Verrucomicrobia | ↓Akkermansia | |||
Actinobacteria | ↑↓Bifidobacterium | ↓Bifidobacterium | ↓Bifidobacterium |
Potenciales mecanismos por los cuales la MI puede contribuir al HGNA
La MI puede contribuir al HGNA a través de diferentes mecanismos, los cuales se resumen en la Figura 2.
Extracción y absorción aumentada de energía proveniente de los alimentos
En el año 2004, Backhed y colaboradores mostraron que ratones con MI normal tenían 40% más de grasa corporal en comparación a ratones libres de gérmenes, a pesar de la ingesta calórica. Sin embargo, al transplantar la MI de los ratones convencionales a los libres de gérmenes, estos últimos aumentaron en 60% la masa grasa corporal, concluyendo que la MI podría tener un rol en la capacidad de extracción de energética desde los alimentos21. Esto se podría explicar por dos posibles mecanismos:
una función glicósido-hidrolasa por parte de la MI, pudiendo degradar polisacáridos que el ser humano no es capaz, transformándolos en di y monosacáridos que luego son absorbidos en forma de glucosa22,23. Estos polisacáridos corresponden principalmente a celulosa, pectina y xilano. Esto se ha asociado con la bacteria B. thetaiotaomicrom y bacterias del género Clostridium24; y
la capacidad de generar ácidos grasos de cadena corta (AGCC) por parte de la MI mediante la degradación de otros polisacáridos como celulosa, sulfato de condroitina, ácido hialurónico, mucina y heparina 25, produciendo principalmente acetato, propionato y butirato en una relación molar de 70:20:10. Estos AGCC son utilizados para la lipogénesis de novo en los hepatocitos y adipocitos, para la gluconeogénesis a nivel de hepatocitos y como sustrato energético para los colonocitos, respectivamente26.
Se estima que una dieta que aporte entre 50 a 60 g de fibra podría generar entre 160 a 180 kcal a partir de este mecanismo, considerando que el consumo habitual varía entre 20 y 40 g/d26. En este contexto, en pacientes con baja ingesta de fibra se observó menor concentración de AGCC (17,7 a 4,4 mmolL-1) junto con una baja concentración del cluster Roseburia/Eubacterium rectale de un 11,4 a 3,3%, relacionando estas bacterias con la degradación de fibra dietética en AGCC27.
Aumento de permeabilidad intestinal e inflamación
La evidencia en animales sugiere que los lipopolisacáridos bacteriales (endotoxinas), así como también una dieta alta en grasa (que disminuye la cantidad de bifidobacterias) son gatilladores del comienzo de la inflamación y de la RI28, lo cual, junto con sobrecrecimiento bacteriano en el intestino delgado o SIBO (del inglés, small intestine bacterial overgrowth), permiten la translocación de endotoxinas bacterianas al torrente sanguíneo (endotoxemia), que, a su vez, puede activar el receptor tipo Toll-4, activando distintas rutas metabólicas, favoreciendo la inflamación y RI29. Adicionalmente, la endotoxemia podría contribuir a la fibrosis en la EHNA activando células implicadas en el proceso de fibrogénesis como células Kupffer y células estrelladas a través de la vía Toll-430.
Paralelamente, se ha observado que las bifidobacterias podrían disminuir los niveles de endotoxinas intestinales y mejorar la función de la barrera intestinal28, lo cual se condice con estudios en los cuales, al suplementar con Bifidobacterium pp y prebióticos, se observó un aumento de ARNm para las proteínas ZO-1 y ocludinas a nivel yeyunal, proteínas que conforman las uniones estrechas del intestino, sugiriendo una mejora en la integridad de las uniones estrechas y disminución de la endotoxemia, como también de la expresión hepática de marcadores de inflamación y estrés oxidativo31.
Se ha visto mayores niveles de SIBO en pacientes con HGNA. Esto podría contribuir al aumento de la endotoxemia en el HGNA29 lo cual se ha evidenciado por un aumento de endotoxinas y de la expresión hepática del mensajero (ARNm) del Toll-4 y de TNF-α en estos pacientes en comparación a sujetos sanos32.
Modulación del sistema inmune
En sujetos con HGNA, también, se han visto alteraciones en el sistema inmune hepático. Estudios realizados en humanos han mostrado elevación de marcadores celulares de diferenciación CD45+, CD163+, CD20+ y CD3+ 32. CD45+ es un marcador de células hematopoyéticas y su elevación indica el aumento de células inflamatorias. Por otra parte, CD163+ es un marcador inmune que se expresa en las células Kupffer, lo cual aumenta la producción de citoquinas que contribuyen al daño hepático. Otros, como las células CD20+ y CD3+, son marcadores de células B y T respectivamente33,34.
Schwenger y colaboradores encontraron que, en adultos con HGNA, el recuento de las células CD45+ y CD163+ era mayor en sujetos con HGNA versus controles sanos, lo cual se asoció a la gravedad de la enfermedad. Asimismo, aquellos con un puntaje NAS ≥ 5 (Non Alcoholic Fatty liver disease activity score) presentaron mayores niveles de CD20+ versus quienes tuvieron un NAS ≤ 4. Respecto a la MI, los autores observaron que Faecalibacterium prausnitzii se relacionó negativamente con CD45+ y con CD163+ y Prevotella se correlacionó negativamente con las células CD20+33,34.
Cambios en el metabolismo de las sales biliares
Los ácidos biliares se caracterizan por tener una acción antimicrobiana. Se ha visto que la MI de sujetos con HGNA desconjuga los ácidos biliares primarios en secundarios, lo cual disminuye la señalización en los receptores FXR y TGR5, alterando la producción de sales biliares y, por consiguiente, disminuyendo la actividad antimicrobiana y favoreciendo una mayor permeabilidad intestinal35.
Mouzaki y colaboradores observaron que en sujetos con EHNA existía una alteración en la homeostasis de los ácidos biliares en comparación al grupo control y una correlación positiva entre C. leptum y ácido litocólico e inversa con ácido cólico36.
Reducción de la biodisponibilidad de colina
La colina es un componente dietario esencial para el funcionamiento celular normal. Su deficiencia altera la producción y secreción hepática de lipoproteína de muy baja densidad (VLDL) y la composición de la membrana mitocondrial, alterando el metabolismo energético mitocondrial y la β-oxidación de ácidos grasos. Lo anterior aumenta la captación de AGL a nivel hepático, pudiendo favorecer el desarrollo de HGNAy daño hepático debido a la inflamación, estrés oxidativo y apoptosis secundario a un aumento de acumulación lipídica37. Se ha observado que sujetos con HGNA presentan menor biodisponibilidad de colina debido a un aumento de bacterias que metabolizan este nutriente, disminuyendo así la absorción por parte del huésped38. La MI en HGNA es capaz de convertir la colina en dimetilaminas y trimetilaminas, las cuales son transportadas al hígado, en donde se metabolizan a TMAO (óxido de trimetilamina), que, a su vez, es causante de inflamación hepática39. Es de considerar que solo el 10% de la población cumple con los requerimientos de colina40.
Metabolitos de la MI y aumento de etanol endógeno
Como se mencionó anteriormente, los AGCC son productos de la fermentación de carbohidratos no digeribles generados por la MI27 contribuyendo así al desarrollo de HGNA. No obstante, el butirato puede ejercer efectos protectores frente a la esteatogénesis y la EHNA, ya que reduce el estrés oxidativo producido por las endotoxinas y mejora la función de la barrera colónica41.
Se plantea que en humanos, el ácido propiónico disminuye los niveles de AG en hígado y plasma, reduce la ingesta de alimentos y ejerce efectos inmunosupresivos, lo cual podría mejorar la sensibilidad de los tejidos a la insulina, pudiendo tener efectos antiobesogénicos42. La bacteria productora de butirato F. prausnitzii se asocia negativamente con estados inflamatorios. En sujetos con HGNA se vio menor concentración de F. prasunitzzi y mayor de 2-hidroxibutirato, lo cual podría deberse a un aumento de estrés oxidativo a nivel hepático9. Si bien, los AGCC podrían relacionar la MI con el HGNA, los datos disponibles aún son limitados.
El etanol es metabolizado en el hígado y oxidado por la enzima alcohol deshidrogenasa43. Además del aporte dietario, el etanol es un metabolito de algunas bacterias presentes en la MI44. El metabolismo hepático del etanol genera sustratos para la síntesis de ácidos grasos (acetato) y también acetaldehído que es un precursor de ROS, favoreciendo así la acumulación de TAG intrahepáticos y estrés oxidativo45.
Particularmente, se ha visto aumento de la producción de etanol, determinado por la concentración de etanol espirado, en pacientes con obesidad que no consumen alcohol46, como también en niños con EHNA junto con un aumento de las enzimas metabolizadoras de alcohol47, lo que podría explicar una relación de causalidad con el desarrollo de EHNA. Además, el aumento de etanol podría aumentar la permeabilidad intestinal, induciendo endotoxemia48.
Aplicaciones clínicas
Si bien se ha logrado caracterizar la MI de sujetos con HGNA, no se ha dilucidado si la composición característica es una causa o más bien una consecuencia de la enfermedad. Algunos autores han sugerido considerar los metabolitos producidos por la MI como marcadores de HGNA y su eventual progresión, sin embargo, para ello se requeriría un conocimiento más avanzado respecto a los mecanismos de acción de estos metabolitos49.
Por otra parte, también se ha propuesto la aplicación de los conocimientos sobre MI en HGNA con un fin terapéutico mediante el transplante fecal50 y uso de probióticos. Respecto al segundo, si bien probióticos como Lactobacillus, Bifidobacterium, Streptococci y bacterias productoras de butirato50 poseen acciones terapéuticas, se debe considerar que el uso de probióticos tienen una acción limitada en el tiempo. Considerando que los cambios en la alimentación modifica la MI en un corto período de tiempo16, adquiere especial relevancia la adquisición de estilos de vida saludables en el largo plazo, dando relieve al rol del tratamiento y educación nutricional, tanto como para el manejo de comorbilidades y factores de riesgo asociados a la enfermedad52.
Conclusiones
El HGNA se asocia a alteraciones en la composición de la MI independientemente del estado nutricional, particularmente la obesidad. La interacción de microorganismos con el huésped podría favorecer el desarrollo del HGNA y su progresión a EHNA, fibrosis o HCC a través de distintos mecanismos, como una mayor extracción de energía desde los alimentos, aumento de la permeabilidad intestinal y activación de señalizaciones proinflamatorias, modulación del sistema inmune, producción endógena de etanol y AGCC. Si bien se han propuesto distintas aplicaciones clínicas respecto a MI e HGNA, aún se necesita más investigación respecto al diagnóstico de HGNA mediante MI, y el tratamiento con trasplante fecal y uso de probióticos.