3.3 Ácidos biliares y microbiota

Los ácidos biliares son moléculas esteroides que actúan como surfactantes para ayudar a la digestión de las grasas de la dieta en el tracto gastrointestinal. Los ácidos biliares se sintetizan en el hígado y son metabolizados por múltiples enzimas derivadas de las bacterias intestinales. Recientemente, se ha establecido que los ácidos biliares son críticos para la regulación de la fisiología del huésped y del microbioma, y que la desregulación de los ácidos biliares podría conducir a condiciones patológicas en el intestino, incluyendo la inflamación agravada y la señalización oncogénica (revisado en Jia et al., 2018; Ridlon et al., 2014).

Los ácidos biliares son sintetizados por los hepatocitos del huésped o metabolizados por las bacterias intestinales para producir ácidos biliares primarios o secundarios, respectivamente (Ridlon et al., 2016). Los ácidos biliares primarios se sintetizan mediante la oxidación del colesterol mediada por el citocromo P450 en los hepatocitos. Los seres humanos generan principalmente dos ácidos biliares primarios, el ácido cólico (CA) y el ácido quenodesoxicólico (CDCA). Estos ácidos biliares se conjugan fácilmente con los aminoácidos taurina y/o glicina mediante la ácido biliar:CoA sintetasa y el ácido biliar-CoA: aminoácido N-aciltransferasa para formar el ácido taurocólico (TCA), el ácido taurochenodesoxicólico (TCDCA), el ácido glicocólico (GCA) y el ácido glicocenodesoxicólico (GCDCA). Los ácidos biliares primarios recién sintetizados son secretados desde el hígado hacia el canalículo biliar, liberándose finalmente en la luz intestinal para su función: emulsión y absorción de lípidos desde el intestino delgado. Los ácidos biliares secretados en el intestino delgado pueden ser reabsorbidos en el íleon distal por el transportador apical de BA dependiente de sodio (ASBT) y donde luego se unen a la proteína transportadora de ácidos biliares ileal (IBACP) para ser transportados a la vena porta a través del transportador de solutos orgánicos α/β (OST-α/β) (revisado en Dawson, 2011; Jia et al, 2018).

A diferencia de los ácidos biliares primarios, la producción de ácidos biliares secundarios implica a la microbiota intestinal. Se sabe que los anaerobios intestinales, incluidos Bacteroides, Eubacterium y Clostridium, desconjugan los ácidos biliares conjugados con taurina y con glicina, generando ácidos biliares libres no conjugados. Los anaerobios, incluyendo Bacteroides, Clostridium, Eubacterium, Lactobacillus y Escherichia, pueden entonces ejercer la 7α/β-deshidroxilación para convertir los ácidos biliares primarios no conjugados, CA y CDCA, en ácidos biliares secundarios, ácido desoxicólico (DCA) y ácido litocólico (LCA) (Jia et al., 2018).

Como los ácidos biliares tienen propiedades detergentes, las altas concentraciones de ácidos biliares tienen el potencial de causar daños en las membranas celulares y estimular los mecanismos de reparación posteriores, lo que resulta en un entorno potencialmente favorable para la tumorigénesis a través de la hiperproliferación de células indiferenciadas (Nguyen et al., 2018). Teniendo en cuenta que una dieta con alto contenido en grasa aumenta los niveles de ácidos biliares tanto en el lumen intestinal como en los tejidos adyacentes (Dermadi et al., 2017; Fu et al., 2019), es posible que una HFD también pueda contribuir al desarrollo del CCR a través del aumento de la síntesis y secreción de ácidos biliares. De hecho, se ha demostrado que una HFD tiende a aumentar la conjugación de taurina de los ácidos biliares para formar más TCA, cambiando el pool de ácidos biliares y así como la población de la microbiota intestinal (Devkota et al., 2012; Ridlon et al., 2016). En concreto, la HFD con un alto contenido de AGS limita notablemente la riqueza y la diversidad de la microbiota intestinal murina e induce la floración de B. wadsworthia, un miembro de las Proteobacterias, que utiliza activamente el TCA (Devkota et al., 2012). La floración de B. wadsworthia inducida por la HFD promueve la generación excesiva del compuesto genotóxico sulfuro de hidrógeno (H2S) y la susceptibilidad a la inflamación asociada a la inmunidad TH1 (Devkota et al., 2012). Estos estudios sugieren la posible implicación de la DCA y los ácidos biliares en el desarrollo de la CAC a través de la regulación de la microbiota.

Se ha demostrado que el consumo de una dieta occidental enriquecida con proteínas y grasas animales aumenta significativamente el DCA fecal y sus metabolitos en humanos. Esto proporciona una prueba más de que la grasa de la dieta altera críticamente las reservas de ácidos biliares, así como los productos derivados de las bacterias (Reddy et al., 1980). También se ha informado de que los ácidos biliares secundarios son críticos en la tumorigénesis del CCR. Farhana et al. han dilucidado que los ácidos biliares secundarios, DCA y LCA, pueden regular las células madre del cáncer de colon (Farhana et al., 2016). El tratamiento con DCA o LCA en células epiteliales colónicas humanas normales (HCoEpiC) aumentó significativamente la expresión de marcadores de células madre cancerosas (CD44, CD166 y ALDHA1), así como de genes de pluripotencia (KLF4, Nanog, OCT4 y SOX2). Además, el tratamiento con DCA/LCA aumentó la formación de esferoides de HCoEpiC en cultivo 3D, y activó la señalización Wnt/β-catenina, lo que sugiere que los ácidos biliares secundarios contribuyen a aumentar la capacidad de crecimiento de las células de cáncer de colon. Otro estudio también demostró que el DCA promueve la activación del receptor del factor de crecimiento epidérmico (EGFR) y la carcinogénesis intestinal a través de la participación de ADAM-17, un miembro de la familia ADAM de metaloproteasas, lo que resulta en la maduración proteolítica del ligando soluble del EGFR, la anfiregulina (Dong et al., 2018). En conjunto, estos estudios insinúan que la elevación de ácidos biliares secundarios mediada por la HFD podría contribuir a la progresión del cáncer en los tejidos intestinales.

Los ácidos biliares también pueden ser importantes moléculas de señalización que actúan como ligandos endógenos de múltiples receptores huérfanos del núcleo, incluyendo el receptor X farsenoide (FXR), el receptor de ácidos biliares acoplado a la proteína G (TGR5), el receptor X pregnano (PXR), el receptor de vitamina D3 (VDR) y el receptor constitutivo de androstano (CAR) (Forman et al, 1995; Jia et al., 2018; Mora et al., 2008). Específicamente, el FXR es el regulador maestro del metabolismo de los ácidos biliares y los ácidos biliares no conjugados, como el CA, el CDCA, el DCA y el LCA, son agonistas de alta afinidad para el FXR (Parks et al., 1999). El FXR funciona para mantener la homeostasis de los ácidos biliares en la circulación enterohepática. Por ejemplo, la activación del FXR hepático por los ácidos biliares provoca la inhibición de la biosíntesis de los ácidos biliares y, en cambio, aumenta su eflujo, limitando así la acumulación de ácidos biliares en los hepatocitos. Al mismo tiempo, la activación del FXR intestinal restringe los niveles de ácidos biliares en los enterocitos facilitando el eflujo de ácidos biliares a la vena porta e inhibiendo el transporte de ácidos biliares desde el lumen intestinal, facilitando en última instancia la excreción de ácidos biliares (Jia et al., 2018).

Además de la regulación de la homeostasis de los ácidos biliares, el FXR está asociado con el desarrollo del CCR en modelos murinos. Los ratones deficientes en FXR mostraron un aumento de la profundidad de las criptas intestinales y de la proliferación de las células epiteliales intestinales (Maran et al., 2009). Además, la supresión del FXR aumentó el desarrollo de adenocarcinoma de colon tanto en ratones tratados con APCMin/+ como con AOM (Maran et al., 2009), lo que sugiere que la regulación a la baja y/o la inhibición del FXR puede dar lugar a una mayor incidencia del desarrollo de CCR. Curiosamente, se ha informado que la HFD inhibe la acción del FXR (Dermadi et al., 2017; Fu et al., 2019). La alimentación con HFD disminuyó la expresión de varias proteínas de transporte de ácidos biliares, como ASBT y OST-β, aguas abajo de FXR, aunque la expresión de FXR no se modificó (Dermadi et al., 2017). Sin embargo, estos ratones alimentados con HFD mostraron elongación de las criptas intestinales y proliferación epitelial, similar a los ratones deficientes en FXR (Dermadi et al., 2017). Estos datos sugieren que la HFD inhibe la activación del FXR a través de la disminución del transporte de ácidos biliares y promueve la proliferación epitelial intestinal mediante la inactivación del FXR. Del mismo modo, el ácido tauro-β-murichólico inducido por la HFD y el DCA antagonizaron la función del FXR intestinal, lo que provocó la proliferación y el daño del ADN en los ISC (Fu et al., 2019). Estos estudios sugieren que la inactivación del FXR puede desempeñar un papel crítico en el CCR/CAC exacerbado por la HFD.

Los ácidos grasos de cadena corta (SCFAs) derivados de las bacterias también pueden ser factores importantes en el desarrollo del CCR/CAC mediado por la grasa de la dieta. Los SCFAs butirato (C4:0), propionato (C3:0) y acetato (C2:0) son generados por la fermentación bacteriana de las fibras dietéticas. Estos SCFAs pueden ser absorbidos por los colonocitos a través de la difusión simple y/o el transporte mediado por el transportador de Na + SLC5A8 (Ganapathy et al., 2013). Es bien sabido que los AGCC, en concreto el butirato, ejercen efectos preventivos en el cáncer de colon, debido en parte a su capacidad para inhibir la histona desacetilasa (HDAC) (Chen et al., 2003). La microbiota intestinal desempeña un papel importante en la síntesis de los AGCS, con especies específicas de bacterias implicadas en su producción. Por lo tanto, la alteración dietética de la composición de la microbiota puede dar lugar a una capacidad diferencial para producir SCFAs a partir de la fibra dietética. Todavía no se han identificado las funciones específicas de la HFD en la alteración de la microbiota intestinal, la generación de SCFA y el CCR/CAC.

La alteración de los ácidos biliares mediada por la HFD conduce a cambios importantes en el entorno intestinal y la señalización molecular. Específicamente, las alteraciones dietéticas en el microambiente pueden alterar las poblaciones de la microbiota intestinal, lo que resulta en un estrés inflamatorio y genotóxico adicional. La HFD también promueve la proliferación en el epitelio intestinal regulando la proliferación y la participación de los receptores nucleares. En conjunto, estos estudios implican la regulación de los ácidos biliares en múltiples vías que contribuyen al CCR.