Alfonso Córdoba, Jairo B. Ceballos · Medellín, Colombia Beatriz E. Meneses · Barcelona, España
Dr. Alfonso Córdoba Porras: PhD, Departamento de Bioquímica, Facultad de Medicina, Universidad de Antioquia, Medellín, Antioquia. Servei de Bioquímica del Hospital de la Santa Creu i Sant Pau; Dra. Beatriz E. Meneses Londoño: Universitat Autónoma de Barcelona, Departamento de Bioquímica i Biología Molecular, de Barcelona, España; Dr. Jairo B. Ceballos Escobar: Departamento de Bioquímica, Facultad de Medicina, Universidad de Antioquia, Medellín, Antioquia.
Objetivó: revisar minuciosamente las investigaciones más relevantes de las causas tanto genéticas como ambientales que explican el aumento de la concentración de homocisteína en sangre (hiperhomocisteinemia).
Fuentes: se realizó una busqueda en el Medline entre los años 1962 y 1998 de las investigaciones relacionadas con las causas moleculares que inducen hiperhomocisteinemia tanto en animales de experimentación como en humanos.
Selección de las investigaciones: se encontraron 380 resúmenes y de éstos fueron seleccionadas 151 que identificaban las causas de hiperhomocisteinemia.
Extracción de los datos: los datos informados en esta revisión fueron sacados de aquellos estudios experimentales cuyos objetivos y estrategias de investigación permitían identificar algunas de las causas de hiperhomocisteinemia tanto en ayunas como después de una sobrecarga oral de metionina.
Resultados: estos estudios han permitido profundizar en el conocimiento del metabolismo de la homocisteína y desvelar algunas de las causas y mecanismos responsables del aumento de la homocisteína en sangre. Estas causas incluyen los factores genéticos que afectan la actividad de la enzima cistationina ß-sintasa, la metilenotetrahidrofolato reductasa, la metionina sintasa o cualquiera de las enzimas involucradas en la formación de una de las formas activas de la vitamina B12 (coenzima, metilcobalamina) o los factores ambientales que ocasionen una disminución de la concentración en sangre de ácido fólico, vitamina B6 o vitamina B12. En todos los casos, el aumento de homocisteína es proporcional al grado de alteración de la actividad enzimática o al déficit vitamínico.
Conclusiones: la hiperhomocisteinemia puede ser detectada tras un análisis en ayunas y/o tras una sobrecarga de metionina. Estas determinaciones informan sobre la vía metabólica afectada y permiten seleccionar la estrategia terapéutica por emplear (Acta Med Colomb 2000;25:122-133).
Palabras clave: homocisteína, hiperhomocisteinemia, cistationina ß-sintasa, metilenotetrahidrofolato reductasa, betaína:homocisteína metiltransferasa.
La homocisteína (Hey) y su metabolismo han sido objeto de especial interés a partir de los años sesenta, cuando se describió que un grupo de pacientes con un defecto genético presentaba un aumento en la excreción urinaria de homocistina (dímero de homocisteína), por lo que se le denominó homocistinuria (1-3). Estos pacientes presentaban frecuentemente luxación del cristalino, compromiso óseo y neurológico, así como trombosis arteriales y venosas (4). El defecto molecular de la forma más frecuente de homocistinuria, denominada clásica, es la deficiencia de la enzima cistationina ß-sintasa (CbS). Las oclusiones vasculares en esta enfermedad son graves y causan la muerte de aproximadamente el 50% de los individuos comprometidos antes de los 30 años de edad (4, 5). Los pacientes que responden al tratamiento con vitamina B6 tienen mejor pronóstico respecto a los que no responden.
La observación inicial que relacionó la concentración de Hcy plasmática y la enfermedad cardiovascular aterotrombótica la realizó McCully, a partir del estudio postmortem de un paciente con homocistinuria ocasionada por un defecto enzimático del metabolismo de la cobalamina. En dicho estudio se observó arterioesclerosis severa, similar a la observada en la homocistinuria causada por deficiencia de la enzima CbS. En ambos defectos enzimáticos el aumento de la concentración de Hcy en sangre fue la anormalidad común; a partir de estas observaciones, McCully propuso que la elevación de la Hcy estaba relacionada con aterotrombosis (6, 7). Desde entonces un número creciente de estudios clínicos y epidemiológicos demuestran que la elevación moderada de la concentración de Hcy plasmática es un factor de riesgo independiente para enfermedad cardiovascular (8-13), con compromiso tanto del sistema vascular periférico (10-12) como del coronario (11, 13) y el cerebral (9-11).
El aumento moderado de la Hcy en sangre suele ser debido a una disminución en la actividad de las enzimas metionina sintasa, CbS y la metilenotetrahidrofolato reductasa (MTHFR) (4, 14). Esta disminución puede ser ocasionada por alteraciones en su estructura primaria (defectos hereditarios) o a déficits de sus coenzimas, la metilcobalamina (metionina sintetasa) y la vitamina B6 (CbS) o del sustrato del ácido metilenotetrahidrofolato (de la MTHFR) (9, 15, 16). Por ello, el tratamiento con estas vitaminas es efectivo en la disminución de la concentración de Hcy en sangre (17, 18).
Por tanto, la hiperhomocisteinemia (HHM) es un nuevo factor de riesgo de enfermedad vascular, que es posible modificar mediante intervención dietética o farmacológica. Por este motivo la Hcy constituye un parámetro analítico de utilización creciente en la práctica clínica, en pacientes con enfermedad cardiovascular. La determinación de la concentración de Hcy en sangre es de interés en otros casos, tales como en el diagnóstico y monitorización de la respuesta al tratamiento de anemias por deficiencia de vitamina B12 y/o ácido fólico (19, 20), o en la valoración del riesgo de padecer defectos del tubo neural o en casos de aborto espontáneo, sobre todo en aquellos repetitivos (21).
A continuación se describen y se analizan las investigaciones realizadas sobre las causas moleculares y metabólicas de la HHM, el interés diagnóstico de la determinación de Hcy, así como los métodos utilizados para su determinación.
De los 380 resúmenes encontrados en el Medline, 130 informaban acerca del metabolismo de la homocisteína y las causas de hiperhomocisteinemia, por lo cual procedimos a la recopilación y análisis de los estudios originales, con el objetivo de escribir esta revisión. Para ello, se analizaron ocho estudios que profundizaban en el conocimiento del metabolismo de la homocisteína y sus mecanismos de control y en los 122 estudios restantes se determinaban las causas que motivan el aumento de la homocisteína en ayunas (remetilación) o después de una sobrecarga oral con metionina (transulfuración) en animales y en humanos. El criterio empleado para definir el diagnóstico de hiperhomocisteinemia tanto basal como postsobrecarga oral de metionina fue: una concentración de homocisteína superior al promedio más dos desviaciones estándar (DE) del valor encontrado en los controles.
Metabolismo de la homocisteína
El aminoácido precursor de la Hcy es la metionina. El exceso de ésta proveniente de la dieta o del recambio de las proteínas endógenas que no se incorpora a las proteínas es metabolizada según se describe en la Figura 1. En la primera parte del metabolismo, la metionina se transforma en homocisteína mediante dos reacciones sucesivas. Dicha transformación se conoce con el nombre de transmetilación y se produce un metabolito muy importante en la regulación del metabolismo de la Hcy, la S-adenosilmetionina (SAM) o "metionina activa" y que, además, participa como donante de grupos metilos en un importante número de recciones que tienen que ver con biosíntesis de colina, creatina, adrenalina, melatonina, sarcosina, así como para la metilación del ADN y ARN. Tras la desmetilación del SAM éste se transforma en S-adenosilhomocisteína y luego en Hcy y adenosina. Esta reacción es la única fuente de Hey en vertebrados (22). El metabolismo de la Hcy se bifurca, bien sea hacia la formación de cisteína (transulfuración) o hacia la formación de metionina (remetilación). En la transulfuración, la Hcy se transforma en cisteína mediante dos reacciones dependientes de vitamina B6. La primera de estas reacciones es catalizada por la CbS y en ella la Hcy se condensa con una molécula de serina para formar cistationina, y en la segunda reacción, la cistationasa γ-liasa cataliza la formación de cisteína y αcetobutirato a partir de la cistationina (22).
Figura 1. Metabolismo de la homocisteína.
En la ruta de la remetilación, la Hcy se metila para formar metionina mediante dos rutas metabólicas independientes, en las que participan respectivamente las enzimas metionina sintasa y la betaína:homocisteína metiltransferasa. La primera de estas enzimas se encuentra en la mayoría de estirpes celulares y requiere de 5-metiltetrahidrofolato como fuente de grupos metilo y de metilcobalamina como cofactor.
La segunda se encuentra en el hígado y, en menor proporción, en ríñones y glándulas suprarrenales; emplea betaína como fuente de grupos metilo (22). La acción de ambas reacciones permite conservar la metionina y mantener ciertos niveles de SAM. En humanos, aproximadamente el 50% de la Hcy es convertida en metionina mediante remetilación (23, 24).
El ácido tetrahidrofólico desmetilado por la enzima metionina sintasa ingresa al depósito intracelular de folatos reducidos. Si esta reacción se encuentra enlentecida, probablemente secuestre el folato en forma de 5-metiltetrahidrofolato, lo que disminuiría la disponibilidad de tetrahidrofolato para la síntesis de ADN y la proliferación celular. Esta perturbación en la homeostasis del folato se observa en la deficiencia de cobalamina y se suele conocer como la trampa del folato (25, 26).
La concentración plasmática de metionina determina la ruta de transulfuración o transmetilación que debe seguir la Hcy. Cuando la metionina se encuentra aumentada se estimula la transulfuración y se inhibe la remetilación. Este mecanismo es regulado por el aumento del SAM (22, 27, 28). Cuando disminuye la concentración de metionina en la sangre, la concentración de los metabolitos y la actividad de las enzimas cambia en dirección opuesta. Este mecanismo de regulación asegura una conservación eficiente de metionina y de SAM a través de la remetilación durante el ayuno (29). Estos mecanismos permiten mantener las concentraciones de Hcy en un intervalo no tóxico. La concentración intracelular de Hcy es, en condiciones fisiológicas, muy reducida (1-5 nmol/g) (30). Cuando se aumenta la síntesis de Hcy (31, 32) o se inhibe su catabolismo (33, 34), aumenta la exportación hacia el espacio extracelular. La cantidad que se exporta refleja el balance entre la síntesis y la utilización. Por esta razón, la concentración extracelular de Hcy, y en particular la del plasma, es un indicador de la actividad de las enzimas y de la disponibilidad de cofactores y sustratos que participan en su metabolismo (35).
Enzimas involucradas directamente en el metabolismo de la homocisteína
CbS (L-serina hidro-liasa) (EC 4.2.1.22). El gen que codifica esta enzima se localiza en la región subtelomérica del cromosoma 21, 21q22.3 y está constituido por 2554 nucleótidos. Codifica para un monómero de 75 kDa formado por 551 residuos de aminoácidos (36). La forma enzimática que predomina es la de un tetrámero al que se une estrechamente el fosfato de piridoxal, la forma activa de la vitamina B6, dos sustratos, Hcy y serina y tres ligandos adicionales: fosfato de piridoxal, SAM y un grupo hemo b. El grupo hemo se incorpora a la enzima durante el plegamiento del polipéptido para formar una hemoproteína, y es necesario para la unión del fosfato de piridoxal a la enzima. Un defecto que altere la unión del grupo hemo afectaría la unión del fosfato de piridoxal a la enzima (37).
Metionina sintasa. Es una enzima citoplasmática que cataliza la transferencia del grupo metilo desde el metiltetrahidrofolato (38) o el SAM (39, 40) a la Hcy para formar metionina. Esta reacción regenera el ácido tetrahidrofólico para el transporte de nuevas unidades de formilo, metileno y metilo para la síntesis de purinas y pirimidinas (22). El gen que codifica para esta enzima se localiza en el cromosoma y región lq42.3-43 (41). Esta región codifica para una proteína de 1265 aminoácidos con un peso molecular de 140,3 kDa. En humanos adultos se encuentra en mayor proporción en corazón, páncreas, músculo esquelético y placenta, y en menor proporción en hígado, pulmón, cerebro y riñon, y en el feto, principalmente en el riñon (41).
Durante esta reacción el grupo metilo del metiltetrahidrofolato es transferido a la cob(I)alamina, que se encuentra fuertemente ligada a la enzima, para formar la metilcobalamina que finalmente es transferido a la Hcy (42, 43). La cob(I)alamina después de participar un cierto número de veces en esta reacción se oxida a cob(II)alamina o a cob(III)alamina. Su regeneración a cob(I)alamina requiere de un sistema reductor y de SAM (44, 45). También se oxida en presencia de óxido nitroso a cob(II)alamina, con formación de nitrógeno y de un radical hidroxilo o su equivalente capaz de modificar sitios de proteína próximos a la cobalamina (43, 46). Este último inhibe irreversiblemente la enzima metionina sintasa e induce la pérdida de este grupo prostético (cobalamina I) (46).
Las alteraciones nutricionales y/o genéticas que comprometen la formación de la metilcobalamina (19) o del ácido metiltetrahidrofolato (20) inducen deficiencia funcional de la metionina sintasa y causan HH intermedia.
Betaína:homocisteína metiltransferasa (BHMT). Esta enzima cataliza la metilación de la Hcy para originar metionina. En esta reacción, la betaína (Ν,Ν,Ν-trimetilglicina) aporta el grupo metilo (47). La BHMT es inhibida reversiblemente por los productos de la reacción, metionina y Ν,Ν,-dimetilglicina y por la SAM (48). Esta enzima se encuentra en el citosol de hígado y riñon de humanos y de cerdos (49) y en el hígado de ratas (49,50). La forma nativa de esta enzima, tanto en humanos como en ratas, es una proteína de 270 kDa, constituida por seis subunidades idénticas de 406 aminoácidos (51, 52).
La actividad de la BHMT depende de factores nutricionales (28, 53) y de la edad (54, 55). Es entre cinco y 10 veces más activa que la metionina sintasa y presenta dos veces mayor afinidad por la Hcy que la CbS (54). Es una enzima inducible por la colina o la betaína de la dieta (56) o por los cambios en la concentración de metionina en la sangre (7, 53). Esta enzima permite mantener las concentraciones de metionina en sangre cuando la ingesta de este aminoácido es limitada y eliminar la Hcy, cuando la ingesta de metionina es excesiva (53).
El suplemento con betaína ha demostrado ser efectivo en el tratamiento de los pacientes con homocistinuria clásica (57, 58) en la deficiencia de la MTHFR (59, 60) y en los defectos de cobalamina C para eliminar el exceso de Hcy y normalizar la concentración de metionina (57, 58).
MTHFR. Es una flavoproteína citoplasmática, con un peso molecular de 150 kDa, y probablemente sea un homodímero de 75 kDa (61) cada uno. Requiere de NADPH como dador de electrones (62). La MTHFR cataliza la reducción del 5,10-metilenotetrahidrofolato a 5-metiltetrahidrofolato. Esta reacción es irreversible y está regulada por la concentración de SAM. La acción combinada de esta enzima y la metionina sintasa aporta unidades de carbono para las reacciones de metilación en la cual el SAM es el dador final de estas unidades. La deficiencia de esta enzima es una de las causas de homocistinuria, en general menos severa que la observada en la deficiencia de la CbS (63, 64).
Formas moleculares de la homocisteína en plasma
Entre el 70 y el 80% de la Hcy en sangre se encuentra ligada a las proteínas, principalmente a la albúmina, mediante puentes di sulfuro (65, 66). A esta fracción se le conoce como Hcy ligada a proteínas. Entre el 20 y el 30% del restante se conoce como Hcy libre (67) y está constituida por el heterodímero de Hcy-cisteína, el homodímero Hcy-Hcy (homocistina) y en una mínima proporción por el monómero de Hcy. La homocistina sólo se detecta en pacientes con homocistinuria o después de una sobrecarga de metionina (68). La suma de todas las especies plasmáticas de Hcy se denomina Hcy total, y su determinación es la que resulta de interés diagnóstico y/o fisiopatológico, ya que se ha demostrado que la concentración de Hcy libre es muy variable.
La experiencia acumulada en las dos últimas décadas tanto en pacientes con enfermedad cardiovascular como en la población general recomienda determinar la Hcy en estado de ayuno (basal) y tras sobrecarga de metionina (69). La alteración de una de estas dos determinaciones es suficiente para establecer el diagnóstico de HH.
Determinación de la concentración de homocisteína y su utilidad diagnóstica
Métodos utilizados en la determinación de homocisteína. La cuantificación de Hcy en plasma o suero requiere de equipos muy sofisticados como la cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas (70), la cromatografía líquida de alta resolución (HPLC) con detección de fluorescencia (71, 72) o electroquímica (73), no siempre disponible en la mayoría de los laboratorios clínicos. De ahí, el interés que despierta la aparición de nuevos métodos (inmunoensayos, análisis enzimático-colorimétricos) que hagan accesible la determinación de Hcy a un mayor número de laboratorios (74, 75). La aparición de estas técnicas facilitará además, la posibilidad de automatización y el establecimiento de este procedimiento en la batería de análisis que de rutina se realizan para investigar la etiología de la enfermadad cardiovascular (76).
Para proceder a la determinación de la concentración plasmática de Hcy es aconsejable colocar en hielo el especimen de sangre inmediatamente después de su extracción, y proceder a la separación del plasma antes de que pasen 30 minutos después de la extracción. El plasma podrá ser analizado en forma inmediata o ser congelado. La concentración de Hcy total en plasma almacenado a -20-C no varía en por lo menos un año. Sin embargo, tras la separación y congelación del plasma, aumenta la Hcy ligada a proteínas y disminuye la libre (16). Por ello, la determinación de la Hcy libre pierde validez en especímenes de plasma que hayan sido congelados. Por el contrario, se recomienda la determinación de la Hcy total por su estabilidad y poca variabilidad.
Intervalo de referencia de la concentración de homocisteína. Las concentraciones de Hcy en plasma en ayuno que se consideran "normales" en términos estadísticos varían entre diferentes países y laboratorios, por factores tales como las diferencias en los métodos analíticos y las características de los controles seleccionados. Las variaciones interindividuales están influidas por el tipo de dieta, la edad, el sexo, la ingesta de medicamentos, así como también por el folato sérico y tisular, y por las vitaminas B6 y B12. El criterio seguido por la mayoría de las investigaciones para considerar a un individuo hiperhomocisteinémico es cuando las concentraciones plasmáticas de Hcy son superiores a la media más dos desviaciones estándar de lo observado en los controles. La Tabla 1 resume las concentraciones normales de Hcy total en plasma en ayunas publicadas por diferentes autores. Estas concentraciones oscilan entre 5,0 y 16,0 mmol/L. En un grupo control seleccionado de la población de la ciudad de Barcelona, España, con una edad de 50±9,8 años sin signos ni síntomas de enfermedad vascular, las concentraciones de Hcy basal encontradas por nosotros fueron de 7,1±2,3 mmol/ L (77).
Tabla 1. Niveles de homocisteína total en plasma de individuos en ayuno.
Factores que regulan la concentración de homocisteína basal. La Hcy en ayuno está regulada por factores genéticos (4, 19, 20) y microambientales tales como las concentraciones de vitamina B12(19), ácido fólico (20), factores hormonales (85, 86) y por ciertas patologías (87, 88) o tratamientos con algunos fármacos (89, 90). La deficiencia enzimática parcial observada en los individuos con la variante termolábil de la MTHFR (91-94) causa una elevación moderada de las concentraciones de Hcy en ayuno. Esta variante se presenta en la población general hasta en un 14% (91-94), ello sugiere que esta condición por sí sola no explica el elevado porcentaje de individuos con HHM en ayuno.
Importancia de la realización de la determinación de homocisteína basal. La determinación en ayuno de la Hcy es fundamental para identificar las alteraciones en la remetilación. Dichas concentraciones de Hcy en ayuno son muy sensibles a la deficiencia subclínica o moderada de ácido fólico (95, 98) o de vitamina B12(15, 96). La severidad de esta HH está muy relacionada con el grado de la deficiencia vitamínica (19, 20). Por tal razón, un número importante de investigaciones encuentran una relación inversa entre las concentraciones de Hcy en ayuno y las de ácido fólico o de vitamina B12 (16-21). Actualmente, se recomienda determinar además de la Hcy en ayuno la postsobrecarga oral de metionina, las concentraciones de ácido fólico y de vitamina B12 para precisar el origen de la HHM y lo que es más importante desde el punto vista clínico, la estrategia terapéutica por seguir.
Determinación de homocisteína tras una sobrecarga oral de metionina. Cómo se realiza la prueba de sobrecarga de metionina. Una vez extraída la muestra de sangre después de un ayuno de al menos 12 horas, se suministra a los individuos una dosis oral de 100 mg de metionina/kg de peso (17, 97) o 3,8 g/m2 de superficie corporal (9, 98, 99), las cuales son dosis equivalentes (9). Se realiza una segunda extracción de sangre a las cuatro (9) o a las seis horas después de la ingesta de la metionina (97), o en varias muestras después de diferentes períodos de tiempo tras la sobrecarga oral de metionina (por ejemplo, tras cuatro, seis y ocho horas) (13, 17, 99). Actualmente, no hay un consenso en relación a después de cuántas horas debe realizarse la extracción, sin embargo, algunos la realizan cuatro horas después en tanto que otros seis horas después de la sobrecarga oral de metionina.
Intervalo de referencia de la concentración de homocisteína después de una sobrecarga de metionina.
Cuando el aumento de la concentración de Hcy plasmática después de la sobrecarga de metionina es superior al promedio más dos desviaciones estándar de la concentración de los controles (9, 10, 99) se considera una respuesta anormal. Teniendo en cuenta este criterio la concentración de Hcy total en el plasma tras seis horas de la sobrecarga oral de metionina según distintos estudios está entre 15,1 y 50,1 mmol/L (100-102). En nuestra experiencia en la muestra de población analizada en la ciudad de Barcelona en el Servicio de Bioquímica del Hospital de la Santa Creu i Sant Pau, el incremento máximo de Hcy total fue de 31,7 mmol/ L (77).
Importancia de la realización de la prueba de sobrecarga de metionina. El interés de la realización de esta prueba consiste en que suele detectar heterocigotos para la deficiencia de la CbS, que en cambio presentan concentraciones de Hcy basal indistinguibles de las de los controles (9, 10, 65). Ello es debido a que los heterocigotos para la deficiencia de la CbS cuando se someten a un estrés de esta naturaleza metabolizan la metionina con una eficiencia entre el 30 y el 50% de la observada en un individuo normal. Diversos estudios han concluido que de no realizarse la sobrecarga oral de metionina (por tanto, sólo con el resultado de la determinación basal de Hcy), se dejarían de diagnosticar hasta un 60% de casos de HHM (100).
En humanos y en ratas las concentraciones plasmáticas de vitamina B12 y folato no afectan el metabolismo de la Hcy después de una sobrecarga oral de metionina (9, 103). Por el contrario, la deficiencia de vitamina B6, aunque no afecta las concentraciones de Hcy en ayuno (104), sí causa un mayor incremento de Hcy después de una sobrecarga oral de metionina ( 103,105). Lo anterior confirma el papel que realiza esta vitamina en la transformación de Hcy en cisteína.
El incremento de las concentraciones de Hcy más que la concentración absoluta después de la sobrecarga oral de metionina, se considera un mejor indicador de la actividad de la CbS (10). Cuando se tiene en cuenta la concentración absoluta, la información sobre la vía metabólica afectada sería menos clara ya que una concentración de Hcy alta en ayunas podría ser una de las causas de hiperhomocisteinemia postsobrecarga.
La determinación de la actividad de la enzima CbS permite identificar una buena parte de los heterocigotos para una mutación en esta enzima (99). Sin embargo, tanto en la prueba de sobrecarga oral de metionina (9, 17, 99, 102) como en la determinación de la actividad enzimática, existe una superposición de los resultados entre los heterocigotos y los controles. La combinación de ambos procedimientos aumenta la sensibilidad y especificidad en la identificación de portadores de un defecto hereditario del gen que codifica la CbS (99). Por lo tanto, la HHM en ayuno y la postsobrecarga oral de metionina indican defectos diferentes aunque relacionados. La omisión de una u otra determinación reduce de manera apreciable la probabilidad de detectar los individuos con HHM.
Causas de hiperhomocisteinemia
La HH por sí sola no revela el origen último del defecto metabólico. En efecto, existen diversos factores hereditarios, patológicos, nutricionales y tratamientos farmacológicos capaces de inducir HH, que a continuación se detallan.
Hereditarias. Deficiencia de la enzima CbS. Es la causa hereditaria más frecuente de homocistinuria y se suele denominar homocistinuria clásica. Se hereda en forma autosómica recesiva (1,4). Se presenta en aproximadamente 1 de cada 334.000 nacimientos en todo el mundo. En algunas regiones y países esta incidencia es considerablemente mayor. Por ejemplo, es de uno en cada 60.000 en Nueva Gales del Sur y de uno en cada 10.000 en Irlanda (4, 17). En nuestra experiencia hemos diagnosticado 10 casos de homocistinuria en la ciudad de Medellín y es probable que existan 12 casos nuevos en la ciudad de Manizales (comunicación personal de la Dra. Ana Lorenza Valencia).
La característica bioquímica más sobresaliente en esta enfermedad es la HH severa (la elevación de la concentración plasmática de Hcy entre 50 y 100 veces la concentración de los controles) (65, 106) y la marcada excreción urinaria de homocistina (el aumento de la excreción de homocistina entre 20 y 100 veces respecto de los controles) (106). Este es un hecho además clínicamente relevante, puesto que la severidad de la enfermedad está en relación directa con la concentración de Hcy en sangre (107).
El tratamiento inicial de esta enfermedad consiste en suministrar vitamina B6 (250-1200 mg/día) y luego monitorizar la respuesta a este tratamiento. Si no hay una respuesta positiva se añade ácido fólico (5-15 mg/día). En caso de una respuesta negativa se aconseja la ingestión de betaína (seis gramos diarios distribuidos en tres dosis de dos gramos) y si hace falta se recomienda una dieta de bajo contenido en metionina enriquecida con cisteína para evitar la síntesis defectuosa de proteínas. En el 50 % de los casos la concentración de Hcy disminuye notablemente tras el tratamiento con vitamina B6(4); la respuesta al tratamiento con vitamina B6se correlaciona con la actividad residual de la enzima medida (108).
La Tabla 2 resume las mutaciones identificadas del gen que codifica esta enzima, el exón involucrado, la frecuencia de éstas en las diferentes etnias o países, y la respuesta al tratamiento con vitamina B6 según el tipo de mutación. Como puede verse en dicha tabla, la mayor parte de estas mutaciones se localizan entre los exones 2 y 12, afectando en forma principal al 3 y al 8.
Tabla 2. Algunos defectos genéticos que afectan el gen de la enzima cistationina ß-sintasa
Las mutaciones de transición T833C y G919A son las más prevalentes en los pacientes con homocistinuria (102, 110, 114, 115). Los hallazgos clínicos en los pacientes homocigotos para la mutación T833C demuestran una respuesta positiva al tratamiento con vitamina B6 y un cuadro clínico de evolución intermedia (115). Probablemente esta mutación afecta la conformación de la enzima o la interacción de las cuatro subunidades que conforman esta enzima, originando un tetrámero inestable (109). La mutación G919A es la más prevalente en los pacientes que no responden al tratamiento con vitamina B6 y la más frecuente en el norte de Europa, Irlanda (71%) (117), Estados Unidos y en Australia (110).
Alteraciones de la remetilación o de la síntesis de metionina. Las alteraciones en la remetilación originan otras formas de homocistinuria. En estas variantes hay un suministro inadecuado del ácido 5-metiltetrahidrofólico, la principal forma de folato en la sangre y tejidos, o de metilcobalamina, debido a un defecto en una de las enzimas involucradas en el proceso de activación de estas coenzimas.
Alteraciones en el metabolismo del ácido fólico. De las alteraciones en el metabolismo del ácido fólico, la deficiencia severa de la enzima MTHFR (20) y la homocigosidad para la variante termolábil, son las causas más comunes. Este último defecto cursa con una HH moderada respecto a la deficiencia severa de esta enzima.
La HH en la deficiencia de la MTHFR suele ser menos severa que en la homocistinuria clásica (deficiencia de la enzima CbS (63,64). Sin embargo, las alteraciones neurológicas incluyendo las convulsiones, neuropatía periférica, alteraciones psiquiátricas y retardo mental, son de más rápida evolución que en la deficiencia de la CbS. Se calcula que la homocigosidad para este defecto en la población general es la décima parte de la estimada para la deficiencia de la enzima CbS (91).
En el examen postmorten de los afectados se observa trombosis e infarto de las arterias cerebrales, coronarias o renales (118, 119) y otros cambios semejantes a los observados en los sujetos con deficiencia de CbS. La severidad de las manifestaciones clínicas es paralela al grado de deficiencia enzimática (63, 64). Entre los hallazgos bioquímicos en estos pacientes se destaca el aumento de Hcy en sangre y en orina (130 mmol/L en 24 horas), así como la disminución de la concentración de metionina en sangre (0 18 mmol/L vs 23-35 mmol/L en los controles) y del folato sérico y eritrocitario (60). Las concentraciones de metionina y de algunos neurotransmisores también se encuentran disminuidas en el sistema nervioso central (20).. El hallazgo clínico más importante que permite el diagnóstico diferencial entre la deficiencia de la enzima MTHFR y los defectos metabólicos de la cobalamina, es la ausencia de anemia megaloblástica y aciduria metilmalónica en la deficiencia de la MTHFR.
La deficiencia severa de la MTHFR se transmite en forma autosómica recesiva, y el gen que codifica para esta enzima se localiza en el cromosoma 1 p36.3 (120). Recientemente se han descrito catorce mutaciones que afectan la expresión de este gen (120, 121).
Debido a que los pacientes con deficiencia de la MTHFR son resistentes al tratamiento (60) se recomienda emplear dos o más de las siguientes estrategias terapéuticas: 1) ácido fólico o folínico para maximizar la actividad residual de esta enzima; 2) 5-metiltetrahidrofolato para sustituir el producto deficitario; 3) suplemento de metionina para corregir su deficiencia; 4) vitamina B6 para disminuir la concentración de Hcy a través de la activación de la CbS; 5) cobalamina por su papel como cofactor de la metionina sintasa; 6) carnitina como un requerimiento de la SAM y 7) betaína que es el sustrato de la betaína-homocisteína metiltransferasa (60), para activar la remetilación de la Hcy, aumentar la concentración de metionina y disminuir la de Hcy. El tratamiento con betaína parece ser el que produce mejores resultados (59).
Los estudios in vitro de estabilidad térmica demuestran que la enzima MTHFR presenta una variante con una sensibilidad térmica (46-C) que la diferencia claramente de la enzima presente en la mayoría de la población (14, 92) y de la enzima de pacientes con deficiencia severa (122). A esta variante se le suele denominar variante termolábil.
El hecho de que la HH no es un hallazgo consistente en los homocigotos para la variante termolábil sugiere que otros factores adicionales y diferentes a los genéticos (ej: folato sérico disminuido) son necesarios para que las concentraciones de Hcy en sangre se incrementen (14). En efecto, la actividad enzimática disminuida de esta variante incrementa la susceptibilidad por desarrollar HH, especialmente en los individuos con una concentración baja de ácido fólico (deficiencia suclínica) (4). La actividad específica medida en extracto de linfocitos de los homocigotos para esta variante es el 50% de la actividad de los controles y es similar a la expresada por los heterocigotos para la deficiencia severa de la MTHFR (14, 19).
En nuestra experiencia los controles y pacientes con esta variante presentaron una actividad después de calentar a 46ºC significativamente disminuida (<30%) respecto a los controles y pacientes negativos para esta variante (50-90%), mientras que los heterocigotos presentaron una actividad intermedia entre éstos. Debido a la elevada frecuencia de homocigosidad para esta variante en la población general ( 14,77,92, 120) y en pacientes con enfermedad arteriocoronaria (tres veces más que en la población general) su detección es considerada por algunos estudios como un factor de riesgo para enfermedad vascular precoz (91-93).
En esta variante se produce una sustitución de una citosina por una timina en el nucleótido 677 de dicho gen, lo que origina un cambio de alanina por valina. La frecuencia de los genotipos homocigotos para la variante termolábil (+/ +), heterocigotos (+/-) y negativos para esta variante (-/-) en la población control de la ciudad de Barcelona, España fue del 14%, 46% y 40% respectivamente (77). La HH en los homocigotos para la variante termolábil se corrige con suplemento de ácido fólico vía oral (94).
• Déficit de vitamina Β12. El metabolismo de la vitamina B12 o cobalamina afecta de manera sustancial el funcionamiento de las enzimas metionina sintasa y/o de la metilmalonilCoA mutasa. Cuando el defecto compromete a la metionina sintasa se aumenta la Hcy en plasma y orina (homocistinuria). Cuando afecta la metilmalonilCoA mutasa, se aumenta el ácido metilmalónico en sangre y orina. En ocasiones, el defecto afecta ambas enzimas y los pacientes tienen aumentada la concentración de Hcy y ácido metilmalónico tanto en sangre como en la orina. En la actualidad se han descrito diez defectos genéticos que afectan el metabolismo de la cobalamina, tres de ellos afectan la absorción y el transporte y los otros siete la utilización celular y la formación de las coenzimas metilcobalamina o adenosilcobalamina (19).
Adquiridas. Este tipo de HH es inducido por la deficiencia nutricional de ácido fólico y de las vitaminas B12 y B6, por medicamentos o por fallo renal.
Nutricionales. · Deficiencia de folato. La deficiencia de folato además de anemia megaloblástica induce HH en el 94,8% de los casos (16). Este porcentaje es del 84% de los casos cuando la concentración de folato está sólo ligeramente disminuida (deficiencia subclínica) (8).
Deficiencia de vitamina B12. En la deficiencia subclínica de vitamina B12, la concentración de Hcy en sangre es dos veces superior a la de los controles. La administración de 1 mg de hidroxicobalamina por vía parenteral durante dos semanas normaliza la Hcy (15). En los pacientes con evidencia clínica de deficiencia de vitamina B12, la concentración basal de Hcy en el 98,7% de los casos está significativamente aumentada con respecto a los controles (16).
Debido a que el metabolismo de la Hcy en el interior de la célula es muy sensible a la disminución de vitamina B12, la medición de Hcy en plasma es un buen indicador del estatus intracelular de esta vitamina, aun en casos en los que las concentraciones séricas de B12 están en el intervalo de la normalidad (123).
Deficiencia de vitamina B6. La deficiencia de B6.afecta significativamente la velocidad de las reacciones que transforman la Hcy en cisteína al disminuir la actividad de las enzimas CbS y cistationasa γ-liasa. En estos individuos induce un aumento de las concentraciones de Hcy en sangre tras una sobrecarga de metionina (105). Esta alteración se corrige con la inclusión de B6 en la dieta (124). La deficiencia de vitamina B6 se considera un factor de riesgo para la enfermedad arteriosclerótica. Se ha encontrado que los pacientes con compromiso en las arterias aorta, ilíaca, carótida y cerebral presentan concentraciones reducidas de 5-fosfato de piridoxal (9).
Alteración renal. En los pacientes con insuficiencia renal crónica (125) o recién trasplantados (126) aumenta la Hcy en sangre, probablemente por una disminución en el catabolismo de la Hcy. Existe una correlación negativa significativa entre el aclaramiento de creatinina y las concentraciones de Hcy en plasma (p < 0,01) (127). La HH está presente en estos pacientes desde períodos muy tempranos de la alteración renal y está más aumentada en aquellos pacientes con enfermedad arterial oclusiva (28,9±13,3 vs 17,8±8,9 mmol/L, p < 0,01). Dicha HH probablemente desempeñe un papel importante en la marcada susceptibilidad de estos pacientes a desarrollar enfermedad vascular prematura (125, 127).
Tratamiento farmacológico. · Antifolatos. Medicamentos como el metotrexate (empleado en el tratamiento de leucemia aguda; tumores sólidos, psoriasis, artritis reumatoidea) y sus derivados hepáticos, inhiben la enzima dihidrofolato reductasa (89, 90). Este efecto interfiere con la transformación de Hcy en metionina. Las fenotiazinas, los antidepresivos tricíclicos, los contraceptivos orales, los tuberculostáticos y el trimetroprin actúan por mecanismos similares. Los anticonvulsivantes (fenitoína, fenobarbital, primidona, carbamazepina y ácido valproico) alteran el metabolismo del ácido fólico, disminuyen su absorción intestinal e inducen deficiencia de folato e HH (128).
Antivitamina B12. El óxido nitroso empleado como anestésico oxida el cobalto de la cobalamina (cob(I)alamina a cob(II)alamina), bloquea el transporte de grupos metilos por la cobalamina, inactiva irreversiblemente la enzima metionina sintasa e induce HH (43, 46).
Antagonistas de la vitamina B6. El azaribine (triacetato6-azaurine) empleado en el tratamiento de la psoriasis refractaria es un antagonista de la vitamina B6, por lo tanto, inhibe la CbS e induce aumento de la concentración de Hcy en la sangre. La isoniazida, la cicloserina, la hidralazina, la carbamacepina (129) y la teofilina (105) también interfieren con la función de la vitamina B6. De igual manera, el uso de hipolipemiantes como el ácido nicotínico, disminuye significativamente la concentración de vitamina B6 y de cisteína e incrementa la de Hey.
Influencia de la edad y sexo en la concentración de homocisteína. La concentración de Hcy basal en plasma es mayor en hombres que en mujeres (8, 71). También algunos estudios sugieren un mayor aumento de Hcy postsobrecarga oral de metionina en los hombres (85) Después de la menopausia, en las mujeres, la concentración de Hcy se incrementa hasta alcanzar la concentración de los hombres (71, 85, 86). La concentración de Hcy disminuye durante el embarazo y durante la terapia sustitutiva con estrógenos o con un agonista parcial de los estrógenos, el tamoxifen (130).
Estas diferencias en las concentraciones de Hcy en relación con el sexo pueden reflejar el efecto de las hormonas sexuales sobre el metabolismo de la Hcy (85, 86) y el efecto de una mayor masa muscular en los hombres respecto a las mujeres, ya que alrededor del 75% de la Hcy se forma conjuntamente con la creatinina (8, 23). Ello explicaría, en parte, por qué las concentraciones de estos metabolitos en sangre son mayores en los hombres que en las mujeres y por qué éstas tienen mayor protección contra la enfermedad vascular, especialmente durante su vida reproductiva (85).
Las concentraciones de Hcy aumentan progresivamente con la edad en ambos sexos (8). El incremento de la Hcy con la edad estaría relacionado con una disminución de las concentraciones de las vitaminas B6 y B12 y de ácido fólico (8).
Los anteriores hallazgos permiten concluir que el aumento de la concentración de Hcy está determinado por multiples factores, algunos de carácter genéticos y otros de carácter ambiental. Tan sólo es necesaria la participación de uno de ellos para que la HH se manifieste (deficiencias enzimáticas o déficit vitamínico), en tanto que existen otros factores genéticos, que por sí solos no causan aumento de la concentración de Hcy pero predisponen a los individuos a tal alteración cuando coexiste con un factor ambiental. Por ejemplo, los individuos con la variante termolábil de la enzima MTHFR son muy susceptibles a presentar HH con pequeños descensos en la concentración sérica de ácido fólico. Este hecho es muy relevante ya que evidencia la importancia de la interacción de un factor genético con otro factor ambiental como posibles causas del aumento de la Hcy. El rápido crecimiento del conocimiento de la Hcy y su metabolismo en las últimas dos décadas, ha sido una pieza clave en la identificación de las causas que originan el aumento de la Hcy y de la estrategia terapéutica por seguir según el tipo de HH encontrado. A pesar de ello, todavía quedan por descifrar otras interacciones genéticas con otros factores ambientales que contribuirían a explicar otras causas involucradas en dicha alteración. Como por ejemplo, no se conoce la existencia de posibles variantes de las enzimas metionina sintasa o betaína homocisteína metiltransferasa y cómo estas variantes podrían afectar la concentración de Hcy, ni tampoco se conoce la influencia de las posibles interacciones de estas variantes con la deficiencia subclínica de la vitamina B12. Por ello, en el futuro deben realizarse investigaciones encaminadas a dilucidar éstos y otros mecanismos que permitan un mayor entendimiento y control de este factor de riesgo de enfermedad cardiovascular.
Objetive: To review the most relevant investigations on the molecular and environmental causes of hyperhomocysteinemia.
Sources: Medline-search of articles published between 1962 and 1998. Papers regarding the molecular origins of hyperhomocysteinemia, in both animal and human models were included.
Research selection: three-hundred and eighty articles were retrieved. From these 130 were selected as they analyzed the origins of hyperhomocysteinemia.
Data was obtained from those articles in which their research objectives and strategies allowed the identification of some of the causes of hyperhomocysteinemia both during fasting as well as after an oral methionine overload.
Conclusions: these investigations have allowed us to increase our knowledge about homocysteine metabolism and to clarify some of the responsible causes and mechanisms for blood homocysteine increase. These causes include genetic factors which affect the cystathionine ß-synthase enzyme activity, the methylentetrahidrofolate reductase activity, the methionine synthase activity or decrease activity in any of the enzymes involved in the formation of one the active forms of vitamin Β12 (methylcobalamine coenzyme), or to environmental factors which cause a reduction of folic acid concentration in the blood as well as a reduction of either vitamin B6 or vitamin B12.
In all cases, the homocysteine increase is proportional either to the degree of decrease in enzymatic activity or to vitamin deficit. Hyperhomocysteinemia could be detected after an analysis, either with the patient in state of fasting or after a methionine overload. These determinations give information about the affected metabolic pathway and allow us to select the therapeutic strategy to follow.
Key words: homocysteine, hyperhomocysteinemia, cistathionine ß-sinthase, methylentetrahidrofolate reductase, betaine-homocysteine methyltransferase.
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