Las células beta ( células beta ) son un tipo de célula que se encuentra en los islotes pancreáticos que sintetizan y secretan insulina y amilina . Las células beta constituyen del 50 al 70% de las células de los islotes humanos. [1] En pacientes con diabetes tipo 1 , la masa y la función de las células beta están disminuidas, lo que conduce a una secreción insuficiente de insulina e hiperglucemia. [2]
Célula beta | |
---|---|
Detalles | |
Localización | Islote pancreático |
Función | Secreción de insulina |
Identificadores | |
latín | endocrinocytus B; insulinocytus |
TH | H3.04.02.0.00026 |
FMA | 85704 |
Términos anatómicos de microanatomía [ editar en Wikidata ] |
Función
La función principal de una célula beta es producir y liberar insulina y amilina . Ambas son hormonas que reducen los niveles de glucosa en sangre por diferentes mecanismos. Las células beta pueden responder rápidamente a los picos en las concentraciones de glucosa en sangre al secretar parte de su insulina y amilina almacenadas y al mismo tiempo producir más. [3]
Síntesis de insulina
Las células beta son el único sitio de síntesis de insulina en los mamíferos. [4] Como la glucosa estimula la secreción de insulina, simultáneamente aumenta la biosíntesis de proinsulina, principalmente a través del control traslacional. [3]
El gen de la insulina se transcribe primero en ARNm y se traduce en preproinsulina. [3] Después de la traducción, el precursor de la preproinsulina contiene un péptido señal N-terminal que permite la translocación al retículo endoplásmico rugoso (RER). [5] Dentro del RER, el péptido señal se escinde para formar proinsulina. [5] Luego, se produce el plegamiento de la proinsulina formando tres enlaces disulfuro. [5] A continuación de plegamiento de proteínas, la proinsulina es transportada al aparato de Golgi y entra en gránulos de insulina inmaduros donde proinsulina se escinde a la forma de insulina y péptido C . [5] Después de la maduración, estas vesículas secretoras retienen insulina, péptido C y amilina hasta que el calcio desencadena la exocitosis del contenido de los gránulos. [3]
A través del procesamiento de traducción, la insulina se codifica como un precursor de 110 aminoácidos pero se secreta como una proteína de 51 aminoácidos. [5]
Secreción de insulina
En las células beta, la liberación de insulina es estimulada principalmente por la glucosa presente en la sangre. [3] A medida que aumentan los niveles de glucosa circulante, como después de ingerir una comida, la insulina se secreta de manera dependiente de la dosis. [3] Este sistema de liberación se conoce comúnmente como secreción de insulina estimulada por glucosa (GSIS). [6] Hay cuatro piezas clave en el "modelo de consenso" de GSIS: captación de glucosa GLUT2 dependiente, metabolismo de la glucosa, K ATP de cierre de canales, y la apertura de voltaje cerrados canales de calcio que provocan la fusión de gránulos a la insulina y la exocitosis. [7]
Los canales de calcio dependientes de voltaje y los canales de iones de potasio sensibles al ATP están incrustados en la membrana plasmática de las células beta. [7] [8] Estos canales de iones de potasio sensibles al ATP están normalmente abiertos y los canales de iones de calcio están normalmente cerrados. [3] Los iones de potasio se difunden fuera de la célula, por su gradiente de concentración, haciendo que el interior de la célula sea más negativo con respecto al exterior (ya que los iones de potasio tienen una carga positiva). [3] En reposo, esto crea una diferencia de potencial a través de la membrana de la superficie celular de -70mV. [9]
Cuando la concentración de glucosa fuera de la célula es alta, las moléculas de glucosa se mueven hacia el interior de la célula por difusión facilitada , en su gradiente de concentración a través del transportador GLUT2 . [10] Dado que las células beta usan glucoquinasa para catalizar el primer paso de la glucólisis , el metabolismo solo ocurre alrededor de los niveles fisiológicos de glucosa en sangre y más. [3] El metabolismo de la glucosa produce ATP , que aumenta la proporción de ATP a ADP . [11]
Los canales de iones de potasio sensibles al ATP se cierran cuando esta proporción aumenta. [8] Esto significa que los iones de potasio ya no pueden difundirse fuera de la célula. [12] Como resultado, la diferencia de potencial a través de la membrana se vuelve más positiva (a medida que los iones de potasio se acumulan dentro de la célula). [9] Este cambio en la diferencia de potencial abre los canales de calcio dependientes de voltaje , lo que permite que los iones de calcio del exterior de la célula se difundan en su gradiente de concentración. [9] Cuando los iones de calcio ingresan a la célula, hacen que las vesículas que contienen insulina se muevan y se fusionen con la membrana de la superficie celular, liberando insulina por exocitosis en la vena porta hepática. [13] [14]
Otras hormonas secretadas
- Péptido C , que se secreta en el torrente sanguíneo en cantidades equimolares a la insulina. El péptido C ayuda a prevenir la neuropatía y otros síntomas relacionados con el deterioro vascular de la diabetes mellitus . [15] Un médico mediría los niveles de péptido C para obtener una estimación de la masa de células beta viables. [dieciséis]
- Amilina , también conocida como polipéptido amiloide de los islotes (IAPP). [17] La función de la amilina es reducir la velocidad de entrada de glucosa al torrente sanguíneo. La amilina se puede describir como un socio sinérgico de la insulina, donde la insulina regula la ingesta de alimentos a largo plazo y la amilina regula la ingesta de alimentos a corto plazo.
Significación clínica
Diabetes tipo 1
Se cree que la diabetes mellitus tipo 1 , también conocida como diabetes insulinodependiente, es causada por una destrucción autoinmune mediada de las células beta productoras de insulina en el cuerpo. [5] El proceso de destrucción de las células beta comienza con la insulina que activa las células presentadoras de antígeno (APC). Entonces, las APC desencadenan la activación de las células T auxiliares CD4 + y la liberación de quimiocinas / citocinas. Luego, las citocinas activan las células T citotóxicas CD8 +, que conducen a la destrucción de las células beta. [18] La destrucción de estas células reduce la capacidad del cuerpo para responder a los niveles de glucosa en el cuerpo, por lo que es casi imposible regular adecuadamente los niveles de glucosa y glucagón en el torrente sanguíneo. [19] El cuerpo destruye entre el 70% y el 80% de las células beta, dejando solo entre el 20% y el 30% de las células en funcionamiento. [2] [20] Esto puede hacer que el paciente experimente hiperglucemia, lo que conduce a otras afecciones adversas a corto y largo plazo. [21] Los síntomas de la diabetes pueden potencialmente controlarse con métodos como dosis regulares de insulina y mantener una dieta adecuada. [21] Sin embargo, estos métodos pueden ser tediosos y engorrosos de realizar de forma continua a diario. [21]
Diabetes tipo 2
La diabetes mellitus tipo 2 , también conocida como diabetes no insulinodependiente y como hiperglucemia crónica, es causada principalmente por la genética y el desarrollo del síndrome metabólico. [2] [5] Las células beta aún pueden secretar insulina, pero el cuerpo ha desarrollado una resistencia y su respuesta a la insulina ha disminuido. [3] Se cree que se debe a la disminución de receptores específicos en la superficie del hígado , el tejido adiposo y las células musculares que pierden su capacidad para responder a la insulina que circula en la sangre. [22] [23] En un esfuerzo por secretar suficiente insulina para superar la creciente resistencia a la insulina, las células beta aumentan su función, tamaño y número. [3] El aumento de la secreción de insulina conduce a la hiperinsulinemia, pero los niveles de glucosa en sangre permanecen dentro de su rango normal debido a la menor eficacia de la señalización de la insulina. [3] Sin embargo, las células beta pueden trabajar en exceso y agotarse por estar sobreestimuladas, lo que lleva a una reducción del 50% en la función junto con una disminución del 40% en el volumen de las células beta. [5] En este punto, no se puede producir ni secretar suficiente insulina para mantener los niveles de glucosa en sangre dentro de su rango normal, lo que provoca una diabetes tipo 2 manifiesta. [5]
Insulinoma
El insulinoma es un tumor raro derivado de la neoplasia de células beta. Los insulinomas suelen ser benignos , pero pueden ser de importancia médica e incluso poner en peligro la vida debido a los ataques recurrentes y prolongados de hipoglucemia . [24]
Medicamentos
Muchos medicamentos para combatir la diabetes tienen como objetivo modificar la función de la célula beta.
- Las sulfonilureas son secretagogos de insulina que actúan cerrando los canales de potasio sensibles al ATP, lo que provoca la liberación de insulina. [25] [26] Se sabe que estos medicamentos causan hipoglucemia y pueden provocar insuficiencia de las células beta debido a la sobreestimulación. [2] Las versiones de segunda generación de sulfonilureas son de acción más corta y es menos probable que causen hipoglucemia. [26]
- Los agonistas del receptor de GLP-1 estimulan la secreción de insulina al simular la activación del sistema de incretinas endógeno del cuerpo. [26] El sistema de incretinas actúa como una vía amplificadora de la secreción de insulina. [26]
- Los inhibidores de la DPP-4 bloquean la actividad de la DPP-4, lo que aumenta la concentración de la hormona incretina posprandial y, por lo tanto, aumenta la secreción de insulina. [26]
Investigar
Técnicas experimentales
Muchos investigadores de todo el mundo están investigando la patogenia de la diabetes y la insuficiencia de las células beta. Las herramientas utilizadas para estudiar la función de las células beta se están expandiendo rápidamente con la tecnología.
Por ejemplo, la transcriptómica ha permitido a los investigadores analizar exhaustivamente la transcripción de genes en células beta para buscar genes relacionados con la diabetes. [2] Un mecanismo más común para analizar la función celular son las imágenes de calcio. Los colorantes fluorescentes se unen al calcio y permiten obtener imágenes in vitro de la actividad del calcio que se correlaciona directamente con la liberación de insulina. [2] [27] Una última herramienta utilizada en la investigación con células beta son los experimentos in vivo . La diabetes mellitus puede inducirse experimentalmente in vivo con fines de investigación mediante estreptozotocina [28] o aloxano , [29] que son específicamente tóxicos para las células beta. También existen modelos de diabetes de ratón y rata, incluidos ratones ob / ob y db / db que son un modelo de diabetes tipo 2, y ratones diabéticos no obesos (NOD) que son un modelo para la diabetes tipo 1. [30]
Diabetes tipo 1
La investigación ha demostrado que las células beta se pueden diferenciar de las células progenitoras del páncreas humano. [31] Sin embargo, estas células beta diferenciadas a menudo carecen de gran parte de la estructura y los marcadores que las células beta necesitan para realizar sus funciones necesarias. [31] Los ejemplos de las anomalías que surgen de las células beta diferenciadas de las células progenitoras incluyen la falta de reacción a entornos con altas concentraciones de glucosa, la incapacidad de producir los marcadores de células beta necesarios y la expresión anormal de glucagón junto con la insulina. [31]
Con el fin de recrear con éxito células beta productoras de insulina funcional, los estudios han demostrado que la manipulación de las vías de señales celulares en el desarrollo temprano de las células madre conducirá a que esas células madre se diferencien en células beta viables. [31] [32] Se ha demostrado que dos vías de señales clave desempeñan un papel vital en la diferenciación de las células madre en células beta: la vía BMP4 y la quinasa C. [32] La manipulación dirigida de estas dos vías ha demostrado que es posible inducir la diferenciación de células beta a partir de células madre. [32] Estas variaciones de las células beta artificiales han mostrado mayores niveles de éxito en la replicación de la funcionalidad de las células beta naturales, aunque la replicación aún no se ha recreado perfectamente. [32]
Los estudios han demostrado que es posible regenerar células beta in vivo en algunos modelos animales. [33] La investigación en ratones ha demostrado que las células beta a menudo pueden regenerarse a la cantidad original después de que las células beta se hayan sometido a algún tipo de prueba de estrés, como la destrucción intencional de las células beta en el sujeto de los ratones o una vez que la autoinmunidad la respuesta ha concluido. [31] Si bien estos estudios tienen resultados concluyentes en ratones, es posible que las células beta en sujetos humanos no posean este mismo nivel de versatilidad. La investigación de las células beta después del inicio agudo de la diabetes tipo 1 ha mostrado poca o ninguna proliferación de células beta recién sintetizadas, lo que sugiere que las células beta humanas podrían no ser tan versátiles como las células beta de rata, pero en realidad no hay comparación que se pueda hacer aquí porque Se utilizaron ratas sanas (no diabéticas) para demostrar que las células beta pueden proliferar después de la destrucción intencional de las células beta, mientras que en el estudio se utilizaron seres humanos enfermos (diabéticos tipo 1) que se intentó utilizar como evidencia contra la regeneración de las células beta, que en realidad no nos dice literalmente nada en absoluto.
Parece que queda mucho por hacer en el campo de la regeneración de células beta. [32] Al igual que en el descubrimiento de la creación de insulina mediante el uso de ADN recombinante, la capacidad de crear artificialmente células madre que se diferenciaran en células beta demostraría ser un recurso invaluable para los pacientes que padecen diabetes tipo 1. Una cantidad ilimitada de células beta producidas artificialmente podría potencialmente proporcionar terapia a muchos de los pacientes que se ven afectados por la diabetes tipo 1.
Diabetes tipo 2
La investigación centrada en la diabetes no insulinodependiente abarca muchas áreas de interés. La degeneración de la célula beta a medida que avanza la diabetes ha sido un tema ampliamente revisado. [2] [3] [5] Otro tema de interés para los fisiólogos de células beta es el mecanismo de la pulsatilidad de la insulina, que ha sido bien investigado. [34] [35] Se han completado muchos estudios del genoma y están avanzando exponencialmente el conocimiento de la función de las células beta. [36] [37] De hecho, el área de investigación de las células beta es muy activa, pero aún quedan muchos misterios.
Ver también
- Receptor de polipéptido inhibidor gástrico
- Lista de términos asociados con la diabetes
- Guangxitoxina
- Celda alfa
- Desarrollo pancreático
- Islotes de Langerhans
Referencias
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