Tesis doctorales de la Escuela Internacional de Doctorado de la URJC desde el curso 2024/25
Alteraciones en la señalización de insulina y leptina en el tronco encefálico durante el envejecimiento y en la enfermedad de Alzheimer en el modelo murino 5xFAD
Autor
FRUTOS GONZÁLEZ, ELVIRA DE
Director
FERNÁNDEZ AGULLÓ, TERESA
Codirector
GARCÍA SAN FRUTOS, MIRIAM
Fecha de depósito
25-11-2025
Periodo de exposición pública
26 de noviembre a 11 de diciembre de 2025
Fecha de defensa
Sin especificar
Programa
Ciencias de la Salud
Mención internacional
Solicitada
Resumen
El envejecimiento es un proceso biológico complejo caracterizado por un deterioro progresivo de la función fisiológica en múltiples sistemas del organismo, lo que conlleva una mayor vulnerabilidad a ciertas enfermedades y en última instancia a la muerte.
Numerosos estudios en modelos animales han mostrado una fuerte asociación entre obesidad, hiperleptinemia y resistencia central tanto a la leptina como a la insulina fundamentalmente en el hipotálamo (HPT) con la edad. La resistencia a ambas hormonas no solo es un factor de riesgo para enfermedades metabólicas como la diabetes tipo 2 (DT2), sino que también se ha asociado con un deterioro cognitivo acelerado y un mayor riesgo de desarrollar la enfermedad de Alzheimer (EA). La ubicación del receptor de insulina (IR) en el sistema nervioso central (SNC) coincide en gran medida con los lugares donde se expresa el receptor de leptina (LEPR) y además, ambas hormonas causan efectos similares sobre la disminución de la ingesta y la pérdida de peso. A nivel celular sendas señales conducen a la activación de PI3K y tienen blanco común en algunas neuronas. Los núcleos troncoencefálicos (TE), al igual que el HPT, regulan los estados de hambre y saciedad a través de neuronas orexigénicas que expresan neuropéptido Y (NPY) y anorexigénicas que expresan propiomelanocortina (POMC).
La EA es la mayor causa de demencia en la población envejecida, afectando a millones de personas en todo el mundo. Se trata de un trastorno neurodegenerativo progresivo que se caracteriza por la pérdida de habilidades cognitivas y un importante déficit de memoria y que también se asocia con cambios metabólicos, como pérdida de peso, y alteraciones en la ingesta incluso 10 años antes de las manifestaciones del deterioro cognitivo. Los datos preclínicos relacionan a la EA con una alteración en la homeostasis energética capaz de influenciar el curso de la enfermedad, sugiriendo que del estudio de los mecanismos centrales que conducen al desarrollo de estas alteraciones metabólicas, podría surgir una posible diana terapéutica.
Aunque tradicionalmente los trabajos relacionados con la regulación de la homeostasis energética se han centrado en el HPT, es menos conocida la implicación de los núcleos del TE.
En este contexto, planteamos la hipótesis de que el tronco encefálico, al igual que el hipotálamo, podrían estar involucrado en las alteraciones metabólicas observadas durante el envejecimiento fisiológico (EF) y en la enfermedad de Alzheimer, afectando a su capacidad para responder a la insulina y la leptina como principales señales anorexigénicas responsables de regular la ingesta alimentaria y el metabolismo.
El objetivo principal de este estudio ha sido analizar en el TE la respuesta a leptina e insulina, en primer lugar, durante el envejecimiento fisiológico (EF) en ratones de 3, 6 y 12 meses con genotipo salvaje (C57BL6 Wild type, WT) y posteriormente, en el modelo de EA, 5xFAD (AD). Para ello, se plantean los siguientes objetivos:
- Estudiar la estimulación de las vías de señalización de insulina y leptina después de su administración intracerebroventricular (i.c.v.).
- Estudiar las posibles causas de la resistencia a insulina y leptina analizando, por un lado, diferentes componentes y moduladores de las vías de transducción de insulina y leptina y por otro, las señales de neuroinflamación.
- Determinar posibles cambios en la expresión de NPY y POMC.
Los resultados de esta investigación permitirían esclarecer si se producen modificaciones en la señal fisiológica de la insulina y la leptina en el TE durante el EF y durante la progresión de la EA y sus posibles causas. En base a los resultados obtenidos se podrían establecer estrategias dirigidas a disminuir el impacto negativo de estas resistencias sobre el metabolismo, así como, en la fisiopatología de la EA.
El análisis experimental se llevó a cabo empleando distintas aproximaciones.
- En primer lugar, se estudió la evolución morfométrica y la homeostasis glucémica en los dos modelos experimentales hasta los 12 meses de edad.
- Mediante Western blot (WB) se estudiaron los pasos iniciales de las vías de señalización de la insulina y la leptina tras su administración i.c.v., para detectar la posible existencia de resistencia hormonal en el TE.
- A continuación, se analizó o bien la expresión proteica por WB y/o la expresión génica por RT-qPCR de diferentes componentes y moduladores de las vías de transducción de leptina e insulina, de los receptores de insulina y leptina y de diversos marcadores de inflamación y de células gliales.
- Finalmente, se detectaron placas de β-amiloide utilizando una tinción con Methoxy-X04 y mediante inmunohistoquímica, se analizó la distribución del LEPR y de poblaciones gliales (astrocitos y microglía) en diferentes núcleos del TE.
Los principales resultados de este trabajo son:
1. Los animales AD, a pesar de tener una mayor ingesta que los WT, presentan un menor peso corporal, longitud y adiposidad, siendo estas diferencias significativas a los 12 meses de edad. Además, los animales WT presentan signos de resistencia periférica a la insulina que no desarrollan los animales AD.
2. La respuesta del TE a la estimulación tanto con insulina como con leptina disminuye significativamente en los animales WT y en los AD con la edad.
3. En ambos genotipos se producen alteraciones en las primeras etapas de sus respectivas vías de señalización que aparecen de forma más temprana en los animales AD.
4. La expresión del IR, LEPR, Akt, IRS-1 y 2 se modifica con la edad tanto en los animales WT como en los AD, sin cambios en otros moduladores de estas las vías de señalización.
5. La expresión de las citoquinas proinflamatorias TNFα, IL1β e IL6 aumenta en mayor proporción en los ratones AD. No hay una mayor activación de las vías proinflamatorias JNK, p38MAPK o NF-κβ ni en los ratones WT ni en los AD con la edad.
6. Se observan cambios morfológicos y aumento de la expresión de marcadores gliales con la edad que no es uniforme en todos los núcleos del TE y que aparecen de forma precoz en los animales AD.
7. Los animales AD presentan placas de β-amiloide de manera heterogénea en los distintos núcleos del TE.
En conclusión, los resultados de esta tesis doctoral demuestran que en el TE durante el EF y la progresión de la EA se produce resistencia a insulina y leptina, con alteraciones tempranas en sus vías de señalización asociadas a un entorno neuroinflamatorio mediado por la activación de microglía y astrocitos. Estos cambios son de mayor magnitud y aparecen de forma precoz en la EA.
