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Abstract

Vitamin D gained importance since the discovery of its steroid structure. Vitamin D participates in mineral homeostasis, regulation of gene expression, and cell differentiation. Recent advances in the study of the enzyme involved in the conversion of 25-hydroxyvitamin D3 into 1,25-dihydroxyvitamin D3 (calcitriol), as well as the discovery of it's hormone mechanism of action, have led to a better knowledge and understanding of vitamin D endocrine system, as well as it's implication in health and pregnancy.
77Díaz L et al.
La vitamina D.
Rev Invest Clin 2001; 53 (1): 77-85
RINCÓN DEL RESIDENTE
La Revista de Investigación Clínica / Vol. 53, Núm. 1 / Enero-Febrero, 2001 / pp 77-85
Versión completa de este artículo disponible en internet: www.imbiomed.com.mx
La vitamina D: implicaciones en la salud y el embarazo
Lorenza Díaz*, Cecilia Cariño*, Isabel Méndez*
* Departamento de Biología de la Reproducción. Instituto Nacional de Ciencias Médicas y Nutrición Salvador Zubirán.
FORMACIÓN Y EFECTOS DE LA VITAMINA D
El término genérico vitamina D (VD) se refiere a
un grupo de esteroides que se caracterizan por pre-
sentar abierto el anillo B de su núcleo esteroidal. La
vitamina D se encuentra en la sangre en dos formas:
la vitamina D
2
o ergocalciferol (VD
2
), que es de ori-
gen vegetal, y la vitamina D
3
o colecalciferol (VD
3
),
que se sintetiza en la piel, gracias a la acción de la luz
UV. Esta última también se puede obtener de la
dieta a partir del aceite de hígado de pescado, del
hígado y del huevo. La VD (VD sin subíndice se re-
fiere a ambas formas D
2
y D
3
), que fue descubierta
en 1920 por Mellanby,
1
se catalogó inicialmente
como una vitamina por que se sabía que era esencial
para la formación del esqueleto y que se obtenía ex-
clusivamente de los alimentos. Sin embargo, a prin-
cipios de la década de los 30s, gracias a los trabajos
Vitamin D implications in health and pregnancy
ABSTRACT
Vitamin D gained importance since the discovery of its steroid
structure. Vitamin D participates in mineral homeostasis, regu-
lation of gene expression, and cell differentiation. Recent advanc-
es in the study of the enzyme involved in the conversion of 25-hy-
droxyvitamin D
3
into 1,25-dihydroxyvitamin D
3
(calcitriol), as
well as the discovery of its hormone mechanism of action, have
led to a better knowledge and understanding of vitamin D endo-
crine system, as well as its implication in health and pregnancy.
Key words. Placenta. CYP27B1. 1,25-(OH)
2
D
3
. 25-OH-D-1-
α
hydroxylase. Pregnancy.
RESUMEN
La vitamina D cobró importancia desde que se descubrió la natu-
raleza esteroidea y carácter hormonal de uno de sus metabolitos:
el calcitriol. Su participación en el mantenimiento de la homeos-
tasis mineral, así como su capacidad para regular la transcrip-
ción génica y fomentar la diferenciación celular, han hecho de su
estudio un tema de gran interés. Los recientes avances en el es-
tudio de la enzima encargada de convertir la 25-hidroxivitamina
D en 1,25-dihidroxivitamina D
3
(calcitriol), así como la descrip-
ción de su mecanismo de acción, han permitido ampliar el cono-
cimiento de los factores reguladores que controlan el equilibrio
del sistema endocrino de la vitamina D, y de las implicaciones del
calcitriol en la salud en general y en el embarazo en particular.
Palabras clave. Placenta. CYP27B1. 1,25-(OH)
2
D
3
. 25-OH-D-
1α hidroxilasa. Embarazo.
de Windaus
2
y Brockmann
3
, se logró determinar la
estructura química de la VD de manera definitiva, lo
que permitió demostrar su naturaleza esteroidal, si-
tuándola finalmente dentro de la clasificación de las
hormonas esteroides. De hecho Windaus recibió el
premio Nobel de química en 1928 por sus aportacio-
nes al conocimiento de la estructura de la VD, lo cual
permitió su aplicación en el tratamiento de enferme-
dades tales como el raquitismo y otras que cursaban
con deficiencias en esta vitamina.
La estructura de la VD consiste del núcleo ciclo-
pentanoperhidrofenantreno común a las hormonas
esteroides, con el anillo B abierto entre los carbonos
9 y 10, lo que permite identificarla como secoesteroi-
de. Adicionalmente a diferencia de las hormonas es-
teroides (estradiol, testosterona) que no presentan
cadena lateral, la VD conserva ocho carbonos de la
cadena lateral del colesterol. La diferencia entre la
Díaz L et al.
La vitamina D.
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VD
2
y la VD
3
es que en su estructura la primera pre-
senta un grupo metilo en el carbono 24 y un doble
enlace entre el carbono 22 y 23. (Figura 1).
Formación y metabolismo de la vitamina D
En la piel la VD se sintetiza a partir del 7-dehidro-
colesterol. La radiación ultravioleta rompe el anillo
B dando lugar a la formación de un intermediario
inestable (previtamina D), que a través de un proce-
so fototérmico se biotransforma en colecalciferol el
cual es transportado en la sangre unido a su proteína
transportadora hasta el hígado, en donde es hidroxila-
do en el carbono 25 para convertirse en 25-hidroxivi-
tamina D
3
(25-OH-D).
4
Este metabolito, si bien es el
más abundante en el plasma, no representa la forma
activa. En el riñón la 25-OH-D es hidroxilada en el
carbono 1 para obtener la forma hormonal: la 1,25-di-
hidroxivitamina D
3
(1,25-(OH)
2
D
3
) (Figura 2).
Sistema endocrino de la vitamina D
A principios de la década de los setentas se deter-
minó la naturaleza endocrina de la vitamina D, lo
que dependió básicamente del descubrimiento de los
receptores nucleares para la 1,25-(OH)
2
D
3
en el in-
Figura 1. a) Estructura química de la vitamina D. b) Grupo alifático (R)
que caracteriza a cada una de sus dos formas D
2
y D
3
.
Figura 2. Síntesis de 1,25(OH)
2
D
3
a partir del 7-dehidrocolesterol. La luz solar rompe el anillo B para formar la vitamina D, que al hidroxilarse en el
hígado por la acción de la enzima vitamina D 25-hidroxilasa (1), se convierte en 25-OH-D
3
. La forma activa se obtiene tras una segunda hidroxilación
en el riñón, gracias a la 25-OH-D-1
α
hidroxilasa (2).
a
)
OH
21
28
22
23
24
25
26
27
CH
20
21
22
23
24
25
26
27
20
CH
2
R
D
2
D
3
b
)
A
C
D
R
CD
CH2
A
OH
a) b)
21
22
28
26
24
20
23
25
CH
3
D
2
D
3
21
27
22
26
24
20
23
25
27
AB
C
D
OH
Luz UV
Piel
OH
CH
2
Vitamina D
hígado
7-Dehidrocolesterol
OH
OH
CH
2
OH OH
OH
CH
2
riñón
(2)
(1)
25-OH-D
3
1,25(OH)
2
D
3
79Díaz L et al.
La vitamina D.
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testino,
5
así como del conocimiento del papel que tie-
ne el riñón en la producción de esta hormona, y su
regulación por parte de la hormona paratiroidea
(PTH). El sistema endocrino de la vitamina D se
basa en el hecho de que la 1,25-(OH)
2
D
3
es una hor-
mona que como tal, se sintetiza en el organismo, es
transportada en sangre y activada en ciertos órga-
nos, y ejerce sus efectos biológicos interactuando con
sus receptores específicos. El funcionamiento del sis-
tema endocrino de la vitamina D depende entonces
de tres elementos principales: la presencia de los res-
pectivos citocromos P450 en el hígado y en el riñón
para biotransformar la 25-OH-D en su metabolito
activo (1,25-(OH)
2
D
3
); 2°: la presencia de proteínas
transportadoras para movilizar estas moléculas hi-
drófobas hasta sus órganos blanco, y 3°: la existencia
de receptores específicos en una variedad de tejidos.
Actualmente se conoce que la 1,25-(OH)
2
D
3
se une a
sus receptores localizados en diversas células blanco,
y que su producción y degradación son procesos re-
gulados por mecanismos de retroalimentación que
responden a factores iónicos (Ca
++
, P), polipeptídi-
cos (PTH, calcitonina), y esteroideos (1,25-(OH)
2
D
3
).
Los órganos blanco principales del calcitriol son el
riñón, el hueso y el intestino, y sus funciones fisioló-
gicas más importantes son las de mantener concen-
traciones adecuadas de calcio y fósforo, así como la
mineralización del hueso.
Mecanismo de acción y
funciones de la vitamina D
Actualmente se sabe que el calcitriol no se limita a
las funciones arriba mencionadas, y que de hecho es
una hormona muy versátil, capaz de generar res-
puestas biológicas por la vía genómica (receptores in-
tracelulares), o no genómica (receptores membrana-
les). En la primera vía participan receptores nuclea-
res o citoplásmicos: una vez que el receptor ha sido
activado por la hormona, se dimeriza con otro recep-
tor nuclear conocido como el receptor retinoide X
(RXR), y el heterodímero así formado se une a ele-
mentos de respuesta para la vitamina D (VDRE) en
la región promotora de los genes blanco. El heterodí-
mero puede reclutar coactivadores y componentes
del complejo de iniciación de la transcripción, con la
finalidad de modular la transcripción génica y provo-
car respuestas biológicas.
6
Estos efectos biológicos se
alcanzan después de tiempos relativamente largos
(horas). Algunos de los genes en donde se ha demos-
trado la existencia de VDREs en la región promotora
de sus secuencias, son los de la osteocalcina, osteo-
pontina, PTH, y 25(OH)D-24-hidroxilasa (CYP24).
7
La segunda vía para generar efectos biológicos es
a través de receptores membranales. La unión del cal-
citriol al receptor de membrana puede provocar la ac-
tivación de la proteína cinasa C (PKC), de la fosfolipa-
sa C, del adenilato ciclasa (PKA) y/o la apertura de ca-
nales de calcio mediados por voltaje.
8
Esta vía de
acción rápida se relaciona con los efectos no genómi-
cos, e involucra cambios en las concentraciones de
segundos mensajeros. Un ejemplo en donde se ha ca-
racterizado bien la vía no genómica es en el duodeno,
e implica al sistema de transporte rápido de calcio.
9
Este fenómeno es también conocido como transcalta-
quia (estimulación del transporte de calcio en 2-3
minutos), y se ha sugerido que en este sistema en
particular participan canales de calcio sensibles al
voltaje, los cuales se activan una vez que el ligando
interactúa con su receptor membranal.
10
De manera general, las funciones que se atribuyen
a la 1,25-(OH)
2
D
3
son: mantener la homeostasis de los
iones minerales, regulación de la transcripción de
ciertos genes, promoción de la diferenciación celular,
regulación de la proliferación de células normales y
malignas, estimulación del sistema inmunológico, y
los procesos relacionados con el transporte de calcio.
Además, se han localizado receptores para esta hor-
mona en tejidos tan diversos como la placenta, cere-
bro, músculo, intestino, hueso, próstata, hígado, ova-
rio, glándula mamaria, colon, epidídimo, glándula
paratiroides, útero, estómago, células del sistema in-
munológico, además de múltiples líneas celulares de
cáncer;
7
lo que hace del estudio de las funciones de la
1,25-(OH)
2
D
3
un campo amplio e interesante.
ESTRUCTURA, REGULACIÓN Y DISTRIBUCIÓN
DE LA 25-OH-D 1α HIDROXILASA
El paso limitante en la biosíntesis de la forma
activa de la vitamina D, es la hidroxilación en la
posición 1 alfa de la 25-OH-D. Esta reacción es ca-
talizada por una enzima perteneciente a la familia
de las oxidasas de la membrana interna mitocon-
drial: la 25-OH-D 1α hidroxilasa (1α(OH)asa).
Esta enzima está compuesta de tres componen-
tes: una flavoproteína (NADPH-ferredoxina re-
ductasa), una ferredoxina y el citocromo que le
confiere la especificidad: el citocromo P450 1α
que es el responsable de hidroxilar al sustrato en
la posición α del carbono 1. Cada hidroxilación
catalizada por un citocromo P450 sigue la si-
guiente reacción general:
esteroide-H + NADPH + H
+
+ O
2
e esteroide-OH + NADPH + H
2
O
Esta reacción consume dos electrones, un protón
Díaz L et al.
La vitamina D.
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y una molécula de oxígeno; de la cual uno de sus áto-
mos es incorporado al sustrato, mientras que el otro
es reducido hasta agua.
11
Los electrones son transfe-
ridos de NADPH al citocromo P450 por la NADPH-
ferredoxina reductasa y la ferredoxina.
Regulación
La 1α (OH)asa renal es regulada por diversos
factores tales como el fósforo, el factor de creci-
miento similar a la insulina tipo I (IGF-I),
12-14
el
calcio, la PTH, la calcitonina
15
y la misma 1,25-
(OH)
2
D
3.
Adicionalmente se sabe que la proteína
transportadora de la vitamina D (DBP) regula indi-
rectamente a la 1α (OH)asa limitando la disponibi-
lidad del sustrato, y que los fosfolípidos también
tienen un papel limitante en la actividad de esta en-
zima.
16
Por otra parte algunos agentes antimicóti-
cos han demostrado inhibir a la 1α (OH)asa, de ma-
nera similar a como lo hacen con otras enzimas es-
teroidogénicas.
17
Cabe señalar que los estudios de
regulación de la 1α (OH)asa han sido realizados
prácticamente solo en términos de su actividad,
pues la clonación de su cADN es reciente.
18-20
Sin
embargo, actualmente se han llevado a cabo diver-
sos trabajos que toman en consideración la estruc-
tura recientemente descrita del gen de la 1α
(OH)asa. Este gen, conocido como CYP1α, P450
VD1α
,
o P450c1α, tiene como nombre oficial el de
CYP27B1 según la nomenclatura asignada por el
Comité de Nomenclatura de la Superfamilia de los
Citocromos P450.
21
Los trabajos en los cuales se
hace referencia a la estructura de CYP27B1, indi-
can que dicho gen contiene elementos de respuesta
para cAMP (CRE) en su región promotora,
22
corro-
borando observaciones previas sobre los efectos es-
timuladores de la PTH sobre la 1α (OH)asa renal, a
través de la generación intracelular de cAMP.
23
A
este respecto, Kong
22
y cols. estudiaron el patrón de
actividad transcripcional de la región 5 de
CYP27B1 construyendo porciones del promotor e
insertándolas junto con un gen reportero, en la lí-
nea celular de riñón AOK-B50. Si bien sus estudios
revelaron la presencia de CREs en la región 5 de
CYP27B1, Kong y su grupo no lograron detectar
elementos de respuesta específicos para IGF-I, ni
tampoco VDREs. El hecho de que no se hayan loca-
lizado VDREs en dicha región, despierta controver-
sia puesto que la 1,25-(OH)
2
D
3
inhibió el efecto esti-
mulatorio producido por la PTH sobre la 1α
(OH)asa, en este tipo celular, lo cual sugiere que el
calcitriol
suprime la expresión de CYP27B1 por una
cascada indirecta que interfiere con la vía de señali-
zación de la PTH, sin descartar que existan VDREs
atípicos o no conocidos, en la región promotora de
CYP27B1. Estos hallazgos y otros trabajos,
24
con-
dujeron a la hipótesis que sugiere que la inhibición
de CYP27B1 por el calcitriol es propiciada por un
mecanismo diferente del transcripcional. Muy pro-
bablemente, como lo mencionan Henry y cols,
24
la
1,25-(OH)
2
D
3
ejerce su efecto represivo sobre su
propia síntesis, inhibiendo a una proteína requeri-
da para que P450 1α funcione, como pudiera ser
una de las proteínas encargadas del transporte de
electrones del NADPH al citocromo P450 1α. Otra
opción es que la 1,25-(OH)
2
D
3
no reprime directa-
mente la actividad transcripcional de CYP27B1,
sino que enmascara su actividad, incrementando
significativamente la expresión del gen CYP24.
25
CYP24 normalmente se activa en presencia de altas
concentraciones de 1,25-(OH)
2
D
3
y/o altos niveles
de calcio en suero, como un mecanismo de regula-
ción pues es una vía metabólica de depuración del
calcitriol.
26
Sin embargo, otros trabajos presentan
resultados controversiales, lo que demuestra que la
regulación negativa de la síntesis de la 1,25-
(OH)
2
D
3
por el mismo
calcitriol es más compleja de
lo que actualmente se supone. A este respecto Take-
yama
27
y cols., en una serie de experimentos utili-
zando cepas de ratones que carecen del receptor
para la 1,25-(OH)
2
D
3
(VDR), lograron demostrar
que el complejo calcitriol-VDR es el responsable de
la inhibición de la expresión de CYP27B1. Cuando
administraba 1,25-(OH)
2
D
3
a los ratones con fenoti-
po silvestre se reprimía la expresión génica de
CYP27B1, pero no sucedía esto con los ratones que
carecían del receptor para la vitamina D. Sus resul-
tados también sugirieron que el VDR ligado a la
1,25-(OH)
2
D
3
regula positivamente la expresión de
CYP24. En apoyo a estos estudios, Murayama y sus
colaboradores
28
lograron demostrar que la presen-
cia del VDR es esencial para la regulación negativa
de CYP27B1 por la 1,25-(OH)
2
D
3
, lo cual destaca la
necesidad de estudios más profundos en lo que con-
cierne a la regulación del gen CYP27B1.
Distribución
De manera general, la 1α (OH)asa se ha localizado
exclusivamente en los túbulos proximales del ri-
ñón.
29,30
El riñón fue considerado el único sitio de
conversión de la 25-OH-D en 1,25-(OH)
2
D
3
; sin em-
bargo, estudios posteriores demostraron la conversión
extrarrenal de 25-OH-D a su forma hormonal en otros
tejidos tales como el hueso,
31,32
la próstata,
33
, la pla-
centa,
34-37
los queratinocitos,
38
y las células del sistema
inmunológico. La presencia de la 1α (OH)asa en estos
tejidos confiere a la hormona 1,25-(OH)
2
D
3
una natu-
81Díaz L et al.
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raleza paracrina, autocrina o ambas y abre un extenso
campo de estudio e investigación a este respecto.
LA VITAMINA D Y LA SALUD
El impacto en la salud provocado por la deficiencia
de la vitamina D ha sido motivo de varios estudios.
El raquitismo es la principal enfermedad infantil re-
sultado de la deficiencia de vitamina D. La deformi-
dad del esqueleto debido a la mineralización deficien-
te del hueso por escasez de calcio es reversible con la
administración de 1,25-(OH)
2
D
3
, calcio y fosfatos.
En los adultos, el estado patológico conocido como
osteomalacia se presenta también por la deficiencia
de vitamina D, pero con manifestaciones clínicas y
anatomórficas diferentes al raquitismo infantil. En
general, las enfermedades producidas por deficien-
cias de vitamina D se presentan por carencia dieté-
tica, absorción intestinal deficiente, falta de luz solar
o daño renal. Por otro lado, las patologías genéticas
asociadas a la vitamina D, implican mutaciones ya
sea en el gen que codifica para el VDR o en el gen
CYP27B1. El desorden genético causado por muta-
ciones en el gen que codifica para el receptor intrace-
lular de la vitamina D es conocido como raquitismo
resistente a la vitamina D o raquitismo tipo II
(VDDR II). La mutación provoca cambios en el
domi-
nio de unión al ADN, o en el dominio de unión a la
hormona,
39
por lo que este padecimiento se asocia
con la insensibilidad de los tejidos al calcitriol,
40
y se
caracteriza por la aparición de hipocalcemia, hiper-
paratiroidismo secundario, concentraciones circu-
lantes elevadas de 1,25-(OH)
2
D
3
en suero, y en algu-
nos casos alopecia.
Por otra parte, el padecimiento conocido como ra-
quitismo pseudodeficiente de vitamina D (PDDR),
también referido como raquitismo dependiente de la
vitamina D tipo I (VDDR I), es ocasionado por una
mutación en la estructura primaria de la 1α
(OH)asa. Esta enfermedad es consecuencia de un de-
fecto hereditario que se asocia con la síntesis defi-
ciente de 1,25-(OH)
2
D
3
. El PDDR se caracteriza por
presentar bajas concentraciones de calcio en suero,
debilidad muscular, hiperparatiroidismo secundario
y concentraciones disminuidas circulantes de 1,25-
(OH)
2
D
3
. La descripción de la mutación responsable
de la aparición de PDDR no se descubrió sino hasta
fechas recientes, después de la clonación del gen
CYP27B1. Con estos estudios se logró determinar
que CYP27B1 se encuentra en el cromosoma
12q13.1-q13.3,
41
y que la deficiencia de 1α (OH)asa
en PDDR es debido a la deleción en los codones 211 o
231 de CYP27B1.
18
Adicionalmente existen situaciones patológicas
cuya sintomatología incluye hipercalcemia, y que se
han relacionado con el incremento significativo en la
expresión y/o actividad de la 1α (OH)asa extrarre-
nal.
42
De estas podemos mencionar algunas enferme-
dades como la tuberculosis, la sarcoidosis, la candi-
diasis y el linfoma,
43
en donde se detectan altas con-
centraciones de calcitriol en suero. Este aumento se
ha relacionado con la sobreproducción de 1,25-
(OH)
2
D
3
por parte de células del sistema inmunológi-
co, ya sean linfocitos ó macrófagos.
43
Las concentraciones de 1,25-(OH)
2
D
3
también
sufren modificaciones con la edad: diversos estudios
indican que la concentración en suero de esta hor-
mona decrece significativamente en la vejez, lo que
se adjudica a diferentes factores, pero básicamente
se resumen en: menor producción cutánea de calci-
triol, menor ingesta en la dieta y alteraciones en la
salud que afecten la absorción o la función renal.
44-
46
Adicionalmente, la menopausia se asocia con la
reducción de las concentraciones de 1,25-(OH)
2
D
3
,
como consecuencia probable de la disminución de
los estrógenos circulantes.
47
A este respecto, exis-
ten estudios que indican que los estrógenos pro-
mueven la formación de 1,25(OH)
2
D
3
in vivo.
48,49
De hecho la reducción de estrógenos favorece la
pérdida de la masa ósea, y la administración de és-
tos en la mujer postmenopáusica incrementa las
concentraciones de calcitriol,
50
reduciendo el riesgo
de fracturas óseas en estos sujetos.
LA VITAMINA D Y EL EMBARAZO
El embarazo plantea grandes retos al organismo
materno, y uno de ellos es el de proveer de calcio al
feto sin alterar la homeostasis de dicho mineral. Al
término del embarazo el feto llega a acumular hasta
30 gramos de calcio, y para satisfacer esta demanda
el metabolismo de la vitamina D sufre ajustes que se
traducen en el aumento de las concentraciones san-
guíneas de 1,25-(OH)
2
D
3
, favoreciendo una mayor
absorción intestinal de calcio.
51
De hecho, las con-
centraciones de calcitriol se duplican a partir del pri-
mer trimestre del embarazo y se mantienen así has-
ta llegar a término.
52
La causa directa del incremen-
to en el calcitriol circulante no se explica fácilmente,
ya que este aumento no se asocia con bajas concen-
traciones de calcio o fósforo, las que en realidad se
encuentran ligeramente altas, y la regulación clásica
por la PTH tampoco se puede argumentar ya que en
el caso del embarazo los niveles de esta hormona se
encuentran dentro del rango normal.
53
Adicional-
mente el aumento de 1,25-(OH)
2
D
3
durante la gesta-
Díaz L et al.
La vitamina D.
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ción es independiente de la PTH.
52
Debido a estas
observaciones, es factible suponer la existencia de
otros factores involucrados en la regulación del calci-
triol que expliquen la elevación de las concentracio-
nes circulantes de esta hormona desde etapas tem-
pranas del embarazo. Los posibles candidatos son el
estradiol, la prolactina (hPRL), el lactógeno placen-
tario (hPL), el IGF-I y el péptido relacionado con la
PTH (PTHrP). El estradiol, la hPRL, el IGF-I
12-14
y
el hPL han demostrado estimular la actividad de la
1α (OH)asa in vitro,
53
y el estradiol también in
vivo.
48,50
Por otro lado, el PTHrP activa al receptor
común para PTH/PTHrP en el riñón y el hueso, y
sus concentraciones aumentan de manera progresiva
conforme avanza el embarazo, por lo que es posible
que la PTHrP estimule la síntesis de calcitriol de
manera independiente a la PTH durante la gesta-
ción. Todos estos factores pueden explicar el incre-
mento en las concentraciones circulantes de calci-
triol en el embarazo. Además, se debe considerar la
contribución en la producción de 1,25-(OH)
2
D
3
por
parte del riñón fetal, así como la producción extra-
rrenal por la placenta. En apoyo a lo anterior, expe-
rimentos llevados a cabo en ratas preñadas anéfricas
han demostrado calcitriol de origen extrarrenal en la
circulación materna.
54
Sin embargo, es importante
mencionar que de manera general se ha considerado
que el incremento de 1,25-(OH)
2
D
3
durante el emba-
razo es consecuencia del aumento en la actividad de
la 1α (OH)asa renal materna,
53
por lo que el calci-
triol de origen extrarrenal en este periodo puede te-
ner un significado biológico de naturaleza autocrina
o paracrina.
Contribución placentaria de calcitriol
La primera evidencia sobre la síntesis extrarrenal
de 1,25-(OH)
2
D
3
, se obtuvo en ratas preñadas, en
donde la nefrectomía bilateral reducía, mas no elimi-
naba la conversión de [
3
H]25-(OH)D
3
en [
3
H]1-25-
(OH)
2
D
3
.
54
Posteriormente diversos investigadores
comprobaron la producción placentaria de calcitriol,
en lo que a la actividad de la 1α (OH)asa se refiere,
34-
36
y no fue sino hasta fechas más recientes que se lo-
gró confirmar la expresión del gen CYP27B1 en deci-
dua
55
y trofoblasto.
37
Estos trabajos permitieron definir
que la 1α (OH)asa de origen decidual, trofoblástica y re-
nal proviene del mismo gen.
El calcitriol en la placenta y el feto
Las concentraciones circulantes de calcitriol en
el feto son más bajos que en la madre, lo que pro-
bablemente se explique por el hecho de que el feto
es hipercalcémico cuando se compara con las con-
centraciones de calcio en el suero materno. Esta
situación demanda la presencia de mecanismos
que permitan el transporte de calcio madre-feto en
contra de un gradiente de concentración. La pla-
centa es el órgano encargado de transportar el cal-
cio de la madre al feto, y si bien este sistema no
está aún bien caracterizado, diversos mecanismos
que dan cuenta del transporte activo requerido,
han sido localizados en la placenta. Tal es el caso
de los canales de calcio y las proteínas acarreado-
ras de este nutrimento, como la calbindina D
9K
y la
ATPasa del calcio.
56
Esta última es la encargada
de bombear calcio desde las capas basales en la
cara fetal de la placenta hasta el fluido fetal extra-
celular. El calcitriol tiene un papel importante en
este sistema de transporte, ya que estimula el paso
transplacentario del calcio a manera dosis-depen-
diente
57
y promueve la producción del mARN de
las proteínas acarreadoras de calcio, así como favo-
rece el transporte activo de este mineral mante-
niendo la homeostasis materna y haciendo posible
que el calcio se encuentre disponible para la pla-
centa, y consecuentemente que se mineralice ade-
cuadamente el esqueleto fetal. Por otro lado, la
presencia de receptores específicos para la
1,25(OH)
2
D
3
en la placenta
58
sugiere que esta hor-
mona tiene funciones específicas en este órgano. A
este respecto, la interacción 1,25(OH)
2
D
3
-VDR ha
demostrado estimular la expresión y secreción de
hPL en sinciciotrofoblastos humanos
59
lo cual im-
plica la participación del calcitriol a través del hPL
en el crecimiento de la placenta y del feto. Adicio-
nalmente, los efectos de la 1,25(OH)
2
D
3
sobre la di-
ferenciación celular y el control de la expresión de
ciertos genes, pueden contribuir también en el esta-
blecimiento adecuado de la unidad feto-placentaria
durante las primeras etapas de la gestación. En
apoyo a esto último existen estudios en ratas que
señalan la participación directa de la 1,25(OH)
2
D
3
en la decidualización del endometrio,
60
induciendo
la diferenciación de las células endometriales a de-
ciduales, lo que representa un evento crucial en el
proceso de la implantación del blastocisto.
Por otro lado, la existencia de un modelo animal
en donde se ha modificado el dominio de unión al
ADN en el VDR, ha permitido el estudio de la au-
sencia en la actividad biológica del calcitriol in
vivo. Los ratones homocigotos (-/-) nacieron com-
pletamente normales pese a la deficiencia del VDR
durante toda la gestación, pero durante el primer
mes de vida desarrollaron hipocalcemia, hiperpa-
ratiroidismo y alopecia total. Sobrevivieron al me-
nos los primeros seis meses.
61
83Díaz L et al.
La vitamina D.
Rev Invest Clin 2001; 53 (1): 77-85
Consecuencias de la deficiencia y/o
alteraciones del metabolismo de
la vitamina D durante el embarazo
Aún cuando existen estudios que indican que es po-
sible el desarrollo de recién nacidos sanos de madres
que han cursado su embarazo con bajas concentracio-
nes de calcitriol,
62
hay muchos otros que demuestran
alteraciones. A este respecto algunas investigaciones
han reportado nacimientos de niños con hipocalce-
mia, raquitismo neonatal, o que lo desarrollan más
tarde y crecimiento intrauterino reducido en casos
donde la madre tenía concentraciones sanguíneas re-
ducidas de vitamina D.
63-65
Además, existen estudios
que indican que las concentraciones bajas de calcitriol
en el suero fetal se asocian con talla pequeña y bajo
contenido mineral en el recién nacido.
66
Adicional-
mente algunos trabajos demostraron alteraciones en
el desarrollo cardiaco o falla cardiaca neonatal como
consecuencia de la deficiencia materna de la vitamina
D.
67,68
Otros estudios han informado convulsiones e
hipocalcemia en el neonato, secundarios a la deficien-
cia materna de calcitriol;
69
y se ha propuesto que la
deficiencia materna de vitamina D impacta adversa-
mente el desarrollo del cerebro fetal.
70
Por otro lado, la patología del embarazo conocida
como preeclampsia, se asocia con bajas concentracio-
nes circulantes de 1,25-(OH)
2
D
3
;
71,72
y si bien las
causas de esto no se conocen es probable que esta ca-
racterística sea consecuencia de deficiencias en la
función endocrina de la placenta, del riñón materno
o de ambos. En este padecimiento el neonato nace
generalmente con bajo peso al nacer.
CONCLUSIÓN
Recientemente se han logrado grandes avances en
el conocimiento de la vitamina D, tanto en el campo
de la ciencia básica como en la medicina clínica. La
visión clásica de la vitamina D como una hormona
cuyos efectos se limitaban al metabolismo del calcio
y la homeostasis del hueso, se ha revolucionado ex-
tensamente. Actualmente los estudios sobre la vita-
mina D consideran las acciones recientemente des-
critas que esta hormona ejerce sobre la proliferación
y la diferenciación celular, así como sobre el sistema
inmunológico. Esto último ha abierto todo un campo
de investigación en procesos de salud, enfermedad y
embarazo, en donde la vitamina D ha cobrado rele-
vancia. Adicionalmente, el potencial terapéutico de
la vitamina D sobre diversas enfermedades ha gene-
rado una búsqueda de análogos del calcitriol con
efectos antiproliferativos, inmunosupresores y que
favorecen la diferenciación celular.
AGRADECIMIENTOS
Agradecimiento al Consejo Nacional de Ciencia y
Tecnología (CONACYT), por el apoyo económico
prestado al proyecto 31036-M y por la beca de Docto-
rado con número de registro 125094.
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Reimpresos:
Biol. Lorenza Díaz
Instituto Nacional de Ciencias Médicas y
Nutrición Salvador Zubirán
Vasco de Quiroga No 15
Tlalpan 14000
México, DF.
Tel: (525)573-11-60
Fax: (525) 655-98-59
E-mail: lorenzadiaz@hotmail.com
Recibido el 26 de septiembre de 2000.
Aceptado el 05 de diciembre de 2000.
... The 1,25-dihydroxyvitamin D 3 [1,25(OH) 2 D 3 ] or calcitriol is a pluripotent seco steroid, which besides its role on mineral and ion homeostasis is associated with important cellular processes including cell proliferation and differentiation [1]. Synthesis of calcitriol from the Vitamin D precursor, 25-hydroxyvitamin D 3 [25OHD 3 ], takes place mainly in proximal renal tubular cells and is catalyzed by the enzyme 25-hydroxyvitamin D 3 -1␣-hydroxylase (1␣-hydroxylase/CYP27B1). However, expression of CYP27B1 has also been reported in a variety of extrarenal tissues, including the immune system, skin, and placenta [2][3][4][5][6]. ...
... Synthesis of calcitriol from the Vitamin D precursor, 25-hydroxyvitamin D 3 [25OHD 3 ], takes place mainly in proximal renal tubular cells and is catalyzed by the enzyme 25-hydroxyvitamin D 3 -1␣-hydroxylase (1␣-hydroxylase/CYP27B1). However, expression of CYP27B1 has also been reported in a variety of extrarenal tissues, including the immune system, skin, and placenta [2][3][4][5][6]. The identification of extrarenal CYP27B1 gene transcription products may indicate a possible role for calcitriol in autocrine or paracrine actions. ...
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Human placenta synthesizes and metabolizes 1,25-dihydroxyvitamin D(3) [1,25(OH)(2)D(3)/calcitriol] through the activity of 25-hydroxyvitamin D(3)-1alpha-hydroxylase (CYP27B1) and 1,25(OH)(2)D(3)-24-hydroxylase (CYP24A1), the two key enzymes for Vitamin D metabolism. In this study, calcitriol rapidly generated intracellular cAMP accumulation in cultured human syncytiotrophoblast cells, which in turn enhanced hCG secretion, a marker of trophoblast endocrine activity. The effects of 1,25(OH)(2)D(3) upon the expression of CYP27B1 and CYP24A1 were also investigated. 1,25(OH)(2)D(3) and activators of the PKA signaling system decreased the expression of CYP27B1, whereas increased CYP24A1 gene transcription. The use of a selective inhibitor of PKA (H-89) prevented the effects of calcitriol on CYP27B1 gene and hCG secretion, but not on CYP24A1 transcription. Addition of ZK 159222, a Vitamin D receptor (VDR) antagonist, blocked the calcitriol-mediated upregulation of 24-hydroxylase gene expression but did not affect calcitriol-induced downregulation of CYP27B1 gene or hCG stimulation. In addition, our study also demonstrated a role of calcitonin on Vitamin D hydroxylases gene regulation in placenta. The overall data suggest that calcitriol downregulates CYP27B1 expression via a cAMP-dependent signaling pathway, whereas upregulates 24-hydroxylase gene expression through a VDR-dependent mechanism.
... [1][2][3] Durante la gestación y lactancia, el proceso alimentario-nutricional se hace mucho más difícil, debido al incremento de las necesidades nutricionales que han de cubrir el crecimiento y desarrollo del feto y lactante, además de los cambios estructurales y del metabolismo que se producen en la madre. [2][3] En este entorno, son cada vez más frecuentes las evidencias resultantes de programas de nutrición y estudios de intervención, según los cuales las modificaciones de la nutrición materna pueden producir efectos beneficiosos para la salud materno-fetal-infantil. [4][5][6][7][8][9][10][11][12][13][14][15][16][17] En la Conferencia Internacional de Nutrición, celebrada en Roma en 1992, se planteó que el mundo todavía estaba muy lejos de alcanzar el objetivo de una alimentación y nutrición suficiente para todos, ya que la nutrición inadecuada es un serio problema de la salud en todo el mundo. 4,5 En la actualidad, más de 700 millones de personas no tienen alimentos suficientes para satisfacer sus necesidades básicas, y más de 2000 millones sobreviven con una dieta carente de vitaminas y minerales esenciales para un desarrollo normal. ...
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RESUMEN Se realizó un ensayo clínico abierto, no aleatorizado, con 265 embarazadas atendidas en el Hospital Docente Materno Infantil "10 de Octubre", entre el 1º de enero de 2005 y el 31 de diciembre del 2006, a fin de evaluar la utilidad y seguridad de la infusión periférica de soluciones de aminoácidos al 10% en el tratamiento de la afectación del crecimiento fetal y la anemia anteparto. El grupo estudio quedó formado por 142 embarazadas a las que se les administró hasta 3 ciclos de soluciones parenterales de aminoácidos al 10% a través de un acceso venoso periférico. El grupo control quedó conformado por 125 embarazadas con características demográficas y clínicas similares, y que fueron solamente monitoreadas durante el período de observación. El tratamiento evaluado disminuyó el riesgo de bajo peso al nacer (RR) en 10 veces (IC 95%: 10.0 – 20.1), con una reducción absoluta del riesgo (RAR) del 39.7%, mientras que el número necesario a tratar (NNT) fue de 3. El tratamiento evaluado también disminuyó el riesgo de ocurrencia de anemia (RR = 3.5; IC 95%: 2.1 – 5.8; RAR = 29.6%; NNT = 4). La infusión de las soluciones de aminoácidos al 10% a través de un acceso periférico fue más efectiva mientras más tempranamente se inició el tratamiento, y mientras se pudieron ofrecer los ciclos de tratamiento, según requerimientos individuales. El tratamiento propuesto fue seguro, y se contabilizaron pocas reacciones adversas. Se emiten recomendaciones sobre la introducción de esta práctica terapéutica después de una ponderación cuidadosa de los resultados del ensayo clínico. Descriptores DeCS: Bajo Peso fetal, Nutrición Parenteral, Embarazo, Aminoácidos, Anemia anteparto.
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This 1998 study investigated the association between intake of fish and fish oil during pregnancy and full-term infants' size at birth in an Icelandic fishing community. Healthy women aged 20-40 years of normal weight before pregnancy (body mass index: 19.5-25.5 kg/m(2)) and at 38-43 weeks of gestation were selected randomly. Information on infant size at birth was collected from maternity records. Intake of fish and fish oil in pregnancy was ascertained (n = 491, 80.1%) by using a validated, focused, food frequency questionnaire. Infants of women in the lowest quartile of fish consumption weighed less (p = 0.036), were shorter (p < 0.001), and had a smaller head circumference (p < 0.001) at birth than those of women consuming higher amounts of fish. Infants of women in the highest quartile of fish oil intake (> or =1 tablespoon (11 ml)/day), consuming threefold the recommended dietary allowance of vitamin A and twofold that of vitamin D, were shorter (p = 0.036) and had a smaller head circumference (p = 0.003) than those of women consuming less. Infant size at birth increased with fish consumption, especially for women in the lower quartiles of consumption. Smaller birth size was linked to the highest levels of fish oil intake. Constituents of fish and fish oil might affect birth size differently depending on the amount consumed.
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Calcitriol is an antiproliferative prodifferentiating secosteroid that exerts a protective role for some kinds of cancer. Alterations in 25-hydroxyvitamin D-1alpha-hydroxylase (CYP27B1) activity have been found in some tumor cells, but there are no studies performed in human choriocarcinoma. In the present work, calcitriol production and CYP27B1 gene regulation were studied in the human choriocarcinoma cell line JEG-3, and compared with normal human syncytiotrophoblasts (hS) in culture. In JEG-3 cells, secretion of [(3)H]calcitriol was significantly less (P<0.001) than in hS (45+/-17fmol/mg protein versus 174+/-87fmol/mg protein, respectively; n=8). CYP27B1 mRNA was similar in both JEG-3 and hS cells; but the protein was detected only in hS extracts. In contrast to the hS, JEG-3 CYP27B1 gene expression was not regulated by calcitriol or by a cAMP analogue. Our results indicate that in JEG-3 cells calcitriol production is diminished due to CYP27B1 dysregulation and low protein content, and suggest that hyperproliferation could be a consequence of these alterations.
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Controversy exists regarding the role of GH and insulin-like growth factor-I (IGF-I) in the modulation of calcitriol production. While their administration increases serum levels of 1,25-dihydroxyvitamin D, the mechanism remains unknown. Investigations have also implicated GH as a causal factor underlying renal 25-hydroxyvitamin D-1 alpha-hydroxylase activity [1(OH)ase] secondary to phosphate depletion. Thus, we investigated the effects of IGF-I on 1(OH)ase and the relationships between these actions and those of phosphate depletion. Our studies indicate that IGF-I administration to normal mice results in a dose-dependent (0-10 micrograms/h) increase in 1(OH)ase with maximum effects evident after 24 h, independent of changes in serum calcium, phosphorus, and glucose levels. Similarly, hormone administration to phosphate-depleted mice increases enzyme activity (6.06 +/- 0.96 vs. 13.97 +/- 1.67 fmol/mg.min) but to a level significantly greater than that achieved in normals (2.72 +/- 0.4 vs. 5.01 +/- 0.56 fm...
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We evaluated the effects of estrogen on the calcitriol response to the active peptide, human PTH(1-34), in postmenopausal women. Fifteen women were studied before and again after at least 1 month of treatment with conjugated equine estrogens, 1.25 mg/day. Six women received two series of four graded peptide infusions, each with the sequence 200, 400, 800, and 1600 USP U hPTH(1-34). Nine women received only one dose of peptide, either 200 or 800 U, before and while taking estrogen. Baseline values and the incremental and percent changes in circulating calcitriol 24 h after the 20-min infusions were evaluated. Estrogen treatment resulted in significant reductions in blood levels of calcium (2.26 +/- 0.03 mmol/L vs. 2.16 +/- 0.02, P less than 0.05) and phosphorus (1.23 +/- .05 mmol/L vs. 1.14 +/- 0.03, P less than 0.005), a rise in serum calcitriol concentrations (42.2 +/- 3.9 pg/mL vs. 28.6 +/- 3.1, P less than 0.005), and no change in circulating PTH. The rise in calcitriol after 200 U hPTH(1-34) was significantly greater on estrogen (17.6 +/- 2.0 pg/mL vs. 9.5 +/- 1.8, P less than 0.01), but estrogen did not alter incremental responses to larger doses. When results were normalized for differences in baseline values, the estrogen-related change in response to 200 U was no longer significant. hPTH(1-34) acutely increased urinary clearance of cAMP and phosphorus, but estrogen did not affect this response. We conclude that exogenous estrogen does not increase renal sensitivity to PTH in postmenopausal women.
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Reflecting the prime role of 1α,25(OH)2D3 in calcium homeostasis, the activity of 25-hydroxyvitamin D3 1α-hydroxylase, a key enzyme for 1α,25(OH)2D3 biosynthesis, is tightly regulated by 1α,25(OH)2D3, PTH and calcitonin. Its significant activity is found in kidney, though the enzymatic activity is also reported in extra-renal tissues. In the present study, we found that the 1α-hydroxylase gene abundantly expresses in kidney, and at low levels in other tissues and in some cell lines. Positive and negative regulations of 1α-hydroxylase gene by PTH, calcitonin, or 1α,25(OH)2D3 were observed at transcriptional levels in kidneys of animals and in a mouse proximal tubule cell line. Moreover, the protein kinase A inhibitor abrogated the PTH-mediated positive regulation. In mice lacking the vitamin D receptor, the 1α-hydroxylase gene expression was overinduced, and the inducible effect of either PTH or calcitonin, but not the repression by 1α,25(OH)2D3, was evident. Thus, vitamin D receptor is essential for the negative regulation by 1α,25(OH)2D3. Moreover, we demonstrate that renal 1α-hydroxylase gene expression in chronic renal failure model rats was decreased and the positive effect by PTH and calcitonin was diminished. The present study demonstrates that PTH and calcitonin positively regulate renal 1α-hydroxylase gene expression via PKA-dependent and independent pathway, respectively, and that 1α,25(OH)2D3 negatively regulates it mediated by vitamin D receptor. Furthermore, in a moderate state of chronic renal failure, renal cells expressing the 1α-hydroxylase gene appear to have diminished potential in response to PTH and calcitonin.
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Extrarenal 25-hydroxyvitamin D3-1α-hydroxylase is believed to play a major role in the pathogenesis of hypercalcemia associated with various types of granulomatous and lymphoproliferative diseases and certain solid tumors. In this paper, we describe the cloning of the cytochrome P450 component of the extrarenal enzyme from a human nonsmall cell lung carcinoma, SW 900. The cytochrome P450 for the extrarenal 1α-hydroxylase has an amino acid sequence identical to that of the cytochrome P450 component of the CYP1α, the renal form of the enzyme, and appears to be a product of the same gene. CYP1α messenger RNA (mRNA) and 1α-hydroxylase enzyme activity were detected in two (SW 900, SK-Luci-6) of a series of five nonsmall cell lung carcinoma cell lines. All five lung cell lines were cultured with the same medium under the same conditions, but only two of the five expressed 1α-hydroxylase enzyme; two others (WT-E, Calu-1) expressed high levels of the reciprocally regulated enzyme, 25-hydroxyvitamin D3-24-hydroxylase, with its specific cytochrome P450 component, CYP24. Although under basal conditions the lung cell line SW 900 expressed only CYP1α and showed 1α-hydroxylase enzyme activity, when treated with small concentrations of 1α,25-dihydroxyvitamin D3 or high concentrations of 25-hydroxyvitamin D3, it began to express CYP24 and exhibit 24-hydroxylase enzyme activity. Somewhat surprisingly, SW 900 cells still had detectable CYP1α mRNA some 24 h after vitamin D treatment despite the fact that 1α-hydroxylase enzyme activity was unmeasurable. These data are consistent with the emerging hypothesis that vitamin D through its active form does not directly turn off CYP1α mRNA production but, rather, strongly stimulates CYP24, thereby masking CYP1α activity. The factor(s) responsible for the basal expression of CYP1α in SW 900 and SK-Luci-6 is currently unknown.