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Contribución de los modelos animales al estudio de la obesidad John Speakman, Catherine Hambly, Sharon Mitchell y Elżbieta Król Aberdeen Centre for Energy Regulation and Obesity, School of Biological Sciences, University of Aberdeen, Aberdeen AB24 2TZ, UK .&$!!$3( *-+)!$(" *)+ " "% a "$-") *)+ "$!$3( #( #,*4)& "# )+-)+/ ($’&, uestr agradeciiet a Cse de Direcci de abratry Aias td pr e patrcii y cabraci e esta traducci " 1 &+ +-5(#0 $,-& + ),6 .5, +-5( ++, #,2, +-5(#0 &!$) Laboratory Animals THE INTERNATIONAL JOURNAL OF LABORATORY ANIMAL SCIENCE AND WELFARE

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Contribución de los modelos animales al estudio de laobesidad

John Speakman, Catherine Hambly, Sharon Mitchell y Elżbieta Król

Aberdeen Centre for Energy Regulation and Obesity, School of Biological Sciences,University of Aberdeen, Aberdeen AB24 2TZ, UK

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Nuestro agradecimiento al Consejo de Dirección de Laboratory Animals Ltd. por el patrocinioy colaboración en esta traducción.

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Aberdeen Centre for Energy Regulation and Obesity, School of Biological Sciences, University ofAberdeen, Aberdeen AB24 2TZ, UK

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La obesidad es el resultado de un desequilibrio prolongado entre el consumo y el gasto de energía. Losmodelos animales han contribuido de manera fundamental al desarrollo histórico de la comprensión delos pocesos básicos que regulan nuestro equilibrio energético. Se han empleado cinco tipos diferentes demodelos animales en el estudio de las bases fisiológicas y genéticas de la obesidad. El primer modelo re-fleja mutaciones monogénicas que han aparecido de forma espontánea en colonias de roedores, y conse-cuentemente se han caracterizado. El segundo consiste en aumentar el índice de mutaciones aleatorias deforma artificial, tratando a los roedores con mutágenos o exponiéndolos a radiación. El tercer modelo sonratones y ratas en los que un gen específico ha sido alterado o sobreexpresado deliberadamente. Estas al-teraciones manipuladas genéticamente pueden generarse por todo el cuerpo y durante toda la vida (mani-pulaciones transgénicas globales) o restringirse a un periodo de tiempo y a un determinado tejido o tipocelular. En estos casos, hay dos tipos de situaciones que permiten nuevos descubrimientos: cuando setiene como objetivo un gen específico que se piensa que tiene una función en la regulación del equilibrioenergético, y cuando se altera un gen con un propósito diferente, pero la consecuencia es un inesperadofenotipo obeso o delgado. Un cuarto grupo de modelos animales abarca experimentos donde se ha utili-zado la cría selectiva para obtener cepas de roedores que difieren en su grado de acumulación grasa. Porúltimo, se han hecho estudios de otras especies que incluyen primates no humanos y perros. Junto con losestudios de las bases genéticas y fisiológicas de la obesidad, los estudios de modelos animales nos han in-formado sobre los aspectos ambientales de esta condición. Los estudios en este contexto incluyen el aná-lisis de las respuestas de los animales a dietas altas en grasas o altas en grasas y en azúcares (dieta decafetería), investigaciones sobre los efectos de la restricción dietética en la masa corporal y la pérdida depeso, y por último, estudios sobre el impacto de fármacos potenciales sobre algunos componentes delequilibrio energético. A pesar de la existencia de todos estos trabajos, aún quedan muchas lagunas en elconocimiento sobre la regulación de la composición corporal y el almacenamiento de energía, y una ne-cesidad constante de desarrollar fármacos para tratar la obesidad. Por consiguiente, la reducción del usode modelos animales, aunque éticamente deseable, no será viable a corto o a medio plazo, e incluso seprevé un aumento de la actividad investigadora que implica la utilización de modelos animales, ya que laepidemia de obesidad continúa y se expande geográficamente.

m~ä~Äê~ë=Åä~îÉW obesidad; modelos animales; genética; modificaciones genéticas; dieta; restriccióncalórica.

Está plenamente aceptado que la obesidad pro-viene de un desequilibrio prolongado entre elnivel de consumo y el gasto de energía, almace-nándose el excedente que resulta en forma de lí-pidos corporales, principalmente en forma detejido adiposo. Comprender los factores que re-

gulan tanto el consumo como el gasto de energíaes por tanto un paso importante en el desarrollode tratamientos para la obesidad, ya sean modifi-caciones ambientales/de estilo de vida o fárma-cos. Nuestros conocimientos sobre la regulacióndel consumo de alimento y el comportamiento en

Correspondence: J Speakman.Email: [email protected] 17 October 2007

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la elección de alimento y la base fisiológica delas diferencias en el gasto de energía, se debe engran parte a los estudios realizados en animales.En los últimos 15 años se han hecho espectacula-res progresos en esta área, en particular desde eldescubrimiento de la leptina, hormona citoquina,derivada de los adipocitos (Zhang et al. 1994) ysu receptor (Tartaglia et al. 1995, Lee et al.1996), ambos descubiertos mediante la caracteri-zación del defecto genético en ratones mutantes(ratones ob/ob y db/db) que apareció espontánea-mente en los Laboratorios Jackson en los años 40y 50 (Ingall et al. 1950, Hummel et al. 1966). Eldescubrimiento de la leptina desencadenó unaexplosión de actividad en el campo de la regula-ción de energía (reseñado en Schwartz et al.2000, Morton et al. 2006), siendo este descubri-miento, en su totalidad, resultado del trabajo conanimales. Sin embargo, la importancia crítica deutilizar modelos animales para entender las regu-laciones del consumo de energía y el equilibrioenergético es de varias décadas anteriores al des-cubrimiento de la leptina. Algunos ejemplosclave son el descubrimiento de la insulina, hor-mona reguladora pancreática, a principios delsiglo pasado (Banting & Best 1922), que fue engran parte el resultado del trabajo con perros; se-ñales de saciedad provenientes del intestinocomo el péptido YY (PYY) (Adrian et al. 1985)y la colecistoquinina (CCK) (Gibbs et al. 1973),ambos descubiertos mucho antes que la leptinamediante el trabajo con animales. Además, losmodelos animales han contribuido no sólo anuestro conocimiento de las bases fisiológicas ygenéticas de la obesidad, sino que han sido piezaclave en estudios sobre los efectos ambientales,tales como la epigenética, respuestas a dietasaltas en grasas y bajas en calorías, y la identifica-ción y desarrollo de varios agentes farmacéuticospara el tratamiento de la obesidad. Este trabajoproporcionará algunos ejemplos del trabajo conanimales que se ha realizado para entender lasbases genéticas y fisiológicas de la obesidad.También nos referiremos a factores ambientales,centrándonos en diferentes aproximaciones quese han empleado al trabajar con animales, enlugar de pretender hacer un resumen exhaustivode todo el trabajo que se ha llevado a cabo eneste campo. Un estudio anterior (West & York1998) ha resumido los enfoques animales en el

estudio de dietas altas en grasas, y en consecuen-cia daremos menos énfasis a este aspecto. El es-tudio termina con una evaluación de laposibilidad de reducir el uso animal para el estu-dio de la obesidad.

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Mutaciones espontáneas con pérdida de la fun-cionalidad en un único genLos ratones ob/ob (Zhang et al. 1994) y db/db (Ba-hary et al. 1990) y la rata Zucker obesa (fa/fa)(Zucker & Zucker 1961) son casos clásicos de lasmutaciones espontáneas de pérdida de función enun único gen que generan obesidad masiva. Al ca-racterizar las bases genéticas de las mutaciones sereveló que el defecto en los ratones ob/ob se debe ala supresión de un único par de bases, y al pro-ducto génico se le dio el nombre de leptina (Zhanget al. 1994). Las mutaciones de db/db y ratas fa/faresultaron ser mutaciones en el receptor de leptina.En la actualidad, se conocen al menos 10 defectospor pérdida de función en un único gen que causenobesidad masiva y hayan sido completamente ca-racterizados genéticamente. En todos los casos enlos que se han descubierto estos defectos, estosprovienen inicialmente de mutaciones espontáneasen grandes centros de producción. Los mutantes deun único gen son normalmente detectados por ex-pertos observadores, y confirmados más tarde,cuando exhiben su alteración genética. El desarro-llo de técnicas de secuenciación de alto rendi-miento y la conclusión de los genomas del ratón yla rata en los primeros años del nuevo milenio hanayudado a que el tiempo entre el descubrimientode un nuevo mutante y su caracterización se re-duzca considerablemente, y a que progresivamentese vaya acortando aún más.

Sin embargo, hay una aleatoriedad inherente enel descubrimiento de defectos en un único gen, loque significa que los genes con ningún o mínimoefecto en el heterocigoto tienen una menor posibi-lidad de ser descubiertos (Crawley 2003). Además,la detección de únicamente los principales defectosgenéticos implica que casi por definición estos de-fectos afectarán únicamente a una mínima propor-ción de la población, como fue el caso del ratónob/ob y el gen leptina. Aunque este descubrimientosupuso un gran avance, los cribados genéticos en

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la población humana han mostrado que un ínfimonúmero de individuos tienen mutaciones por pér-dida de función en este gen (Farooqi & O’Rahilly2005). Esto también sucede con todos los demásgenes que se han descubierto como defectos es-pontáneos en un único gen y caracterizados gené-tica y funcionalmente (Rankinen et al. 2006).El auténtico progreso que aporta el estudio de estosgenes es que permite avanzar en nuestros conoci-mientos sobre el funcionamiento del sistema de re-gulación energética. De hecho, muchos de estosgenes alterados que pertenecen a este grupo demutaciones únicas espontáneas, parecen estar in-volucrados en un patrón común que incluye la lep-tina y la insulina como moléculas señalizadoras.Para aumentar nuestro conocimiento de este patrónhan sido cruciales los estudios de caracterizaciónde estos defectos espontáneos “por pérdida de fun-ción en un único gen”.

Mutaciones con pérdida de función en un único gen,generadas de forma artificialLa arbitrariedad con la que mutaciones espontáneasresultan en pérdidas de función importantes engenes críticos ha llevado a intentos de acelerar elproceso mediante el aumento artificial de los nivelesde mutación. Esto se consigue tratando a los anima-les con sustancias químicas mutagénicas o expo-niéndolos a radiación (Russell & Russell 1992,Dhar et al. 2000, 2004, Gailus-Durner et al. 2005).Ya que estas mutagénesis no son totalmente dirigi-das, los resultados son alteraciones arbitrarias distri-buidas por todo el genoma que se transmiten a ladescendencia. Los animales generados en estos ex-perimentos no sólo muestran o ilustran la regula-ción de energía, sino muchos otros aspectos de lasfunciones animales. Un programa de trabajo conmutagénesis en Alemania ha dado como resultado laidentificación de un ratón con alteraciones en el re-ceptor de la hormona de crecimiento (SMA-1).Estos animales tienen alguna relevancia en el estu-dio de la obesidad, ya que su fenotipo implica uncuerpo pequeño debido a la limitación del creci-miento, junto con un aumento importante en la can-tidad de tejido adiposo (Meyer et al. 2004).

El principal problema de esta técnica es que,aunque es relativamente fácil inducir mutaciones ar-tificiales y aleatorias en animales, es extremada-mente costoso fenotipar a la descendencia resultantede estos animales a una escala razonable. Dado que

el genoma del ratón se compone de alrededor de25.000-30.000 genes, y dado que una mutación con-creta puede producir solamente un efecto de pérdidade función en el 3-5% de los casos (el resto de mu-taciones produce efectos benignos en el tercercodón o modificaciones que no alteran la secuenciade aminoácidos, o si la alteran no son funcionales),descubrir el efecto de pérdida de función en un genconcreto requeriría la fenotipificación de más demedio millón de individuos. Medir solamente unavez el peso corporal de este número de animales re-sultaría prohibitivo. Por lo tanto, estos estudios hanaportado un mínimo progreso a los conocimientossobre la regulación de energía, un fenotipo muchomás complejo de caracterizar que el peso corporal.

Modificaciones genéticasSe ha creado un gran número de modelos transgéni-cos y knockout (KO) con fenotipos obesos y delga-dos desde la caracterización de los primeros genesde la obesidad (Inui 2000, Salton et al. 2000). La ac-tualización en 2005 del mapa genético de la obesi-dad humana citaba 248 genes que, cuando sonmutados o expresados como transgenes en el ratón,resultan en fenotipos que afectan al peso corporal ya la cantidad de tejido adiposo (Rankinen et al.2006). La capacidad de introducir o eliminar genesen la línea germinal de los animales ha facilitado eldesarrollo de complejos modelos genéticos de enfer-medad, así como el estudio in vivo de las funcionesgénicas. Las investigaciones sobre la obesidad hansido un reto debido a su compleja etiología en loque se refiere a los factores genéticos, metabólicos,de comportamiento y ambientales. La investigaciónutilizando modelos animales, genéticamente modifi-cados, de obesidad y delgadez ha llevado a una im-portante expansión de nuestro conocimiento sobrelos mecanismos fisiológicos y moleculares queafectan al equilibrio energético. Esto es útil para laidentificación de dianas potenciales para el desarro-llo de terapias frente a la obesidad humana.

Con las tecnologías tradicionales de transgéne-sis, desarrolladas entre finales de los años 80 y losaños 90, había poco control sobre cuántas copias degenes, y dónde, eran introducidas en el genoma. Sinembargo, ahora existe una gran abundancia de sofis-ticadas técnicas para actuar sobre el gen, lo que per-mite a los investigadores manipular el genoma deforma que es posible efectuar prácticamente cual-quier cambio en él. Además, avanzadas técnicas

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permiten controlar alteraciones del genoma que sóloactúan en un momento concreto, o que tienen cons-tructos que se expresan sólo en tejidos específicos(Davey & MacLean 2006).

La sobreexpresión de los genes diana fue la pri-mera técnica que se utilizó de forma amplia. La se-cuencia de codificación completa del gen es clonadacorriente abajo desde un promotor que puede pro-porcionar expresión global o específica de un te-jido, resultando en una descendencia transgénicaque sobreexpresa el gen diana. Aunque es una téc-nica bastante sencilla y barata, el nivel de expresiónde genes y proteínas no siempre tiene un efecto fi-siológico. Los modelos globales murinos KO sonmás predecibles y más reproducibles que los de so-breexpresión. Aquí, el fenotipo es creado a partir dela eliminación total del gen diana en todos los teji-dos, y estos ratones KO pueden utilizarse para laidentificación de muchos factores implicados en eldesarrollo. De estos modelos KO resultan a menudoacciones imprevistas de los genes diana que, aunquea veces son perjudiciales, resultando por ejemplo enmalformaciones embrionarias, pueden en muchoscasos permitir descubrimientos inesperados sobrelas funciones de dichos genes.

Un ejemplo de un descubrimiento inesperadodesarrollado a partir de un KO transgénico es elratón axl, desarrollado originalmente para determi-nar si el receptor tirosina quinasa, axl, tenía algúnpapel en la leucemia. Como se esperaba, este ratónno exhibía ningún tumor hematopoyético, pero ca-sualmente, las características fenotípicas exhibidasestaban asociadas con diabetes mellitus no depen-diente de insulina. El ratón axl presenta hipergluce-mia e hiperinsulinemia, severa resistencia a lainsulina y obesidad progresiva, pero no polifagia(Agustine et al. 1999). Posteriores análisis de estosanimales axl revelaron elevaciones sistémicas delfactor de necrosis tumoral alfa (TNF α), que tam-bién ha demostrado ser elevado tanto en modelosanimales de obesidad, como en humanos (Yama-kawa et al. 1995, Katsuki et al. 1998), lo que su-giere que la expresión de axl afecta a la modulaciónendógena de la producción de TNF α, que a su vezcontribuye de forma indirecta al desarrollo de laobesidad.

Además de los modelos KO globales y sobre untejido específico, la modificación genética tambiéncomprende modelos “knock-in”, que reemplazan elgen endógeno por una mutación. Los ratones knock-

in tienen la capacidad de jugar un papel más especí-fico y pueden usarse para determinar los efectos decambios leves en la estructura o función de las pro-teínas. Se han utilizado como modelo para enferme-dades humanas o para determinar la significaciónfuncional de patrones de señalización de un receptorparticular. Por ejemplo, los ratones s/s creados porBates et al. (2003) se desarrollaron para investigar elpapel de las señales de leptina individuales mediantela introducción de una mutación knock-in que alte-raba el patrón de señalización intracelular domi-nante a través del que se creía que la leptina tenía suprincipal función (el patrón STAT3). La ausencia dela forma larga del receptor de leptina (ObRb), comoen el caso de los ratones db/db, da lugar a obesidady diabetes. Se halló que los ratones s/s presentabansimilitudes con los db/db, al mostrar un desarrollotemprano de la obesidad, caracterizado por polifagiay niveles elevados de leptina e insulina, lo que su-giere resistencia a la leptina. Sin embargo, la restric-ción calórica normalizaba el control glucémico enlos ratones s/s, que mostraban una mejora en la re-sistencia a la insulina y la intolerancia a la glucosa.En consecuencia, los ratones transgénicos s/s hancontribuido a un estudio más profundo de la obesi-dad y la diabetes (Bates et al. 2005).

Un problema clave con los ratones KO es la po-sibilidad de que el gen provoque la muerte prema-tura del embrión, imposibilitando el estudio de susefectos en adultos. Un problema menos obvio esque una manipulación genética que tenga efecto du-rante toda la vida puede forzar a los animales ahacer cambios compensatorios a lo largo de su des-arrollo. Por lo tanto, el que normalmente es un genclave en el proceso de la regulación energéticapuede en apariencia tener muy poca importanciacuando ha sido eliminado porque un mecanismocompensatorio se ha hecho cargo de sus funciones.Uno de estos casos es el gen del neuropéptido Y(NPY). Cuando se introduce de forma directa en elcerebro, este neuropéptido es uno de los estimulado-res más potentes del comportamiento alimentario.Además, cuando los animales son privados de co-mida, los niveles naturales de NPY aumentan, mien-tras que en los animales saciados disminuyen (Lin etal. 2004). Sin embargo, cuando se eliminó el NPY,los ratones resultantes no mostraban un fenotipoanómalo obvio (Erickson et al. 1996a,b, Palmiter etal. 1998). El sistema Cre/loxP es una herramientapara los KO histoespecíficos y tiempo específicos

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de genes objetivo, que permite la investigación dedichos genes. Este sistema se compone de dos líneastransgénicas separadas, una que expresa Cre recom-binasa (Cre) y otra en la que las secuencias de reco-nocimiento de Cre recombinasa (loxP) estánestratégicamente posicionadas a cada lado del genobjetivo. Cuando Cre se expresa en ratones que al-bergan un gen diana que contiene loxP, se elimina elgen deseado. Dependiendo del la especificidad deltejido y el tiempo de expresión de la recombinasa,estas modificaciones pueden verse restringidas aciertos tipos celulares o estadios del desarrollo(Kuhn & Torres 2002).

Algunos ejemplos del uso del sistema Cre/loxPincluyen su uso para crear ratones con trastornoshistoespecíficos en el receptor de la insulina: en eltejido muscular (MIRKO) (Bruning et al. 1998), enlas células β (BIRKO) (Kulkarni et al. 1999), en eltejido hepático (LIRKO) (Michael et al. 2000) y enel tejido adiposo (FIRKO) (Bluher et al. 2002). Elratón FIRKO presenta una baja masa adiposa, pér-dida de la relación normal entre la leptina plasmá-tica y el peso corporal y aparece protegido contra laobesidad relacionada con la edad y la inducida porlesión hipotalámica. Resulta interesante que, mante-niendo niveles normales de ingesta alimenticia,estos ratones también demuestran tener muchas ca-racterísticas similares a los ratones sometidos a res-tricciones calóricas, incluyendo una vida más largaque la de las líneas salvajes.

Los estudios sobre animales genéticamente mo-dificados no sólo han aumentado nuestros conoci-mientos sobre la regulación de la ingesta dealimento y el equilibrio energético, sino que tambiénhan tenido un papel clave en el aumento de nuestrosconocimientos sobre la relación entre la obesidad yenfermedades como la diabetes y el síndrome meta-bólico. Por ejemplo, la rata con obesidad de co-mienzo tardío (llamada LOB, late-onset obesity rat)fue descubierta como resultado de manipulacionestransgénicas que en origen se habían creado para in-vestigar la expresión de la hormona de crecimientoen el sistema vasopresina (Wells et al. 2003). Alcompararlo con mutaciones espontáneas más clási-cas, se encontraron varias diferencias en este mo-delo transgénico. Primero, la mutación eraautosómica dominante, desarrollando obesidad deforma tardía, al contrario que la mayoría de las mu-taciones, que son recesivas con obesidad de apari-ción temprana. En prácticamente todos los modelos,

la obesidad es manifiesta en todos los depósitos degrasa, mientras que los machos de rata LOB, lagrasa se acumula de forma selectiva en depósitosviscerales, pero no periféricos, como a veces ocurreen los humanos. Además, al contrario que muchosotros modelos que presentan polifagia, la obesidadse manifestaba a pesar del consumo normal de unadieta baja en grasas, que curiosamente podía ini-ciarse en ratas LOB jóvenes administrando unadieta elevada en grasas. De nuevo en contraste conla mayoría de los modelos que muestran resistenciaa la insulina, las ratas LOB mantenían la sensibili-dad a la insulina a pesar de presentar una obesidadvisceral masiva (Hummel et al. 1966, Coleman &Hummel 1967), lo que proporciona un valioso mo-delo para la investigación de enfermedades relacio-nadas con la obesidad.

Varios estudios han sugerido que aunque la obe-sidad predispone a varias enfermedades, no es lamasa adiposa total sino la grasa abdominal excesivael mejor indicador de las consecuencias metabólicasadversas, tales como la resistencia a la insulina, laintolerancia a la glucosa y la dislipidemia, asociadacon el síndrome metabólico X (Montague & O’Ra-hilly 2000). Para examinar esta relación más afondo, se han estudiado modificaciones genéticas delas dos formas del 11β-hidroxiesteroide dehidroge-nasa (11β-HSD). En contraste con el 11β-HSD tipo2, que inactiva los glucocorticoides, el 11β-HSDtipo 1 regenera esta acción. Los ratones que sobre-expresaban 11β-HSD-1 (Masuzaki et al. 2001, Ma-suzaki &Flier 2003) mostraban síntomas delsíndrome metabólico similares a los observados enhumanos, por ejemplo obesidad visceral, resistenciaa la leptina e insulina, dislipidemia e hipertensión(Rask 2001), mientras que los ratones sin ningunamutación en el gen 11β-HSD-1 mostraban un feno-tipo resistente a la diabetes y resistencia a la acumu-lación de grasa visceral y a la insulina (Kotelevtsev1997, Holmes 2001).

Modelos poligénicosEs obvio que en la mayoría de las circunstancias laobesidad y sus precursores energéticos relacionadosson normalmente rasgos multifactoriales o poligéni-cos, que resultan de la acción combinada de muchosgenes e interacciones ambientales. En los humanos,las mutaciones monogénicas son de limitada impor-tancia cuando consideramos el aumento de la epide-mia de obesidad, ya que sólo son aplicables a unos

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pocos casos en la población obesa. A la vista deestas evidencias, varios programas de investigaciónse han centrado en localizar la base poligénica de laobesidad, y muchos de ellos han empleado modelosanimales. A pesar de que a menudo el fenotipo deun animal se mide fácilmente, la identificación delos genes que se encuentran bajo un rasgo puede serun trabajo laborioso. Sin embargo, comparado conestudios con humanos, el empleo de modelos ani-males es muchas veces más rápido, ya que las técni-cas mejoradas y algunos métodos más agresivos(como por ejemplo la disección corporal completa)permiten una descripción precisa del fenotipo. Ade-más, se ha mejorado la capacidad de detectar loci decarácter cuantitativo (QTL) utilizando modelos ani-males, gracias al mayor tamaño de las familias y laestructura genealógica más controlada y formali-zada. Aunque se han utilizado varios modelos ani-males, tales como ratas (Watanabe et al. 1999),pollos (Jennen et al. 2005) y cerdos (Andersson etal. 1994), el ratón es la especie de modelo genéticomás común, y recientes avances para determinar sumapa genético han incrementado aún más su uso.Normalmente, el mapa molecular se compone demás de 6500 marcadores microsatélite basados en lareacción en cadena de la polimerasa (Dietrich et al.1996). Dado que el ratón presenta una gran homo-logía con otras especies de mamíferos, su uso parala localización de loci genéticos es valiosísimo.

A la hora de localizar regiones del genoma res-ponsables de fenotipos de obesidad poligénica, elmapeo de QTL es una valiosa herramienta que ras-trea el genoma de un organismo para buscar asocia-ciones estadísticas entre información fenotípica y losmarcadores. Los QTL mapeados pueden ser el resul-tado de genes individuales o de un número de locirelacionados. Hasta la fecha, se han localizado másde 200 QTL de la obesidad en el ratón, aunque mu-chos de ellos están en la misma región cromosómicay podrían, por lo tanto, representar el mismo o losmismos genes (Snyder et al. 2004). Los QTL son de-tectados normalmente en entrecruzamientos de indi-viduos pertenecientes a la generación F2, que seconsiguen con más éxito mediante el uso de dos po-blaciones basales de animales que muestren grandesdiferencias significativas en el rasgo en cuestión.Muchos rasgos relacionados con la obesidad son al-tamente hereditarios y por lo tanto la selección de losdos genotipos extremos (elevado y bajo) dentro deuna línea lleva a características divergentes (Sharp et

al. 1984). Las líneas divergentes son posteriormentecruzadas para producir una población F1 y despuéscruzada entre hermanos para producir una poblaciónF2 endogámica, que típicamente exhibe una ampliavariación fenotípica entre individuos (Pomp 1997).La información genotípica y fenotípica de marcado-res moleculares se utiliza para determinar asociacio-nes estadísticas entre el fenotipo y áreas del genoma,localizando QTL. Una ventaja clave de esta técnicaes que no requiere ningún conocimiento previo sobrela naturaleza biológica del rasgo sometido a examen(Fisler & Warden 1997).

Los rasgos relacionados con la obesidad que sehan seleccionado de forma divergente a lo largo demuchas generaciones incluyen la masa corporal(White et al. 1968, Hastings et al. 1993, Bünger &Hill 1999), composición corporal (Sharp et al. 1984,Hastings & Hill 1989), nivel de ingesta (Sharp et al.1984) pérdida de calor (Nielsen et al. 1997a,b) y ac-tividad espontánea (Swallow et al. 2001). Una listadetallada de aquellos en los que ha tenido lugar elmapeo de QTL está disponible en Brockmann y Be-vova (2002). La mayoría de los QTL tienen sólo unpequeño efecto, sin embargo, otros contribuyen demanera más significativa. Por ejemplo, Fob2 ex-plica el 19,5% de variabilidad en las líneas de ratónseleccionadas por el porcentaje de grasa corporal(Horvat et al. 2000).

En algunos casos se requiere intervención am-biental, al exponer a los ratones a una dieta elevadaen grasas, para revelar propensión o resistencia a laobesidad en líneas seleccionadas o cepas endogámi-cas. Por ejemplo, las líneas seleccionadas por Sharpet al. (1984) para consumo elevado y bajo de ali-mento, muestran resistencia a la obesidad cuando seles administra una dieta elevada en grasa mediantela reducción de la ingesta de alimento para mantenerel mismo consumo de energía que cuando se les ad-ministraba una dieta baja en grasa (Hambly et al.2005). Por el contrario, existen cepas endogámicasde ratones que presentan una elevada tendencia a laobesidad, por ejemplo, C57BL/6J (York et al. 1996,Johnston et al. 2006). Mediante el cruzamiento devariedades que son propensas y resistentes a la obe-sidad, pueden localizarse QTL que caracterizan obe-sidad inducida por la dieta y que estánestrechamente unidos a la condición humana.

Aunque el uso de las técnicas de mapeo QTL amenudo localiza nuevos genes candidatos para ras-gos de la obesidad que se convierten en objetivos

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para los estudios genéticos con humanos, las inves-tigaciones están lejos de concluir. Deben utilizarsetodavía muchas nuevas líneas seleccionadas y varie-dades endogámicas de ratón, y explorarse su posibleasociación con la obesidad inducida por la dieta.

Estudios de otras especiesPrimates no humanosAunque los roedores son losmodelos animales más comunes para la investiga-ción de la obesidad (ver antes) la separación de loslinajes del primate y el roedor es una divergenciarelativamente antigua en los mamíferos euterios(hace 65-85 millones de años, Eizirik et al. 2001).Sin embargo, la separación entre los hominoideos(humanos y demás grandes simios) y los cercopité-cidos (monos del Viejo Mundo) tuvo lugar más re-cientemente (aproximadamente hace 25 millonesde años, Page & Goodman 2001). Dada esta estre-cha relación filogenética con los humanos, los pri-mates del Viejo Mundo (tales como macacos,monos rhesus y babuinos) pueden proporcionar unmodelo más apropiado para el estudio de la obesi-dad humana y co-morbilidades relacionadas. (West& York 1998, Wagner et al. 2006). Varias especiesde primates muestran una predisposición a la obe-sidad relacionada con la edad en un 10-15%, aun-que se les mantenga en una dieta relativamentebaja en grasas (10-15% de la energía) (Kemnitz1984). Esto no parece ser una consecuencia de lareducción de actividad física debido a su retenciónen jaulas, ya que un patrón similar se ha detectadoen primates libres en una isla a los que se les haproporcionado alimento extra (Kemnitz 1984). Lamayoría del interés por el estudio de primates nohumanos y obesidad se ha centrado en sus respues-tas a dietas elevadas en grasas y efectos epigenéti-cos (véase más abajo bajo efectos ambientales).Sin embargo, los estudios sobre mecanismos cere-brales del peso corporal y el control de la ingestade alimento han sido relativamente limitados (perovéase por ejemplo Koutcherov et al. 2003, Groveet al. 2005).

Perros Los perros domésticos han sufrido su pro-pia epidemia de obesidad, que tal vez sea inclusomás extrema que la observada en humanos. A me-diados de los años 80, entre el 25 y el 40% de losperros presentados en clínicas veterinarias eranclasificados como obesos (Hand et al. 1989). Estaepidemia se ha convertido en un grave problema

veterinario. Hasta ahora, los estudios con perros(por ejemplo Romsos et al. 1976, 1978, Rocchiniet al. 1989, Diez et al. 2002, Martin et al. 2006) sehan centrado principalmente en la etiología de laobesidad en estos animales como un problema ensí mismo. Sin embargo, tienen un claro potencialpara ser un modelo de estudio de la obesidad hu-mana, principalmente porque existe una extensa li-teratura sobre la fisiología del perro, y su genomaya ha sido mapeado (Lindblad-Toh et al. 2005).Contamos con tal vez los mejores datos patológi-cos disponibles para cualquier especie después dela humana, y las diferentes razas se presentan enlas clínicas con probabilidades y patrones de obe-sidad con probabilidades muy diferentes (Edney &Smith 1986), lo que proporciona una oportunidadde esclarecer la contribución genética a este pro-blema.

Este potencial uso de los perros para informar-nos de la obesidad en humanos debería desarro-llarse a lo largo de la década venidera.

Modelos estacionales de obesidad Muchos mamí-feros pequeños presentan ciclos anuales de pesocorporal y acumulación de tejido adiposo (porejemplo Heldmaier & Steinlechner 1981, Stebbins1984, Bartness & Wade 1985, Klingenspor et al.1996, Bartness et al. 2002, Drazen 2002). La ma-yoría de los roedores se basan en los cambios en laduración del día para provocar estas respuestas(Dark et al. 1983, Mrosovsky 1983, Bartness et al.2002), lo que puede imitarse en el laboratorio altransferir a los animales de fotoperiodos de díalargo (DL) a día corto (DC). Esto hace a los mamí-feros estacionales atractivos para la investigaciónde los mecanismos que subyacen a la regulaciónde la masa corporal (Mercer & Speakman 2001,Bartness et al. 2002, Morgan et al. 2003b).

Los ciclos estacionales de acumulación grasahan sido estudiados fundamentalmente en el háms-ter ruso (Phodopus sungorus), el hámster sirio odorado (Mesocricetus auratus) y el Lemin de co-llar (Dicroxtonyx groenlandicus). En el hámsterruso, ambos sexos presentan una masa corporal (yacúmulo adiposo) máxima en verano (Steinlechner& Heldmaier 1982, Bartness & Goldman 1988).La transferencia de hámsteres adultos machos(mantenidos a temperatura convencional de anima-lario) de DL (ciclos de 16 horas de luz) a DC (8horas de luz) da lugar a una pérdida de peso gra-

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dual acompañada de un consumo de alimento re-ducido. Después de 12-18 semanas, los hámsterespierden aproximadamente el 30-40% de su masacorporal inicial, con más de la mitad de ella atri-buida a la movilización de reservas de grasa(Ebling 1994, Bartness 1996, Klingenspor et al.2000, Mercer et al. 2000, 2001). Se han demos-trado cambios estacionales similares en los háms-teres europeos (Cricetus cricetus, Canguilhem etal. 1988), Mincetus montanus (Petterborg 1978),Microtus pennsylvanicus (Dark & Zucker 1984),Microtus oeconomus (Wang & Wang 1996), Cleth-rionomys glareolus Peacock et al. 2004) y Micro-tus agrestis (Król et al. 2005, 2006, 2007, Król &Speackman 2007).

Por el contrario, los hámsteres sirios y lemmingsde collar presentan su masa corporal máxima en in-vierno (Bartness & Wade 1985). En respuesta a losDC, los hámsteres adultos hembras a las que semantiene a temperatura ambiente, convencional deanimalario, aumentan su masa corporal en un 50-60% aproximadamente en un periodo de ocho se-manas, sin un aumento concomitante de la ingestade alimento (Campbell & Tabor 1983). En los lem-mings con collar, los machos destetados en DC cre-cen hasta alcanzar una masa corporal adulta de 75 g,un 88% superior a la de los machos destetados enDL (Reynolds & Lavigne 1989, Hunter & Nagy2002), donde la diferencia era en su mayoría grasa(Nagy & Negus 1993, Nagy 1993).Se han hecho considerables progresos en la com-prensión de los mecanismos cerebrales que regulanlos ciclos estacionales de masa corporal en las espe-cies que aumentan de peso al ser manipuladas enDL o DC. Sin embargo, este trabajo se ha desarro-llado en gran parte a través de estudios previos enratones. Hasta la fecha, los estudios de roedores es-tacionales no han proporcionado ningún descubri-miento nuevo que no resultase ya evidente en losestudios extensivos sobre ratones.

Estudios animales de efectos ambientalesExposición a dietas de alta palatabilidad y elevadasen grasaUna hipótesis para explicar la rapidez con que se haextendido la epidemia de obesidad en los humanoses la posibilidad de que nuestros sistemas regulado-res se vean sobrepasados por alimentos apetitososde alta densidad y elevados en grasa, cuya disponi-

bilidad ha aumentado en los últimos 20-30 años. Enlos roedores, se han hecho muchos estudios que hantratado de caracterizar las respuestas de los animalesexpuestos a dietas altas en grasas y azúcares. El tra-bajo inicial en esta área se basó en la alimentaciónde ratas con dietas tipo “cafetería”, que favorecen lapolifagia (por ejemplo Rothwell & Stock 1982,Stock & Rothwell 1982, Rothwell et al. 1983). Unproblema con estos estudios es que la composiciónde macronutrientes real de la dieta puede ser muyvariable, lo que impide el aislamiento de factoresdietéticos clave que podrían ser importantes. Debidoa ello, estas dietas de tipo “humano” se han susti-tuido por dietas comerciales más homogéneas ,“altas en grasas” y “occidentales”, que permiten lle-var un control más exhaustivo de la composiciónnutricional. Este trabajo ya ha sido extensamente re-visado con anterioridad (West & York 1998), por loque aquí nos dedicaremos a él en menor medida.Los estudios más exhaustivos han utilizado roedoresy primates no humanos, aunque también se han rea-lizado en otras especies como hámsteres (Wade1982), ardillas (Faust & Mrosovsky 1987, Dark etal. 1992), cerdos (Pond et al. 1985), perros (Romsoset al. 1976, 1978) y ovejas (Tolkamp et al. 1007). Sehan observado dos tipos de respuesta cuando a losanimales se les administran dietas altas en grasas oen azúcares: algunas especies y razas ganan peso,pero otras no. Este patrón se ha observado tanto enprimates no humanos como en roedores. En prima-tes no humanos, por ejemplo, Ausman et al. (1981)alimentó monos ardilla con dietas altas en grasas yen azúcares (21-31% de la energía proveniente degrasas), o bien con una dieta baja en grasas y azúca-res que contenía un 13% de grasa, desde el destetehasta la edad de cuatro años. A esta edad, los quehabían sido alimentados con la dieta alta en grasas yen azúcares tenían un 30% de grasa corporal, encontraste con el 7% de los alimentados con unadieta baja en grasas y azúcares. Por el contrario, losmonos capuchinos no se hicieron obesos al consu-mir la dieta elevada en grasas y azúcares (Ausmanet al. 1981). Del mismo modo, en los roedores, al-gunas especies y cepas muestran un gran aumentode la grasa corporal como respuesta a una dieta altaen grasas y azúcares (por ejemplo el ratón C57BL/6,Surwit et al. 1988), por lo que se les da el nombrede roedores con obesidad inducida por la dieta(DIO). Muchos estudios han empleado los roedoresDIO para examinar la regulación del consumo de

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alimento en condiciones de alto consumo de grasascomo modelo de la obesidad humana, en un intentode comprender por qué muchos humanos expuestosa estas dietas también se convierten en obesos. Porel contrario, algunas cepas de ratón (Hambly et al.2005) y roedores salvajes, mantenidos en su totali-dad en cautiverio (hámster ruso, Phodopus sungo-rus McElroy et al.1986, Meriones shawi El-bakry etal. 1999, Clethrionomys glareolus Peacock & Spe-akman 2001), parecen ser resistentes al aumento depeso cuando se les alimenta con dietas altas en gra-sas. A estos ratones y ratas se les ha dado el nombrede cepas resistentes a la dieta (DR).

Se han realizado muchos estudios que examinanlas respuestas a una dieta elevada en grasas y de altapalatabilidad con las ratas outbred Sprague-Dawley(Levin & Dunn-Meynell 2002). Estos animales exo-gámicos presentan diversas respuestas que incluyenmuchos animales con un aumento excesivo (DIO) yotros que muestran un perfil DR (Levin & Keesey1998, Levin & Dunn-Meynell 2000). Levin et al.(1997) han derivado líneas imbred de los más resis-tentes y los más susceptibles a desarrollar obesidad,y han dedicado un considerable esfuerzo a identifi-car los aspectos que pueden subyacer a las diferen-cias fisiológicas entre estas líneas (especialmente enel cerebro) (Ricci & Levin 2003) y en la genética(utilizando mapeo de QTL). Esto puede llevarnos adescubrir por qué unos individuos desarrollan obesi-dad y otros no.

Una de las principales diferencias entre estos di-seños experimentales y la situación en los humanoses que un gran aspecto de la susceptibilidad de loshumanos a la obesidad puede no depender de la fa-cultad de resistir al aumento de peso cuando son for-zados a alimentarse con una dieta alta en grasas,sino que puede más bien, depender de las diferen-cias individuales en la predisposición a elegir, enprimer lugar, alimentos ricos en grasas. Relativa-mente pocos estudios han explorado este aspecto delcomportamiento de elección en modelos animales(Smith et al. 1998, 2000). Se han hecho dos tipos deestudios diferentes a este respecto. Unos, se centranen el papel de los neuropéptidos cerebrales en laelección de macronutrientes, mientras que otros sehan centrado en los aspectos periféricos de los siste-mas olfativos y del gusto. El trabajo sobre los neuro-péptidos ha subrayado el hecho de que los nivelesde expresión de ciertos neuropéptidos puede estar li-gado al consumo de la dieta (Schwartz et al. 2000).

Uno de estos neuropéptidos es la galanina (GAL),que puede estar implicada en la preferencia por lagrasa (Crawley 1999, Odorizzi et al. 2002), aunquesu papel ha sido altamente cuestionado con variosestudios que no mostraban cambios en la elecciónde macronutrientes en animales tratados con GAL(Smith et al. 1994, 1997). También existe una fuertecorrelación positiva entre el consumo diario de glú-cidos y el nivel de NPY en los núcleos arcuato y pa-raventricular (Jhanwar-Uniyal et al. 1993). En elcampo de los estudios de la preferencia de sabor, lasvariedades endogámicas muestran diferencias muyamplias en su preferencia por el agua con sabordulce, lo que sugiere que tal vez haya diferenciassignificativas entre individuos en su predisposicióna seleccionar diferentes alimentos debido a variacio-nes polimórficas en sus receptores del gusto. Esteenfoque podría ser mucho más productivo para lainvestigación si lo comparamos con los modelos enlos que los animales son alimentados a la fuerza conuna dieta alta en grasas, sin posibilidad de elección,ya que los humanos rara vez se encuentran en estasituación.

Efectos epigenéticosUna hipótesis reciente de gran popularidad concer-niente no sólo a la obesidad, sino a muchos aspectosde nuestra salud adulta, es que nuestra susceptibili-dad a la enfermedad puede ser programada duranteel periodo de nuestras vidas que pasamos in utero.Esta hipótesis se ha llamado a menudo la hipótesis“Barker” por el primer científico que caracterizó lapotencial relación entre los patrones de la últimaetapa de la vida y el peso al nacer de los humanos(Barker 1992, 1994). Mediante la caracterización enlos Países Bajos de la salud de adultos cuyas madreshabían sufrido un periodo de hambruna durante lasegunda Guerra Mundial, comparados con niñosque habían nacido en los periodos inmediatamenteanteriores y posteriores a la hambruna, se ha obte-nido un gran apoyo experimental para esta hipótesisen humanos (Ravelli et al. 1998, Roseboom et al.2001, Painter et al. 2005). Esta es un área en la quese ha descubierto un fenómeno relacionado con laobesidad en modelos humanos antes que en anima-les. Los efectos in utero también son llamados a me-nudo efectos epigenéticos, porque pueden serdifíciles de separar de los efectos genéticos.Aunque este fenómeno fue descubierto por primeravez en humanos, los modelos animales proporcio-

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nan una herramienta muy valiosa para el estudio delos mecanismos mediante los que se manifiestan di-chos efectos epigenéticos. Los animales presentandos claras ventajas. Primero, sería éticamente in-aceptable imponer restricciones deliberadas en fetoshumanos, y las posibilidades de monitorización se-rían también muy limitadas. Además, el periodo du-rante el que se manifiestan los efectos, que abarca lamitad de la vida, resultaría imposible de estudiar. Sehan hecho estudios animales tanto en primates nohumanos como en roedores. En los babuinos, la ex-posición a una dieta de alta densidad y alta en grasasdurante el periodo anterior al destete mediante lamanipulación de la fórmula del biberón, condujo aun aumento significativo de la grasa corporal a laedad de cinco años (Lewis et al. 1989). Sin em-bargo, se trataba de una característica dependientedel sexo, ya que sólo las hembras de babuino pre-sentaban consecuencias de una sobrealimentacióntemprana. Se han realizado muchos estudios de in-tervención en ratas y ratones que incluyen cambiosen el número intrauterino de fetos (Nagasawa &Yanai 1971) o manipulaciones de la nutrición fetalmediante ligadura de la placenta (resumido en Hole-mans et al. 2003). La naturaleza doble de los cuer-nos uterinos de los roedores facilita la restricciónselectiva del aporte de nutrientes para la mitad de lacamada, y de este modo obtener individuos de con-trol que no hayan sufrido restricciones generadosdentro del mismo individuo. Durante la lactanciapuede también haber efectos de programación neo-natal, y aquí la manipulación del tamaño de la ca-mada es un método conveniente para regular elaporte de nutrientes a la descendencia, afectando alcrecimiento de las crías. Si los roedores tienenmucha descendencia, la madre es incapaz de au-mentar de forma proporcional el aporte de nutrien-tes en la leche, y por lo tanto las crías en camadasgrandes están relativamente desnutridas (Fuchs1982, Johnson et al. 2001). Pueden darse efectos si-milares cuando la lactancia tiene lugar en condicio-nes de alta temperatura ambiental (Król &Speakman 2003).

Una diferencia entre los roedores y los primatesno humanos es el patrón de desarrollo temprano delnúcleo arcuato (ARC) y otros circuitos hipotalámi-cos que regulan la alimentación y el gasto de energía.En concreto, las proyecciones ARC en primates sedesarrollan durante el tercer trimestre de la gestación,mientras que en los roedores no tiene lugar hasta la

tercera semana de desarrollo postnatal (Koutcherovet al. 2003, Grove et al. 2005). Estas diferenciasentre especies sugieren que la dieta y salud maternassean tal vez factores cruciales en el desarrollo de pro-yecciones ARC en primates, mientras que factorespostnatales ambientales serán más importante en losroedores. Por lo tanto, el modelo de obesidad de losprimates no humanos proporcionará descubrimientosmás importantes sobre la contribución epigenética dela obesidad adulta, diabetes de tipo 2, enfermedadescardiacas coronarias e hipertensión. No obstante, lasconsecuencias de estas restricciones fetales y neona-tales en roedores parecen imitar la situación halladaen humanos, ya que las crías que son infraalimenta-das a una edad temprana parecen ser las que mástarde desarrollan problemas de salud en la edadadulta. Aparte de documentar que este problemaexiste en animales y que podría ser un buen modelopara entender el mecanismo que produce los mismosefectos en humanos, el progreso en este campo hasido más bien lento. Podemos esperar un avanceconsiderable en este campo a lo largo de la próximadécada.

Respuestas a dietas hipocalóricas y de otro tipopara la pérdida de pesoLa restricción calórica es el tratamiento más fre-cuente para la obesidad, tanto auto prescrito comoprescrito clínicamente. A pesar de su popularidad, eléxito a largo plazo de la restricción calórica es limi-tado. Esto se debe principalmente a dos factores: pri-mero, la pérdida de peso resulta progresivamentemás difícil a medida que continua la dieta y, se-gundo, el peso perdido se recupera normalmente alacabar la dieta. En los humanos, esta discontinuidaden la pérdida de peso puede ser uno de los principa-les factores que llevan al incumplimiento de la dieta.Los estudios directos sobre respuestas humanas a lasdietas afrontan la dificultad de medir el consumo deenergía humano (Poppitt et al. 1998). Los animalesproporcionan una alternativa ideal por lo fácil que re-sulta caracterizar su administración energética.

Existen dos mecanismos potenciales que puedenexplicar por qué la pérdida de peso no continúa bajola restricción calórica. Primero, puede que haya unaumento en la eficiencia digestiva para extraer másenergía del alimento ingerido. Alternativamente,puede que algunos aspectos del gasto de energía sereduzcan, por ejemplo suprimiendo el gasto de ener-gía durante el descanso, temperatura corporal o acti-

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vidad. La contribución de estos diferentes mecanis-mos ha sido objeto de un intenso debate. Al parecer,los mecanismos compensatorios adoptados y su al-cance pueden depender de los niveles de restricciónque se establezcan (Hill et al. 1984, Even & Nicolai-dis 1993, Hambly & Speakman 2005). Sin embargo,se ha observado un patrón común para las reduccio-nes en el gasto de energía tanto en el descanso comodurante la actividad.La razón principal por la que los humanos se some-ten a la restricción energética es reducir la grasa cor-poral, aunque junto con la pérdida de grasa se pierdetambién algo de masa muscular. Los modelos de roe-dores pueden utilizarse para calcular la proporciónde masa muscular perdida por cantidad de grasa, loque dependerá en gran medida de sus proporcionesiniciales o en la composición genética de la cepa deque se trate. Las diferencias en el tejido adiposo sonla principal causa del aumento de la masa corporalen ratas Sprague-Dawley DIO comparadas con lasDR (Levin et al. 1997). Cuando ambas se someten arestricciones del 50% de consumo de alimento ad li-bitum, ambos fenotipos pierden una proporción simi-lar de peso, pero las ratas DIO reducen su tejidograso, mientras que las DR pierden principalmentemasa muscular (Levin & Dunn-Meynell 2000). Elmapeo de QTL de estas ratas, como se explicó ante-riormente, puede localizar los loci responsables de lapérdida de tejido en la restricción dietética.

Además de la restricción calórica, se han suge-rido muchas otras manipulaciones dietéticas paraprovocar la pérdida de peso. Las más comunes sondietas que implican la ingesta restringida de glúci-dos, a la vez que aumentan el consumo de proteínasdietéticas. Estas dietas parecen promover una rápidapérdida de peso. Aunque los beneficios a corto plazoson fáciles de medir en las poblaciones humanas, losriesgos (o beneficios) a largo plazo son más difícilesde evaluar debido al largo periodo de vida humano.También aquí los modelos animales son de interés,pues su vida es más corta y se pueden utilizar paralocalizar los mecanismos que se esconden tras la pér-dida exitosa de peso utilizando las diferentes dietas ysus potenciales inconvenientes. Por ejemplo, se temeque las dietas bajas en carbohidratos y altas en prote-ínas puedan causar problemas con las funciones re-nales y hepáticas por su papel en el metabolismo delnitrógeno. Las ratas Wistar, propensas a la obesidad,fueron alimentadas con una dieta en la que duranteseis meses (equivalente a un cuarto de su vida) el

50% de la energía eran proteínas, reduciendo consi-derablemente su cantidad de tejido adiposo sin mos-trar ningún problema de salud que perjudique lasfunciones renales y hepáticas, estrés oxidativo oequilibrio del calcio (Lacroix et al. 2004). Este mo-delo animal ha sugerido que es poco probable que unconsumo prolongado de altas cantidades de proteínassea perjudicial para los humanos. Estos ejemplos de-muestran que, aunque en última instancia las investi-gaciones basadas en dietas deben centrarse enhumanos, se puede obtener información útil adicio-nal de experimentos en los que se utilicen roedoresde corta vida.

Desarrollo de fármacos para el tratamiento de laobesidadPowell (2006) resaltó el importante papel que los ra-tones KO podrían jugar en la futura identificación dedianas terapéuticas para el desarrollo de fármacos.Revisó el fenotipo de 21 tipos diferentes de ratonesKO donde el gen que se había eliminado era una po-tencial diana terapéutica para la obesidad. Estos secomparaban con los fenotipos de ratones tratadoscon fármacos diseñados para las mismas dianas. Delos 21 genes de la obesidad que se consideraban, 16mostraban una estrecha correspondencia entre el fe-notipo KO y el efecto del fármaco en ratones y/oratas. Esto sugiere que, en lo que respecta a la eva-luación de fármacos contra la obesidad, los cambioscompensatorios del desarrollo que tienen lugar a lolargo de toda la vida del KO normalmente no evitanla detección de fenotipo relevante. Otro descubri-miento importante fue que donde los datos estabandisponibles, los fenotipos KO no sólo imitaban losefectos de los fármacos en roedores, sino también losefectos que se producían cuando fármacos importan-tes eran administrados a humanos con los mismosgenes como dianas. La tecnología transgénica en ra-tones puede, por tanto, ser una valiosa herramientapara la identificación prospectiva in vivo de genesque regulen la grasa corporal, y el posterior desarro-llo de fármacos anti-obesidad, actuando sobre lasdianas proteicas, productos de estos genes.

Una idea importante que podemos extraer deltrabajo de Powell (2006) es que los ratones transgé-nicos no sólo representan una valiosa herramientapara el desarrollo terapéutico, sino que los fármacosque se diseñan para interferir en los niveles de acu-mulación de grasa en los roedores suelen tambiéntener los mismos efectos sobre la acumulación de

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grasa en humanos. Los roedores seguirán siendo unmodelo crucial para la identificación y ensayo de po-sibles fármacos contra la obesidad. Un ejemplo deuna diana terapéutica, identificada en animales, es eldesarrollo del antagonista del receptor cannabinoidetipo 1 (CB1), rimonabant, que llevó al desarrollo deuna clase de fármacos potenciales contra la obesidad,y que finalmente generó un fármaco utilizable queacaba de terminar de ser sometido a ensayo clínico.

La participación del CB1 en la regulación centraldel consumo de alimento fue descubierta en anima-les transgénicos con déficits de este receptor (Cota etal. 2003, Ravinet Trillou et al. 2004). A la edad de 16semanas, los animales KO de CB1 alimentados concomida estándar para roedores presentaban una masacorporal un 9% más baja y una materia grasa un20% menor que el resto de la camada (Cota et al.2003). En un segundo estudio, a la edad de 20 sema-nas los KO CB1 pesaban un 23% menos y tenían un60% menos de grasa corporal que el resto de la ca-mada. Los detalles sobre cómo se generaba esteefecto parecían implicar no sólo una reducción en laingesta de alimento, sino también un aumento en elgasto de energía (Ravinet Trillou et al. 2004). La im-plicación del receptor CB1 en la regulación del equi-librio energético sugería, por tanto, que unantagonista de dicho receptor podría ser un valiosofármaco para el tratamiento de la obesidad. Se des-arrolló el rimonabant como un antagonista específicodel CB1. Al administrarlo a roedores a los que se leshabía inducido la obesidad a partir de la dieta diaria-mente durante cinco semanas, la masa corporal delos animales se redujo en un 25% y la materia grasaen un 60% (Ravinet Trillou et al. 2003). Mediante laalimentación simultánea de otro grupo de animalesen las mismas cantidades que los ratones tratados, sedemostró que la pérdida de peso se debía en primerlugar a la supresión del apetito, pero con un pequeñoefecto adicional en el gasto de energía. En otro estu-dio en el que se emplearon ratones DIO, el rimona-bant reducía la masa corporal y la materia grasa através de un efecto sobre el consumo de alimento,pero curiosamente no tenía impacto sobre los ratonestransgénicos a los que se les había eliminado el re-ceptor CB1 (Ravinet Trillou et al. 2004). Este estu-dio demostraba que el rimonabant actúa inhibiendoespecíficamente el receptor C1. El rimonabant tam-bién reduce la ingesta de alimento y el aumento depeso tanto en ratas zucker obesas como en ratas zuc-ker control (Vickers et al. 2003). En las ratas, los

efectos coinciden con los descubrimientos en ratonesDIO, excepto en que en las ratas la pérdida de pesoera enteramente resultado de la reducción del con-sumo de alimento.

Tomando como base los resultados positivos deestos estudios animales y la aparente ausencia decualquier efecto secundario, se inició un ensayo clí-nico aleatorizado doble ciego de un año, que eva-luaba los efectos del rimonabant en la pérdida depeso en más de 1500 humanos con sobrepeso (VanGaal et al. 2005). De acuerdo con los datos de losmodelos animales, el rimonabant inducía una pér-dida de peso dependiente de la dosis, que difería sig-nificativamente de la del grupo placebo. Lospacientes tratados con 20 mg de rimonabant a diarioperdieron 5 kg más que aquellos que recibían pla-cebo. Este ejemplo proporciona un caso clásico deluso de conocimiento fundamental derivado de losmodelos animales, la utilización de animales comotest para el desarrollo farmacéutico, con el ensayoclínico de un fármaco efectivo como fin último.Tales progresos habrían sido imposibles sin el uso deanimales para la experimentación.

Por otra parte, por cada logro en materia de des-arrollo farmacéutico, hay notables fracasos a la horade interpretar los descubrimientos de la biología fun-damental basados en estudios con animales en fár-macos utilizables para humanos. Puede que el casomás obvio en los últimos años haya sido la esperanzade que la leptina en sí misma y las dianas corrienteabajo en el sistema de la leptina pudieran desarro-llarse como fármacos. Poco después de su primeradescripción (Zhang et al. 1994), se llevaron a cabovarios estudios en animales que demostraban que eltratamiento con leptina no sólo era efectivo para re-vertir la obesidad en ratones mutantes ob/ob, que ca-recen de leptina, sino que también reducía(modestamente) el acúmulo graso en ratones norma-les no deficientes en leptina (Pelleymounter et al.1995, Halaas et al. 1997). Algo más tarde comenza-ron a realizarse ensayos clínicos aleatorizados con-trolados por placebo, incluyendo un importanteensayo de dosis escalonada (Heymsfield et al. 2002).Estos estudios mostraron una pérdida de peso signifi-cativa en relación a la dosis de leptina que se admi-nistrase. Sin embargo, la magnitud de la pérdida erarelativamente modesta (7 kg en el grupo de mayordosis – 0,3 mg/kg) y se produjeron respuestas inmu-nitarias de leves a moderadas en las zonas de inyec-ción. Además, la dosis que se requería para generar

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este efecto era prohibitivamente cara. Por el contra-rio, cuando la leptina se administraba a niños con dé-ficits de leptina, la respuesta era espectacular einmediata, al revertirse el excesivo aumento de pesoen un periodo relativamente corto (Farooqi et al.1999, Gibson et al. 2004). Este contraste entre lasrespuestas llevó a la noción de que parte de la patolo-gía de la obesidad es la resistencia a la señal de lep-tina. Si las personas obesas no responden a la leptinaexógena es debido a la resistencia a la señal de lep-tina, se discutió que una mayor intervención co-rriente abajo podría resolver este problema. Unobjetivo clave a este respecto fue el receptor de me-lanocortina 4 (MC4R), que estudios previos en ani-males habían establecido corriente abajo en focosneuronales que inicialmente captan la señal de lep-tina en el ARC (Schwartz et al. 2000, Morton et al.2006). Los estudios de ratones a los que se había eli-minado el MC4R respaldaban la hipótesis de queeste es un componente crítico del sistema reguladordel peso corporal (Butler & Cone 2002, 2003), y sesabe que los polimorfismos en este receptor generanel 3-5% de los casos de obesidad mórbida en huma-nos. El tratamiento de roedores con un antagonistadel MC4R llamado MTII producía, como se espe-raba, pérdida de peso (Murphy et al. 2000, Wirth etal. 2001, Hamilton & Dodds 2002). Sin embargo, enhumanos, además de la pérdida de peso, el mismocompuesto generaba algunos efectos perjudicialesimprevistos – en concreto producía la erección delpene en los sujetos masculinos y excitación sexualen los femeninos (Hadley 2005). En cuanto a los as-pectos positivos, todo ello ha conducido al desarrollode un nuevo compuesto PT-141 y tratamiento de ladisfunción eréctil (Hadley & Dorr 2006). Estos estu-dios resaltaban el hecho de que, aunque los estudiosanimales pueden llevarnos en la dirección correctaen términos del desarrollo de terapias contra la obesi-dad, las diferencias fisiológicas entre ratones y hu-manos implican que la traslación de los modelosanimales en el desarrollo de fármacos nunca es di-recta. El camino está salpicado tanto de historias delogros como de fracasos.

aáëÅìëáµåEl uso de modelos animales para estudiar los fenó-menos que subyacen a la obesidad (genéticos, fisio-lógicos, epigenéticos y ambientales), así como lasinvestigaciones de tratamientos potenciales en ani-males, han proporcionado una enorme cantidad de

información que tiene un impacto tanto directo comoindirecto en nuestros conocimientos sobre estecampo. Desafortunadamente, el bienestar de cual-quier animal al que se somete a la manipulación quedesemboca en el desarrollo de obesidad mórbida seve potencialmente comprometido. Las condicionesideales de alojamiento, número de animales y prácti-cas de cría para ratones obesos han sido estudiadaspor Good (2005). La salud animal puede verse afec-tada a medida que la obesidad conduce a la reduc-ción de la movilidad y al aumento de presión en lasarticulaciones. Como resultado, el pelaje en la super-ficie del vientre puede desaparecer debido a los des-plazamientos del animal por la jaula, y de formaexcepcional pueden desarrollarse úlceras por presiónen las patas (observación personal). Incluso las inter-venciones dietéticas más simples a menudo requie-ren que los animales permanezcan aislados duranteperiodos prolongados (semanas o meses) para medirde manera adecuada el consumo de alimento. Aun-que a menudo se ha afirmado que este aislamientoproduce estrés, el impacto del estrés en el aisla-miento se ha cuestionado recientemente (Hunt &Hambly 2006). Además, la obesidad predispone aestos animales a sufrir problemas asociados talescomo diabetes (por ejemplo el ratón db/db; Bahary etal. 1990), cáncer (Hakkak et al. 2005), o el síndromemetabólico (por ejemplo, los que sobreexpresan 11β-HSD-1 presentan resistencia a la insulina y la leptina,dislipidemia e hipertensión; Rask 2001). Cuando lasintervenciones farmacéuticas requieren pruebas enanimales, los procedimientos a los que se somete alanimal a menudo requieren cirugía para administrarel compuesto durante periodos prolongados utili-zando una mini bomba o un catéter ICV (por ejem-plo Kask et al. 1999). Dado que los estudios sobreobesidad están seleccionando de forma activa cepasque sean propensas a estas condiciones o requieranintervención quirúrgica, la probabilidad de que losanimales sufran durante este tipo de investigacioneses elevada.

Como suele suceder, aunque los progresos enla utilización de modelos animales para estudiar laregulación energética han sido considerables, laexpansión del conocimiento sobre un área normal-mente sirve para dar cuenta de lo vasto de nuestraignorancia. Esto es especialmente cierto en el estu-dio de la regulación energética y las resultantesmodulaciones de almacenamiento de energía. Porlo tanto, a pesar de haber hecho espectaculares

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avances en este campo, los modelos de regulaciónenergética siguen siendo relativamente simples yhay considerables lagunas en nuestros conocimien-tos. Sigue siendo bastante verosimil que haya se-ñales hormonales adicionales de la periferia (comola leptina, la insulina, PYY y CCK), cuya existen-cia desconocemos por completo en la actualidad.De hecho, muchos estudios se han referido directa-mente a estas señales (por ejemplo Bünger et al.2001). A pesar de que reducir el número de anima-les que se emplean en el trabajo experimental es unobjetivo loable, aún no nos encontramos en unafase en la que la sustitución de animales por mode-los informáticos de regulación energética, o el cen-trarnos en el trabajo basado en el cultivo celularpuedan de forma realista superar al uso de anima-les vivos en las investigaciones experimentales delequilibrio energético y la obesidad. En consecuen-cia, es muy poco probable que en un futuro pró-ximo pueda considerarse la reducción del númerode animales utilizados en la investigación sobre laobesidad. De hecho, sería deseable un aumento deeste tipo de trabajos, ya que nuestro conocimientocomienza a expandirse y los límites de nuestra ig-norancia parecen cada vez mejor definidos.

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