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Aspartamo: ¿Una dulce trampa o un campo minado para la salud?

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La investigación demuestra que el aspartamo eleva la insulina a través del nervio vago, empeora la aterosclerosis y que el knockout de Cx3cr1 es una nueva diana terapéutica.

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Recientemente, el equipo de investigación dirigido por el académico Cao Yihai, del Instituto Karolinska de Suecia, colaboró con los equipos dirigidos por los académicos Zhang Yun, Zhang Cheng y el decano Chen Yuguo, del Hospital Qilu de la Universidad de Shandong. Publicaron un trabajo de investigación titulado "El edulcorante aspartamo agrava la aterosclerosis a través de la inflamación desencadenada por la insulina" en la revista Cell Metabolism. Este estudio señala que el aspartamo puede agravar la aparición de aterosclerosis y aumentar el riesgo de enfermedades cardiovasculares. Aunque los edulcorantes artificiales (como el aspartamo) pueden limitar la ingesta de azúcar y reducir el almacenamiento de energía, ¿por qué provocan enfermedades cardiovasculares relacionadas con la acumulación de grasa?

Antecedentes de la investigación

En julio de 2023, la Organización Mundial de la Salud clasificó el aspartamo, uno de los edulcorantes artificiales más comunes, como carcinógeno del Grupo 2B, lo que en su día desencadenó una preocupación generalizada por los edulcorantes artificiales en todos los sectores. Por supuesto, el Grupo 2B sólo significa que es posiblemente cancerígeno para el ser humano, y las pruebas de su carcinogenicidad para el ser humano son limitadas, por lo que no hay que alarmarse en exceso. Sin embargo, aparte del cáncer, no dejan de surgir asociaciones entre los edulcorantes artificiales y otras enfermedades.

Objetivos de la investigación

Este estudio pretende explorar la asociación entre los edulcorantes artificiales, especialmente el aspartamo, y las enfermedades cardiovasculares (ECV). Se centra en analizar los mecanismos moleculares específicos por los que el APM afecta a la aterosclerosis, proporcionando una base teórica y posibles dianas terapéuticas para la prevención y el tratamiento de las enfermedades cardiovasculares.

Figura 1: Mecanismos moleculares específicos por los que las MAP afectan a la aterosclerosis

Métodos experimentales

Modelos de ratón: Ratones ApoE-/- y ratones Cx3cr1 MΦ-/-/ApoE -/- doble knockout, todos ellos alimentados con una dieta rica en grasas y colesterol (HFCD)

Modelo de mono cynomolgus: Se utilizaron monos cynomolgus machos de cuatro años. Se añadió APM o sacarosa a su agua de bebida para simular el escenario de la ingesta humana de edulcorantes. Se detectaron los cambios en indicadores como la insulina, la glucosa y el péptido C en la sangre para verificar si el efecto del APM sobre la secreción de insulina encontrado en el modelo de ratón también existe en los primates, aumentando la fiabilidad y universalidad de los resultados de la investigación.

Medios técnicos

Tecnología de edición genética: Se utilizaron tecnologías como CRISPR-Cas9 para construir modelos de ratón modificados genéticamente. Por ejemplo, se insertaron sitios LoxP a ambos lados del gen Cx3cr1 y luego se cruzaron con ratones Lyz2-Cre para eliminar el gen Cx3cr1 en monocitos/macrófagos y estudiar su función.

Técnicas de biología molecular: Se utilizó la secuenciación del ARN para analizar el perfil de expresión génica de las PAEC estimuladas con insulina para encontrar posibles moléculas de señalización; se utilizó qPCR para medir los niveles de ARNm de genes específicos (como Cx3cl1); se utilizó Western blot para detectar la expresión de proteínas relacionadas (como CX3CL1 y CX3CR1) para explorar los patrones de cambio de moléculas relacionadas cuando APM afecta a la aterosclerosis.

Técnicas de biología celular: Se utilizó la técnica de cultivo celular primario para aislar y cultivar PAEC de ratón y macrófagos primarios para estudios in vitro de las interacciones célula-célula y la transducción de señales. Mediante experimentos de cámara de flujo en placas paralelas y experimentos en cámaras Boyden, se estudió la adhesión entre monocitos y células endoteliales y la capacidad de migración de los monocitos para explorar el efecto de la vía de señalización CX3CL1-CX3CR1 en las funciones celulares.

Técnicas de detección metabólica: Se utilizó el sistema de detección del metabolismo energético animal para medir los parámetros del metabolismo respiratorio de los ratones, incluido el consumo de oxígeno, la producción de dióxido de carbono, la producción de calor, etc., para evaluar el efecto metabólico general de APM en los ratones; se utilizó la prueba de tolerancia a la glucosa (GTT) y la prueba de tolerancia a la insulina (ITT) para detectar la sensibilidad a la insulina de los ratones y determinar si APM provoca resistencia a la insulina.

Secuenciación unicelular: Se utilizó para analizar las características de la población y las diferencias de expresión génica de los monocitos de sangre periférica (PBMC) en ratones Cx3cr1 lox/lox y Cx3cr1 MΦ-/-, con el fin de conocer en profundidad los cambios y mecanismos de acción de las distintas poblaciones celulares durante el proceso en que la MAP afecta a la aterosclerosis.

Resultados experimentales

1. APM exacerba la aterosclerosis en ratones:

Tras alimentar a ratones ApoE-/- con diferentes dosis de APM durante 12 semanas, las placas ateroscleróticas (PA) en la aorta del grupo alimentado con APM aumentaron significativamente y mostraron una relación dosis-dependiente. El experimento a lo largo del tiempo mostró que cuando los ratones fueron alimentados con APM durante 4 semanas, el número de lesiones ateroscleróticas y el tamaño medio de la placa aumentaron, y lo hicieron aún más a las 8 y 12 semanas. El grupo de control alimentado con un 15% de sacarosa no mostró un desarrollo evidente de AP a las 4 y 8 semanas, y el efecto promotor sólo apareció a las 12 semanas. La alimentación con APM no afectó al peso corporal, la composición de la masa grasa, la ingesta de alimentos y la mayoría de los parámetros metabólicos de los ratones. Sólo la alimentación con sacarosa aumentó ligeramente el peso corporal y la composición de la masa grasa de los ratones, y el LDL sérico disminuyó ligeramente.

Figura 2: Las MAP agravan la aterosclerosis en ratones

2. APM aumenta los niveles plasmáticos de insulina y regula la insulina a través del nervio vago:ratones:

Tras alimentar a los ratones con diferentes concentraciones de APM, los niveles plasmáticos de insulina aumentaron significativamente en 30 minutos. La alimentación continua con APM al 0,15% durante 12 semanas provocó un aumento continuo de los niveles séricos de insulina, y los ratones desarrollaron resistencia a la insulina. El experimento con monos cynomolgus también demostró que tras la alimentación con APM al 0,15% o sacarosa al 15% durante 10 minutos, los niveles de insulina aumentaban transitoriamente a los 30 minutos y volvían a la normalidad a los 60 minutos, y los niveles de insulina en el grupo APM y en el grupo sacarosa eran similares, pero los cambios en los niveles de glucosa en sangre eran opuestos. La vagotomía subdiafragmática bilateral (VDS) pudo inhibir completamente la producción de insulina y la aterosclerosis inducida por la MAP.

Figura 3: APM aumenta los niveles plasmáticos de insulina y regula la insulina a través del nervio vago

3. Estudio mecanístico de la aterosclerosis insulinodependiente:

Implantación de una microbomba liberadora de insulina en ratones ApoE-/- para simular el aumento de los niveles de insulina circulante en humanos. Tras 4 semanas, se exacerbó la formación, el crecimiento y la inestabilidad de las APs, lo que fue similar al efecto de la alimentación con APM. El uso de estreptozotocina (STZ) para eliminar la producción de insulina pancreática pudo contrarrestar por completo el aumento de la formación, el crecimiento y la inestabilidad de las PA causado por las MAP, lo que demuestra que el aumento de la insulina es una condición necesaria para que las MAP exacerben la aterosclerosis.

Figura 4: Estudio mecanístico de la aterosclerosis dependiente de insulina

4. CX3CL1 es una quimioquina endotelial arterial estimulada por la insulina:

Tras estimular con insulina las células endoteliales aórticas primarias (PAECs) durante 8 horas, el análisis RNA-seq mostró que Cx3cl1 era el gen más significativamente regulado al alza, y la qPCR y el Western blot verificaron la alta expresión de su mRNA y proteína. Los experimentos in vivo mostraron que los niveles de CX3CL1 tanto circulante como unido a la membrana de células endoteliales vasculares en ratones alimentados con APM aumentaron significativamente, y que este aumento dependía de la insulina.

Figura 5: CX3CL1 es una quimioquina endotelial arterial estimulada por la insulina

5. Efectos quimiotácticos y adhesivos de CX3CL1-CX3CR1 en monocitos/macrófagos:

En los monocitos RAW264.7, la proteína CX3CR1 estaba altamente expresada. El knocking down de CX3CR1 con shRNA pudo inhibir la adhesión de monocitos aumentados con insulina a PAECs. El experimento de la cámara de flujo de placas paralelas demostró que la estimulación de las PAEC con insulina podía aumentar la adhesión de los monocitos, y la supresión de CX3CR1 podía inhibir este efecto. Además, la vía de señalización CX3CL1-CX3CR1 también podía inducir la migración de monocitos y la polarización de macrófagos M0 en macrófagos M1.

Figura 6: Efectos quimiotácticos y adhesivos de CX3CL1-CX3CR1 en monocitos/macrófagos

6. La deleción del gen Cx3cr1 reduce la población de células mieloides proinflamatorias:

Construyendo ratones Cx3cr1 MΦ-/-, el análisis de secuenciación de ARN unicelular (scRNA-seq) mostró que la población de células mieloides se redujo significativamente, las subpoblaciones de monocitos/macrófagos cambiaron, la subpoblación Mono-c1 disminuyó, y las subpoblaciones Mono-c3 y Macro-c5 aumentaron. El análisis pseudotemporal demostró que el eje de señalización CX3CL1-CX3CR1 afectaba a la diferenciación de los monocitos.

Figura 7. scRNA-seq de PBMC en ratones Cx3cr1MΦ-/-

7. La pérdida de función del gen Cx3cr1 en monocitos/macrófagos contrarresta la aterosclerosis exacerbada por APM:

En comparación con el grupo de control, el aumento de la formación y el crecimiento de APs causado por APM se contrarrestó completamente en los ratones Cx3cr1 MΦ-/-/ApoE -/- con doble knockout. En la fase inicial (4 semanas) del desarrollo de la AP, la supresión del gen Cx3cr1 inhibió significativamente la formación de la lesión, y el efecto antiaterosclerótico fue más evidente a las 8 y 12 semanas.

Figura 8. Pérdida genética de la función de Cx3cr1 La pérdida genética de la función de Cx3cr1 en monocitos/macrófagos neutraliza la aterosclerosis exacerbada por APM

Conclusiones de la investigación

El estudio descubrió que el aspartamo puede aumentar los niveles de insulina mediante la activación del nervio parasimpático, exacerbando así la aterosclerosis, y que este proceso depende de la insulina e implica la vía de señalización CX3CL1-CX3CR1.

La anulación específica del gen Cx3cr1 en monocitos/macrófagos puede contrarrestar la aterosclerosis exacerbada por el aspartamo, proporcionando una nueva diana para el tratamiento de las enfermedades cardiovasculares relacionadas.

En este estudio, se utilizó el sistema de metabolismo energético animal para monitorizar el consumo de oxígeno, la producción de dióxido de carbono, la producción de calor y otros indicadores de los ratones, proporcionando datos clave de apoyo para explorar la relación entre el aspartamo y la aterosclerosis, lo que indica que la monitorización del metabolismo energético desempeña un papel importante en la investigación de las ciencias de la vida.

Nuestra empresa, Tow-Int Tech, desarrolló de forma independiente un sistema de detección del metabolismo energético animal, que puede utilizarse para monitorizar y registrar en tiempo real indicadores metabólicos y motores de pequeños animales, y puede medir y analizar cualitativa y cuantitativamente las actividades de comportamiento de los animales y sus interacciones con el metabolismo respiratorio. Los indicadores detectados incluyen el consumo de oxígeno, la producción de CO2, la relación de intercambio respiratorio RER, el consumo de energía EE, la ingesta de alimentos, la ingesta de agua, el movimiento tridimensional XYZ, el peso corporal, la actividad de la rueda de correr y otros indicadores.

Referencias:

[1] Wu W, Sui W, Chen S, et al. El edulcorante aspartamo agrava la aterosclerosis a través de la inflamación desencadenada por la insulina[J]. Cell Metabolism, 2025.

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