INTRODUCCIÓN
La presión arterial es un fenotipo cuantitativo que presenta una distribución normal en la población. Desde el punto de vista clínico, este fenotipo se suele dividir en dos grandes grupos: normotensión e hipertensión (HTA), si los valores de la presión arterial sistólica (PAS) o de la presión arterial diastólica (PAD) superan unos valores determinados y consensuados por expertos1. Aunque la HTA ya fue descrita a finales del siglo XIX2, hasta mediados del siglo XX se consideraba que era necesario mantener una presión arterial alta para impulsar la sangre a través de las arterias de las personas de mayor edad, y que su existencia era un elemento normal en el envejecimiento3. Los investigadores del estudio de Framingham disiparon estos mitos y describieron una asociación directa entre la presión arterial y el riesgo cardiovascular independientemente de la edad4. Posteriormente, un gran número de estudios observacionales ha confirmado que la morbilidad y la mortalidad cardiovascular mantienen una relación continua tanto con la PAS como con la PAD, especialmente con la enfermedad cerebrovascular y la enfermedad coronaria5,6. Además, tanto la PAS como la PAD presentan una relación independiente y gradual con otras enfermedades, como la insuficiencia cardíaca7 y la enfermedad renal crónica8. Esta asociación con una elevada morbilidad y mortalidad cardiovascular, junto con la elevada prevalencia de HTA en la población9,10, explica por qué la Organización Muncial de la Salud (OMS) considera que la presión arterial elevada es la primera causa de muerte en todo el mundo11.
En el 5% de casos de HTA se puede identificar la causa que origina las cifras elevadas de PAS o PAD (HTA secundaria), pero en el 95% restante estas causas se desconocen (HTA esencial). Clásicamente, la HTA esencial se ha definido como una enfermedad que puede ser única y cuya causa es desconocida o como un grupo de enfermedades diferentes con una característica común y varios efectos secundarios también comunes que tienen una etiología diferente pero que comparten mecanismos etiopatogénicos12. Desde hace muchos años, se conoce que existe un componente genético en el control de la presión arterial13 y, por lo tanto, el descubrimiento de los genes y las variantes genéticas relacionadas con este control puede ser muy útil para conocer mejor los mecanismos etiopatogénicos de la HTA.
En este artículo revisaremos los últimos avances en el conocimiento de las bases genéticas de la HTA esencial y del control de la presión arterial.
LA HIPERTENSIÓN ARTERIAL ESENCIAL COMO ENFERMEDAD GENÉTICAMENTE COMPLEJA
La HTA es un ejemplo de enfermedad compleja desde el punto de vista genético. Este tipo de enfermedades se caracteriza por un origen multifactorial, en el que el componente genético, el componente ambiental (como el índice de masa corporal elevado, el sedentarismo o el consumo de alcohol y de sal) y su interacción tienen una gran importancia y determinan la susceptibilidad individual a su aparición y a su progresión. Generalmente, en este tipo de enfermedades el componente genético está relacionado con múltiples genes y variantes que suelen ser comunes (presentes en >5% de la población) y que tienen efectos pequeños, lo que contrasta con las enfermedades monogénicas o oligogénicas, en las que existen variantes genéticas muy poco frecuentes en la población (mutaciones), localizadas en uno o pocos genes, pero que tienen un gran efecto sobre el riesgo de presentar la enfermedad (figura 1). Aunque hay otras dos posibles combinaciones: variantes raras con efecto pequeño y variantes frecuentes con gran efecto, las primeras son muy difíciles de identificar con los medios actuales mientras que las segundas son muy raras en la biología humana.
Estudios con gemelos monocigotos comparados con dicigotos14 y con hermanos biológicos comparados con adoptivos15 demuestran que las cifras de presión arterial tienen un notable componente hereditario, que no es sólo atribuible a factores ambientales compartidos por los miembros de la familia. Para cuantificar la relevancia del componente genético en una enfermedad compleja disponemos de un estadígrafo, la heredabilidad, que es la proporción de la variabilidad del fenotipo de interés que está explicada por la variabilidad genética poblacional. La heredabilidad de la PAS o de la PAD, aunque varía entre estudios y oscila entre el 31 y el 68%16-18, indica que el componente genético es significativo y relevante.
ESTUDIO DEL COMPONENTE GENÉTICO DE LA PRESIÓN ARTERIAL Y LA HIPERTENSIÓN ARTERIAL ESENCIAL
Para conocer las causas genéticas de la HTA esencial se han utilizado clásicamente dos grandes tipos de estudios: los estudios de ligamiento del genoma completo y los estudios de asociación. En el caso de la HTA mendeliana, de la que no trataremos en este artículo, se han empleado también otro tipo de aproximaciones que han identificado mutaciones19 en genes que fundamentalmente se relacionan con la reabsorción renal de Na+, K+ y Cl—.
Estudios de ligamiento de genoma completo
Los estudios de ligamiento requieren la participación de varias familias en las que existen individuos afectados y no afectados por la enfermedad. Clásicamente, se han utilizado unos 400 marcadores distribuidos de forma uniforme a lo largo del genoma20, aunque hoy día pueden emplearse hasta 1.000.000 de marcadores, y se analiza si la transmisión de generación en generación de alguno de estos marcadores se asocia con la aparición de la enfermedad (segregación) (figura 2). Este tipo de estudios ha sido muy útil para identificar los genes causales de numerosas enfermedades monogénicas, pero su contribución en el caso de enfermedades complejas ha sido muy limitada. En el caso de la HTA esencial se han realizado más de 30 estudios que han sugerido la existencia de más de 100 loci asociados con HTA, aunque los resultados en la mayoría de casos no han alcanzado la significación estadística y la replicación generalmente ha sido negativa21.
La gran limitación de este tipo de estudios está relacionada con el reducido poder estadístico que tienen, ya que el número de componentes de una familia es limitado y el número de generaciones incluidas se reduce generalmente a tres, lo que en su conjunto reduce el número de meiosis que se producen. Por otra parte, como en la mayoría de características genéticamente complejas, la penetrancia (presencia del fenotipo cuando la variante genética está presente) es variable y puede depender de la interacción con otras variantes genéticas o con factores ambientales.
Estudios de asociación basados en genes candidatos
En este tipo de estudios se usan diseños clásicos en la investigación biomédica: casos y controles o de cohorte, aunque también hay algún tipo de diseño específico para estudios genéticos que incluyen tríos definidos por un caso índice y sus progenitores22. Estos estudios ya se utilizaron en la década de 1950 para estudiar la relación entre los grupos sanguíneos y el riesgo de presentar úlcera péptica23. En la década de 1990 se hicieron muy populares y se han publicado un gran número de estudios en los que se analiza la relación entre variantes genéticas y distintos fenotipos. En la figura 3 se presenta el fundamento de estos estudios, que se basa en determinar las diferencias en la frecuencia de genotipos o de alelos entre casos y controles. Recientemente, se han publicado unas excelentes y comprensibles revisiones sobre cómo interpretar un estudio de asociación genética24-26.
Una de las características de estos estudios es que los investigadores tienen que seleccionar a priori el gen (o genes) y, dentro de dicho gen, la variante, o variantes, genéticas que quieren estudiar. La mayoría de autores seleccionan genes candidatos relacionados con la fisiopatología de la enfermedad. Dentro de ese gen se puede seleccionar una variante ya previamente estudiada por otro grupo o incluir un conjunto de variantes que capture gran parte de la variabilidad genética común de ese gen (tagSNPs). En el caso de la HTA y de la PAS o la PAD, los estudios de asociación de genes candidatos, con variantes comunes en la población general, han resultado ser, en general, discordantes. Las asociaciones que se han encontrado con el fenotipo de la HTA esencial o la PAS/PAD son débiles, no se suelen replicar y no hay experimentos funcionales que expliquen el papel de las variantes analizadas27.
Uno de los paradigmas es el sistema renina-angiotensina-aldosterona. Se han realizado cientos de estudios analizando alguna variante genética en alguno de los genes relacionados con este sistema y los resultados, a día de hoy, no son concluyentes. Por ejemplo, diversos metanálisis que han analizado la variante inserción/deleción del gen ACE28, el polimorfismo rs5186 del receptor 1 del angiotensinógeno29, la variante M235T del angiotensinógeno30, o la variante —344 C>T de la sintasa de la aldosterona31 han llegado a la conclusión de que no existen evidencias sobre la asociación de estas variantes con la HTA o con los niveles de PAS o de PAD.
Algunas excepciones son, por ejemplo, el gen de la kinasa acoplada a proteína G, GRK4, y de la subunidad beta1 del canal de K de gran conductancia activado por Ca2+, KCNMB1. En el primer caso, se halló en el gen GRK4 humano una variante humana común, 486Val, asociada con HTA sensible a la sal en italianos. Este hallazgo se confirmó en población blanca australiana y en población africana y japonesa32.
En el segundo caso, la disrupción del gen KCNMB1 se asociaba con una presión arterial elevada e hipertrofia del ventrículo izquierdo en ratones33. Se ha descrito que la variante E65K de este gen se asocia con un menor riesgo de aparición de HTA34 y de presentar una enfermedad cardiovascular35. El estudio funcional in vitro de esta variante demostró una ganancia de función del canal, que conlleva una mejor capacidad de vasodilatación arterial36. Posteriormente, otros autores han relacionado esta variante con una menor presión de pulso36 y, recientemente, con un mayor filtrado glomerular37.
La gran limitación de este tipo de estudios es la falta de replicación de los resultados en diferentes poblaciones38, lo que sugiere que muchas de las asociaciones identificadas pudieran ser falsas39. Generalmente, la falta de replicación puede relacionarse con sesgos existentes en el estudio de descubrimiento, como la estratificación de poblaciones, errores en la medida del fenotipo, errores en la genotipación y sesgos en la selección de los participantes o de publicación. En ocasiones, no obstante, la falta de replicación puede explicarse por diferencias en los patrones de desequilibrio de ligamiento entre poblaciones o por la modulación del efecto de las variantes genéticas por factores ambientales que varíen entre poblaciones. Otra de las limitaciones, como ya hemos mencionado anteriormente, es que los investigadores tienen que seleccionar a priori el gen que debe estudiarse, y esta selección se basa fundamentalmente en el conocimiento previo de la fisiopatología de la enfermedad, lo que limita el descubrimiento de nuevas vías o mecanismos moleculares. Por otra parte, en muchas ocasiones la selección de variantes en el gen de interés no garantiza que se capture la variabilidad genética común existente en ese gen.
Estudio de asociación de genoma completo
Este tipo de estudios tienen como objetivo identificar loci asociados con la enfermedad o con la característica fenotípica en estudio. Estos estudios se propusieron a mediados de la década de 199040 y se fundamentan en tres grandes asunciones:
1. Existe un conjunto de variantes genéticas que capturan gran parte de la variabilidad genética común descrita en el genoma humano.
2. Las enfermedades raras o mendelianas están relacionadas con variantes genéticas poco frecuentes, mientras que las enfermedades complejas más frecuentes están relacionadas con variantes genéticas comunes (hipótesis de enfermedad común-variante genética común; common disease-common variant).
3. No están basados en hipótesis previas.
Desde mediados de la década de 1990 hasta mediados de la primera década del siglo XXI, se desarrollaron los instrumentos para poder llevar a cabo este tipo de estudios. Se puso en marcha el estudio HapMap que, tras genotipificar más de tres millones de variantes genéticas, fundamentalmente polimorfismos, ha descrito el patrón de desequilibrio de ligamiento (asociación entre variantes genéticas) existente en el genoma en distintas poblaciones41,42. Una de las conclusiones de este estudio es que no es necesario genotipificar los más de 10.000.000 de polimorfismos comunes descritos en el genoma, ya que como muchos están asociados entre sí, con genotipificar entre 500.000 y 1.000.000 polimorfismos puede capturarse una gran parte de la variabilidad común existente en el genoma. En paralelo, diferentes compañías pusieron en marcha plataformas para la genotipificación masiva y chips que permitían la genotipificación de este número de variantes genéticas. En el año 2006, todo estaba listo para poner en marcha este tipo de estudios y responder a la pregunta de si variantes genéticas comunes explican una parte sustancial de la variabilidad de las enfermedades comunes43.
Este tipo de estudios ha permitido identificar diferentes loci asociados con diferentes enfermedades44. En el caso de la presión arterial y la HTA también se han publicado varios estudios de este tipo:
1. En el estudio Wellcome Trust Case Control Consortium (WTCCC) no se observó ninguna variante genética que se asociara con HTA de forma estadísticamente significativa (p <5 x 10-7). Aunque la muestra analizada la formaban 2.000 casos de HTA y 3.000 controles, el estudio no tenía un poder suficiente para detectar riesgos relativos inferiores a 1,5, que se estima que es el rango en el que se sitúa el riesgo para la mayoría de variantes genéticas asociadas con enfermedades complejas45.
2. Org, et al.46 han identificado como protectora de HTA a una variante en el gen CDH13 (cromosoma 16q23.3). Este gen está implicado en el remodelado de la pared vascular y en la angiogénesis, mecanismos consistentes con su potencial papel en la regulación de la presión arterial. Este hallazgo se ha replicado en dos otras poblaciones europeas (odds ratio [OR] combinada = 0,67; p = 5,30 x 10-8, para el modelo dominante, y OR = 0,78; p = 8,27 x 10-6 para el modelo aditivo).
3. Yang, et al.47 identificaron un haplotipo de 4 SNPs asociado con HTA de aparición en edades tempranas de la vida. Este haplotipo está localizado en el cromosoma 2p22.3 que identifica un locus en el que se encuentran varios genes (MYADML, FAM98A, RASGRP3). El gen RASGRP3 se ha relacionado con una respuesta vascular anómala a la endotelina 1 y a la angiotensina II en modelo animal.
4. En otro estudio, realizado en población Amish que se ha replicado en otras cuatro poblaciones caucásicas, se ha identificado un locus en el gen STK39 que se asocia con la PAS y con la PAD48. La proteína codificada por este gen se expresa en las nefronas e interactúa con las quinasas que regulan la absorción renal de Na+, K+ y Cl-.
5. En población asiática, se ha identificado un locus que contiene el gen ATP2B1 relacionado con una ATPasa que regula el transporte de calcio, y que también se asocia con la presión arterial49.
6. En 2009, se publicaron los resultados de dos grandes estudios que incluían a más de 30.000 individuos, que identificaron 13 loci asociados con presión arterial50,51. La mayoría de las variantes identificadas posee una magnitud de asociación muy pequeña, entre 0,5 y 1 mmHg por alelo de riesgo, y la variabilidad de la presión arterial explicada por el conjunto de variantes identificadas es muy pequeña (1-3%). Los resultados más relevantes de estos dos estudios (y de otros) se presentan en la tabla 1. En los próximos meses se publicarán los resultados de un metanálisis de estos dos grandes estudios que permitirá, sin duda, identificar nuevos loci asociados con los fenotipos relacionados con la presión arterial.
7. Recientemente, se ha publicado un estudio que incluía a población norteamericana de origen africano52, que también ha identificado nuevos loci, y un estudio realizado en población de Suecia y replicado en población de origen europeo que identifica variantes genéticas en el gen de la uromodulina asociadas con HTA53.
Este tipo de estudios ha permitido avanzar en el conocimiento de las bases genéticas del control de la presión arterial, aunque los loci identificados explican todavía poco acerca de la heredabilidad de este fenotipo54.
Los estudios de asociación de genoma completo tienen también una serie de limitaciones55: capturan la variabilidad común del genoma (variantes genéticas presentes en más del 5% de la población), pero no la variabilidad rara, que probablemente tiene un efecto mayor; requiere estudios con un gran tamaño de la muestra para poder alcanzar una potencia estadística suficiente; identifica loci asociados con la enfermedad, no genes, y, en ocasiones, la interpretación del mecanismo fisiopatológico no es directa, y requiere replicación de los resultados en muestras independientes.
RETOS EXISTENTES EN EL ESTUDIO DEL COMPONENTE GENÉTICO DE LA PRESIÓN ARTERIAL
La identificación de variantes genéticas asociadas con el control de la presión arterial está siendo más complicada y laboriosa que la investigación de las bases genéticas de otras enfermedades complejas. Además de las limitaciones comunes en el estudio de las patologías complejas, como magnitudes de asociación pequeñas, insuficiente tamaño muestral y poder estadístico, en el caso de la HTA se añaden otras dificultados propias del fenotipo concreto de presión arterial, como son la imprecisión en la recogida de los valores de la presión arterial (redondeo de cifras), la variabilidad intrapersonal en las cifras de presión arterial, la variabilidad interobservadores en la medición, y los diferentes métodos de medida. Actualmente se están realizando estudios que utilizan otros instrumentos de medida, como son la monitorización ambulatoria de la presión arterial, cambios en los valores de presión arterial a lo largo de la vida, etc., que pueden contribuir a continuar avanzando en este ámbito.
A la espera de los resultados de nuevos metanálisis de grandes consorcios y de otros estudios que están en marcha, podemos preguntarnos hacia dónde dbe dirigirse la investigación en los próximos años:
1. Identificación de los mecanismos moleculares que explican la asociación entre los diferentes loci identificados en los estudios de asociación de genoma completo y la presión arterial. Este paso es necesario para la identificación de nuevas dianas terapeúticas.
2. Farmacogenómica, aunque ya hay algunos estudios que han analizado si la variación genética puede ser útil para identificar respondedores y no respondedores a un tratamiento, los resultados son muy preliminares y son necesarias la replicación y la confirmación en diferentes poblaciones.
3. Estudio de variantes genómicas estructurales (variantes de número de copias, inserciones/deleciones, inversiones, etc.), que recientemente se han incluido en los chips comerciales de genotipificación y su potencial asociación con la presión arterial.
4. Epigenética; el estudio de cambios, no en la secuencia pero sí en la estructura del ADN, está íntimamente relacionado con la expresión génica, se ha estudiado mucho en cáncer y también puede tener relevancia en los fenotipos cardiovasculares.
5. Micro-ARN; en los últimos años se ha identificado que existen moléculas de ARN que tienen como función la regulación de la expresión de genes56.
6. Secuenciación; con el proyecto de secuenciación de los 1.000 genomas empieza probablemente una nueva etapa en el estudio de la genética humana57. La información generada puede aplicarse a los estudios de asociación de genoma completo y pasar a imputar entre 6 y 10.000.000 de variantes genéticas (muchas de ellas poco frecuentes), pero el gran salto será obtener la secuencia del ADN de individuos concretos, lo que permitirá el estudio de las variantes raras y su relación con diferentes fenotipos clínicos.
CONCLUSIONES
En los últimos años, hemos avanzado de forma sólida en el conocimiento de las bases genéticas del control de la presión arterial, gracias fundamentalmente a los resultados de los estudios de asociación del genoma completo. Estos resultados van a permitir identificar nuevas dianas terapéuticas para el tratamiento y la prevención de la HTA esencial y de sus complicaciones. De todos modos, gran parte del componente genético de la HTA permanece todavía por descubrir. Será necesario continuar colaborando entre diferentes disciplinas para afrontar este reto.
CONCEPTOS CLAVE
1. La presión arterial es una variable biológica con una distribución normal; entre un 30 y un 68% de la variabilidad de la presión arterial está relacionada con la variabilidad genética (heredabilidad).
2. El descubrimiento de las bases genéticas de la hipertensión esencial está siendo una tarea complicada.
3. Los estudios clásicos basados en la segregación y en la asociación de variantes comunes de genes candidatos con la presión arterial han proporcionado, en general, resultados discordantes.
4. Los estudios de asociación de genoma completo tienen como objetivo identificar loci asociados con la enfermedad o característica biológica de interés, no están basados en hipótesis previas, y se basan en la idea de que las enfermedades complejas más frecuentes están relacionadas con variantes genéticas comunes (common disease-common variant hypothesis).
5. Este tipo de estudios ha permitido identificar unos 20 loci asociados con presión arterial. En algunos de estos loci se encuentran genes que intervienen en el remodelado vascular, la respuesta vascular a sustancias vasoactivas, la síntesis de péptidos vasodiladores y natriuréticos, y la absorción renal de electrolitos.
6. La magnitud de la asociación entre los alelos de riesgo y la presión arterial es pequeña, entre 0,5 y 1 mmHg por alelo de riesgo.
7. La variabilidad de la presión arterial que explican las variantes identificadas en la actualidad es pequeña (<5%).
Agradecimientos
Este artículo se ha realizado con una ayuda de la Marató de TV3 (081810). G.L. tiene una ayuda del Ministerio de Educación (JCI-2009-04684). M.T. tiene una ayuda del Comissionat per la Universitat i Recerca del Departament d’Innovació, Universitats i Empresa de la Generalitat de Catalunya (2007-BP-B1-0068).
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Figura 1. Representación gráfica de las posibles combinaciones de la frecuencia de la variante genética en la población (rara a frecuente) y el efecto de esa variante sobre el riesgo de presentar la enfermedad (pequeño a grande).
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Figura 2. Representación gráfica del fundamento de los estudios de ligamiento en el que se presenta un pedigree y se observa que la presencia del marcador genético 1 cosegrega con la enfermedad de forma autosómica dominante.
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Figura 3. Representación gráfica del fundamento de los estudios de asociación en un estudio de casos y controles que compara la frecuencia de alelos y de genotipos entre casos y controles.
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Figura 4. Representación gráfica del fundamento y las fases de los estudios de asociación de genoma completo.
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Tabla 1. Variantes genéticas y loci asociados con la presión arterial identificados en estudios de asociación global del genoma
