El magnesio es el segundo ión intracelular más común y el cuarto catión más abundante del cuerpo. Este catión bivalente tiene un rol fundamental en numerosos procesos metabólicos como la síntesis de proteínas y ADN y la fosforilación oxidativa; es también un cofactor crítico de gran número de reacciones enzimáticas, e interviene en la regulación de canales iónicos (1). En los sujetos normales, un cambio agudo en la concentración sérica de magnesio afecta la función paratiroidea: su caída estimula la secreción, mientras que la hipermagnesemia inhibe la liberación de PTH (2,3).
Es por ello que la deficiencia de magnesio afecta a múltiples funciones corporales. Los síntomas de la deficiencia de magnesio están relacionadas fundamentalmente a hiperexitabilidad neuromuscular que va de la tetania latente a la tetania manifiesta y/o convulsiones (4) y desde las simples alteraciones electrocardiográficas de intervalo PR y QT prolongado hasta arritmias cardíacas complejas.
La deficiencia de magnesio es un problema muy común que se encuentra en más del 10% de los pacientes hospitalizados y su ocurrencia puede ser tan alta como el 65% en pacientes de unidades de terapia intensiva (5). Una complicación que se observa en los pacientes adultos con hipomagnesemia crónica es la condrocalcinosis, especialmente a nivel de las rodillas que puede llevar a impedimento de la función articular(4).
La deficiencia de magnesio se debe usualmente a pérdidas de magnesio ya sea por el tracto gastrointestinal o por el riñón. Las enfermedades que producen diarrea aguda o crónica asociada o no a malabsorción comúnmente causan deficiencia de magnesio. La diabetes es probablemente la enfermedad sistémica más común asociada a hipomagnesemia. La diuresis osmótica debida a glucosuria resulta en la pérdida renal del catión. Diferentes drogas como los diuréticos, aminoglucósidos (6), ciclosporina (7) y cisplatino pueden causar también pérdida renal de magnesio.
Manejo renal de la homeostasis del magnesio
La concentración plasmática de magnesio es regulada dentro de un margen muy estrecho por cambios en la excreción urinaria de este catión en respuesta a alteraciones en la absorción intestinal. Por lo tanto el riñón juega un rol fundamental en la homeostasis del magnesio (4,8). Solo una pequeña fracción del magnesio filtrado es reabsorbida en el túbulo proximal (aproximadamente 15% de la carga filtrada). La mayor parte de la reabsorción renal de magnesio ocurre en y en la rama gruesa ascendente de Henle (± 70%) a través de un transporte pasivo paracelular (Figura 1) movido por un gradiente eléctrico. Alrededor del 10% del magnesio filtrado se reabsorbe en el túbulo contorneado distal (TCD) y conector, por un proceso de trasporte activo transcelular (6,8). La entrada apical a las células del TCD y conector es mediada por canales especiales permeables al magnesio llamados TRPM6 (transient receptor potential cation channel, subfamilia M, miembro 6) movilizado por un gradiente de voltaje transmembrana favorable (9). El mecanismo de egreso basolateral del magnesio hacia el intersticio es desconocido (figura 2). El magnesio debe ser extruído en contra de un gradiente electroquímico desfavorable, y lo más probable es que esto ocurra por un intercambiador Na+/Mg2+ y/o una Mg2+ATPasa. Finalmente, se excreta en la orina entre el 3%¿5% del magnesio filtrado. En situaciones de hipomagnesemia el riñón puede reducir la excreción de magnesio al 0,5% de la carga filtrada y en situaciones de hipermagnesemia puede eliminar hasta el 80% de la misma. A pesar del importante papel que juegan los mecanismos del transporte transepitelial en el manejo de magnesio, estos mecanismos permanecen todavía sin conocerse con precisión.
Trastornos hereditarios del manejo del magnesio y nuevas proteínas comprometidas en su transporte
La hipomagnesemia primaria hereditaria constituye un raro grupo heterogéneo de trastornos caracterizados por pérdida renal o intestinal de magnesio con depleción de magnesio asociados frecuentemente a alteraciones en la excreción del calcio que resulta en síntomas compartidos de tetania y convulsiones generalizadas. El estudio de estos trastornos ha permitido profundizar el conocimiento de los mecanismos celulares y moleculares que juegan un papel importante en reabsorción renal de magnesio. En los últimos años, estudios genéticos sobre varios de estos trastornos hereditarios han revelado cuatro nuevas proteínas comprometidas en el transporte renal del magnesio:1) la claudina 16, 2) el canal epitelial de magnesio, TRPM6 previamente mencionado, 3) la subunidad gamma de la Na,K-ATPasa y 4) el proEGF (pro Epidermal Growth Factor/factor de crecimiento epidérmico)
1) Hipomagnesemia familiar con hipercaciuria y nefrocalcinosis y mutaciones en las proteinas de unión estrecha Claudina 16 y 19
En 1999 se descubrió que un síndrome raro, la hipomagnesemia familiar con hypercalciuria y nefrocalcinosis (FHHNC) era producido por la mutación de la paracelina 1 luego denominada claudina 16 (10).Los trastornos tubulares y la progresión hacia la insuficiencia renal son usualmente resistentes a la sustitución de magnesio y a la terapia con hidroclorotiazida, pero la hipomagnesemia puede mejorar con el avance de la insuficiencia renal.
Como ya mencionamos previamente el grueso de la reabsorción tubular de magnesio ocurre en la rama gruesa ascendente de Henle. Este segmento tubular esta constituido por un epitelio impermeable al agua, lo cual es muy importante para generar el gradiente de hiperosmolaridad medular producida por la reabsorción de cloruro de sodio del cual depende la posterior reabsorción de agua por el túbulo colector. La reabsorción de cloruro de sodio depende de la presencia en la membrana apical de las células tubulares de esta región de un cotransportador electroneutro que transporta dos cloros, un potasio y un sodio (NKCC2), el cual es el blanco molecular de los llamados diuréticos de asa como la furosemida. El potasio debe volver a salir la luz tubular a través de canales especiales llamados ROMK (del inglés ¿Renal Outer Medulary K¿), lo cual genera y mantiene un potencial intratubular positivo de 6 a 12 mvolts que es el que a su vez mueve la reabsorción paracelular de los cationes bivalentes calcio y magnesio. El descubrimiento de que la proteína paracelular claudina 16, expresada en las uniones estrechas de la rama gruesa ascendente de Henle, estaba comprometida en la reabsorción del magnesio, sugirió en primera instancia que esta claudina 16 podría ser la vía paracelular para la reabsorción del magnesio. Cuando se investigaron una serie de mutaciones de la claudina 16 encontrada en pacientes portadores de FHHNC expresándolas en líneas de células renales, se encontró que la mayor parte de estas proteínas mutadas eran retenidas intracelularmente. Una pocas mutantes eran dirigidas como ocurre normalmente hacia las uniones estrechas, pero estas mostraban una reducida conductividad para el magnesio (11). Por lo tanto se pensó que las mutaciones de la claudina 16 halladas en la FHHNC afectaban su trafico intracelular o la peremeabilidad paracelular al magnesio. Sin embargo otros estudios han demostrado que la claudina 16 tiene solo una baja permeabilidad para el magnesio pero si una alta permeabilidad para el sodio, y se propuso que la caudina 16 formaba un shunt paracelular para que el sodio del intersticio volviera a la luz tubular, contribuyendo a la generación del potencial positivo de la luz tubular (12). Esta hipótesis fue evaluada recientemente usando tecnología de interferencia de ARN para generar un modelo de ratón con una gran reducción de la expresión de claudina 16 (13). Este modelo de ratón presentó pérdida de magnesio y calcio por orina, reducción de la masa ósea y el subsecuente desarrollo de nefrocalcinosis como se ve en los pacientes con FHHNC. Un análisis detallado de la función de la rama gruesa ascendente de Henle en estos ratones con ausencia de claudina 16 mostró una disminución de la permeabilidad paracelular para el sodio con una fuerte reducción del potencial lumen positivo. Estos datos demostrarían que la claudina 16 puede ser parte del complejo unión estrecha que media selectivamente la retrodifusión del sodio del intersticio a la luz de la rama gruesa ascendente de Henle, generando el potencial luminal electropositivo que es crítico para la reabsorción paracelular de calcio y magnesio.
En un estudio en pacientes con mutaciones que resultaban en una pérdida completa de la función de ambos alelos de la claudina 16 se observó que estos eran más jóvenes al comenzar los síntomas que aquellos que tenían un alelo que proveía una función parcial (14). Además aquellos con una pérdida completa de función tenían un deterioro más rápido de la filtración glomerular, que llevaba a que más de la mitad de ellos requiriera reemplazo de la función renal a la edad de 15 años comparado con 20% de aquellos con función residual del alelo. Por lo tanto la existencia de función residual de la claudina-16 podría retrasar la progresión hacia el fallo renal en los pacientes con FHHNC.
Mas recientemente se han descrito nueve familias con hipomagnesemia severa con mutaciones en el gen que codifica a la claudina 19 (15) La claudina 19 es otra proteína de las uniones estrechas expresada en los túbulos renales y en los ojos(16). Es por ello que los pacientes con mutaciones de la claudina 19 presentan síntomas oculares como impedimento visual severo, coloboma macular, nistagmus horizontal y miopía marcada, que no presentan los pacientes con mutaciones de la claudina 16. En células epiteliales de riñón de porcino la claudina 19 funciona como un bloqueador de cloro mientras que la claudina 16 funciona como un canal de sodio. Las mutaciones de la claudina 19 halladas en pacientes con FHHNC fueron incapaces de bloquear la permeabilidad al cloro. La coexpresión de claudina 16 y 19 genera selectividad catiónica a la unión estrecha de una manera sinérgica (17).
2) Hipomagnesemia con hipocalcemia secundaria y mutaciones del canal de magnesio TRPM6
Esta rara enfermedad (HSH del inglés Hypomagnesemia with secondary hypocalcemia; OMIM 602014) autosómica recesiva caracterizada por bajos niveles séricos de magnesio con alta excreción fraccional urinaria de magnesio que es causada por mutaciones sin sentido o de sentido cambiado en el canal apical de magnesio TRPM6 (18). Estudios posteriores mostraron que el TRPM6 es un canal permeable al magnesio expresado en la membrana luminal del epitelio intestinal y del TCD y conector (19). Las mutaciones inactivadoras del TRPM6 causan la combinación de un impedimento en la absorción intestinal asociado a una pérdida renal del catión.
Otro trastorno hereditario que también produce alteraciones en el canal epitelial de magnesio es el síndrome de Gitelman. Este es un trastorno hereditario producido por la pérdida de función debido a mutaciones en el gen que codifica el cotransportador Na-Cl del túbulo contorneado distal (NCCT). Este trastorno se caracteriza por hipokalemia, alcalosis metabólica, hipomagnesemia, e hipocalciuria. La hipomagnesemia que se desarrolla durante el tratamiento crónico con hidroclorotiazida y en los ratones knockout para el cotransportador Na-Cl, un modelo animal del síndrome de Gitelman, se debe a una downregulation del canal epitelial de magnesio TRPM6. Por lo tanto, la downregulation de este canal puede representar un mecanismo general involucrado en la patogénesis de la hipomagnesemia que acompaña a la inhibición o inactivación del cotransportador Na-Cl (20,21)
3) Hipomagnesemia renal autosómica dominante con hipocalciuria y mutaciones de la subunit de la Na,K-ATPasa.
En el riñón, la Na+, K+-ATPasa es un oligómero (alfa/beta/gamma) con cantidades equimolares de las subunidades esenciales alfa y beta y una pequeña proteína hidrofóbica, la subunidad gamma. La FXYD2 o subunidad gamma de la Na,K-ATPasa pertenece a la familia de proteínas FXYD que son moduladores tejido específicos Na, K-ATPasa, como el fosfolemman (o FXYD1) y el CHIF (corticosteroid hormone-induced factor, o FXYD4 ). La expresión de la proteína FXYD2 o subunidad gamma esta esencialmente restringida al riñón y tiene dos variantes fundamentales la gamma a y la gamma b. Mientras el fosfolemman y el CHIF incrementan la afinidad aparente por el Na(+) intracelular de la Na, K-ATPasa, la subunidad gamma reduce la afinidad por el sodio (22). Las dos variantes de la subunidad gamma afectan las propiedades catalíticas de la bomba. Ambas variantes están coexpresadas en el túbulo proximal y en la parte medular de la rama gruesa ascendente del asa de Henle. En el resto de los segmentos tubulares la distribución de ambas variantes difiere: solo la variante gamma a esta presente en la mácula densa y las células principales de las partes iniciales del túbulo colector. La gamma b esta en la porción cortical de la rama gruesa ascendente de Henle. (23). La subunidad gamma es un activador de la Na+, K+-ATPasa de la medular externa del riñón y su fosforilación por la PKA incrementa su capacidad para estimular la hidrólisis del ATP (24).
En una gran familia holandesa con hipomagnesemia renal autosómica dominante asociada con hipercalciuria, se mapeo recientemente al locus de la región 5.6-cM en el cromosoma 11q23 (25). Luego del tamizado de los candidatos, se identificó una mutación heterozigota en el gen FXYD2, que codifica la subunidad gamma de la Na(+),K(+)-ATPasa, cosegregando con los pacientes de esta familia, y que no se encontró en 132 cromosomas control. La mutación lleva a una sustitución G41R, introduciendo un residuo de aminoácido cargado en la región transmembrana predicha de la proteína de la subunidad gamma. Estudios de expresión en el insecto Sf9 y células COS-1 mostró que la subunidad gamma mutante era incorrectamente direccionada y se acumulaba en las estructuras perinucleares. Además de la alteración en el direccionamiento del mutante G41R, el análisis del Western blot de ovocitos de Xenopus que expresaban ya sea el tipo salvaje o el mutante de la subunidad gamma mostraron que al mutante de la subunidad gamma le faltaba una modificación post-translacional. Finalmente los investigadores estudiaron dos individuos a los que les faltaba una copia del gen FXYD2 y encontraron que sus niveles de magnesio sérico se encontraban dentro del rango normal. Por lo tanto la retención de las subunidades gamma mutantes en estructuras intracelulares precisas se asociaba con un procesamiento aberrante post-translational. Por lo tanto la mutación G41R de la proteína FXYD2 causa hipomagnesemia renal dominante asociada con hipocalciuria a través de un mecanismo dominante negativo. A pesar de todo lo anterior el mecanismo por el cual una mutación en una proteína regulatoria de la bomba Na(+),K(+)-ATPasa causa pérdida renal de magnesio no esta todavía determinado.
4) Hipomagnesemia renal recesiva aislada y mutaciones en el Pro-EGF
Esta enfermedad (IRH del inglés isolated recesive renal hypomagnesemia ) se caracteriza niveles bajos de magnesio, normocalciuria y retardo mental con convulsiones. Groenestetege y col estudiaron dos hermanas de una unión de consanguinidad cuyos padres eran asintomáticos, sugiriendo un patrón autosómico recesivo (26). Se descartaron en estas pacientes mutaciones en otros genes previamente identificados con el manejo renal de magnesio. Efectuando un mapeo genético llegaron a la identificación de un intervalo de unión crítico con puntaje LOD de 2,66 en el cromosoma 4 de 18,4 cM entre los marcadores D4S2623 y D4S1575. Entre los genes candidatos localizados en esa región, se consideró altamente relevante al gen del EGF (epidermal growth factor: factor de crecimiento epidérmico). El secuenciamiento del EGF de los individuos afectados identificó una mutación homocigota C3209T en el exon 22 que causaba sustitución de una prolina altamente conservada por una leucina en la cola citoplasmática del pro-EGF (P1070L). El gen del EGF consiste en 24 exones que codifican una larga proteína precursora anclada en la membrana tipo I, la cual sufre un clivaje proteolítico transformándose en pro-EGF que finalmente genera una hormona acídica de 53¿aminoácidos, el EGF (27). EGF pertenece a la familia de factores de crecimiento tipo EGF que tiene profundos efectos sobre la diferenciación celular y es un potente mitógeno (28)
El EGF se une con gran afinidad al receptor EGFR. El EGF se encuentra en forma muy abundante en el TCD y parece ser secretado tanto hacia el lado apical como basolateral, mientras que el EGFR se encuentra fundamentalmente en la membrana basolateral. Groenestege y col (26) demostraron que la mutación P1070L en el pro-EGF parecen afectar el direccionamiento y secreción basolateral del EGF, mientras que la liberación apical no se ve afectada en células de riñón canino Madin-Darby.(MDCK). A pesar de que la Prolina 1070 puede ser parte del motivo PXXP que produce el direccionamiento basolateral de pro-EGF, la expresión del pro-EGF mutado (P1070L) en células de riñón embrionario humano (HEK) también puede afectar la formación del EGF, abriendo la posibilidad de que la mutación pueda afectar el procesamiento del pro-EGF.
Ya sea que la mutación hallada en los pacientes con IRH produzca mal direccionamiento o alteración en el procesamiento del pro-EGF, Groenestege y col (26) encontraron que el EGF incrementa en forma marcada la actividad del canal de magnesio TRPM6. Esto llevó a los autores a proponer un modelo fisiológico en el cual se requiere una actividad basal de activación basolateral del EGFR para la actividad del TRPM6 y entrada apical del magnesio. Este modelo es compatible con la hipomagnesemia observada en los pacientes con cáncer tratados con el anticuerpo anti-EGF Cetuximab (29,30). En apoyo de esta noción los autores mostraron que el cetuximab también antagonizaba la estimulación del de la actividad del TRPM6 por el EGF en células en cultivo.
Perspectiva
Luego de muchas décadas de investigación, todavía sigue sin comprenderse en profundidad el control de la homeostasis del magnesio. El estudio de los distintos trastornos hereditarios del magnesio ha puesto en evidencia nuevas proteínas comprometidas en su manejo. Quizás el hallazgo mas importante sea que el EGF actúa como un factor magnesiotrópico autocrino/paracrino y abre un camino hacia la mejor compresión de la reabsorción activa de magnesio en el túbulo distal. Entre las preguntas pendientes están si el efecto del EGF es a través de la regulación de la actividad del canal o si regula su expresión apical y cuales son las vías de señaleo intracelular. La comprensión de todos estos mecanismos abrirá la puerta a un conjunto de objetivos terapéuticos para poder manipular el manejo renal del magnesio.
