Fitoestrógenos: un ejemplo de perturbador endocrino

1. Introducción

El sistema endocrino es el encargado de regular el funcionamiento de un organismo para que mantenga su homeostasis. En este sistema, las hormonas son las responsables de transmitir la información entre los órganos involucrados; además de ser esenciales en funciones como las reproductoras, están involucradas en el desarrollo normal de los organismos y en el desempeño y diferenciación cerebral.

Las hormonas van a coordinar el desarrollo de cada individuo a partir de una sola célula fertilizada y ayudan a que ese organismo en desarrollo vaya cubriendo las necesidades de cada uno de sus órganos a través de las diversas etapas de su existencia. Las hormonas son cruciales en la vida de un individuo, por lo que una deficiencia o falla en el sistema endocrino puede conducir a un estado de enfermedad o incluso a la muerte. Es por esto que cualquier sustancia o compuesto que pueda modificar el funcionamiento endocrino pone en riesgo la homeostasis y la sobrevivencia; de manera general, a este tipo de compuestos los llamaremos perturbadores endocrinos (ED) (Craveadi y col., 2007).

Kavlock et al. (1996) definieron los perturbadores como sustancias extrañas al organismo que producen efectos deletéreos sobre el mismo o su descendencia, como consecuencia de una alteración endocrina; es decir, un agente exógeno que interfiere en la producción, liberación, transporte, metabolismo, unión a un receptor o modifica la acción o eliminación de ligandos naturales responsables de mantener la homeostasis, la regulación y desarrollo del organismo.

El ejemplo más claro de un perturbador es el dietilestilbestrol (DES), sustancia química que se comporta como hormona y afecta no solamente la salud de la persona que lo consume, ya que también puede llegar a generar un daño irreversible en sus descendientes, debido a que la exposición de la madre durante la gestación a estos compuestos puede acarrear efectos variados e inesperados en su estirpe varias décadas después, uno de ellos puede ser presentar algún tipo de cáncer o infertilidad (Toppari y col., 1996).

Basándose en estudios epidemiológicos y en animales de laboratorio, se tiene la hipótesis de que los ED afectan la reproducción, la función tiroidea y la diferenciación cerebral. Algunos de los daños que se han relacionado con los ED en niñas son cáncer de mama, endometriosis y pubertad precoz (Craveadi y col., 2007); en el varón se ve alterada la salud reproductiva, presentan disminución de la calidad espermática, cáncer testicular y anomalías del tracto reproductor (Jégou y col., 1999).

2. Clasificación de perturbadores endocrinos

Podemos clasificar los ED en dos grandes grupos: 1. Xenoestrógenos, que corresponden a compuestos químicos elaborados por el hombre, y 2. Compuestos de origen natural como los fitoestrógenos y los estrogénicos localizados en hongos. Algunos ejemplos de estos compuestos son:

• Contaminantes farmacéuticos y de uso veterinario: ej. dietilestilbestrol, promotores de crecimiento.
• Contaminantes de la industria química: ej. bisfenol A, ftalatos, metales pesados.
• Productos fitosanitarios: ej. herbicidas, fungicidas, insecticidas, etcétera.
• Sustancias naturales, fitoestrógenos: genisteína, daidzeína, coumestrol, zearalenona, etcétera (Cravedi y col., 2006).

3. Fitoestrógenos

Los fitoestrógenos son compuestos químicos que se encuentran de manera natural en las plantas, en las que actúan como fungicidas (Sukumuran y Gnanamanickam, 1980) y que regulan diversas funciones requeridas para el mantenimiento fisiológico de las mismas (Feet y Osman, 1982). Algunos factores que pueden generar “estrés” en las plantas, como la radiación ultravioleta, el corte o la deficiencia de nutrientes, estimulan los niveles de fitoestrógenos en ellas (Hanson y col., 1965; Rossiter y Bech, 1966; Rossiter y Bech 1966a; Medina y col., 1982; Medina y col., 1982a). Al ser ingeridos, estos compuestos interactúan con los receptores a estrógenos induciendo un efecto estrogénico/antiestrogénico (Livingston y col., 1961; Loper y Hanson 1964; Le Bars y col., 1990).

Las primeras evidencias de que los fitoestrógenos pueden alterar la reproducción en mamíferos data de 1946 en Australia, borregos alimentados con trébol rojo presentaron diversas perturbaciones reproductivas, infertilidad y galactorrea en machos; todas estos trastornos manifestaban un efecto estrogénico y se le conoció como “enfermedad del trébol” (Bennets y col., 1940). Posteriormente se reportaron afectaciones similares en bovinos estabulados que también fueron alimentados con trébol rojo (Kalla y col.,1984), por lo que se consideró a estos compuestos como inductores de infertilidad en ambas especies (Hughes, 1988).

Romero et al. (1997) describieron un síndrome estrogénico en vacas lecheras, las cuales podían presentar celos repetidos, abortos, quistes ováricos, falsos estros, útero turgente en animales con 40-60 días de preñez, afecciones que se presentaron como consecuencia del consumo de alfalfa con grandes cantidades de coumestrol, inducidas por la contaminación de la alfalfa con el hongo Pseudopesisa medicaginis, que incrementa hasta 75 veces los niveles basales de coumestrol.

En otras especies como los Cheetas, la disminución de la fertilidad se ha relacionado con ingerir una dieta a base de soya (Setchell y col., 1987) o, por ejemplo, en mujeres debido a dietas ricas en soya (Amsterdam y col., 2005; Chandrareddy y col., 2008). Roedores cuya alimentación contenía fitoestrógenos presentaron alteraciones en la actividad uterotrópica y reducción de la fertilidad (Thigpen y col., 1999).

En los países orientales se consume una serie de alimentos derivados de la soya que, en promedio, equivalen a 1.5 mg/kg/día de isoflavonas, en comparación con las poblaciones occidentales que consumen 0.2 mg/kg/día (Coward y col., 1993). En las sociedades orientales se registra una menor incidencia de algunos tipos de cáncer (mama, próstata, recto y estómago) y las mujeres pre y postmenopáusicas presentan pocas alteraciones relacionadas con los cambios hormonales (por ej. bochornos, osteoporosis, angina de pecho). Diversos estudios han relacionado el consumo de isoflavonas con una serie de efectos benéficos en la salud, al actuar como anticancerígenos o antioxidantes, aportando grandes beneficios como agonistas de estrógenos en el sistema cardiovascular y óseo (Song y col., 2007). En paralelo, se sugiere un número de efectos negativos en el desarrollo embrionario e interfiere en la diferenciación sexual normal (Bar-El y Reifen, 2010; Wuttke y col., 2007).

Otros fitoestrógenos, como el coumestrol, son consumidos principalmente en la leche, en complementos alimenticios a base de alfalfa, brotes de frijol, germinado de alfalfa y leguminosas. En el caso de los recién nacidos, se considera que la principal ingesta de coumestrol ocurre vía la leche materna durante el periodo de lactancia (Moon y col., 2009).

4. Estructura, clasificación y mecanismos de acción de los fitoestrógenos

Los fitoestrógenos son compuestos no esteroideos con una estructura similar al estradiol, capaces de mimetizar o modular la acción de los estrógenos endógenos al unirse al receptor de estrógeno; presentan una actividad estrogénica in vitro que llega a ser superior a algunas moléculas sintéticas (Kuiper y col., 1998). Estos compuestos se encuentran en las plantas y son sintetizados a partir de fenoles simples o fenilpropanoides (Rolfe, 1998).

En la actualidad se han encontrado más de 200 sustancias de origen vegetal que presentan actividad estrogénica. La mayoría de los fitoestrógenos pertenecen al grupo de los flavonoides, los cuales se dividen en cinco subgrupos (Moutsatsou, 2007) (Fig. 1):

• Isoflavonas, presentes en leguminosas: ej. granos de soya, lentejas, chícharo. Los principales compuestos son genisteína, daidzeína, biochanina A y formononetina.
• Lignanos, se encuentran en diversos cereales: semilla de lino, salvado, centeno, trigo sarraceno, mijo, soja, avena y cebada, así como en las frutas, algunas verduras y bayas. Los principales compuestos son el enterodiol y la enterolactona.
• Coumestanos, localizados sobre todo en la alfalfa. El principal compuesto es el coumestrol.
  Flavonas, se encuentran en el apio, tomillo, diente de león, flor de trébol, manzanilla, pimiento verde. El principal compuesto es el luteolin.
• Estilbenos, se encuentran en las uvas, arándanos, frambuesas y moras. El principal compuesto es el resveratrol.

Figura 1. Representación de los cinco grupos de flavonoides comparados con el 17 estradiol.

Tanto los estrógenos como los fitoestrógenos poseen un anillo fenólico y la distancia entre ambos hidroxilos en los dos grupos es similar (Bojase y col., 2001; Shirataki y col., 1999) (Fig. 2). A pesar de esta similitud, los fitoestrógenos tienen la capacidad de actuar como agonistas y antagonistas, estos compuestos se unen clásicamente a los receptores de estrógenos y producen una respuesta típica estrogénica cuando son administrados o consumidos en animales o humanos (Shutt y Cox, 1972). Los fitoestrógenos son más estables que los estrógenos naturales, tienen una vida mayor debido a que no son tan rápidamente metabolizados como las hormonas endógenas (Moutsatsou, 2007).

Figura 2. Comparación entre una isoflavona y el 17 estradiol, ambos poseen un anillo fenólico y la distancia entre los dos hidroxilos es similar.

El potencial efecto antagonista de los fitoestrógenos puede explicarse en parte por la identificación de dos tipos de receptores: y . Estos compuestos tienen mayor afinidad por los segundos, los cuales se expresan en diferentes tejidos en los que generan efectos específicos (Cassidy y Faughnan, 2000) (Tabla 1). A nivel celular, el resultado que induzcan depende de diversos factores, como la concentración del compuesto, el estatus de los receptores, la presencia o ausencia de estrógenos endógenos, así como el órgano blanco.

Tabla 1. Distribución de receptores (ER) y en tejidos de humanos (Cassidy y Faughnan, 2000).

Otros mecanismos de acción propuestos para los fitoestrógenos se relacionan con un efecto antiangiogénico, antioxidante y antiproliferativo (Setchell y Cassidy, 1999). Los efectos intracelulares de los fitoestrógenos no se limitan a los genómicos clásicos en los receptores de estrógenos y , también pueden inhibir enzimas involucradas en la esteroidogénesis (3 y 17 hidroxiesteroide deshidrogenasa, aromatasa), inhibir la tirosina cinasa, modificar respuestas biológicas al actuar en el citocromo P450, regulando la expresión de algunos genes o de factores de crecimiento y estimular síntesis de proteínas que une hormonas sexuales (Brown y Setchell, 2001; Duza y col., 2006; Beck y col., 2005; Magee y Rowlan, 2004; Whitten y Patisaul, 2001).

Específicamente, la síntesis de proteínas que une hormonas sexuales sucede a nivel hepático, los fitoestrógenos –al igual que los estrógenos– son capaces de inducir la síntesis de la globulina fijadora de hormonas sexuales (SHBG). Sin embargo, los fitoestrógenos tienen una baja afinidad de unión a la SHBG comparados con el estradiol, provocan un efecto antiestrogénico al disminuir los niveles de hormona endógena libre (Nagel y col., 1998).

La potencia relativa de los fitoestrógenos depende de:

• Tratamiento agudo o crónico
• Etapa: prenatal, neonatal, juvenil, adulto
• Dosis
• Ruta de administración: oral, subcutánea, dieta
• Factores animales: especie, edad, sexo
• Respuesta monitoreada: ej. peso uterino, edad de apertura vaginal, peso corporal, fertilidad, etcétera.

5. Metabolismo de los fitoestrógenos

La mayoría de los fitoestrógenos son consumidos como precursores glicosilados, por lo que requieren ser metabolizados a compuestos activos por medio de la escisión de glucosa (Setchell, 2000) (Fig. 3). Una vez ingeridos, son metabolizados en el intestino gracias a la flora ahí presente y en algunos casos se llegan a producir compuestos con mayor actividad biológica, como la transformación de daidzeína a equol.

Figura 3. Formación de isoflavonas activas a partir de compuestos glicosilados en los cuales se lleva a cabo la escisión de la glucosa.

Durante un tiempo se llegó a considerar que los fitoestrógenos no implicaban ningún riesgo en neonatos, al verse limitado el metabolismo de estos compuestos, ya que no se podría llevar a cabo la escisión de la glucosa, no obstante, se encontró un proceso alterno que se realiza en el yeyuno y que convierte los flavonoides glicosilados a compuestos activos por medio de uridina 5 difosfato glucuronil transferasa (Spencer y col., 1999).

6. Efecto de los fitoestrógenos en las etapas embrionaria y neonatal

En los últimos 50 años se ha reportado una elevada incidencia de alteraciones reproductivas en hombres, tales como fallas en el descenso testicular (criptorquidia), hipospadias, aumento de la incidencia de cáncer en testículos y baja calidad del semen, a este conjunto de alteraciones se le conoce como “Síndrome de disgenesia testicular” (Skakkepack y col., 2001). Este incremento de perturbaciones reproductivas observadas tanto en humanos como en animales sugiere la exposición a factores ambientales y a un estilo de vida que favorece el contacto con perturbadores endocrinos, entre los cuales se les ha dado menor atención a los de origen natural, llamados fitoestrógenos, cuya presencia se considera que es cada vez mayor (Cederroth y col., 2009).

Los órganos y sistemas de cualquier individuo son más sensibles en las etapas de desarrollo que en la vida adulta. La morfogénesis y diferenciación extensa de tejidos y órganos importantes para la reproducción ocurren en periodos pre y postnatales, muchos de estos eventos dependen de la señalización de las hormonas esteroides (Young y col., 1964; Ma, 2009; Sakuma, 2009).

Los perturbadores endocrinos, incluyendo los fitoestrógenos, pueden tener un impacto significativo en el desarrollo y alterar posteriormente la reproducción, efectos que se llegan a manifestar a largo plazo, es decir, hasta la etapa adulta (Jefferson y col., 2012). En humanos se han encontrado valores de fitoestrógenos en el líquido amniótico en el segundo trimestre de gestación similares a los reportados en adultos; es importante recordar que la afinidad de los fitoestrógenos a la SHBG es despreciable, por lo que la exposición del feto se correlaciona con los niveles maternos de estos compuestos (Milligan y col., 1998).

La exposición en la etapa neonatal a este tipo de compuestos sucede por medio de la lactancia; los niveles de fitoestrógenos van a depender de la dieta, ya que se reportan variaciones de 14.3 nM/L hasta 378 nM/L. Durante la lactancia, los bebés intolerantes a la lactosa que son alimentados con suplementos de leche de soya pueden alcanzar niveles circulantes de isoflavonas en un rango de 552 μg/L a 1775 μg/L (Setchell y col., 1997); en esta etapa los valores endógenos de estradiol son de 40-80 pg/mL, por lo que los niveles de isoflavonas son de 13,000 a 22,000 veces más altas que los niveles endógenos de estradiol (Zung y col., 2001).

Los estudios realizados en humanos relativos a la exposición neonatal por consumo de leche de soya son controversiales, ya que algunos sugieren que no hay ninguna relación entre los fitoestrógenos ingeridos y las alteraciones reproductivas observadas en la pubertad y la etapa adulta (Brian y col., 2001). Sin embargo, otros estudios reportan, en el caso de niñas, la prevalencia de inflamación de mama durante los dos primeros años de vida (Zung y col., 2008), estrogenización del epitelio vaginal (Bernbaum y col., 2008) e incremento en el riesgo de presentar tumores uterinos (D'Aloisio y col., 2001) y en el hombre, la presencia de hipospadias (North and Golding, 2008), así como infertilidad, padecimientos relacionados con los efectos estrogénicos de estos compuestos.

Dada la dificultad que se presenta para realizar análisis en humanos o en algunas especies animales, se ha utilizado a los roedores como modelos para investigar el efecto de estos compuestos. De manera muy general se ha reportado que la administración prenatal de genisteína en ratas reduce el peso al nacimiento, así como la distancia anogenital; en cuanto al cerebro, eleva el volumen de los núcleos sexualmente dimórficos en el área preóptica hipotalámica y específicamente en hembras provoca un adelanto de la pubertad, así como alteraciones de los ciclos vaginales (Levy y col., 1995; Lewis y col., 2003); en machos también modifica la distancia anogenital y provoca una reducción del tamaño testicular, en la etapa adulta pueden presentar bajos niveles de testosterona y escasa conducta copulatoria (Wisniewski y col., 2003).

Nosotros hemos observado que una dosis única de coumestrol en el día 10 de gestación en dosis equimolares a 2 y 4  de estradiol y analizado en el día 18, produce en el ovario un retraso en el desarrollo, al advertirse escasos folículos. En el caso de los machos, los cordones germinales se observan menos definidos y con un aspecto fibrilar, una disminución en las células de Sertoli y germinales. Nuestros resultados sugieren consecuencias opuestas, ya que se registra un efecto estrogénico del coumestrol en machos y antiestrogénico en hembras (Montes de Oca, 1996; Bedolla, 1996).

La etapa perinatal es muy importante, toda vez que las diferencias en la actividad reproductiva entre machos y hembras se llevan a cabo durante este periodo, por la aromatización de andrógenos (Arai, 20001). El tratamiento con isoflavonas en esta fase puede causar masculinización de los núcleos sexualmente dimórficos en el área preóptica y a su vez suprimir la respuesta de la hormona luteinizante (LH) en la hipófisis a la estimulación de GnRH (Faber y Hughes, 1991; Faber y Hughes, 1993).

Se ha demostrado que la genisteína consumida por la madre durante la gestación no sólo atraviesa la placenta, sino también la barrera hematoencefálica del cerebro fetal (Doerge y col., 2001), en el área preóptica se encuentran los Er, involucrados en la regulación de neuronas sexualmente dimórficas que responden a estradiol (Temple y col., 2001). Consecuentemente, la genisteína puede inducir la diferenciación de un cerebro masculino en la hembra, o hembras expuestas neonatalmente a coumestrol pueden presentar ciclos anovulatorios en la etapa puberal y adulta (Whiten y col., 1993).

La administración de fitoestrógenos en hembras neonatas causa alteraciones morfofisiológicas en el tracto reproductivo, las cuales se hacen visibles a los 40 días de edad y son irreversibles, entre éstas se observa cornificación vaginal persistente (Burroughs, 1995), ovarios con cuerpos hemorrágicos y escasos folículos ovulatorios (Burroughs y col., 1990), metaplasia escamosa uterina (Forsberg y Kalland, 1981), apertura vaginal temprana (Burroughs, 1995), incremento del peso uterino (Medlock y col., 1995), bajo peso corporal e irregularidad en los ciclos vaginales (Whitten y Naftolin, 1992).

La presencia de ciclos anovulatorios es frecuente debidos tanto a alteraciones ováricas, como por cambios en la respuesta hipofisaria a GnRH para la liberación de LH, lo cual sugiere una perturbación general del eje hipotálamo hipofisiario que genera irregularidades en la función ovárica (Jefferson y Williams, 2011), presentando un patrón similar al “síndrome de retraso ovulatorio” (Whitten y col., 1993).

Nosotros hemos observado que la administración neonatal de coumestrol durante los primeros cinco días, en dosis de 150 μg, induce estro persistente; las hembras presentan un coeficiente de lordosis de 100%, así como quistes ováricos (Tarragó y col., artículo en proceso).

Los efectos descritos por la administración neonatal en machos son contradictorios y dependen tanto de la dosis como del tiempo de exposición y del fitoestrógeno suministrado. El coumestrol en los primeros cinco días postnatales no modifica los parámetros fisiológicos ni espermáticos en el animal adulto (Awoniyi y col., 1997). Sin embargo, la genisteína durante ese mismo periodo retrasa el proceso de espermatogénesis y promueve un decremento de los niveles de FSH (Atanassova y col., 2000); cuando la administración se realiza pre y postnatal sí reduce los niveles de testosterona (Klein y col., 2002).

En un estudio llevado a cabo en nuestro laboratorio, en el que administramos genisteína a ratas Wistar en dosis equivalente a la consumida por bebés en las primeras semanas de nacidos, de los días 1-5 postnatal, en el sexto pudimos percibir modificaciones de tipo estrogénico en los cordones seminíferos. Advertimos un incremento del área del conducto seminífero, disminución del número de células de Sertoli y aumento en el número de células intersticiales (Tarragó y col., en proceso). En la etapa adulta, al valorar la conducta sexual, encontramos un efecto antiestrogénico, ya que el tratamiento indujo un resultado facilitatorio de la conducta al elevar el número de eyaculaciones (Otal y col., 2016). A pesar de lo anterior, la cantidad de hembras gestantes así como el de crías disminuye, lo cual coincide con un efecto estrogénico.

7. Efecto de los fitoestrógenos en adultos

Hemos mencionado que los efectos de la administración o consumo de fitoestrógenos durante las etapas perinatales se pueden manifestar hasta la fase adulta, lo que dificulta determinar en qué etapa se inducen algunas alteraciones; un ejemplo de esta problemática se relaciona con la disminución en el número de espermatozoides que se ha observado en diversas poblaciones. Un estudio reciente realizado en Asia (Iwamoto y col., 2009), donde el consumo de fitoestrógenos es alto en comparación con otras partes del mundo, arrojó que el número promedio de espermatozoides por eyaculado es similar al nivel más bajo reportado en algunos países europeos; sin embargo, no se puede determinar si esto obedece a la dieta, al estilo de vida, a factores genéticos o a una relación de éstos (Giwercman, 2011).

No obstante, dado que la acción de los fitoestrógenos no se limita a la interacción con los receptores a estrógenos, se ha sugerido que también puede interferir en el funcionamiento de los receptores a andrógenos y a su vez afectar los últimos pasos de la espermatogénesis (Chavarro y col., 2009). La exposición a altos niveles de fitoestrógenos durante un intervalo largo en la vida adulta o durante etapas críticas del desarrollo podría dañar la fecundidad al entorpecer el proceso de espermatogénesis.

La mayoría de los estudios se ha realizado en etapas embrionarias y neonatales, siendo menos aquellos efectuados en etapa adulta. En un trabajo hecho con ratas macho Wistar, a las cuales se les administró durante tres días diferentes dosis de coumestrol, se encontró que el tratamiento ocasionó una reducción de los niveles hormonales de testosterona sin modificar los de gonadotropinas, sugiriendo un efecto directo en la biosíntesis de esteroides probablemente inhibiendo la enzima 17 hidroxiesteroide deshidrogenasa. A nivel testicular se observan alteraciones en los túbulos seminíferos, principalmente en las etapas VII y VIII del ciclo del epitelio seminífero (Fig. 4). Los resultados de este trabajo no siguen un comportamiento monotónico, debido a que el tipo de respuesta que presentan es no monotónico u hormético (Tarragó y col., 2006).

Figura 4. Fotomicrografía de corte transversal de testículo de rata, en la que se observan túbulos seminíferos. A y C, tratamiento control con aceite; B y D muestran imágenes de testículo derecho, tratamiento con coumestrol, el cual induce una disminución de la diversidad celular, así como inhibición de algunas fases del epitelio seminífero. Además, se observa un claro incremento del espacio intracelular (modificado de Tarragó y col., 2006).

En el caso de las hembras son escasos los estudios que se tienen en esta etapa. En humanos, un caso único se reportó relacionado con un alto consumo de fitoestrógenos (4 onzas de soya por día), lo que provocó un síndrome persistente de excitación sexual caracterizado por dismenorrea y menometrorragia, así como por una elevada tensión pélvica. El efecto de los fitoestrógenos fue reversible y no se presentaron síntomas después de tres meses de cambiar la dieta (Amsterdam y col., 2005).

8. Conclusiones

• Los fitoestrógenos son compuestos no esteroideos que pueden inducir efectos como agonistas o antagonistas del estradiol.
• Las respuestas que provocan son de tipo no monotónicas, por lo que el efecto mayor se puede tener tanto en dosis alta como bajas.
• La ventana de riesgo a la exposición de estos compuestos son las etapas embrionaria y neonatal, en ocasiones el daño se detecta varias décadas después.
• La unión a los receptores de estradiol no es el único mecanismo de acción que tienen los fitoestrógenos.
• El efecto de estos compuestos depende de factores tales como compuesto, dosis, vía y tiempo de administración, etapa en la que se administra y respuesta u órgano analizado.