Esta proteína es una enzima lisosomal codificada por el gen GAA, cuya deficiencia conlleva una acumulación de glucógeno en el lisosoma, principalmente, del tejido muscular. La incidencia es <1:40.000 nacimientos. Existen presentaciones infantiles, juveniles y del adulto, con diferentes grados de gravedad determinados por el nivel de actividad residual de la enzima, desde el 1% en la forma infantil hasta 10-20% en el adulto. Los niños presentan miocardiopatía hipertrófica, cianosis, macroglosia, hepatomegalia, hipotonía severa y dificultad respiratoria, que suele ser letal en ausencia de tratamiento enzimático sustitutivo (TSE) –myozyme®-, por lo que un diagnóstico precoz es muy importante (Lim, Li y Raben, 2014). En el Pompe del adulto se da la afectación muscular sin lesión cardíaca. Actualmente el diagnóstico de confirmación se puede realizar mediante análisis enzimático en linfocitos (más rápido aunque menos específico) y cultivo de fibroblastos, o mediante análisis genético (incluso iniciada la TSE), con el fin de confirmar la enfermedad en niños o en las variantes más tardías (existen más de 450 mutaciones) para su caracterización genética, pues se están estudiando otras terapias como el uso de chaperonas moleculares que funcionan con efectividad según el tipo de mutación presente.

Mutaciones en el gen PYGM (>140) provocan la perdida de la actividad de la enzima glucógeno fosforilasa muscular, y por lo tanto un bloqueo completo en la degradación del glucógeno (Figura 1). Cuando se realizan contracciones musculares intensas, se estimula la glucogenolisis anaeróbica y la afectación muscular en estos enfermos. El glucógeno también es necesario para el metabolismo oxidativo, por lo cual la disponibilidad de sustratos para OXPHOS disminuye, disminuyendo también la capacidad para realizar ejercicio de intensidad moderada. En los pacientes aparece el fenómeno second-wind, mediante el cual cuando notan las primeras contracturas y paran el ejercicio, hay una readaptación metabólica consistente en un aumento de captación de glucosa y del catabolismo de ácidos grasos (Haller y Vissing, 2002). Este hecho ocurre tras 6 a 8 minutos de ejercicio y se asocia con una disminución en la frecuencia cardíaca que es proporcional a un aumento en la capacidad oxidativa del músculo. El esfuerzo máximo, como levantar o empujar objetos pesados, causa rápidamente fatiga y contracturas musculares, mialgia y rabdomiolisis, que puede dar lugar a mioglobinuria (orinas oscuras) en > 50% de los casos; y alrededor del 10% de los pacientes pueden sufrir fracaso renal (Lucía et al. 2012). Los pacientes experimentan fatiga, taquicardia, y en ocasiones dificultad respiratoria con el ejercicio de más larga duración de intensidad sostenida como caminar cuesta arriba (Sharp y Haller, 2014). Se produce debilidad muscular fija en un 25% de los pacientes, generalmente en mayores de 40 años. Es la miopatía pura metabólica más frecuente, estimándose una prevalencia en España de 1:170.000 (Lucía et al. 2012; Quinlivan et al. 2010; Martín et al., 2001). Las pruebas diagnósticas se realizan tras una rabdomiolisis o una hiperCKemia inexplicada (X 5-10 nivel normal) (Lucía et al. 2012, Martín, Lucía, Arenas y Andreu, 2014). El historial del tipo de intolerancia al ejercicio del paciente es clave para el diagnóstico. La prueba de esfuerzo del antebrazo puede realizarse de forma aérobica y demostrar un bloqueo en la glucogenolisis cuando se detecta un aumento excesivo de amonio y falta de elevación de lactato plasmático. Normalmente, la biopsia muscular se realiza en el paciente en el contexto del diagnóstico diferencial con otras miopatías o miositis; e histoquímicamente puede diagnosticarse la deficiencia de miofosforilasa. Sin embargo, actualmente el diagnostico puede realizarse a nivel genético, en muestras menos invasivas como sangre, pues la mutación “stop”, p.R50X representa en caucásicos el 60-75% de los alelos (Martín et al., 2001; Martín et al. 2014; García-Consuegra et al., 2016). Los pacientes deben evitar contracciones musculares máximas y, lo que es más importante, practicar ejercicio moderado aeróbico a una intensidad que provoque un ritmo cardíaco inferior al 70% del máximo, para lograr un aumento en la disposición y utilización de sustratos alternativos al glucógeno e incrementar el umbral de esfuerzo necesario para provocar daño muscular. La ingesta de proteínas ayuda a activar la gluconeogénesis hepática. Una dieta adecuada de carbohidratos es necesaria para mantener la producción de glucosa a partir de glucógeno hepático y su liberación a sangre debido a que la glucosa sanguínea es un combustible alternativo clave cuando la glucogenolisis muscular está bloqueada. La ingesta de glúcidos simples previa al ejercicio físico mejora la capacidad para realizar el ejercicio (Vissing y Haller, 2003; Martín et al., 2014).

La fosforilasa b quinasa (PhbK) es un homotetrámero de 4 subunidades, α, β, γ, y δ, con isoformas específicas de tejido, excepto para la subunidad β. La deficiencia de PhbK muscular es un trastorno ligado al cromosoma X, causado por mutaciones en el gen PHAK1 que codifica la isoforma muscular de la subunidad α, un componente regulador de la enzima. La PhbK fosforila al glucógeno fosforilasa, convirtiendo su forma b inactiva en la forma a activa. Por otro lado, la fosforilasa también puede activarse por AMP, IMP y fosfato inorgánico. Únicamente siete pacientes descritos (Preisler et al., 2012) de PhbK muscular no han mostrado alteraciones significativas del metabolismo del glucógeno durante el ejercicio. Los pacientes presentan mialgias y calambres musculares por esfuerzo, con o sin mioglobinuria, debilidad proximal o distal, o hiperCKemia asintomática (Preisler et al., 2012; Wehner, Clemens, Engel y Killmann, 1994). La biopsia muscular presenta niveles elevados de glucógeno; el diagnóstico mediante demostración de deficiencia enzimática debe confirmarse con un análisis genético.

La PFK es la enzima que cataliza el paso limitante de la glucolisis y posee tres isoformas, músculo (M), hígado (L) y plaquetas. (P). La isoforma muscular es un tetrámero de subunidades M. Los eritrocitos contienen isoformas M y L. La deficiencia de la isoforma M produce un bloqueo completo de la glucolisis muscular, y parcial en los eritrocitos. La deficiencia de PFKM impide el metabolismo oxidativo y anaeróbico, igual que en la enfermedad de McArdle. El fenotipo clínico en ambas entidades es similar; sin embargo, en la deficiencia de PFKM no se produce efecto second-wind (Haller y Vissing, 2004) y la ingesta de carbohidratos es contraproducente pues inhibe la lipolisis disminuyendo los niveles séricos de ácidos grasos. Además, los pacientes presentan anemia hemolítica compensada. La enfermedad se ha descrito en diferentes fondos genéticos, pero es más prevalente en judíos Ashkenazi (Musumeci et al., 2012). El diagnóstico histoquímico muestra ausencia de tinción PFK, aunque dada la labilidad de la enzima hay que tener en cuenta posibles errores preanalíticos. Se puede hacer diagnóstico genético confirmatorio. Los pacientes deben evitar realizar ejercicio intenso y la ingesta elevada de glúcidos previamente al ejercicio; deben también practicar ejercicio aeróbico moderado.

La fosfoglucomutasa 1 (PGM1) cataliza la interconversión entre glucosa-1-fosfato y glucosa-6-fosfato, siendo la isoforma mayoritaria en hígado y músculo; además, juega un papel relevante en la glicosilación normal de proteínas. La deficiencia de PGM1 muscular se ha descrito como miopatía pura, y en pacientes con defectos de la glicosilación (Tegtmeyer et al., 2014). El uso de suplementos de galactosa parece mejorar la glicosilación y los episodios de rabdomiolisis (Preisler et al., 2013; Tegtmeyer et al., 2014).

Los defectos de la glucolisis distal incluyen fosfoglicerato quinasa (PGK), fosfoglicerato mutasa (PGM) y lactato deshidrogenasa (LDH). Suelen ser deficiencias parciales con una elevación en los niveles de lactato de la prueba de ejercicio en el antebrazo (2X vs 4X normal). El ejercicio de máxima contracción suele inducir los síntomas. La capacidad oxidativa está conservada pues se produce suficiente piruvato para el metabolismo oxidativo dependiente de glucosa, en contraste con GSD_V o GSD_VII.

PGK (GSD IX) está codificada por un único gen, en el cromosoma X; suele producir anemia hemolítica no esferocítica que puede acompañarse por afectación del sistema nervioso central (SNC), incluyendo retardo mental, convulsiones y temblor. Un 30% presenta IE inducida por ejercicio de elevada intensidad (Spiegel et al., 2009).

PGAM (GSD X) es un dímero, y tiene dos isoformas, M (músculo) and B (cerebro); en músculo es un homodímero MM. Las mutaciones en la isoforma M causan miopatía pura con IE. Diez de quince casos descritos son afroamericanos con una mutación común, p.W78X. La presencia de agregados tubulares en la biopsia muscular suele ser frecuente (Naini et al., 2009).

LDH (GSD XI) es una enzima tetramérica que contiene las subunidades muscular (LDH-A) y corazón (LDH-B), que produce un defecto puro de la glucolisis anaeróbica, conduciendo a IE con ejercicio intenso máximo y a veces dermatitis por la preponderancia de LDH-A en la piel. El diagnóstico es bioquímico y genético.

Aldolasa A (GSD_XII). Su isoforma A está presente en músculo y eritrocitos. Su deficiencia causa anemia hemolítica y miopatía (Yao et al., 2004) inducidas por fiebre, posiblemente por la termolabilidad de la enzima.

Beta-enolasa (ENO3). Es un dímero compuesto por tres isoformas; la isoforma beta se encuentra solo en músculo; el único paciente descrito presentó IE con 5% de actividad enzimática (Comi et al., 2001).

Glucógeno sintasa (GYS1). Se ha descrito en cinco pacientes (tres familias) con afectación cardíaca. Algunos presentan convulsiones generalizadas. La biopsia muestra disminución de glucógeno y proliferación mitocondrial (Kollberg et al., 2007).

Glicogenina-1 (GYG1). Se ha descrito en pocos pacientes. Se produce un defecto de la autoglucosilación de la glicogenina, que es un paso clave para que comience la síntesis de glucógeno. El fenotipo es similar a GYS1 con IE, cardiomiopatía, y características similares en la biopsia muscular (Moslemi et al., 2010).

Deficiencia de enzima desrramificante, enfermedad de Cori, GSD_III. Es una proteína única con dos dominios, oligo-1-4-glucantransferasa y amilo-1-6-glucosidasa. Las cadenas de glucógeno son acortadas por la fosforilasa hasta restos de cuatro unidades de glucosa, que son eliminados por la desramificante en dos pasos llevados a cabo por esos dominios. Se han descrito más de 100 mutaciones. Un 85% de los casos presentan alteraciones hepatomusculares (GSD_IIIa) y un 15% únicamente hepáticas (GSD_IIIb). Los pacientes pueden desarrollar cardiomiopatía hipertrófica y arritmias (Kishnani et al., 2010). La debilidad progresiva tiene lugar a los 30-40 años. No se produce rabdomiolisis. Es frecuente la hipertransaminemia, aumento de CK e hipoglucemia cetótica. Hay acúmulo de glucógeno anormal, que ha de confirmarse bioquímica o genéticamente. Los pacientes deben adoptar una dieta rica en proteínas con carbohidratos complejos, y deben controlarse mediante electrocardiograma y pruebas bioquímicas y ecográficas de función hepática (Kishnani et al., 2010).

Deficiencia de enzima ramificante (GBE), enfermedad de Andersen, GSD_IV. La enzima GBE transfiere restos glucosilos unidos mediante enlace alfa-1,4 del exterior de la cadena de glucógeno a una posición alfa-1,6, sintetizando glucógeno ramificado, lo que incrementa la solubilidad y disminuye la fuerza osmótica (Thon, Khalil y Cannon, 1993). Hay acúmulo de glucógeno parecido a la amilopectina. Se han descrito 40 mutaciones asociadas con afectación hepática, del corazón, muscular y SNC, con formas infantiles graves y formas moderadas del adulto (Bao, Kishnani, Wu y Chen, 1996). El diagnóstico se confirma bioquímica o genéticamente. Se debe realizar seguimiento de la afectación hepática y coronaria.

El alto índice de mutación del mtDNA hace que sea posible encontrar un gran número de mutaciones puntuales; sin embargo, no todas van a ser patológicas, ya que la mayoría representan polimorfismos que se han fijado en la población y que han servido para trazar las migraciones humanas. Existen una serie de criterios para establecer cuándo se debe considerar una mutación como patogénica, pero la aplicación de los mismos depende mucho de cuán exigente se es a la hora de considerarlos. Muchas mutaciones que, en su momento, se consideraron patológicas han resultado ser simples variaciones polimórficas y, en otros casos, la secuenciación completa del mtDNA ha dado como resultado la presencia de otras mutaciones con mayor posibilidad de ser patogénicas (Montoya, López-Gallardo, Díez-Sánchez, López Pérez y Ruiz-Pesini, 2009; Montoya et al. 2009). Hasta el momento se han descrito más de 200 mutaciones puntuales patológicas distribuidas a lo largo de los 37 genes que codifica el mtDNA y que, en general, responden a un tipo de herencia materna. Algunas de estas mutaciones aparecen frecuentemente asociadas a algunos síndromes concretos (mutaciones comunes), mientras que el resto solo se han encontrado en casos puntuales. La mayor parte de las mutaciones que se han asociado a patologías determinadas, y que se consideran patogénicas, se pueden encontrar en la base de datos de MITOMAP (http://www.mitomap.org). ¿Qué mutaciones hay que estudiar ante un caso de enfermedad mitocondrial? Si los pacientes han sido evaluados con precisión, el análisis puede restringirse a unas pocas mutaciones que representan la mayor parte de los casos. Solamente ante la presencia de defectos concretos en la actividad de la cadena respiratoria se debe iniciar un estudio de la presencia de otras mutaciones descritas o nuevas. Entre las patologías más importantes causadas por mutaciones puntuales podemos citar:

Las deleciones en el mtDNA se encuentran siempre en heteroplasmia, ya que la homoplasmia sería incompatible con la vida por faltar genes completos imprescindibles para el funcionamiento de OXPHOS. Se han descrito numerosas deleciones diferentes, si bien hay una de ellas, la llamada deleción común de 4977 pares de bases, que se encuentra mucho más frecuentemente. Los síndromes asociados a la presencia de estas deleciones son muy variados, algunos se describen a continuación.

La disminución considerable de los niveles de mtDNA es la causa de un grupo de enfermedades con caracteres clínicos y genéticos muy heterogéneos, de herencia autosómico recesiva, que aparecen muy temprano y que provocan la muerte en la infancia temprana (Lee et al., 2009). Se presentan habitualmente con debilidad muscular, encefalomiopatía progresiva o fallo hepático. Actualmente se distinguen cuatro tipos diferentes de formas de presentación según el tipo de órgano que sufre la depleción: miopática, encefalomiopática, hepatocerebral y neurogastrointestinal (Elpeleg, 2003; Suomalainen e Isohanni, 2010; Nogueira et al., 2014). Se considera que existe una depleción mitocondrial cuando los niveles de mtDNA están por debajo de un 30%-20% con respecto a controles emparejados por edad y sexo (Vu et al., 1998; Morten et al., 2007). Sin embargo, en los casos graves se llega hasta valores por debajo del 5%. La mayoría de ellos mueren en su infancia temprana, aunque algunos alcanzan hasta la pubertad e incluso mucho más (Lee et al., 2009). Las distintas formas de presentarse la enfermedad se han asociado con mutaciones en varios genes. La forma miopática se caracteriza por una atrofia muscular proximal grave, debilidad, hipotonía, fallo en el crecimiento y dificultad para la alimentación. Esta forma se ha asociado a mutaciones en el gen timidin kinasa-2 (TK2) (Saada et al., 2001; Mancuso et al., 2002, Cámara et al., 2015). La forma encefalomiopática está caracterizada por un retraso psicomotor grave, hipotonía muscular, convulsiones generalizadas, altos niveles de lactato en sangre y disfunción tubular renal variable. Se ha relacionado con mutaciones en el gen que codifica la subunidad beta de la succinil-CoA sintasa (SUCLA2) (Elpeleg et al., 2005; Suomalainen e Isohanni, 2010; Nogueira et al., 2014), con SUCLG1, que codifica la subunidad alfa de la succinato CoA ligasa, con la timidina fosforilasa (TYMP) y con RRMB2, ribonucleótido reductasa. Por último, la forma hepatocerebral aparece muy temprano con vómitos, fallo del desarrollo, hipotonía e hipoglucemia asociada a un deterioro neurológico progresivo. El síndrome de Alpers se considera como una forma de síndrome de depleción. El hígado muestra degeneración grasa, fibrosis, desestructuración y proliferación de conductos biliares (Mazziotta et al., 1992). Esta forma de depleción se ha asociado a mutaciones en los genes codificantes de desoxiguanosina kinasa (DGUOK) (Mandel et al., 2001), DNA polimerasa gamma (POLG) (Naviaux y Nguyen, 2004), MPV17 y TWNK (Calvo et al., 2006; Spinazzola et al., 2006; Nogueira et al., 2014). La primera fosforila desoxurribonucleótidos purínicos; la segunda participa en la replicación del DNA mitocondrial, y MPV17 es de función desconocida. La forma neurogastrointestinal (MNGIE) se caracteriza por una pérdida de peso, falta de movilidad gastrointestinal, disfagia, dolor abdominal, diarrea y una neuropatía desmielinizante motora y sensorial. Aparece entre los 20 y los 50 años de edad y presenta niveles elevados de timidina y desoxiuridina en plasma. Esta enfermedad puede estar producida también por deleciones múltiples y mutaciones puntuales y se ha asociado a mutaciones en el gen de la timidin fosforilasa (TYMP) y en el gen RRM2B. Mutaciones en estos genes nucleares que afectan al llamado mantenimiento del mtDNA se están asociando tanto con trastornos que producen depleción de mtDNA como con aquellos que presentan deleciones múltiples del mtDNA (Cámara et al., 2015).