Anti-diabetogenic action of sodium butyrate and its protective effect on the intestinal epithelial barrier in mice fed a high-fat diet

Autor: Matheus, Valquiria Aparecida, 1977
Přispěvatelé: Collares-Buzato, Carla Beatriz, 1965, Carvalho, Carolina Prado de França, Minatel, Elaine, Maluf, Luciana Le Sueur, Cagnon, Valéria Helena Alves, Universidade Estadual de Campinas. Instituto de Biologia, Programa de Pós-Graduação em Biologia Celular e Estrutural, UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
Rok vydání: 2020
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Zdroj: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
instacron:UNICAMP
Popis: Orientador: Carla Beatriz Collares Buzato Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia Resumo: O trato intestinal, além de atuar no processo de absorção, desempenha importante função de barreira contra agentes nocivos, sejam eles microorganismos ou antígenos provenientes da alimentação. Alterações na morfologia e na função desta barreira parecem contribuir com a patogênese de várias doenças, incluindo o diabetes melito, doença metabólica crônica que afeta milhões de pessoas por todo o mundo. Estudos com o butirato de sódio, um ácido graxo de cadeia curta (AGCC), proveniente do metabolismo da microbiota intestinal, têm mostrado efeito positivo sobre o metabolismo e sobre a barreira intestinal em situações patológicas. A presente Tese de Doutorado tem como objetivo geral estudar a possível ação anti-diabetogênica do butirato de sódio e seu efeito protetor sobre a barreira epitelial intestinal mediada pelas junções de oclusão (JO) em modelos in vivo e in vitro de diabetes melito tipo 2 (DMT2). Camundongos machos adultos, da linhagem C57BL6J, foram distribuídos em quatro grupos experimentais: controle (C); controle+butirato (CB); dieta hiperlipídica (DHL); dieta hiperlipídica+butirato (DB) (n=20 animais/grupo), os quais foram mantidos num período de tratamento de 60 dias. A suplementação com butirato inibiu significativamente as disfunções metabólicas induzidas pela DHL (como intolerância à glicose e resistência à insulina, hiperglicemia jejum e pós-prandial e hiperinsulinemia), bem como reduziu significativamente o ganho de peso e aumentou de forma significativa o gasto energético (avaliado em câmara metabólica). Tais efeitos do butirato foram observados sem alteração da ingestão calórica diária, da expressão hipotalâmica de genes orexigênicos e anorexigênicos e da atividade locomotora. Ainda, em comparação com o grupo DHL, os animais do grupo DB apresentaram um aumento na função secretora de insulina (em ensaio in vitro de secreção estática em ilhotas isoladas), diminuição significativa na adiposidade e na razão massa gorda/massa magra (como avaliado por microtomografia computadorizada), preservação das características morfológicas do tecido adiposo marrom, aumento da expressão de UCP-1 nesse tecido e inibição significativa do quadro de esteatose hepática e de acúmulo de gordura no pâncreas. Quanto à avaliação da estrutura da barreira intestinal, mediada pelas proteínas da junção de oclusão (JO), o tratamento com butirato reverteu os efeitos deletérios da ingestão de DHL sobre a estrutura da JO, observada por imunomarcação juncional de claudinas -1 -2 -3 e de ZO-1 no epitélio de diferentes segmentos do intestino delgado e grosso, bem como reduziu a permeabilidade intestinal a marcadores paracelulares Ainda, esse AGCC não teve um efeito tóxico sistêmico, avaliado através de parâmetros hematológicos e bioquímicos séricos dos camundongos. No modelo in vitro de barreira intestinal, observamos que as células da linhagem Caco-2, expostas ao lavado do conteúdo luminal intestinal de animais que receberam a suplementação com butirato (CB e DB), apresentaram um reestabelecimento da estrutura e função da barreira epitelial mediada pela JO quando comparadas àquelas expostas ao conteúdo intestinal dos animais que receberam a dieta sem suplementação (C e DHL), o que corrobora os dados in vivo. Em conclusão, a suplementação com butirato inibe o efeito diabetogênico do consumo de DHL atenuando as disfunções bioquímicas, teciduais e metabólicas e reforçando a barreira intestinal mediada pela JO em modelos in vitro e in vivo Abstract: The intestinal tract, besides acting in the nutrient absorption process, plays an important barrier function against harmful agents, whether they are microorganisms or food-derived antigens. Changes in the morphology and function of this barrier appear to contribute to the pathogenesis of several diseases, including diabetes mellitus, a chronic metabolic disease that affects millions of people worldwide. Butyrate, a short-chain fatty acid (SCFA) produced by the intestinal microbiota, has been shown to display a positive effect on metabolism and the intestinal barrier in pathological situations. This Ph.D. thesis aims to study the possible anti-diabetogenic action of sodium butyrate and its protective effect on the intestinal epithelial barrier mediated by tight junctions (TJ) in vivo and in vitro models of type 2 diabetes mellitus (T2DM). Adult male C57BL6J mice were distributed into four experimental groups, that were maintained in a 60-day treatment period: control (C), control + butyrate (CB), high-fat diet (HF), and HF diet + butyrate (HFB) groups (n = 20 animals/group). Butyrate supplementation significantly inhibited metabolic dysfunctions induced by HF diet (such as glucose intolerance, insulin resistance, fasting and postprandial hyperglycemia, and hyperinsulinemia), as well as significantly reduced weight gain while significantly increased energy expenditure (evaluated in the metabolic chamber). Such effects of butyrate were observed in the absence of significant alteration in daily caloric intake, hypothalamic expression of orexigenic and anorexigenic genes, or motor activity. Besides, in comparison with the HF group, the animals from the HFB group showed an increase in insulin secretory function (as assessed by in vitro static secretion assay in isolated islets), a significant decrease in adiposity and the fat mass/lean mass ratio (as assessed by microtomography), the preservation of the morphological characteristics of brown adipose tissue, increased expression of UCP-1 in this tissue accompanied by a significant inhibition of hepatic steatosis and accumulation of fat in the pancreas. Regarding the TJ-mediated intestinal barrier structure, butyrate treatment reversed the deleterious effects of HF diet ingestion on the TJ structure, evaluated by junctional immunostaining of claudins -1 -2 -3 and ZO-1 in the epithelium of different segments of the small and large intestine, as well as reduced the intestinal permeability to paracellular markers. Also, this SCFA does not seem to have a toxic effect, as revealed by the analysis of hematological and biochemical parameters. In the in vitro intestinal barrier model, we observed that Caco-2 cell monolayers, when exposed to the washing of the intestinal luminal content of animals that received butyrate supplementation (CB and HFB), showed a reestablishment of the structure and function of the TJ-mediated epithelial barrier as compared to those exposed to the intestinal content of animals that received the diet without supplementation (C and HF), which corroborates the in vivo data. In conclusion, butyrate supplementation inhibits the diabetogenic effect of HF diet consumption, attenuating biochemical, tissue, and metabolic dysfunctions and strengthening the intestinal barrier mediated by TJ in vitro and in vivo models Doutorado Biologia Tecidual Doutora em Biologia Celular e Estrutural CAPES 001 CNPQ 141442/2018-2 FAPESP 2018/02118-2
Databáze: OpenAIRE
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