Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10316/27020
Title: Brain-Liver Nitric Oxide Axis: A Major Regulatory Player in Insulin Clearance and Action
Authors: Martins, Fátima O. 
Orientador: Jones, John G.
Keywords: Nitic oxide; Insulin Clearance; Liver; Hypothalamus; Metabolism; Diabetes
Issue Date: 2-Dec-2014
Citation: MARTINS, Fatima Patricia da Costa Oliveira - Brain-liver nitric oxideaxis : a major regulatory player in insulin clearance and action. Coimbra : [s.n.], 2014. Tese de doutoramento. Disponível na WWW: <URL:http://hdl.handle.net/10316/27020>.
Abstract: A incapacidade de regular o metabolism glucídico e lipídico está na base das epidemias mundiais obesidade e diabetes tipo 2 (T2D). O eixo intestino-cérebro-fígado tem um papel fundamental na regulação do metabolismo e a insulina é um componente central nas conexões desta tríade. Assim, alterações na cinética da insulina estão implicadas na desregulação metabólica destas patologias. Os níveis plasmáticos de insulina dependem das suas taxas de secreção e clearance. Enquanto a secreção tem sido alvo de estudo para perceber a patogénese da diabetes, o estudo dos mecanismos da clearance de insulina têm sido negligenciados. Recentemente, a desregulação da clearance de insulina tem sido descrita como uma das primeiras disfunções na progressão da T2D, demonstrando a necessidade de melhorar o conhecimento acerca dos mecanismos de clearance da insulina. Estudos in vitro têm relacionado o óxido nítrico (NO) com a regulação da clearance de insulina, pela inibição da actividade da enzima degradadora de insulina (IDE). Em humanos, os níveis plasmáticos de NO correlacionam-se com alterações na clearance de insulina e no metabolismo glucídico. Assim, pretendemos avaliar, in vivo, o papel regulatório do NO na taxa de clearance da insulina e os seus efeitos na actividade da IDE. Usamos modelos de roedores para investigar o efeito de perturbações farmacológicas e nutricionais nos níveis de NO e na clearance da insulina. Esses tratamentos incluíram a inibição sistémica aguda ou crónica da actividade da sintase do óxido nítrico (NOS), atingindo desta forma todo o eixo intestino-cérebro-fígado, assim como a inibição específica em diferentes regiões do cérebro, com especial incidência sobre o hipotálamo. Para estudar perturbações nutricionais, os animais foram submetidos a uma dieta rica em sacarose, que já se sabe induzir alterações na ação da insulina e no metabolismo glucídico e lipídico que se assemelham às da T2D. Este modelo permitiu determinar se as tiazolidinedionas (TZDs) - fármacos desenvolvidos para tratar alterações metabólicas envolvidas nos estadios iniciais da T2D ao alterarem o metabolismo lipídico - também têm efeitos na clearance da insulina. Testamos a hipótese que, in vivo, o aumento pós-prandial dos níveis de NO inibe a IDE hepática e a clearance da insulina levando a um aumento da biodisponibilidade de insulina. O raciocínio por detrás deste mecanismo baseia-se em que em coordenação com a secreção de insulina, providencia um aumento da regulação dos níveis sistémicos de glucose mediada pela insulina no estado pós-prandial. Mostramos uma relação inversa entre os níveis de NO e a actividade da IDE/clearance da insulina tanto em jejum como no estado pós-prandial. Adicionalmente, a depleção aguda do NO promoveu uma diminuição na biodisponibilidade da insulina, sem alterações na secreção, e um aumento na sinalização de insulina e na expressão dos transportadores de glucose. Contudo, o aumento da secreção observado nos animais com depleção crónica de NO resultou em níveis de insulina plasmática e sinalização de insulina similares aos controlos. Assim, concluímos que o NO é um regulador fisiológico da clearance de insulina pela inibição da actividade da IDE, levando a um aumento da biodisponibilidade de insulina. Considerando este papel do NO na regulação da clearance de insulina fomos avaliar as alterações na clearance de insulina resultantes da inibição do NO central. Estabelecemos a hipótese que o NO produzido no cérebro modula a clearance de insulina e a sua biodisponibilidade periférica. Mostramos que o núcleo paraventricular (PVN) do hipotálamo é importante mas não um regulador exclusivo da clearance de insulina via NO. Para além disso, a produção hipotalamica de NO está envolvida na regulação da ação hepática da insulina e no metabolismo lipídico. Tínhamos também como objectivo estudar o possível papel da alteração da clearance de insulina no desenvolvimento de resistência à insulina e os mecanismos de ação de uma TZD. Estabelecemos a hipótese que a TZD tem efeitos benéficos sobre a esteatose e a hiperinsulinémia. Confirmamos a hipótese e mostramos dever-se à redução da lipogénese e ao aumento da clearance de insulina pela elevação da actividade da IDE, o que estaria correlacionado com a diminuição nos níveis hepáticos de NO observados. Alterações no metabolismo glucídico e lipídico são efeitos chave da resistência à insulina e da T2D. Métodos directamente translacionáveis de modelos animais para humanos que permitam quantificar essas vias metabólicas são essenciais. O método da água deuterada (2H2O) para a quantificação das fontes da síntese de glucose e glicogénio é altamente translacionável, mas tem sido baseado em suposições que apenas têm sido testadas em humanos e não em modelos animais. Detectámos diferenças entre espécies na troca de deutério ao nível da glucose-6-fosfato e triose fosfato hepáticas e com base nisto, factores de correcção que permitem determinações mais precisas dos fluxos da síntese de glucose e glicogénio em ratos foram obtidos. Concluindo, o NO hepático inibe a IDE in vivo, levando á diminuição da clearance de insulina no estado pós-prandial e consequente aumento da biodisponibilidade de insulina. Para além disso, o NO produzido no hipotálamo também regula a clearance de insulina, por um mecanismo que necessita de ser clarificado, mas que parece estar relacionado com alteração do sistema nervoso autónomo (ANS). O tratamento com TZDs pode também beneficiar dos resultados aqui apresentados, uma vez que mostramos que este fármaco altera a clearance de insulina, com repercussões no metabolismo lipídico. Por fim, os nossos resultados facilitam os estudos translacionais acerca do metabolismo glucídico e lipídico: fatores chave na patogénese e terapia da T2D.
Description: Tese de doutoramento em Biologia Experimental e Biomedicina, apresentada ao Instituto de Investigação Interdisciplinar da Universidade de Coimbra
URI: http://hdl.handle.net/10316/27020
Rights: openAccess
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