Comparația șobolanilor Goto-Kakizaki și a șobolanilor obezi induși în dietă bogată în grăsimi. Sunt modele fiabile
Wilson Mitsuo Tatagiba Kuwabara
1 Departamentul de Fiziologie și Biofizică, Institutul de Științe Biomedice, Universitatea din São Paulo, São Paulo, Brazilia
Ana Carolina Panveloski-Costa
1 Departamentul de Fiziologie și Biofizică, Institutul de Științe Biomedice, Universitatea din São Paulo, São Paulo, Brazilia
Caroline Naomi Fukusawa Yokota
1 Departamentul de Fiziologie și Biofizică, Institutul de Științe Biomedice, Universitatea din São Paulo, São Paulo, Brazilia
Joice Naiara Bertaglia Pereira
1 Departamentul de Fiziologie și Biofizică, Institutul de Științe Biomedice, Universitatea din São Paulo, São Paulo, Brazilia
2 Universitatea Cruzeiro do Sul, São Paulo, Brazilia
Jorge Mancini Filho
3 Facultatea de Științe Farmaceutice, Universitatea din São Paulo, São Paulo, Brazilia
Rosangela Pavan Torres
3 Facultatea de Științe Farmaceutice, Universitatea din São Paulo, São Paulo, Brazilia
Sandro Massao Hirabara
2 Universitatea Cruzeiro do Sul, São Paulo, Brazilia
Rui Curi
1 Departamentul de Fiziologie și Biofizică, Institutul de Științe Biomedice, Universitatea din São Paulo, São Paulo, Brazilia
2 Universitatea Cruzeiro do Sul, São Paulo, Brazilia
Tatiana Carolina Alba-Loureiro
1 Departamentul de Fiziologie și Biofizică, Institutul de Științe Biomedice, Universitatea din São Paulo, São Paulo, Brazilia
Date asociate
Toate datele relevante se află în hârtie și în fișierele sale de informații de suport.
Abstract
Introducere
Până în 2030, diabetul zaharat (DM) va fi cea de-a șaptea cauză de deces la nivel mondial, rămânând în urmă doar a bolilor cardiace ischemice, a bolilor cerebrale, a HIV/SIDA, a bolii pulmonare obstructive cronice (BPOC), a infecțiilor respiratorii inferioare și a traheei, bronhiei și cancer pulmonar [1]. Incidența DM a crescut vertiginos și, în 2014, așa cum a susținut Organizația Mondială a Sănătății (OMS), a atins semnul distinctiv al 422 de milioane de indivizi [2]. Această creștere se datorează în principal obiceiurilor alimentare nesănătoase, cum ar fi aportul crescut de zahăr, grăsimi, alimente procesate și băuturi îndulcite, legate de consumul redus de fructe și legume, precum și de stilul de viață sedentar. DM este asociată cu complicații care afectează calitatea vieții pacienților, de exemplu, mai mult de 50% dintre pacienții diabetici prezintă alte tulburări fiziologice, cum ar fi bolile cardiovasculare (atacuri de cord și accidente vasculare cerebrale) [3], susceptibilitate mai mare la infecții [4], insuficiență renală [5] și retinopatie [6].
DM este un sindrom caracterizat prin tulburări ale metabolismului carbohidraților, lipidelor și proteinelor și apare ca urmare a deficienței/absenței secreției de insulină sau a rezistenței la acțiunea acestui hormon. DM de tip 2 (T2DM) este cel mai comun tip de DM și se caracterizează prin rezistența la insulină în mușchiul scheletic, țesutul adipos și ficatul. Funcția secretorie a celulelor β defecte, hiperglicemia și hiperinsulinemia în repaus și producția crescută de glucoză hepatică sunt, de asemenea, semnele distinctive ale T2DM [7]. Dezvoltarea T2DM se datorează unei combinații de trei factori diferiți: genetic, de mediu și comportamental [8]. În acest studiu, ne propunem să comparăm două dintre componentele care interferează în dezvoltarea T2DM: factorii genetici versus factorii de mediu (dieta).
Șobolanul Goto Kakizaki (GK), un model experimental T2DM non-obez și spontan (genetic), a fost utilizat pe scară largă pentru a investiga dezvoltarea T2DM și complicațiile sale [9-14]. Aceste animale au fost obținute prin repetarea creșterii selective a șobolanilor Wistar intoleranți la glucoză [15]. Șobolanii masculi și femele sunt afectați în mod similar de starea diabetică și diferențele sunt observate chiar înainte de naștere. În uter, GC fetal prezintă o masă redusă a celulelor β pancreatice; cu toate acestea, imediat după naștere, șobolanii prezintă glicemie normală. Când șobolanii GK au vârsta de 28 de zile, se observă hiperglicemie bazală, secreție de insulină afectată de celulele β pancreatice și producție crescută de glucoză hepatică [16-18]. Abia după 56 de zile de viață, șobolanii GK dezvoltă rezistență la insulină periferică [19]. Având în vedere că factorul genetic contribuie la etiologia și progresia T2DM, au fost dezvoltate diverse studii pentru a identifica genele susceptibile în modelul GK. Recent, genele implicate în mai multe căi care pot fi asociate cu fenotipul T2DM au fost observate la șobolanii GK. [20-22].
Dieta bogată în grăsimi (HFD) este frecvent utilizată ca strategie experimentală de dezvoltare a obezității și T2DM la rozătoare, simulând o influență a mediului asupra metabolismului acestor animale. Hrănirea HFD a fost descrisă pentru prima dată în șoarecii C57BL/6 de către Surwit și colab. [23], arătând că HFD conținând 58% din energie derivată din grăsimi duce la obezitate, hiperinsulinemie inițială, homeostazie afectată de glucoză datorită rezistenței la insulină și producție de insulină tardivă insuficientă la eșecul celulelor pancreatice β [24]. Aceste diete sunt îmbogățite cu grăsimi saturate și promovează creșterea în greutate prin extinderea țesutului adipos alb (WAT), modificarea homeostaziei lipidelor, diferențierea adipocitelor și supraviețuirea. În consecință, aceste modificări, expansiunea WAT promovează o stare inflamatorie și infiltrarea leucocitelor [25-27]. Expunerea cronică la HFD induce leziuni hepatice [28], afectarea homeostaziei glucozei, hiperinsulinemie compensatorie pentru menținerea glicemiei normale (în stadiul inițial), eșecul pancreatic tardiv al celulei β la producerea insulinei din cauza epuizării celulare și a hiperglicemiei, care sunt principalele caracteristici din T2DM [29-31].
Având în vedere că prevalența T2DM crește la nivel global și că acest sindrom este rezultatul interacțiunilor diferiților factori, este important să înțelegem mecanismele modificate în T2DM și să promovăm opțiuni alternative pentru a minimiza consecințele și progresia acestei boli. În acest studiu, investigăm mecanismele moleculare ale rezistenței la insulină induse de două modele diferite: șobolani GK (genetici) și HFD care induc obezitatea (mediu - dietă). Ne așteptăm ca concluzia acestei lucrări să ajute alți cercetători să își aleagă modelul experimental adecvat atunci când își propun să studieze cauzele și consecințele T2DM.
Material si metode
1. Animale
Șobolanii Goto Kakizaki și Wistar au fost obținuți de la Charles River Laboratories International, Inc. (Wilmington, MA, SUA) și întreținut în unitatea noastră de animale din cadrul Departamentului de Fiziologie și Biofizică al Institutului de Științe Biomedicale, Universitatea din Sao Paulo. Șobolanii au fost menținuți la 23 ± 2 ° C sub un ciclu de 12 ore de lumină și 12 ore de întuneric, fiind permis accesul liber la alimente și apă. Șobolanii masculi au fost hrăniți cu chow standard pentru rozătoare (Nuvilab ®, Curitiba, PR, Brazilia) până la vârsta de 8 săptămâni. Apoi, animalele au fost alocate aleatoriu în trei grupuri: grupurile de control și grupurile GK au hrănit o dietă de control, iar grupul Wistar a hrănit un HFD (60%) (Tabelul 1). Animalele au primit dietele specifice timp de opt săptămâni [32, 33]. Dietele au fost obținute de la Rhoster Company (Araçoiaba da Serra, SP, Brazilia) și compoziția lor a fost stabilită pe baza Research Diets, Inc. (New Brunswick, NJ, SUA): D12450B (control) și D12492 (HFD). Comitetul de etică animală al Institutului de Științe Biomedice al Universității din Sao Paulo (numărul 109/2013) a aprobat toate procedurile experimentale ale acestui studiu. Creșterea în greutate corporală a fost evaluată săptămânal, iar aportul alimentar a fost măsurat de trei ori pe săptămână.
tabelul 1
| Cazeină (80 ochiuri) | 200 g (800 Kcal) | 200 g (800 Kcal) |
| L-Cystein | 3 g (12 Kcal) | 3 g (12 Kcal) |
| Amidon de porumb | 315 g (1260 Kcal) | 0 g (0 Kcal) |
| Maltodextrină 10 | 35 g (140 Kcal) | 125 g (500 Kcal) |
| Zaharoza | 350 g (1400 Kcal) | 68,8 g (275,2 Kcal) |
| Celuloză (BW200) | 50 g (0 kcal) | 50 g (0 kcal) |
| Ulei de soia | 25 g (225 Kcal) | 25 g (225 Kcal) |
| Untură | 20 g (180 Kcal) | 245 g (2205 Kcal) |
| Amestec de minerale> S10026 | 10 g (0 Kcal) | 10 g (0 Kcal) |
| Fosfat dicalcic | 13 g (0 Kcal) | 13 g (0 Kcal) |
| Carbonat de calciu | 5,5 g (0 Kcal) | 5,5 g (0 Kcal) |
| Citrat de potasiu | 16,5 g (0 Kcal) | 16,5 g (0 Kcal) |
| Mix de vitamine V10001 | 10 g (40 Kcal) | 10 g (40 Kcal) |
| Bitartrat de colină | 2 g (0 Kcal) | 2 g (0 Kcal) |
| Total | 1055 g (4057 Kcal) | 773,8 g (4057 Kcal) |