Efeitos da ablação do sistema nervoso simpático na secreção de insulina e na programação metabólica

Abstract

RESUMO: O sistema nervoso autonômico (SNA) desempenha um papel crucial na regulação da homeostase metabólica. Esta regulação inclui o controle da secreção de insulina pelo pâncreas endócrino, através da estimulação pelos receptores colinérgicos muscarínicos, e/ou inibição da secreção via receptores adrenérgicos. O desequilíbrio na atividade do SNA, com o aumento da atividade do sistema nervoso parassimpático (SNP) e/ou diminuição da atividade do sistema nervoso simpático (SNS), tem sido sugerido como um fator de risco para o desenvolvimento e manutenção de disfunções metabólicas, como o diabetes tipo 2. Objetivamos investigar se o desequilíbrio do SNA induzido por simpatectomia pancreática pode conduzir a distrúrbios metabólicas, incluindo modificações na secreção de insulina pelas células beta-pancreáticas. Para a realização desse estudo utilizamos ratos da linhagem Wistar, os quais foram submetidos a simpatectomia pancreática aos 60 dias de vida, através da excisão unilateral do nervo esplâncnico que se projeta para o pâncreas. A evolução do peso corporal foi mensurada o período da eutanásia, aos 120 dias de vida. Glicemia e insulinemia foram mensurados pelo teste de tolerância à glicose intravenoso (TTGiv). Os estoques de gordura (retroperitoneal, mesentérica e periepididimal) foram removidos e pesados para avaliar o estado de obesidade. Para melhor compreensão de possíveis alterações metabólicas ocorridas no pâncreas endócrino, as ilhotas pancreáticas foram incubadas com glicose na presença ou na ausência de acetilcolina (ACh); bem como, com drogas que bloqueiam os receptores colinérgicos muscarínicos [antagonistas seletivos para o subtipo M2mAChR (Metoctramina, MTT) ou M3mAChR (4-Diphenylacetoxy-N-methylpiperidine methiodide, 4-DAMP). Outro grupo de ilhotas, foram incubadas para estudar a contribuição dos receptores adrenérgicos no controle da secreção de insulina. Para tanto, utilizamos epinefrina (Epi); bem como, yohimbine (Yoh) ou propranolol (Pro) [antagonistas dos receptores alfa-2 adrenérgico (a2-AR) e beta-adrenérgico (ß-AR), respectivamente]. A expressão proteica do receptor a2-AR foi realizada pela técnica de western blotting. Para as análises estatísticas utilizamos o programa GraphPad Prism versão 6.01 para Windows (GraphPad Software Inc., San Diego, CA, USA). Os resultados são expressos como média ± EPM e submetidos ao teste t de Student, ANOVA de medidas repetidas ou ANOVA de uma via. Os valores de p < 0.05 foram considerados estatisticamente significantes. Os ratos simpatectomizados (SYM) apresentaram uma modesta elevação de peso corporal, bem como, aumento do acúmulo dos principais estoques de gorduras aos 120 dias de vida. Esses resultados em conjunto, indicam que a simpatectomia pancreática realizada no início da vida adulta prejudicou o balanço energético do metabolismo. Apesar de não ter ocorrido alterações na glicemia de jejum, observamos diminuição da secreção de insulina no jejum, bem como, um aumento da sensibilidade periférica à insulina no grupo SYM. Nosso modelo experimental demonstrou prejuízo na secreção estática de insulina em presença de glicose. Nossos resultados revelam uma maior resposta da secreção de insulina em presença de ACh e de MTT (23% e 105%, respectivamente), sem nenhuma modificação em presença de 4-DAMP. A respeito dos dados supracitados, hipotetizamos que possa ter havido um desbalanço na função e/ou composição dos receptores muscarínicos dos subtipos M2mAChR e M3mAChR nas ilhotas pancreáticas do grupo SYM. Verificamos uma fraca resposta da secreção de insulina, quando tratamos as ilhotas com Epi, com diminuição de 24%; embora não observamos nenhuma modificação da secreção de insulina com os antagonistas adrenérgicos, Yoh e Pro. Constatammos elevação de 43% na expressão proteica dos a2-AR do grupo SYM; esse resultado, nos revela que a inervação intacta do SNS do pâncreas endócrino exerce forte influência sobre a função e/ou expressão dos receptores adrenérgicos. Modelos experimentais em roedores transgênicos, demonstram que a ausência de receptores ß-AR poderia desencadear o aumento na expressão dos a2-AR, o que causaria impactos na secreção de insulina. Em contrapartida, modelo transgênico de roedores que superexpressam os a2-AR, foram observados perda da homeostase glicêmica e diminuição na secreção de insulina. Apesar da elevação dos a2-AR na célula-beta, não observamos aumento da secreção de insulina no estudo in vitro com Yoh. Contudo, é presumível hipotetizar que possa ter ocorrido alteração na função e/ou expressão de outros receptores adrenérgicos, como um possível mecanismo de contrabalancear a superexpressão dos a2-AR. Estudos futuros são necessários para melhores compreensões do mecanismo que envolve o controle da secreção de insulina através dos receptores adrenérgicos. A ablação do SNS no início da vida adulta conduziu ao desbalanço na atividade do SNA, comprometendo o metabolismo energético. Acompanhado por perda da homeostase glicêmica e danos no controle da secreção de insulina tanto na presença de glicose, como em presença de agentes muscarínicos e adrenérgicos, e ainda, superexpressão dos a2-AR. Desequilíbrio do SNA, ainda que na vida adulta, desencadeia disfunções metabólicas, principalmente atráves de alterações nos mecanismos que regulam o fino controle da secreção de insulina. Ademais, diminuição da secreção de insulina por superexpressão dos a2-AR podem participar do desenvolvimento do diabetes tipo 2

ABSTRACT: The autonomic nervous system (ANS) plays a crucial role in the regulation of metabolic homeostasis. This regulation includes the control of insulin release by the endocrine pancreas, through stimulation by muscarinic cholinergic receptors, and/or inhibition of insulin release by adrenergic receptors. The imbalance in ANS activity, through increased activity of the parasympathetic nervous system (PNS) and/or reduction of sympathetic nervous system (SNS) tone, has been suggested as a risk factor for the development and maintenance of metabolic dysfunction, such as type 2 diabetes. We aimed investigate whether the ANS imbalance induced by pancreatic sympathectomy can lead to metabolic alterations, including changes in insulin release from pancreatic beta-cells. For this study we used Wistar rats, which were submitted to selective pancreatic sympathectomy at 60-day-old, through unilateral excision of the splanchnic nerve that projects to the pancreas. The evolution of body weight and food intake were collected until the euthanasia period, at 120-day-old. Glycemia and insulinemia were measured by the intravenous glucose tolerance test (ivGTT). Fat pad stores (retroperitoneal, mesenteric and periepididymal) were removed and weighed to assess the state of obesity. Towards a better understanding of the changes in the endocrine pancreas, pancreatic islets were incubated with glucose in the presence or absence of acetylcholine (ACh), as well, as with drugs that block muscarinic acetylcholine receptors [selective antagonist to M2mAChR subtype (Metoctramine, MTT) or M3mAChR subtype (4-Diphenylacetoxy-N-methylpiperidine methiodide, 4-DAMP)]. Another group of islets were incubeted to study the contribution of adrenergic receptors in the control of insulin secretion. For this, we used epinephrine (Epi); as well, yohimbine (Yoh) or propranolol (Pro) (adrenergic receptor alpha-2 (a2-AR) - and beta antagonists (ß-AR), respectively). Protein expression of alpha-2 adrenergic receptor was performed by the western blotting. For statistical analysis we used the GraphPad Prism version 6.0 for Windows (GraphPad Software Inc., San Diego, CA, USA). The results are given as the means ± SEM and submitted to Student's t-test, ANOVA repeated measures or ANOVA One-way. Values of p < 0.05 were considered statistically significant. Sympathectomized rats (SYM) presented increased food intake, followed by a modest elevation in body weight, and an increase in the accumulation of the main fat stores at 120-day-old. These results together indicate that pancreatic sympathectomy performed early in adult life impaired energy metabolism. Although fasting glycemia was unchanged, we observed a 10% increase in glycemia in the area under the curve (AUC) of ivGTT; moreover, we observed fasting hypoinsulinemia and 30% decrease in insulin AUC during the test. We found high insulin sensitivity in a fasting condition, calculated through HOMA-IR index, the ablation of sympathetic innervation that protrudes into the pancreas, was able to cause loss in glycemic control, causing glucose intolerance, probably due to defect in glucose-stimulated insulin secretion. Similar to the in vivo data, we observed that the static secretion of insulin in the presence of glucose was also impaired. Our results revealed a higher insulin secretion response in the presence of ACh and MTT (23% and 105%, respectively), and no change in presence of 4-DAMP. About the above-mentioned data, we hypothesized that there may have been an imbalance in the function and/or composition of the muscarinic receptors of the M2mAChR and M3mAChR subtypes in the pancreatic islets of the SYM group. We observed a poor response of insulin secretion when we treated the islets with Epi, the decrease was 24%. Although we did not observe any modification of insulin secretion with the adrenergic antagonists, Yoh and Pro. We found a 43% increase in the protein expression of the alpha-2 adrenergic receptors of the SYM group, this result reveals that the intact innervation of the SNS of the endocrine pancreas exerts a strong influence on function and/or expression of adrenergic receptors. Experimental models in transgenic rodents, demonstrate that the absence of beta-adrenergic receptors could trigger increased expression of a2-AR, which would impact on insulin secretion. In contrast, another transgenic model that overexpressed a2-AR, loss of glycemic control and decrease in insulin secretion were observed. Despite significant elevation of a2-AR in the beta-cell, we did not observe an increase in insulin secretion in the isolated pancreatic islet incubation with Yoh. However, it is presumed hypothesized that there may have been alterations in the function and/or expression of other adrenergic receptors, such as a possible mechanism to counterbalance the overexpression of a2-AR. Future studies will be needed to better understand this interesting mechanism that involves the control of insulin secretion through adrenergic receptors. SNS ablation in early adulthood led to the imbalance in the activity of the ANS, compromising the energy metabolism. Accompanied by loss of glycemic homeostasis and damage to the control of insulin secretion to either glucose or muscarinic/adrenergic agents, and overexpression of a2-AR. SNA imbalance, although in adult life, triggers metabolic dysfunctions, mainly through alterations in the mechanisms that regulate the fine control of insulin release. In addition, decreased of insulin release by overexpression of a2-AR may participate in the development of type 2 diabetes