Efeitos metabólicos da berberina no fígado de rato em perfusão

Abstract

Resumo: A berberina é um alcalóide presente em plantas pertencentes às famílias Berberidaceae, Papaveraceae, Ranunculaceae, Rutaceae, Annonaceae e Menispermaceae. Possui inúmeras atividades bioativas, como antioxidante, anti-inflamatória, anti-tumoral, anti-mutagênica, antidiabética, hipolipemiante e é comercializada livremente em cápsulas para uso terapêutico, sem que haja necessidade de recomendação médica. Estudos mostram que o fígado é um órgão central na biodistribuição e biotransformação deste alcalóide, sendo o órgão onde a berberina mais se acumula. Adicionalmente, o fígado é um importante sítio da ação farmacológica desta molécula, uma vez que já foi demonstrado que ela inibe a gliconeogênese hepática. Dados toxicológicos, por outro lado, sugerem que a berberina pode ser nociva ao tecido hepático. Além disso, estudos demonstram que a berberina interfere com a respiração celular, diminuindo a geração de ATP. Considerando-se que substâncias que prejudicam o funcionamento mitocondrial também interferem com o metabolismo energético do fígado, o objetivo deste trabalho foi realizar um estudo sistemático a respeito dos efeitos da berberina sobre o metabolismo hepático. O modelo experimental utilizado foi o fígado de rato em perfusão isolada. Os resultados do presente trabalho mostraram que, em concentração portal acima de 10 ?M, a berberina foi capaz de modificar expressivamente várias vias metabólicas no fígado. Inibiu a gliconeogênese hepática a partir de diferentes substratos (lactato, alanina e frutose), assim como a ureagênese, ambos processos dependentes da produção mitocondrial de ATP. O efeito mais pronunciado da berberina demonstrado neste trabalho foi a inibição da gliconeogênese hepática a partir de lactato (IC50 = 17 ?M). Por outro lado, a berberina estimulou a glicólise e a frutólise, que são fenômenos compensatórios na inibição da síntese de ATP pelas mitocôndrias. Experimentos com mitocôndrias intactas isoladas de fígado de rato mostraram que a berberina causou inibição da respiração do estado III (presença de ADP exógeno), especialmente quando substratos do complexo I (piruvato e ?-cetoglutarato), foram utilizados. A inibição da respiração do estado III foi quase 3 vezes maior na presença de piruvato do que na presença de ?-cetoglutarato. No entanto, não houve inibição da respiração em mitocôndrias rompidas, na presença de diferentes substratos. Em consequência da inibição da respiração mitocondrial, a berberina diminuiu os níveis de ATP, assim como as razões ATP/ADP e ATP/AMP no fígado, um conjunto de modificações que justifica claramente a inibição da gliconeogênese, bem como a síntese de ureia a partir da alanina, processos que são estritamente dependentes de ATP. O presente trabalho demonstra que os efeitos agudos da berberina no fígado têm provavelmente uma contribuição maior do que se imagina para sua eficácia como um fármaco anti-hiperglicemiante. Todavia, nossos resultados também alertam para a questão da segurança da berberina, uma vez que, não existe avaliação completa da toxicidade da berberina em humanos. Com base nos nossos resultados, os efeitos adversos da berberina podem incluir falta da glicose circulante devido à inibição da gliconeogênese, acidose metabólica devido ao excesso na produção de lactato, diminuição da desintoxicação da amônia e dano celular devido a manutenção deficiente de sua homeostase

Abstract: Berberine is an alkaloid present in plants belonging to the Berberidaceae, Papaveraceae, Ranunculaceae, Rutaceae, Annonaceae and Menispermaceae families. It has numerous bioactive activities, such as antioxidant, anti-inflammatory, anti-tumor, anti-mutagenic, anti-diabetic, lipid-lowering activities and is freely marketed in capsules for therapeutic use, without the need for medical advice. Studies show that the liver is a central organ in the biodistribution and biotransformation of this alkaloid, being the organ where berberine accumulates the most. Additionally, the liver is an important site of the pharmacological action of this molecule, as it has been shown to inhibit hepatic gluconeogenesis. Toxicological data, on the other hand, suggest that berberine may be harmful to liver tissue. Furthermore, studies show that berberine interferes with cellular respiration, decreasing the generation of ATP. Considering that substances that impair mitochondrial function also interfere with the liver's energy metabolism, the aim of this work was to perform a systematic study on the effects of berberine on hepatic metabolism. The experimental system was the isolated perfused rat liver. The results demonstrated that at low portal concentrations (up to 10 ?M) berberine can significantly modify several pathways in the liver. It inhibited gluconeogenesis from different substrates (lactate, alanine and fructose) and ammonia detoxification, which are dependent of ATP generated within the mitochondria. The strongest effect of berberine found in this work was that on lactate gluconeogenesis, with 50% inhibition at the portal concentration of 17 ?M. Conversely, it stimulated glycolysis and fructolysis, which are compensatory phenomena for an inhibited mitochondrial ATP generation. Experiments with intact rat liver mitochondria showed that berberine inhibited state III respiration (presence of exogenous ADP), especially when complex I substrates (pyruvate and ?-ketoglutarate) were used. Inhibition of state III respiration was nearly 3-fold stronger in the presence of pyruvate than in the presence of ?-ketoglutarate. However, there was no inhibition of respiration in freeze-thawed mitochondria, in the presence of different substrates. As a result of the inhibition of mitochondrial respiration, berberine decreased ATP levels, as well as the ATP/ADP and ATP/AMP ratios in the liver, a set of modifications that clearly justify the inhibition of gluconeogenesis, as well as the synthesis of urea from of alanine, processes that are strictly ATP-dependent. These results are strong evidence that the direct acute effects of berberine in the liver represent a great contribution to its clinical efficacy as an antihyperglycemic drug. Safety concerns also arise, and toxic symptoms can include lack of circulating glucose due to gluconeogenesis inhibition, metabolic acidosis due to excessive lactate production, impairment of ammonia detoxification and cell damage due to a deficient maintenance of its homeostasis.