Tratamento materno com metilglioxal durante a lactação leva a disrupção da homeostase glicêmica da prole de ratos machos no início da vida

Abstract

RESUMO: INTRODUÇÃO – As doenças não comunicáveis (DNC), como as doenças cardiovasculares, diabetes e câncer, constituem uma das maiores causas de morte no mundo, sendo amplos os fatores etiológicos para o desenvolvimento destas. Neste sentido, estudos epidemiológicos e experimentais têm demonstrado que o estado metabólico da mãe, durante períodos críticos do desenvolvimento como a gestação e a lactação, pode influenciar a saúde da prole a longo prazo. As alterações ocorridas durante o período perinatal podem elevar o risco destes indivíduos para o desenvolvimento de DNC como o diabetes tipo 2 (DM2). Os agentes avançados de glicação (AGEs) e seus precursores, como o metilglioxal (MG), desempenham um papel central na fisiopatologia do DM2. A elevação crônica dos níveis circulantes de AGEs e seus precursores, seja pelo consumo dietético ou produção endógena, tem sido associada ao aumento do estresse oxidativo, disfunção do pâncreas endócrino e resistência à insulina, alterações relacionadas ao desenvolvimento e complicações do DM2. OBJETIVOS – Considerando as alterações metabólicas decorrentes do aumento dos níveis circulantes de AGEs e que distúrbios sofridos durante fases críticas do desenvolvimento, como a lactação, podem levar a disfunções na prole, o presente trabalho tem por objetivo investigar os efeitos da exposição materna ao metilglioxal durante a lactação sob a homeostase glicêmica da prole no início da vida. MÉTODOS – Ratos Wistar com 70 dias de idade foram obtidos junto ao Biotério Central da Universidade Estadual de Maringá, alojados no Biotério setorial do Laboratório de Secreção de Biologia Celular, mantidos sob condições controladas de temperatura (22 ± 2ºC) e fotoperíodo (ciclo de 12 horas de luz). Após 5 dias de adaptação, os animais foram acasalados na proporção de 2 fêmeas (N = 32) para cada macho (N = 16). Quando a gravidez foi detectada, as fêmeas foram alojadas individualmente até o nascimento da prole. O dia do nascimento foi considerado dia 0, no dia 1 as ninhadas foram padronizadas para 8 filhotes por mãe (4 fêmeas / 4 machos), apenas filhotes machos foram utilizados nos experimentos. As mães foram divididas em dois grupos: Controle (CO, N = 16) que recebeu solução salina (NaCl 0,9%, 1 ml / kg de PC) e Metilglioxal (MG, N = 16) e tratado, com solução de metilglioxal (60 mg / kg / dia de PC, Sigma-Aldrich®, São Paulo, São Paulo, Brasil), sendo administrados diariamente por gavagem durante todo o período experimental (dia 1 até dia 21). Todas as mães foram alimentadas com ração padrão (Nuvilab® CR-1, Curitiba, Paraná, Brasil) e tinham acesso ilimitado a comida e a água. Para acompanhar a evolução do tratamento, proles de cada grupo foram eutanasiadas e avaliadas em três períodos diferentes para os parâmetros de glicemia e insulinemia (7, 14 e 21 dias). Uma análise mais detalhada da prole foi realizada aos 21 dias de idade, sendo avaliada a adiposidade visceral, tolerância a glicose e perfil lipídico. A evolução do peso corporal e consumo alimentar das mães foi avaliado durante o período experimental, sendo ainda a adiposidade visceral avaliada ao final do tratamento. RESULTADOS E DISCUSSÃO – As mães tratadas com MG apresentaram diminuição do ganho de peso corporal (p <0,001) e ingestão alimentar (p <0,05), não sendo observada diferença em relação ao acúmulo de gordura visceral. A prole de MG apresentou diminuição do ganho de peso corporal (p<0.05) e adiposidade diminuída, evidenciada pela diminuição na massa no coxim gorduroso perigonadal e retroperitoneal (p <0,01) no dia 21. Os filhotes MG apresentaram níveis reduzidos de insulina no dia 14 (p <0,01) e 21 (p <0,0001). Também foi observado o aumento dos níveis de glicose no 21º dia (p <0,05). Nenhuma diferença estatística foi observada em relação a tolerância à glicose e perfil lipídico da prole aos 21 dias. Nossos resultados mostram que o consumo materno de metilglioxal é capaz de provocar a disfunção da homeostase glicêmica da prole já no período de lactação. De maneira similar, a literatura demonstra que a exposição das células beta a níveis elevados de AGEs e MG levam a disfunção na secreção de insulina e apoptose, causando a redução da insulinemia de jejum. Nós sugerimos que o consumo de MG leva ao aumento dos níveis circulantes deste composto nas mães, aumentando os níveis de MG e AGEs no leite, o que por sua vez expõe os filhotes a uma dieta rica nestes compostos. A exposição pancreática a estes compostos pode prejudicar o funcionamento e desenvolvimento pancreático provocando assim a disfunção da homeostase glicêmica observada. A redução do peso corporal e adiposidade observada na prole podem ser associadas a redução dos níveis de insulina e MG. A lactação é um importante período para a diferenciação e crescimento do tecido adiposo branco, sendo a insulina um importante fator para o crescimento e a diferenciação dos adipócitos. Além disso, a literatura tem demonstrado que a exposição ao MG é capaz de provocar a disfunção no tecido adiposo, prejudicando sua expansão normal. Sugere-se que a redução da adiposidade visceral observada na prole aos 21 dias, ocorra devido à redução da insulinemia observada do dia 14 em diante, e exposição a níveis elevados de MG, prejudicando assim o desenvolvimento normal do tecido adiposo. CONCLUSÕES – A exposição materna ao metilglioxal durante a lactação levou à ruptura da homeostase glicêmica pela redução da insulinemia e aumento da glicemia da prole no início da vida. Assim, o consumo de alimentos ricos em AGEs ou seus precursores pelas mães no período perinatal pode ser prejudicial ao metabolismo glicêmico da prole no início da vida, o que por sua vez pode predispor esses indivíduos ao desenvolvimento de disfunções relacionadas ao diabetes na vida adulta

ABSTRACT: INTRODUCTION – Noncommunicable diseases (NCDs), such as cardiovascular diseases, diabetes and cancer, are among the most frequent causes of death in the world, and the etiological factors for their onset and development are broad. Epidemiological and experimental studies have demonstrated that the metabolic state of the mother, during critical phases of development, such as gestation and lactation, can influence the health of their offspring in the long term. Disturbances during the perinatal period may increase the risk of individuals for the development of NCD, such as type 2 diabetes (T2D). Advanced glycation end-products (AGEs) and their precursors, such as methylglyoxal (MG), play an important role in the physiopathology of T2D. Chronic elevation of the circulating levels of AGEs and their precursors by dietary intake or endogenous production have been associated with increased oxidative stress, endocrine pancreas dysfunction and insulin resistance, alterations commonly related to T2D development and complications. AIMS - Considering the metabolic changes induced by the increased levels of AGEs and that disorders suffered during critical stages of development, such as lactation, can lead to dysfunctions in the offspring, the aim of the present work is to investigate the effects of maternal exposition to methylglyoxal during lactation on the offspring glycemic homeostasis in early life. METHODS - 70-day-old Wistar rats were obtained from the Maringá State University central animals facility and housed in the sectorial animal’s house of the Laboratory of Cell Biology Secretion, being kept under controlled conditions of temperature (22 ± 2ºC) and photoperiod (12-hour cycle of light). After 5 days of adaptation, the animals were mated in the proportion of 2 females (N = 32) for each male (N = 16). When pregnancy was detected, females were housed individually along with their offspring through all the experimental period. The day of birth was considered as day 0, on day 1 the litters were standardized to 8 pups per mother (4 females / 4 males), only male pups were used. Mothers were divided into two groups: Control (CO, N = 16) receiving saline (0.9% NaCl, 1 ml / kg BW) and Methylglyoxal (MG, N = 16) receiving a MG solution in saline (60mg / kg / day BW, Sigma-Aldrich®, São Paulo, São Paulo, Brazil). Both were administered daily by gavage through all the experimental period (day 1 to day 21). All mothers were fed with standard chow (Nuvilab® CR-1, Curitiba, Paraná, Brazil) and had free access to food and water. To follow the evolution of the intervention, offspring of each group were euthanized and evaluated in three different periods for the glycemia and insulinemia assessment (7, 14 and 21 days). A more detailed analysis of the offspring was performed at 21 days of age, when visceral adiposity, glucose tolerance and lipid profile was assessed. The evolution of the body weight and dietary intake of mothers was evaluated during the experimental period, and the visceral adiposity was evaluated at the end of the experimental period RESULTS AND DISCUSSION - Mothers treated with MG had a decrease in body weight gain (p <0.001) and food intake (p <0.05), and no difference was observed in the visceral adiposity. MG offspring presented decreased body weight gain (p<0.05) and decreased adiposity, evidenced by the decrease in perigonadal and retroperitoneal fatty depots (p <0.01) on day 21. MG pups showed reduced insulin levels on day 14 (p <0.01) and 21 (p <0.0001). It was also observed an increase in glucose levels on day 21 (p <0.05). No statistical difference was observed in relation to glucose tolerance and lipid profile of offspring at day 21. Our results show that maternal exposition to methylglyoxal is capable of causing dysfunction of glycemic homeostasis of offspring. Similarly, exposure of beta cells to elevated levels of AGEs and MG leads to dysfunction in insulin secretion and apoptosis, causing the reduction of fasting insulinemia. We suggest that the exposition to MG leads to an increase in circulating levels of this compound in mothers, increasing the levels of MG and AGEs in the maternal milk, which in turn, exposes the pups to a diet rich in these compounds. The pancreatic exposition to these compounds may impair the function and pancreatic development, provoking the observed dysfunction in the glycemic homeostasis. The reduction in body weight and adiposity observed in the offspring may be associated with reduced insulin levels. The lactation period is an important period for the differentiation and growth of white adipose tissue. In this way, insulin is an important factor for adipocytes growth and differentiation. In addition, the literature has demonstrated that exposure to MG is capable of causing dysfunction in adipose tissue, impairing its normal expansion. Therefore, we suggested that the reduction of visceral adiposity observed in the offspring at 21 days occurs due reduction of insulinemia observed from day 14 onwards, and exposure to high levels of MG, thus impairing the normal development of adipose tissue. CONCLUSIONS - Maternal exposition with methylglyoxal during lactation lead to the rupture of glycemic homeostasis by the reduction of insulinemia and increased glycemia of offspring in early life. Thus, the consumption of foods rich in AGEs or their precursors by mothers in the perinatal period may be harmful to the glycemic metabolism of offspring in early life, which in turn may predispose these individuals to the development of diabetes-related dysfunctions in adult life