Effect of oxidative stress upon absorption of glucose by the human placenta: in vitro studies with BeWo cells

Pregnancy is a dynamic state and the placenta is a temporary organ that, among other important functions, plays a crucial role in the transport of nutrients and metabolites between the mother and the fetus, which is essential for a successful pregnancy. Among these nutrients, glucose is considered a primary source of energy and, therefore, fundamental to insure proper fetus development. Several studies have shown that glucose uptake is dependent on several morphological and biochemical placental conditions. Oxidative stress results from the unbalance between reactive oxygen species (ROS) and antioxidants, in favor of the first. During pregnancy, ROS, and therefore oxidative stress, increase, due to increased tissue oxygenation. Moreover, the relation between ROS and some pathological conditions during pregnancy has been well established. For these reasons, it becomes essential to understand if oxidative stress can compromise the uptake of glucose by the placenta. To make this study possible, a trophoblastic cell line, the BeWo cell line, was used. Experiments regarding glucose uptake, either under normal or oxidative stress conditions, were conducted using tert-butylhydroperoxide (tBOOH) as an oxidative stress inducer, and 3H-2-deoxy-D-glucose (3H-DG) as a glucose analogue. Afterwards, studies regarding the involvement of glucose facilitative transporters (GLUT) and the phosphatidylinositol 3-kinases (PI3K) and protein kinase C (PKC) pathways were conducted, also under normal and oxidative stress conditions. A few antioxidants, endogenous and from diet, were also tested in order to study their possible reversible effect of the oxidative effect of tBOOH upon apical 3H-DG uptake. Finally, transepithelial studies gave interesting insights regarding the apical-to-basolateral transport of 3H-DG. Results showed that 3H-DG uptake, in BeWo cells, is roughly 50% GLUT-mediated and that tBOOH (100 μM; 24h) decreases apical 3H-DG uptake in BeWo cells by about 33%, by reducing both GLUT- (by 28%) and non-GLUT-mediated (by 40%) 3H-DG uptake. Uptake of 3H-DG and the effect of tBOOH upon 3H-DG uptake are not dependent on PKC and PI3K. Moreover, the effect of tBOOH is not associated with a reduction in GLUT1 mRNA levels. Resveratrol, quercetin and epigallocatechin-3-gallate, at 50 μM, reversed, by at least 45%, the effect of tBOOH upon 3H-DG uptake. Transwell studies show that the apical-to-basolateral transepithelial transport of 3H-DG is increased by tBOOH.In conclusion, our results show that tBOOH caused a marked decrease in both GLUT and non-GLUT-mediated apical uptake of 3H-DG by BeWo cells. Given the association of increased oxidative stress levels with several important pregnancy pathologies, and the important role of glucose for fetal development, the results of this study appear very interesting.

A gravidez é um estado dinâmico e a placenta o órgão temporário que, entre diversas e importantes funções, apresenta o papel fundamental de ser responsável pela troca de nutrientes, e metabolitos, entre a mãe e o feto, essenciais para uma gravidez bem-sucedida. Dentro da classe dos nutrientes, a glicose apresenta-se como a fonte primordial de energia para o feto, sendo portanto imprescindível para o correto desenvolvimento deste. Vários estudos demostram que a absorção de glicose, ao nível da placenta, está dependente de diversas condições morfológicas e bioquímicas. O stresse oxidativo resulta de um desequilíbrio entre as espécies reactivas de oxigénio (ROS: reactive oxygen species) e antioxidantes, em favorecimento dos primeiros. Durante a gravidez, estas espécies, e portanto o stresse oxidativo, aumentam devido ao aumento da oxigenação dos tecidos placentários. Adicionalmente, a relação entre ROS e diversas patologias na gravidez já foi bem estabelecida. Por estas razões, torna-se essencial compreender se o stresse oxidativo poderá comprometer a absorção da glicose ao nível da placenta. Para tal, uma linha celular, as células BeWo, foi usada. Experiências relacionadas com a absorção de glicose, sob condições normais e de stresse oxidativo foram feitas usando o tert–butilhidroperóxido (tBOOH) como indutor de stresse e um análogo radioactivo da glicose, a 3H-2-desoxi-D-glicose (3H-DG). Posteriormente, estudos sobre o papel dos transportadores facilitativos de glicose (GLUT) e de algumas vias de sinalização, phosphatidilinositol 3-cinases (PI3K) and proteína cinase C (PKC), na absorção da 3H-DG, em condições normais e de stresse oxidativo, bem como o potencial efeito de reversão de alguns antioxidantes, endógenos e da dieta, foram feitos. Finalmente, foram ainda realizados estudos sobre o papel do stresse oxidativo no transporte transepitelial, no sentido apical-basolateral, de 3H-DG. Os resultados obtidos mostram que aproximadamente 50% do transporte da 3H-DG nas células BeWo é mediado pelo GLUT e que o tBOOH (100 μM; 24h) reduz essa absorção em cerca de 33%, reduzindo quer a captação mediada pelo GLUT (em 28%) quer a captação não mediada pelo GLUT (em 40%). A captação de 3H-DG e o efeito do tBOOH nessa mesma captação não são dependentes nem da PKC nem da PI3K. . Adicionalmente, o efeito do tBOOH não está associado a uma redução nos níveis de RNAm do GLUT1. O resveratrol, a quercetina e epigalocatequina-3-galato, 50 μM, reverteram, em pelo menos 45%, o efeito do tBOOH na captação de 3H-DG. Estudos em Transwells mostram que o transporte transepitelial de 3H-DG, no sentido apical-basolateral, aumenta em resposta ao tBOOH. Em conclusão, este estudo mostra que o tBOOH causa uma redução marcada na captação de 3H-DG, quer mediada pelo GLUT, quer não mediada pelo GLUT, em células BeWo. Sabendo que um aumento nos níveis de stresse oxidativo está associado a numerosas patologias da gravidez, e que a glicose é um nutriente essencial para o feto, os resultados deste estudo parecem-nos de facto importantes.