Air pollution and antibodies against modified lipoproteins are associated with atherosclerosis and vascular remodeling in hyperlipemic mice

We analyzed the impact of chronic exposure to urban air pollution on the development of atherosclerosis. Hyperlipemic mice (LDLR(-/-)) were submitted to a high fat diet and air pollution for four months. We measured the susceptibility of LDL to oxidative modifications (TBARS), the presence of anti-oxLDL and an apoB-derived peptide (apoB-D) in blood and the degree of atherosclerosis in the aortic arch. Air pollution increased the susceptibility of LDL to oxidation as well as anti-oxLDL and anti-apo-B levels. These levels were even higher than in mice submitted to a high fat diet and non-polluted air. The lipid content of the atherosclerotic plaques in the aorta was increased in groups with a high cholesterol diet independently of the air quality. However, the thickness of the arterial wall was greater in mice fed a high lipid diet with polluted air. Thus, we conclude that urban air pollution exacerbates the susceptibility of LDL to oxidation, atherogenesis and vascular remodeling in hyperlipemic mice and that an immune response accompanies this process. (C) 2009 Elsevier Ireland Ltd. All rights reserved.

Impact of obesity on airway and lung parenchyma remodeling in experimental chronic allergic asthma

The impact of obesity on the inflammatory process has been described in asthma, however little is known about the influence of diet-induced obesity on lung remodeling. For this purpose, 56 recently weaned A/J mice were randomly divided into 2 groups. In the C group, mice were fed a standard chow diet, while OB animals received isocaloric high-fat diet to reach 1.5 of the mean body weight of C. After 12 weeks, each group was further randomized to be sensitized and challenged with ovalbumin (OVA) or saline. Twenty-four hours after the last challenge, collagen fiber content in airways and lung parenchyma, the volume proportion of smooth muscle-specific actin in alveolar ducts and terminal bronchiole, and the number of eosinophils in bronchoalveolar lavage fluid were higher in OB-OVA than C-OVA. In conclusion, diet-induced obesity enhanced lung remodeling resulting in higher airway responsiveness in the present experimental chronic allergic asthma. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.

Fatty acid synthesis and generation of glycerol-3-phosphate in brown adipose tissue from rats fed a cafeteria diet

In vivo fatty acid synthesis and the pathways of glycerol-3-phosphate (G3P) production were investigated in brown adipose tissue (BAT) from rats fed a cafeteria diet for 3 weeks. In spite of BAT activation, the diet promoted an increase in the carcass fatty acid content. Plasma insulin levels were markedly increased in cafeteria diet-fed rats. Two insulin-sensitive processes, in vivo fatty acid synthesis and in vivo glucose uptake (which was used to evaluate G3P generation via glycolysis) were increased in BAT from rats fed the cafeteria diet. Direct glycerol phosphorylation, evaluated by glycerokinase (GyK) activity and incorporation of [U-(14)C]glycerol into triacylglycerol (TAG)-glycerol, was also markedly increased in BAT from these rats. In contrast, the cafeteria diet induced a marked reduction of BAT glyceroneogenesis, evaluated by phosphoenolpyruvate carboxykinase-C activity and incorporation of [1-(14)C]pyruvate into TAG-glycerol. BAT denervation resulted in an approximately 50% reduction of GyK activity, but did not significantly affect BAT in vivo fatty acid synthesis, in vivo glucose uptake, or glyceroneogenesis. The data suggest that the supply of G3P for BAT TAG synthesis can be adjusted independently from the sympathetic nervous system and solely by reciprocal changes in the generation of G3P via glycolysis and via glyceroneogenesis, with no participation of direct phosphorylation of glycerol by GyK.

Repeated three-dimensional magnetic resonance imaging of atherosclerosis development in innominate arteries of low-density lipoprotein receptor-knockout mice

Background-In vivo methods to evaluate the size and composition of atherosclerotic lesions in animal models of atherosclerosis would assist in the testing of antiatherosclerotic drugs. We have developed an MRI method of detecting atherosclerotic plaque in the major vessels at the base of the heart in low-density lipoprotein (LDL) receptor-knockout (LDLR-/-) mice on a high-fat diet. Methods and Results-Three-dimensional fast spin-echo magnetic resonance images were acquired at 7 T by use of cardiac and respiratory triggering, with approximate to140-mum isotropic resolution, over 30 minutes. Comparison of normal and fat-suppressed images from female LDLR-/- mice I week before and 8 and 12 weeks after the transfer to a high-fat diet allowed visualization and quantification of plaque development in the innominate artery in vivo. Plaque mean cross-sectional area was significantly greater at week 12 in the LDLR-/- mice (0.14+/-0.086 mm(2) [mean+/-SD]) than in wild-type control mice on a normal diet (0.017+/-0.031 mm(2), p

Increased expression of the SNARE accessory protein Munc18c in lipid-mediated insulin resistance

Fatty acids inhibit insulin-mediated glucose metabolism in skeletal muscle, an effect largely attributed to defects in insulin-mediated glucose transport. Insulin-resistant mice transgenic for the overexpression of lipoprotein lipase (LPL) in skeletal muscle were used to examine the molecular mechanism(s) in more detail. Using DNA gene chip array technology, and confirmation by RT-PCR and Western analysis, increases in the yeast Sec1p homolog Munc18c mRNA and protein were found in the gastrocnemius muscle of transgenic mice, but not other tissues. Munc18c has been previously demonstrated to impair insulin-mediated glucose transport in mammalian cells in vitro. Of interest, stably transfected C2C12 cells overexpressing LPL not only demonstrated increases in Munc18c mRNA and protein but also in transcription rates of the Munc18c gene. jlr To confirm the relevance of fatty acid metabolism and insulin resistance to the expression of Munc18c in vivo, a 2-fold increase in Munc18c protein was demonstrated in mice fed a high-fat diet for 4 weeks. Together, these data are the first to implicate in vivo increases in Munc18c as a potential contributing mechanism to fatty acid-induced insulin resistance.

Dietary influences on survival after ovarian cancer

We evaluated the effects of various food groups and micronutrients in the diet on survival among women who originally participated in a population-based case-control study of ovarian cancer conducted across 3 Australian states between 1990 and 1993. This analysis included 609 women with invasive epithelial ovarian cancer, primarily because there was negligible mortality in women with borderline tumors. The women's usual diet was assessed using a validated food frequency questionnaire. Deaths in the cohort were identified using state-based cancer registries and the Australian National Death Index (NDI). Crude 5-year survival probabilities were estimated using the Kaplan-Meier technique, and adjusted hazard ratios (HRs) and 95% confidence intervals (CIs) were obtained from Cox regression models. After adjusting for important confounding factors, a survival advantage was observed for those who reported higher intake of vegetables in general (HR = 0.75, 95% CI = 0.57-0.99, p-value trend 0.01 for the highest third, compared to the lowest third), and cruciferous vegetables in particular (HR = 0.75, 95% CI = 0.57-0.98, p-value trend 0.03), and among women in the upper third of intake of vitamin E (HR = 0.76, 95% CI = 0.58-1.01, p-value trend 0.04). Inverse associations were also seen with protein (p-value trend 0.09), red meat (p-value trend 0.06) and white meat (p-value trend 0.07), and modest positive trends (maximum 30% excess) with lactose (p-value trend 0.04), calcium and dairy products. Although much remains to be learned about the influence of nutritional factors after a diagnosis of ovarian cancer, our study suggests the possibility that a diet high in vegetable intake may help improve survival. (C) 2003 Wiley-Liss, Inc.

Efeito da jabuticaba (Myrciaria caulifora), do fruto da palmeira juçara (Euterpe edulis Martius) e do jambolão (Syzugium cumini) sobre o perfil lipídico, a glicemia e a endotoxemia em camundongos submetidos à dieta de cafeteria

O excesso de gordura corporal induz a um quadro inflamatório associado à endotoxemia metabólica e aumento da resistência à insulina, bem como altera o perfil lipídico que resulta em prejuízos a função hepática e renal. Estudos sugerem que a ingestão de alimentos antioxidantes, como os polifenóis, proporcionam efeitos benéficos sobre os metabolismos glicídico e lipídico. O objetivo deste estudo foi investigar o efeito da casca de jabuticaba (Myrciaria cauliflora), da polpa do açaí juçara (Euterpe edulis Martius) e do jambolão (Syzygium cumini) sobre o perfil lipídico, a glicemia e a endotoxemia em camundongos Swiss submetidos à dieta de cafeteria. Inicialmente, os frutos foram liofilizados e submetidos à avaliação da composição centesimal. O ensaio biológico contou com 50 camundongos machos adultos da raça Swiss distribuídos em 5 grupos (n=10/grupo), a saber: grupo tratado com dieta comercial padrão (controle negativo), grupo tratado com dieta de cafeteria (controle positivo) e grupos teste que receberam por 14 semanas a dieta de cafeteria suplementada com 2% de casca de jabuticaba, ou polpa do jambolão ou polpa do açaí juçara liofilizados. Na 13ª e 14ª semana foram determinadas a tolerância à insulina e à glicose dos animais. Ao final do período experimental, avaliaram-se o ganho de peso, os parâmetros bioquímicos sanguíneos, histopatológicos e endotoxemia. Os parâmetros bioquímicos avaliados foram: colesterol total (CT) e as frações HDL-c, LDL-c, triacilgliceróis (TAG), bem como proteína C reativa (PCR), aspartato aminotransferase (AST) e alanina aminotransferase (ALT). Na histopatologia foram avaliados os efeitos da dieta hipercalórica sobre a área dos adipócitos, esteatose hepática e função renal a partir do número e área dos glomérulos. A endotoxemia foi avaliada pela concentração de lipopolissacarídeos (LPS) no soro dos animais. Aplicou-se o teste t para comparação dos resultados entre os grupos controle e ANOVA, complementada com teste de Tukey (α=5%), para comparação dos grupos suplementados com os frutos e o controle positivo. A suplementação com 2% de jambolão à dieta de cafeteria resultou em redução significativa (p<0,05) do conteúdo de CT, LDL-c, TAG, da razão CT/HDL, bem como diminuição da área dos adipócitos dos animais tratados com os frutos. A suplementação com açaí juçara também foi capaz de reduzir o conteúdo de CT, TAG e a área dos adipócitos, além de elevar a tolerância à glicose. Por outro lado, a jabuticaba não foi eficaz na melhoria dos parâmetros relacionados ao metabolismo lipídico, ao metabolismo da glicose e dos aspectos histopatológicos. A suplementação com 2% dos frutos liofilizados não promoveu efeitos positivos na redução do ganho de peso, resistência à insulina e endotoxemia provocada pela ingestão da dieta de cafeteria. Além disso, os frutos também não foram eficientes na preservação da histologia renal e infiltração lipídica no fígado. Conclui-se que a inclusão do jambolão e do açaí juçara na dieta pode apresentar efeitos positivos sobre danos causados por dietas hiperlipídicas, especialmente no que se refere à dislipidemia, à tolerância à glicose e à hipertrofia dos adipócitos.

Assessment of guanylin peptides system in type 2 diabetes

Os doentes com diabetes mellitus tipo 2 apresentam predisposição para a retenção de sódio e são frequentemente hipertensos. No entanto, os mecanismos implicados na dificuldade do rim diabético em mobilizar o sódio são, ainda, pouco compreendidos. Os peptídeos da família das guanilinas estão envolvidos na regulação do transporte de electrólitos e água nos epitélios intestinal e renal, através da activação do receptor guanilato ciclase-C (GC-C) e subsequente libertação intracelular de GMPc. O objectivo do presente estudo foi a avaliação da actividade do sistema dos peptídeos das guanilinas (SPG) e do seu papel na regulação do balanço de sódio num modelo animal de diabetes tipo 2. Ratinhos machos C57BL/6 foram submetidos a uma dieta com alto teor de gordura e rica em hidratos de carbono simples (ratinhos diabéticos) ou a uma dieta normal (ratinhos controlo). A expressão renal e intestinal da guanilina (GN), uroguanilina (UGN) e do receptor GC-C assim como os níveis de GMPc na urina e plasma foram avaliados nos ratinhos controlo e diabéticos, durante a ingestão de dietas normo (NS) e hiper-salina (HS). Nos ratinhos diabéticos, durante a dieta NS verificou-se um aumento significativo da pressão arterial que foi acompanhado de redução da expressão do ARNm da GN, UGN e do GC-C no intestino e de aumento da expressão de ARNm da UGN no rim. A dieta HS induziu um aumento da expressão do ARNm da UGN no jejuno dos ratinhos controlo mas não nos diabéticos. Os ratinhos diabéticos apresentaram níveis urinários de GMPc inferiores aos controlos, em condições de dieta NS. Em conclusão, os nossos resultados sugerem que na diabetes tipo 2 ocorre uma redução da actividade intestinal do SPG que é acompanhada por um aumento compensatório da actividade renal do SPG. A diminuição da actividade do SPG intestinal na diabetes tipo 2 deve-se não só a uma redução da expressão dos peptídeos GN e UGN, mas também a uma redução da expressão do seu receptor, GC-C. Estes resultados sugerem que o SPG pode contribuir para a sensibilidade ao sódio na diabetes.

Linfangiogénese no tecido adiposo em modelos de doença inflamatória crónica (asma e obesidade): uma abordagem por imunohistoquímica e lipidómica

O tecido adiposo é um órgão endócrino dinâmico, secretando factores importantes na regulação do metabolismo, fluxo vascular sanguíneo e linfático, e função imunológica, entre outros. Em caso de acumulação de tecido adiposo por ingestão de uma dieta gorda, ou por disfunção metabólica, os adipócitos podem desencadear uma reacção inflamatória por falha na drenagem linfática, acumulando-se mediadores inflamatórios, os quais potenciam a propagação da reacção. Assim, questiona-se uma potencial associação entre o aumento de tecido adiposo na obesidade, hipóxia adipocitária e estimulação da linfangiogénese. Além disso, a expressão de adipocinas varia de acordo com a distribuição do tecido adiposo (subcutâneo, TAS e visceral, TAV). Deste modo, pretende-se com este estudo contribuir para o aumento do conhecimento sobre os complexos mecanismos moleculares subjacentes à linfangiogénese. Ensaios com ratinhos da estirpe C57Bl/6J (modelo de obesidade) e BALB/c (modelo de asma e obesidade), divididos em grupos submetidos a dieta normal e dieta rica em gordura. Avaliação semi-quantitativa da expressão tecidular de LYVE-1 (marcador da linfangiogénese) por imunohistoquímica em material embebido em parafina, no TAS e TAV, e cromatografia líquida de ultra-performance acoplada de espectrometria de massa (UPLC-MS) para análise da expressão plasmática de ceramida e esfingosina-1-fosfato (S1P). No modelo de obesidade observou- -se diminuição do número de vasos linfáticos e expressão de LYVE-1 ao longo do tempo no TAV, e aumento de ambos os parâmetros e hipertrofia adipocitária no TAS. As concentrações de ceramida e S1P corroboram a existência de um processo inflamatório nos ratinhos em estudo, ainda que numa fase muito inicial. No modelo de asma e obesidade, após 17 semanas de tratamento, observou-se incremento da linfangiogénese no TAV, mas não no TAS. A resposta inflamatória avaliada através dos diferentes parâmetros permite afirmar que num estadio inicial de obesidade a proliferação linfática poderá estar a ser retardada pela hipertrofia adipocitária. A libertação de adipocinas será observada apenas numa fase posterior, desencadeando todo o processo inflamatório que incrementará a proliferação linfática. Adicionalmente, é possível sugerir que a maior pressão à qual o TAV se encontra sujeito não favorece a proliferação linfática, pelo menos num estadio incial.

Image quality of myocardial perfusion-gated studies: effect of ingestion of different fat content in the reduction of extra-myocardial abdominal signal

Myocardial perfusion-gated-SPECT (MP-gated-SPECT) imaging often shows radiotracer uptake in abdominal organs. This accumulation interferes frequently with qualitative and quantitative assessment of the infero-septal region of myocardium. The objective of this study is to evaluate the effect of ingestion of different fat content on the reduction of extra-myocardial uptake and to improve MP-gated-SPECT image quality. In this study, 150 patients (65 ^ 18 years) who were referred for MP-gated-SPECT underwent a 1-day-protocol including imaging after stress (physical or pharmacological) and resting conditions. All patients gave written informed consent. Patients were subdivided into five groups: GI, GII, GIII, GIV and GV. In the first four groups, patients ate two chocolate bars with different fat content. Patients in GV – control group (CG) – had just water. Uptake indices (UI) of myocardium (M)/liver(L) and M/stomach–proximal bowel(S) revealed lower UI of M/S at rest in all groups. Both stress and rest studies using different food intake indicate that patients who ate chocolate with different fat content showed better UI of M/L than the CG. The UI of M/L and M/S of groups obtained under physical stress are clearly superior to that of groups obtained under pharmacological stress. These differences are only significant in patients who ate high-fat chocolate or drank water. The analysis of all stress studies together (GI, GII, GIII and GIV) in comparison with CG shows higher mean ranks of UI of M/L for those who ate high-fat chocolate. After pharmacological stress, the mean ranks of UI of M/L were higher for patients who ate high- and low-fat chocolate. In conclusion, eating food with fat content after radiotracer injection increases, respectively, the UI of M/L after stress and rest in MP-gated-SPECT studies. It is, therefore, recommended that patients eat a chocolate bar after radiotracer injection and before image acquisition.

Sensibilidade à insulina pós-prandial: mecanismos fisiológicos e de activação e fisiopatologia na obesidade

RESUMO A acção hipoglicemiante da insulina é máxima no estado pós-prandial e depende da substância hepática sensibilizadora da insulina (HISS). Esta dissertação visa o estudo do mecanismo de acção da insulina no estado pós-prandial e em particular da via dependente da HISS, em modelos animais fisiológicos e patológicos (obesidade e diabetes mellitus tipo 2). Avaliaram-se diferentes tipos de refeição quanto ao seu efeito potenciador da acção da insulina, em ratos Sprague-Dawley (modelo fisiológico). A administração intragástrica de glícidos não afecta a acção da insulina, mas a refeição mista (lípidos, glícidos e proteínas), promove a sensibilização para a acção da insulina, através de um processo que parece ser iniciado no intestino e envolve a activação da via da HISS. Nos estudos de obesidade, o primeiro modelo utilizado foi o rato alimentado com dieta hiperlipídica (HFD), no qual se observou uma insulinorresistência pós-prandial devida quase exclusivamente à perda de acção da HISS, que se correlaciona com a adiposidade (corporal e abdominal) e parece ser devida à diminuição da sua síntese. O segundo modelo de obesidade usado foi o rato Zucker obeso (OZR), modelo genético que apresenta uma diminuição idêntica de ambas as componentes de acção da insulina (dependente e independente da HISS). A alteração na via da HISS parece localizar-se a jusante da sua síntese, sugerindo que um ou vários pontos comuns entre as vias de sinalização intracelular da HISS e da insulina per se estão alterados, resultando num diminuto aporte de glucose. No OZR, a acção da HISS não se altera com a idade, apresentando-se baixa também às 52 semanas de idade. Em ratos não obesos (LZR), a acção da HISS diminui entre as 9 e 52 semanas, sendo acompanhada por um decréscimo menos acentuado, embora significativo, da acção da insulina per se. A diminuição da acção da HISS com a idade parece ser a principal causa de insulinorresistência pós-prandial em LZR velhos, não se agravando no OZR. No modelo de diabetes tipo 2 estudado, o rato Zucker diabético (ZDF), também ambas as componentes de acção da insulina estavam diminuídas. No entanto, a alimentação com ração Purina, ligeiramente mais energética e lipídica do que a ração standard, agrava a disfunção da via da HISS nestes animais, sugerindo que a sensibilidade à insulina em ratos ZDF é muito susceptível a factores nutricionais. A via da HISS é essencial para potenciar a acção da insulina do estado de jejum para o pós-prandial e a sua disfunção é em grande medida responsável pela insulinorresistência observada nos modelos animais de obesidade e diabetes estudados. xix SUMMARY Hypoglycemic insulin action is maximal in the postprandial state and depends on the hepatic insulin sensitizing substance (HISS). The present thesis focus on the postprandial insulin action and, in particular, on the HISS-dependent pathway, both in physiological and pathological (obesity and type 2 diabetes mellitus) animal models. Different meals were tested in Sprague-Dawley rats (physiological model) for their capacity to potentiate insulin action. It was observed that intragastric administration of either glucose or sucrose does not affect insulin sensitivity, unlike the mixed meal, composed of lipids carbohydrates and proteins, which significantly potentiated insulin action through a process that seems to be initiated at the intestine and involves activation of the HISS pathway. For the obesity studies, the first of the two obesity models used was the high fat-fed rat (HFD), in which the postprandial insulin resistance was almost exclusively caused by the decrease of HISS action, probably due to the impairment of HISS synthesis. This impairment correlates with both corporal and abdominal adiposity. The second obesity model used was the obese Zucker rat (OZR), a genetic model, which presented a similar impairment of both components of insulin action (HISSdependent and –independent). The modification in HISS pathway in OZR seems to be located downstream from HISS synthesis, that is, at its site of action – the skeletal muscle -, suggesting that one or several points common to both HISS and insulin per se signaling cascades are defective, resulting in a decreased glucose uptake. In OZR, HISS action does not decrease with age and is also low at 52 weeks of age. In non-obese rats (LZR), HISS action decreases from 9 to 52 weeks and it is accompanied by a lower, although significant, impairment of insulin action per se. HISS action impairment with aging seems to be the major cause of insulin resistance in old LZR, whereas insulin resistance is not aggravated in aging OZR. In the type 2 diabetes model, the diabetic Zucker rat (ZDF), both components of insulin action were also equally impaired. However, feeding the animals with Purina rat chow, which is slightly more caloric and more lipidic, induces additional HISS deterioration when compared with the standard lab diet, suggesting that insulin sensitivity in ZDF is very susceptible to nutritional factors. In conclusion, HISS pathway is essential to potentiate insulin action from the fasted to the fed state and its dysfunction is highly responsible for the insulin resistance observed in the obesity and diabetes animal models studied.

The role of s-nitrosothiols and rho-kinase 1 in glucose and lipid metabolism

RESUMO: Na sociedade contemporânea a diabetes tipo 2 e a obesidade estão a aumentar exponencialmente, representando um grave problema de saúde pública. De acordo com a IDF “A diabetes e a obesidade são o principal problema de saúde pública do século XXI’. Para além destas duas patologias, a prevalência de esteatose hepática não-alcoólica (NAFLD), entre a população obesa e diabética, é de cerca de 90%. O aumento da obesidade, diabetes e NAFLD tem uma forte correlação com o aumento do consumo de gorduras e açúcares, acompanhado de um decréscimo acentuado da actividade física. A obesidade, diabetes e NAFLD tem sido escrupolosamente investigada mas as terapêuticas disponíveis continuam a ser muito limitadas. Tendo em conta o número crescente e alarmante de obesos e diabéticos o conhecimento detalhado da patofisiologia da obesidade, diabetes e NAFLD, tendo em vista a necessidade extrema de desenvolvimento de novas estratégias terapêuticas, é da mais elevada urgência. O fígado é reconhecido como um orgão primordial no controlo da homeostase. No estado pós-prandial, o fígado converte a glucose em glicogénio e lípidos. Em contraste, no estado de jejum, o fígado promove a produção de glucose. Sistemas neuronais e hormonais, bem como o estado metabólico do fígado, controlam de forma muito precisa a alternância entre os diferentes substratos metabólicos, dependente do estado prandial. A insulina tem um papel central no controlo do metabolismo energético no fígado; se, por um lado, inibe a produção hepática de glucose e corpos cetónicos, por outro, promove a glicólise e a lipogénese. O metabolismo energético no fígado é também regulado por vários factores de transcrição e co-reguladores que, por sua vez, são regulados pela insulina, glucagina e outras hormonas metabólicas. Em conjunto, todos estes factores e reguladores vão controlar de forma muito estreita a gluconeogénese, a β-oxidação e a lipogénese, no fígado. Para além dos já conhecidos reguladores do metabolismo hepático, novas moléculas têm sido estudadas como tendo um papel fundamental na regulação do metabolismo energético no fígado. Qualquer desequilíbrio no metabolismo hepático vai contribuir para a insulino-resistência, NAFLD e diabetes tipo 2. O principal objectivo do trabalho de investigação aqui apresentado é o contributo para o estudo detalhado da patogénese da diabetes e obesidade, num contexto de dietas ricas em açúcares e gorduras, e com a perspectiva de explorar novas estratégias terapêuticas. Os objectivos específicos deste trabalho eram: primeiro, determinar se o tratamento com glutationo (GSH) e óxido nítrico (NO) era suficiente para melhorar a insulino-resistência associada ao elevado consumo de sacarose; segundo, determinar o papel da Rho-kinase 1 (ROCK1) na regulação do metabolismo hepático da glucose e dos lípidos; e terceiro, estudar o efeito do metilsulfonilmetano (MSM) em doenças metabólicas associadas à obesidade. Na primeira parte deste trabalho de investigação foram utilizados ratos Wistar machos sujeitos a uma dieta rica em sacarose (HS). Tal como esperado, estes animais apresentavam insulino-resistência e hiperinsulinémia. A dieta HS levou ao aumento dos níveis hepáticos de NO e ao decréscimo dos níveis de GSH no fígado. Em jejum, a administração intraportal de GSH e NO, a animais saudáveis promoveu um aumento significativo da sensibilidade à insulina. Também nestes animais, a administração intravenosa de S-nitrosotióis, compostos orgânicos que contém um grupo nitroso acoplado a um átomo de enxofre de um tiol, promoveu o aumento significativo da sensibilidade à insulina. Pelo contrário, em animais sujeitos à dieta HS, as doses padrão de GSH + NO e de S-nitrosotióis não conseguiram promover o aumento da sensibilidade à insulina. No entanto, ao aumentar a dose de S-nitrosotióis administrados por via intravenosa, foi possível observar o aumento da sensibilidade à insulina dependente da dose, indicando um possível papel dos S-nitrosotióis como sensibilizadores de insulina. O estudo detalhado do papel dos S-nitrosotióis na via de sinalização da insulina revelou que há um aumento da fosforilação do receptor da insulina (IR) e da proteína cinase B (Akt), sugerindo um efeito dos S-nitrosotióis nesta via de sinalização. Os resultados apresentados nesta primeira parte sugerem que os S-nitrosotióis promovem a correcta acção da insulina, podendo vir a ser importantes alvos terapêuticos. Na segunda parte deste trabalho de investigação utilizámos murganhos, com uma delecção específica da ROCK1 no fígado, e sujeitos a uma dieta rica em lípidos (HFD). Foi possível concluir que a ausência da ROCK1 no fígado previne a obesidade, melhora a sensibilidade à insulina e protege contra a esteatose hepática. A ausência de ROCK1 no fígado levou a um decréscimo significativo da expressão génica de genes associados à lipogénese, com uma diminuição acentuada do fluxo metabólico associado a esta via. Pelo contrário, a sobreexpressão de ROCK1, exclusivamente no fígado, promove a insulino-resistência e a esteatose hepática no contexto de obesidade induzida pela dieta. Para além disto, a delecção da ROCK1 no fígado de animais obesos e diabéticos, os murganhos deficientes em leptina, corroborou os dados obtidos no primeiro modelo animal, com a franca melhoria da hiperglicémia, hiperinsulinémia e esteatose hepática. Os dados que compõem esta parte do trabalho de investigação sugerem que a ROCK1 tem um papel crucial na regulação do metabolismo lipídico. Na terceira e última parte deste trabalho de investigação foi investigado o efeito do composto metilsulfunilmetano (MSM), um composto organosulfúrico naturalmente presente em plantas e utilizado também como suplemento dietético, em murganhos obesos e insulino-resistentes, por exposição a uma dieta rica em lípidos (DIO). O tratamento com MSM melhorou a insulino-resistência e protegeu contra a esteatose hepática. O conteúdo hepático em triglicéridos e colesterol também diminuíu de forma significativa nos animais DIO sujeitos ao tratamento com MSM, bem como a expressão génica associada à lipogénese. Para além disto, o tratamento com MSM levou a uma diminuição da expressão génica associada à inflamação. De realçar que o tratamento com MSM levou a uma melhoria do perfil hematopoiético destes animais, tanto na medula óssea como no sangue. Para comprovar o efeito benéfico do MSM na obesidade e insulino-resistência utilizámos murganhos deficientes no receptor da leptina, e por isso obesos e diabéticos, tendo observado um perfil semelhante ao obtido para murganhos sujeitos a uma dieta rica em lípidos e tratados com MSM. Concluímos, através dos dados recolhidos, que o MSM como suplemento pode ter efeitos benéficos na hiperinsulinémia, insulino-resistência e inflamação que caracterizam a diabetes tipo 2. Em resumo, os dados obtidos neste trabalho de investigação mostram que os S-nitrosotióis podem ter um papel importante como sensibilizadores da insulina, promovendo um aumento da sensibilidade à insulina num contexto de dietas ricas em sacarose. Para além disto, estudos in vitro, sugerem que os S-nitrosotióis regulam, especificamente, a via de sinalização da insulina. Este trabalho teve também como objectivo o estudo da ROCK1 como regulador do metabolismo da glucose e dos lípidos no fígado. Através do estudo de animais com uma delecção ou uma sobreexpressão da ROCK1 no fígado mostrou-se que esta tem um papel crucial na patogénese da obesidade e diabetes tipo 2, especificamente através do controlo da lipogénese de novo. Finalmente, foi também objectivo deste trabalho, explorar o efeito do MSM em animais DIO e deficientes em leptina. O tratamento com MSM protege de forma evidente contra a obesidade e insulino-resistência, com especial enfâse para a capacidade que esta molécula demonstrou ter na protecção contra a inflamação. Em conjunto os vários estudos aqui apresentados mostram que tanto os S-nitrosotióis como a ROCK1 têm um papel na patogénese da obesidade e diabetes tipo 2 e que a utilização de MSM como suplemento às terapêuticas convencionais pode ter um papel no tratamentos de doenças metabólicas.-------------------------------ABSTRACT: In modern western societies type 2 diabetes and obesity are increasing exponentially, representing a somber public concern. According to the International Diabetes Federation (IDF) ‘Diabetes and Obesity are the biggest public health challenges of the 21st century’. Aside from these the prevalence of nonalcoholic fatty liver disease (NAFLD), among the diabetic and obese population, is as high as 90%. It is now well established that the increase in obesity, diabetes and NAFLD strongly correlates with an increase in fat and sugar intake in our diet, alongside physical inactivity. The pathogenesis of obesity, diabetes and NAFLD has been thoroughly studied but the treatment options available are still narrow. Considering the alarming number in the obese and diabetic population the complete understanding of the pathogenesis, keeping in mind that new therapeutic strategies need to be attained, is of the highest urgency. The liver has been well established as a fundamental organ in regulating whole-body homeostasis. In the fed state the liver converts the glucose into glycogen and lipids. Conversely, in the fasted state, glucose will be produced in the liver. Neuronal and hormonal systems, as well as the hepatic metabolic states, tightly control the fast to fed switch in metabolic fuels. Insulin has a central role in controlling hepatic energy metabolism, by suppressing glucose production and ketogenesis, while stimulating glycolysis and lipogenesis. Liver energy metabolism is also regulated by various transcription factors and coregulators that are, in turn, regulated by insulin, glucagon and other metabolic hormones. Together, these regulators will act to control gluconeogenesis, β-oxidation and lipogenesis in the liver. Aside from the well-established regulators of liver energy metabolism new molecules are being studied has having a role in regulating hepatic metabolism. Any imbalance in the liver energy metabolism is a major contributor to insulin resistance, NAFLD and type 2 diabetes. The overall goal of this research work was to contribute to the understanding of the pathogenesis of diabetes and obesity, on a setting of high-sucrose and high-fat diets, and to explore potential therapeutic options. The specific aims were: first, to determine if treatment with glutathione (GSH) and nitric oxide (NO) was sufficient to ameliorate insulin resistance induced by high-sucrose feeding; second, to determine the physiological role of rho-kinase 1 (ROCK1) in regulating hepatic and lipid metabolism; and third, to study the effect of methylsulfonylmethane (MSM) on obesity-linked metabolic disorders. In the first part of this research work we used male Wistar rats fed a high-sucrose (HS) diet. As expected, rats fed a HS diet were insulin resistant and hyperinsulinemic. HS feeding increased hepatic levels of NO, while decreasing GSH. In fasted healthy animals administration of both GSH and NO, to the liver, was able to increase insulin sensitivity. Intravenous administration of S-nitrosothiols, organic compounds containing a nitroso group attached to the sulfur atom of a thiol, in fasted control animals also increased insulin sensitivity. Under HS feeding the standard doses of GSH + NO and S-nitrosothiols were unable to promote an increase in insulin sensitivity. However, the intravenous administration of increasing concentrations of S-nitrosothiols was able to restore insulin sensitivity, suggesting that S-nitrosothiols have an insulin sensitizing effect. Investigation of the effect of S-nitrosothiols on the insulin signaling pathway showed increased phosphorylation of the insulin receptor (IR) and protein kinase B (Akt), suggesting that S-nitrosothiols may have an effect on the insulin signaling pathway. Together, these data showed that S-nitrosothiols promote normal insulin action, suggesting that they may act as potential pharmacological tools. In the second part of this research work we used liver-specific ROCK1 knockout mice fed a high-fat (HF) diet. Liver-specific deletion of ROCK1 prevented obesity, improved insulin sensitivity and protected against hepatic steatosis. Deficiency of ROCK1 in the liver caused a significant decrease in the gene expression of lipogenesis associated gene, ultimately leading to decreased lipogenesis. Contrariwise, ROCK1 overexpression in the liver promoted insulin resistance and hepatic steatosis in diet-induced obesity. Furthermore, liver-specific deletion of ROCK1 in obese and diabetic mice, the leptin-deficient mice, improved the typical hyperglycemia, hyperinsulinemia and liver steatosis. Together, these data identify ROCK1 as a crucial regulator of lipid metabolism. In the third and final part of this research work we investigated the effect of MSM, an organosulfur compound naturally found in plants and used as a dietary supplement, on diet-induced obese (DIO) and insulin resistant mice. MSM treatment ameliorated insulin resistance and protected against hepatosteatosis. Hepatic content in triglycerides and cholesterol was significantly decreased by MSM treatment, as well as lipogenesis associated gene expression. Furthermore, MSM treated mice had decreased inflammation associated gene expression in the liver. Importantly, FACS analysis showed that MSM treatment rescued the inflammatory hematopoietic phenotype of DIO mice in the bone marrow and the peripheral blood. Moreover, MSM treatment of the obese and diabetic mice, the leptin-deficient mice, resulted in similar effects as the ones observed for DIO mice. Collectively, these data suggest that MSM supplementation has a beneficial effect on hyperinsulinemia, insulin resistance and inflammation, which are often found in type 2 diabetes. In conclusion, this research work showed that S-nitrosothiols may play a role as insulin sensitizers, restoring insulin sensitivity in a setting of high-sucrose induced insulin resistance. Furthermore, in vitro studies suggest that S-nitrosothiols specifically regulate the insulin signaling pathway. This research work also investigated the role of hepatic ROCK1 in regulation of glucose and lipid metabolism. Using liver-specific ROCK 1 knockout and ROCK1 overexpressing mice it was shown that ROCK1 plays a role in the pathogenesis of obesity and type 2 diabetes, specifically through regulation of the de novo lipogenesis pathway. Finally, this research work aimed to explore the effect of MSM in DIO and leptin receptor-deficient mice. MSM strongly protects against obesity and insulin resistance, moreover showed a robust ability to decrease inflammation. Together, the individual studies that compose this dissertation showed that S-nitrosothiols and ROCK1 play a role in the pathogenesis of obesity and type 2 diabetes and that MSM supplementation may have a role in the treatment of metabolic disorders.

Detection of Altered Risk Factors in Hospitalized Patients with Coronary Artery Disease

OBJECTIVE: To assess biochemical, anthropometric, and dietary variables considered risk factors for coronary artery disease. METHODS: Using anthropometrics, dietary allowance, and blood biochemistry, we assessed 84 patients [54 males (mean age of 55± 8 years) and 30 females (mean age of 57±7 years)], who had severe ( > or = 70% coronary artery obstruction) and nonsevere forms of coronary artery disease determined by cardiac catheterization. The severe form of the disease prevailed in 70% of the males and 64% of the females, and a high frequency of familial antecedents (92% ' 88%) and history of acute myocardial infarction (80% ' 70%) were observed. Smoking predominated among males (65%) and diabetes mellitus among females (43%). RESULTS: Males and females had body mass index and body fat above the normal values. Females with nonsevere lesions had HDL > 35 mg/dL, and this constituted a discriminating intergroup indicator. Regardless of the severity of the disease, hyperglycemia and hypertriglyceridemia were found among females, and cholesterolemia > 200 mg/dL in both sexes, but only males had LDL fraction > 160 mg/dL and homocysteine > 11.7 mmol/L. The male dietary allowance was inadequate in nutrients for homocysteine metabolism and in nutrients with an antioxidant action, such as the vitamins B6, C, and folate. Individuals of both sexes had a higher lipid and cholesterol intake and an inadequate consumption of fiber. The diet was classified as high-protein, high-fat, and low-carbohydrate. CONCLUSION: The alterations found had no association with the severity of lesions, indicating the need for more effective nutritional intervention.

Obesity does not Lead to Imbalance Between Myocardial Phospholamban Phosphorylation and Dephosphorylation

Background: The activation of the beta-adrenergic system promotes G protein stimulation that, via cyclic adenosine monophosphate (cAMP), alters the structure of protein kinase A (PKA) and leads to phospholamban (PLB) phosphorylation. This protein participates in the system that controls intracellular calcium in muscle cells, and it is the primary regulator of sarcoplasmic reticulum calcium pump activity. In obesity, the beta-adrenergic system is activated by the influence of increased leptin, therefore, resulting in higher myocardial phospholamban phosphorylation via cAMP-PKA. Objective: To investigate the involvement of proteins which regulate the degree of PLB phosphorylation due to beta-adrenergic activation in obesity. In the present study, we hypothesized that there is an imbalance between phospholamban phosphorylation and dephosphorylation, with prevalence of protein phosphorylation. Methods: Male Wistar rats were randomly distributed into two groups: control (n = 14), fed with normocaloric diet; and obese (n = 13), fed with a cycle of four unsaturated high-fat diets. Obesity was determined by the adiposity index, and protein expressions of phosphatase 1 (PP-1), PKA, PLB, phosphorylated phospholamban at serine16 (PPLB-Ser16) were assessed by Western blot. Results: Obesity caused glucose intolerance, hyperinsulinemia, hypertriglyceridemia, hyperleptinemia and did not alter the protein expression of PKA, PP-1, PLB, PPLB-Ser16. Conclusion: Obesity does not promote an imbalance between myocardial PLB phosphorylation and dephosphorylation via beta-adrenergic system.

Obesity Resistance Promotes Mild Contractile Dysfunction Associated with Intracellular Ca2+ Handling

Abstract Background: Diet-induced obesity is frequently used to demonstrate cardiac dysfunction. However, some rats, like humans, are susceptible to developing an obesity phenotype, whereas others are resistant to that. Objective: To evaluate the association between obesity resistance and cardiac function, and the impact of obesity resistance on calcium handling. Methods: Thirty-day-old male Wistar rats were distributed into two groups, each with 54 animals: control (C; standard diet) and obese (four palatable high-fat diets) for 15 weeks. After the experimental protocol, rats consuming the high-fat diets were classified according to the adiposity index and subdivided into obesity-prone (OP) and obesity-resistant (OR). Nutritional profile, comorbidities, and cardiac remodeling were evaluated. Cardiac function was assessed by papillary muscle evaluation at baseline and after inotropic maneuvers. Results: The high-fat diets promoted increase in body fat and adiposity index in OP rats compared with C and OR rats. Glucose, lipid, and blood pressure profiles remained unchanged in OR rats. In addition, the total heart weight and the weight of the left and right ventricles in OR rats were lower than those in OP rats, but similar to those in C rats. Baseline cardiac muscle data were similar in all rats, but myocardial responsiveness to a post-rest contraction stimulus was compromised in OP and OR rats compared with C rats. Conclusion: Obesity resistance promoted specific changes in the contraction phase without changes in the relaxation phase. This mild abnormality may be related to intracellular Ca2+ handling.