Enhanced fatty acid oxidation in adipocytes and macrophages reduces lipid-induced triglyceride accumulation and inflammation

Lipid overload in obesity and type 2 diabetes is associated with adipocyte dysfunction, inflammation, macrophage infiltration, and decreased fatty acid oxidation (FAO). Here, we report that the expression of carnitine palmitoyltransferase 1A (CPT1A), the rate-limiting enzyme in mitochondrial FAO, is higher in human adipose tissue macrophages than in adipocytes and that it is differentially expressed in visceral vs. subcutaneous adipose tissue in both an obese and a type 2 diabetes cohort. These observations led us to further investigate the potential role of CPT1A in adipocytes and macrophages. We expressed CPT1AM, a permanently active mutant form of CPT1A, in 3T3-L1 CARΔ1 adipocytes and RAW 264.7 macrophages through adenoviral infection. Enhanced FAO in palmitate-incubated adipocytes and macrophages reduced triglyceride content and inflammation, improved insulin sensitivity in adipocytes, and reduced endoplasmic reticulum stress and ROS damage in macrophages. We conclude that increasing FAO in adipocytes and macrophages improves palmitate-induced derangements. This indicates that enhancing FAO in metabolically relevant cells such as adipocytes and macrophages may be a promising strategy for the treatment of chronic inflammatory pathologies such as obesity and type 2 diabetes.

Influence of first morning urine volume, fasting blood glucose and glycosylated hemoglobin on first morning urinary albumin concentration

The aim of the present study was to evaluate the effect of first morning urinary volume (collected on three different non-consecutive days), fasting blood glucose (determined on the first and third days of urine collection), and glycosylated hemoglobin (determined on the first and third days of urine collection) on the albumin concentration in first morning urine samples collected on three different days. We found 3.6% asymptomatic bacteriuria in the urine samples; therefore, every urine sample must be tested to exclude infection. One hundred and fifty urine samples were provided by 50 IDDM patients aged 21.9 ± 7 (12-38) years with a disease duration of 6.8 ± 5.8 (0.4-31) years attending the Diabetes Clinic at the State University Hospital of Rio de Janeiro. There were no differences in albumin concentration (6.1 vs 5.8 vs 6.2 µg/ml; P = NS) or urinary volume (222.5 vs 210 vs 200 ml) between the three samples. In addition, there were no differences in fasting blood glucose (181.9 ± 93.6 vs 194.6 ± 104.7 mg%; P = NS) or glycosylated hemoglobin (HbA1)(8.4 ± 1.3 vs 8.8 ± 1.5%; P = NS) between the first and third blood samples. Six patients (group 1) had a mean urinary albumin concentration of more than 20 µg/ml for the three urine samples. This group was compared with the 44 patients (group 2) with a mean urinary albumin concentration for the three urine samples of less than 20 µg/ml. No difference was found between groups 1 and 2 in relation to fasting blood glucose (207.1 ± 71.7 vs 187.6 ± 84.6 mg/dl), HbA1 (8.1 ± 0.9 vs 8.6 ± 1.1%) or urinary volume [202 (48.3-435) vs 246 (77.3-683.3) ml]. Stepwise multiple regression analysis with albumin concentration of first morning urine samples as the dependent variable, and urinary volume, fasting blood glucose and glycosylated hemoglobin as independent variables, showed that only 12% (P = 0.01) of the albumin concentration could be accounted for by the independent effect of morning urine volume on the first day of urine collection. No urine samples showed a change in the cutoff level of 20 µg/ml of albumin concentration as the result of volume. Fasting blood glucose and glycosylated hemoglobin did not influence the urinary albumin concentration. Considerable variability in urinary albumin concentration was found in the three morning urine samples with a mean intraindividual coefficient variation of 56%. In conclusion, in the present study, urinary volume had a minimal, though not constant, effect on first morning urinary albumin concentration. Day-to-day metabolic and clinical control of IDDM patients, except probably for ketoacidosis, should not contraindicate microalbuminuria screening in first morning urine samples

Partial recovery of erythrocyte glycogen in diabetic rats treated with phenobarbital

Erythrocytes may play a role in glucose homeostasis during the postprandial period. Erythrocytes from diabetic patients are defective in glucose transport and metabolism, functions that may affect glycogen storage. Phenobarbital, a hepatic enzyme inducer, has been used in the treatment of patients with non-insulin-dependent diabetes mellitus (NIDDM), increasing the insulin-mediated glucose disposal. We studied the effects of phenobarbital treatment in vivo on glycemia and erythrocyte glycogen content in control and alloxan-diabetic rats during the postprandial period. In control rats (blood glucose, 73 to 111 mg/dl in femoral and suprahepatic veins) the erythrocyte glycogen content was 45.4 ± 1.1 and 39.1 ± 0.8 µg/g Hb (mean ± SEM, N = 4-6) in the femoral artery and vein, respectively, and 37.9 ± 1.1 in the portal vein and 47.5 ± 0.9 in the suprahepatic vein. Diabetic rats (blood glucose, 300-350 mg/dl) presented low (P<0.05) erythrocyte glycogen content, i.e., 9.6 ± 0.1 and 7.1 ± 0.7 µg/g Hb in the femoral artery and vein, respectively, and 10.0 ± 0.7 and 10.7 ± 0.5 in the portal and suprahepatic veins, respectively. After 10 days of treatment, phenobarbital (0.5 mg/ml in the drinking water) did not change blood glucose or erythrocyte glycogen content in control rats. In diabetic rats, however, it lowered (P<0.05) blood glucose in the femoral artery (from 305 ± 18 to 204 ± 45 mg/dl) and femoral vein (from 300 ± 11 to 174 ± 48 mg/dl) and suprahepatic vein (from 350 ± 10 to 174 ± 42 mg/dl), but the reduction was not sufficient for complete recovery. Phenobarbital also stimulated the glycogen synthesis, leading to a partial recovery of glycogen stores in erythrocytes. In treated rats, erythrocyte glycogen content increased to 20.7 ± 3.8 µg/g Hb in the femoral artery and 30.9 ± 0.9 µg/g Hb in the suprahepatic vein (P<0.05). These data indicate that phenobarbital activated some of the insulin-stimulated glucose metabolism steps which were depressed in diabetic erythrocytes, supporting the view that erythrocytes participate in glucose homeostasis

Factors associated with the development of renal complications of diabetes mellitus in São Paulo city

The incidence of diabetic end-stage renal failure (ESRF) varies worldwide and risk factors have been demonstrated in several populations. The objective of the present study was to identify possible factors associated with the risk of development of ESRF in patients with diabetes mellitus (DM). Two groups of diabetic subjects were included in a case-control study: 1) one group was submitted to renal replacement therapies, attending dialysis centers in São Paulo city and 2) the same number of controls without clinical nephropathy (two negative dipstick tests for urine protein), matched for duration of DM, were obtained from an outpatient clinic. A standardized questionnaire was used by a single investigator and additional data were obtained from the medical records of the patients. A total of 290 diabetic patients from 33 dialysis centers were identified, and 266 questionnaires were considered to contain reliable information. Male/female ratios were 1.13 for ESRF and 0.49 for the control group. A higher frequency of men was observed in the ESRF group when compared with controls (53 vs 33%, P<0.00001), although logistic regression analysis did not confirm an association of gender and diabetic nephropathy (DN). Similar proportions of non-white individuals were found for both groups. Patients with insulin-dependent diabetes mellitus (IDDM) were less common than patients with non-insulin-dependent diabetes mellitus (NIDDM), particularly in the control group (3.4 vs 26.3%, P<0.00001, for controls and ESRF patients, respectively); this type of DM was associated with a higher risk of ESRF than NIDDM, as determined by univariate analysis or logistic regression (OR = 4.1). Hypertension by the time of the DM diagnosis conferred a 1.4-fold higher risk of ESRF (P = 0.04), but no difference was observed concerning the presence of a family history. Association between smoking and alcohol habits and increased risk was observed (OR = 4.5 and 5.9, respectively, P<0.001). A 2.4-fold higher risk of ESRF was demonstrated in patients with multiple hospitalizations due to DM decompensation, which suggested poor metabolic control. Photocoagulation and neuropathy were found to be strongly associated with ESRF but not with macrovascular disease. Data collected in our country reinforce the higher risk attributable to IDDM and the association between hypertension and the progression of DN. Indirect evidence for an association with metabolic control is also suggested

Fetal hemoglobin levels are related to metabolic control in diabetic subjects

We have investigated the relationship between fetal hemoglobin (HbF) levels and metabolic control in subjects with insulin-dependent (N = 79) and non-insulin-dependent diabetes mellitus (N = 242). HbF and hemoglobin A1c (HbA1c) levels were increased in subjects with type 1 and type 2 diabetes as compared to levels in nondiabetic individuals (P<0.0001), and were significantly higher in type 1 than in type 2 diabetes subjects. Lower levels of HbA1c and HbF were observed in type 2 diabetes subjects treated by diet, intermediate levels in those treated with oral hypoglycemic agents, and higher levels in those treated with insulin. HbF and HbA1c levels were correlated in type 1 diabetes (R2 = 0.57, P<0.0001) and type 2 diabetes (R2 = 0.58, P<0.0001) subjects. Following intense treatment, twelve diabetic patients showed significant improvement both in HbA1c and HbF values. We conclude that increased HbF levels reflect poor metabolic control in subjects with diabetes mellitus.

Quantitative studies of the vasculature of the carotid body in the chronically hypoxic rat

The carotid bodies of rats made chronically hypoxic by breathing 12% O2 in a normobaric chamber (inspired PO2 91 mmHg) were compared with those of controls. Serial 5-µm sections of the organs were examined using an interactive image analysis system. The total volume of the carotid bodies was increased by 64%. The total vascular volume rose by 103% and was likely due to an increase in size of the large vessels (>12 µm lumen diameter) because the small vessel (5-12 µm lumen diameter) volume did not increase significantly while the small vessel density tended to decrease. The extravascular volume was increased by 57%. Expressed as a percentage of the total volume of the organ, the total vascular volume did not change, but the small vessel volume was significantly decreased from 7.83 to 6.06%. The large vessel volume must therefore have been increased. The proportion occupied by the extravascular volume was virtually unchanged (84 vs 82%). In accordance with these findings, the small vessel endothelial surface area per unit carotid body volume was diminished from 95.2 to 76.5 mm-1, while the extravascular area per small vessel was increased from 493 to 641 µm2 or by 30%. In conclusion, the enlargement of the carotid body in chronic hypoxia is most likely due to an increase in total vascular volume, mainly involving the "large" vessels, and to an increase in extravascular volume. This is in contrast to our previously published findings indicating that in the spontaneous insulin-dependent diabetic rat the enlargement of the carotid body is due solely to an increase in extravascular volume.

Kinetics of TNF-alpha and IFN-gamma mRNA expression in islets and spleen of NOD mice

Insulin-dependent diabetes mellitus is caused by autoimmune destruction of pancreatic ß cells. Non-obese diabetic (NOD) mice spontaneously develop diabetes similar to the human disease. Cytokines produced by islet-infiltrating mononuclear cells may be directly cytotoxic and can be involved in islet destruction coordinated by CD4+ and CD8+ cells. We utilized a semiquantitative RT-PCR assay to analyze in vitro the mRNA expression of TNF-alpha and IFN-gamma cytokine genes in isolated islets (N = 100) and spleen cells (5 x 10(5) cells) from female NOD mice during the development of diabetes and from female CBA-j mice as a related control strain that does not develop diabetes. Cytokine mRNAs were measured at 2, 4, 8, 14 and 28 weeks of age from the onset of insulitis to the development of overt diabetes. An increase in IFN-gamma expression in islets was observed for females aged 28 weeks (149 ± 29 arbitrary units (AU), P<0.05, Student t-test) with advanced destructive insulitis when compared with CBA-j mice, while TNF-alpha was expressed in both NOD and CBA-j female islets at the same level at all ages studied. In contrast, TNF-alpha in spleen was expressed at higher levels in NOD females at 14 weeks (99 ± 8 AU, P<0.05) and 28 weeks (144 ± 17 AU, P<0.05) of age when compared to CBA-j mice. The data suggest that IFN-gamma and TNF-alpha expression in pancreatic islets of female NOD mice is associated with ß cell destruction and overt diabetes.

The effects of 2,3-diphosphoglycerate, adenosine triphosphate, and glycosylated hemoglobin on the hemoglobin-oxygen affinity of diabetic patients

The position of the oxygen dissociation curve (ODC) is modulated by 2,3-diphosphoglycerate (2,3-DPG). Decreases in 2,3-DPG concentration within the red cell shift the curve to the left, whereas increases in concentration cause a shift to the right of the ODC. Some earlier studies on diabetic patients have reported that insulin treatment may reduce the red cell concentrations of 2,3-DPG, causing a shift of the ODC to the left, but the reports are contradictory. Three groups were compared in the present study: 1) nondiabetic control individuals (N = 19); 2) insulin-dependent diabetes mellitus (IDDM) patients (on insulin treatment) (N = 19); 3) non-insulin-dependent diabetes mellitus (NIDDM) patients using oral hypoglycemic agents and no insulin treatment (N = 22). The overall position of the ODC was the same for the three groups despite an increase of the glycosylated hemoglobin fraction that was expected to shift the ODC to the left in both groups of diabetic patients (HbA1c: control, 4.6%; IDDM, 10.5%; NIDDM, 9.0%). In IDDM patients, the effect of the glycosylated hemoglobin fraction on the position of the ODC appeared to be counterbalanced by small though statistically significant increases in 2,3-DPG concentration from 2.05 (control) to 2.45 µmol/ml blood (IDDM). Though not statistically significant, an increase of 2,3-DPG also occurred in NIDDM patients, while red cell ATP levels were the same for all groups. The positions of the ODC were the same for control subjects, IDDM and NIDDM patients. Thus, the PO2 at 50% hemoglobin-oxygen saturation was 26.8, 28.2 and 28.5 mmHg for control, IDDM and NIDDM, respectively. In conclusion, our data question the idea of adverse side effects of insulin treatment on oxygen transport. In other words, the shift to the left reported by others to be caused by insulin treatment was not detected.

Non-obese adult onset diabetes with oral hypoglycemic agent failure: islet cell autoantibodies or reversible beta cell refractoriness?

Pancreatic ß cell function and insulin sensitivity, analyzed by the homeostasis model assessment, before and after 24 weeks of insulin therapy were studied and correlated with the presence of autoantibodies against ß cells (islet cell and anti-glutamic acid decarboxylase antibodies), in a group of 18 Brazilian lean adult non-insulin-dependent diabetes mellitus (NIDDM) patients with oral hypoglycemic agent failure (OHAF). Median fasting plasma glucose before and after insulin treatment was 19.1 and 8.5 mmol/l, respectively (P < 0.001); median HbA1c was 11.7% before vs 7.2% after insulin treatment (P < 0.001). Forty-four percent of the patients were positive (Ab+) to at least one autoantibody. Fasting C-peptide levels were lower in Ab+ than Ab- patients, both before (Ab+: 0.16 ± 0.09 vs Ab-: 0.41 ± 0.35 nmol/l, P < 0.003) and after insulin treatment (Ab+: 0.22 ± 0.13 vs Ab-: 0.44 ± 0.24 nmol/l, P < 0.03). Improvement of Hß was seen in Ab- (median before: 7.3 vs after insulin therapy: 33.4%, P = 0.003) but not in Ab+ patients (median before: 6.6 vs after insulin therapy: 20.9%). These results show that the OHAF observed in the 18 NIDDM patients studied was due mainly to two major causes: autoantibodies and ß cell desensitization. Autoantibodies against ß cells could account for 44% of OHAF, but Ab- patients may still present ß cell function recovery, mainly after a period of ß cell rest with insulin therapy. However, the effects of ß cell function recovery on the restoration of the response to oral hypoglycemic agents need to be determined.

Effects of naringenin on glucose uptake in L6 skeletal muscle cells

Diabetes mellitus is a disorder of inadequate insulin action and consequent high blood glucose levels. Type 2 diabetes accounts for the majority of cases of the disease and is characterized by insulin resistance and relative insulin deficiency resulting in metabolic deregulation. It is a complex disorder to treat as its pathogenesis is not fully understood and involves a variety of defects including ~-cell failure, insulin resistance in the classic target tissues (adipose, muscle, liver), as well as defects in a-cells and kidney, brain, and gastrointestinal tissue. Present oral treatments, which aim at mimicking the effects of insulin, remain limited in their efficacy and therefore the study of the effects of novel compounds on insulin target tissues is an important area of research both for potentially finding more treatment options as well as for increasing our knowledge of metabolic regulation in health and disease. In recent years the extensively studied polyphenol, resveratrol, has been reported to have antidiabetic effects showing that it increases glucose uptake by skeletal muscle cells and prevents fatty acid-induced insulin resistance in vitro and in vivo. Naringenin, a citrus flavonoid with structural similarities to resveratrol, is reported to have antioxidan.t, antiproliferative, anticancer, and anti-inflammatory properties. Effects on glucose and lipid metabolism have also been reported including blood glucose and lipid lowering effects. However, whether naringenin has insulinlike effects is not clear. In the present study the effects of naringenin on glucose uptake in skeletal muscle cells are examined and compared with those of insulin. Naringenin treatment of L6 myotubes increased glucose uptake in a dose- and time dependent manner and independent of insulin. The effects of naringenin on glucose uptake achieved similar levels as seen with maximum insulin stimulation and its effect was additive with sub-maximal insulin treatment. Like insulin naringenin treatment did not increase glucose uptake in myoblasts. To elucidate the mechanism involved in naringenin action we looked at its effect on phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K) and Akt, two signalling molecules that are involved in the insulin signalling cascade leading to glucose uptake. Naringenin did not stimulate basal or insulinstimulated Akt phosphorylation but inhibition of PI3K by wortmannin partially repressed the naringenin-induced glucose uptake. We also examined naringenin's effect on AMP-activated protein kinase (AMPK), a molecule that is involved in mediating glucose uptake by a variety of stimuli. Naringenin stimulated AMPK phosphorylation and this effect was not inhibited by wortmannin. To deduce the nature of the naringenin-stimulated AMPK phosphorylation and its impact on glucose uptake we examined the role of several molecules implicated in mod.ulating AMPK activity including SIRTl, LKB 1, and ca2+ Icalmodulin-dependent protein kinase kinase (CaMKK). Our results indicate that inhibition of SIRTI did not prevent the naringeninstimulated glucose uptake Of. AMPK phosphorylation; naringenin did not stimulate LKB 1 phosphorylation; and inhibition of CaMKK did not prevent naringeninstimulated glucose uptake. Inhibition of AMPK by compound C also did not prevent naringenin-stimulated glucose uptake but effectively inhibited the phosphorylation of AMPK suggesting that AMPK may not be required for the naringenin-stimulated glucose uptake.

Étude des propriétés antidiabétiques de Nigella sativa : sites d’action cellulaires et moléculaires

Nigella sativa ou cumin noir est une plante et un condiment populaires. Les graines de N. sativa sont très utilisées en médecine traditionnelle des pays nord africains pour le traitement du diabète. Cependant, les mécanismes d'actions cellulaires et moléculaires via lesquels cette plante exerce son effet euglycémiant restent encore mal compris. Le but de notre étude est d'examiner l’effet de N. sativa sur la sécrétion d’insuline, le transport de glucose et sur les voies de signalisation impliquées dans l’homéostasie et le métabolisme de glucose, en utilisant des essais biologiques sur des cultures cellulaires murines (cellules β pancréatiques βTC, myoblastes C2C12, hépatocytes H4IIE et adipocytes 3T3-L1) et des études in vivo chez le rat normoglycémique et le Meriones shawi (rongeur) diabétique. Chez les cellules β pancréatiques, N. sativa a augmenté leur prolifération ainsi que la sécrétion basale et gluco-stimulée de l’insuline. N. sativa a augmenté aussi la prise de glucose de 50% chez les cellules musculaires alors que chez les cellules graisseuses, la prise de glucose est augmentée jusqu’au 400%. Les expériences d’immunobuvardage de type western ont montré que N. sativa stimule les voies de signalisation de l’insuline (Akt et ERKs) et aussi celle insulino-indépendante (AMPK) chez les cellules C2C12. Par contre, chez les 3T3-L1, l’augmentation de transport de glucose est plutôt reliée à une activation de la voie de peroxisome proliferator activated receptor γ (PPARγ). Chez les hépatocytes, N. sativa augmente la stimulation des protéines intracellulaires Akt et 5' adenosine monophosphate-activated protein kinase (AMPK). Cette activation de l’AMPK est associée à un effet découpleur de la plante au niveau de la phosphorylation oxydative mitochondriale. Par ailleurs, chez les Meriones shawi diabétiques, N. sativa diminue graduellement la glycémie à jeun ainsi que la réponse glycémique (AUC) à une charge orale en glucose (OGTT) pour atteindre des valeurs semblables aux animaux témoins après quatre semaines de traitement. Une amélioration du profile lipidique est observée autant chez les Meriones shawi diabétiques que chez les rats normaux. Au niveau moléculaire, N. sativa augmente le contenu musculaire en glucose transporter 4 Glut4 et la phosphorylation de l’acetyl-coenzyme A carboxylase ACC dans le muscle soléaire et le foie chez les Mériones shawi diabétiques. Par contre, chez le rat normal, on assiste à une stimulation des voies de signalisation de l’insuline (Akt et ERK) au niveau hépatique. En conclusion, nous avons confirmé l’action insulinotropique de N. sativa au niveau des cellules β pancréatiques et mis en évidence un effet proliférateur pouvant potentiellement s’avérer utile pour contrecarrer la perte de masse cellulaire observée chez les diabétiques. Notre étude a également mis en évidence pour la première fois que N. sativa exerce son activité antidiabétique par une combinaison d’effets insulino-mimétiques et insulino-sensibilisateurs directs permettant ainsi d’augmenter le transport de glucose des tissus périphériques. Cette action de N. sativa est liée à une stimulation des voies de signalisation intracellulaires insulinodépendantes et -indépendantes (AMPK) chez le muscle squelettique et le foie alors qu’elle passe par la voie des PPARγ au niveau du tissu adipeux. Finalement, l’étude in vivo vient confirmer l’effet antidiabétique de N. sativa. Notre apport novateur se situe au niveau de la démonstration que l’activité antidiabétique de N. sativa chez le Meriones shawi diabétique est la résultante des mêmes activités que celles déterminées au niveau de l’étude in vitro. En effet, N. sativa active la voie de l’AMPK, améliore la sensibilité à l’insuline et augmente l’insulinémie. Notre étude montre aussi que N. sativa possède une activité antilipidémiante. Ces résultats confirment le bien-fondé de l'utilisation ethnopharmacologique de N. sativa comme traitement du diabète et des perturbations du métabolisme lipidique qui y sont associées. De plus, les actions pléiotropiques de N. sativa en font un traitement alternatif ou complémentaire du diabète très prometteur qui encouragent à présent la tenue d’études cliniques de bonne qualité.

MiR-16, un nouveau régulateur du transporteur de glucose dépendant de l’insuline GLUT-4

Les microARNs sont des petits ARNs non codants d'environ 22 nucléotides qui régulent négativement la traduction de l'ARN messager cible (ARNm) et ont donc des fonctions cellulaires. Le microARN-16 (miR-16) est connu pour ses effets antiprolifératifs. Nous avons observé que l’expression de miR-16 est diminuée dans les cellules endothéliales humaines sénescentes et quiescentes en comparaison à des cellules prolifératives. Une analyse informatique des sites potentiels de liaison de miR-16 prévoit que GLUT-4, un transporteur du glucose insulinodépendant, pourrait être une cible potentielle du miR-16. Nous avons donc testé l'hypothèse que miR-16 régule négativement le métabolisme du glucose cellulaire. Dans des HUVEC, l'inhibition de miR-16 endogène avec des anti-miRNA oligonucléotides (AMO) augmente les niveaux protéiques de GLUT-4 de 1,7 ± 0,4 fois (p=0,0037 ; n=9). Dans des souris nourries avec un régime alimentaire normal ou riche en graisse et en sucre, l’expression de GLUT-4 dans le muscle squelettique a tendance à corréler négativement avec les niveaux de miR-16 (p=0,0998, r2=0,3866, n=4). Ces résultats suggèrent que miR-16 est un régulateur négatif de GLUT-4 et qu’il pourrait être impliqué dans la régulation du métabolisme cellulaire du glucose.

Validation des effets antidiabétiques de Rhododendron groenlandicum, une plante médicinale des Cri de la Baie James, dans le modèle in vitro et in vivo : élucidation des mécanismes d’action et identification des composés actifs

Le diabète est un syndrome métabolique caractérisé par une hyperglycémie chronique due à un défaut de sécrétion de l’insuline, de l’action de l’insuline (sensibilité), ou une combinaison des deux. Plus d'un million de canadiens vivent actuellement avec le diabète. La prévalence de cette maladie est au moins trois fois plus élevée chez les autochtones que dans la population canadienne en général. Notre équipe vise à étudier les effets potentiellement antidiabétiques de certaines plantes médicinales utilisées par les Cris d'Eeyou Istchee (Baie James, Québec) où l’adhérence aux traitements médicamenteux est faible, en partie à cause de la déconnection culturelle de ces derniers. Grâce à une approche ethnobotanique, notre équipe a identifié 17 plantes médicinales utilisées par cette population pour traiter des symptômes du diabète. Parmi ces plantes, l’extrait éthanolique de Rhododendron groenlandicum (Thé du Labrador) a montré un fort potentiel antidiabétique chez plusieurs lignées cellulaires, notamment les adipocytes (3T3-L1). Cette plante induit la différenciation adipocytaire probablement par l’activation du peroxisome proliferator-activated receptor gamma (PPAR γ). Cette stimulation améliore la résistance à l’insuline et constitue un mécanisme privilégié pour une classe de médicaments antidiabétiques, les thiazolidinediones. Le but de la présente étude est de valider l’efficacité et l’innocuité de R. groenlandicum in vivo, dans un modèle animal de résistance à l’insuline, d’élucider les mécanismes par lesquels cet extrait exerce ses effets antidiabétiques et d’identifier les principes actifs responsables de son activité. L'isolation et l'identification des constituants actifs ont été réalisées à l’aide d'une approche de fractionnement guidé par bioessai; en l'occurrence, l'adipogénèse. Cette approche, réalisée dans la lignée adipocytaire 3T3-L1, a pour but de mesurer leur teneur en triglycérides. Des études in vivo ont été réalisées sur le modèle de souris DIO (diet induced obesity). L'extrait éthanolique du R. groenlandicum a été incorporé à la nourriture grasse (35% d’apport calorique lipidique) à trois doses différentes (125, 250 et 500 mg / kg) sur une période de 8 semaines. Des tissus cibles de l’insuline (foie, muscle squelettique et tissus adipeux) ont été récoltés afin de faire des analyses d’immunobuvardage de type western. La quercétine, la catéchine et l’épicatéchine ont été identifiées comme étant les composés actifs responsables de l'effet antidiabétique du R. groenlandicum. Seules la catéchine et l’épicatéchine activent l’adipogénèse uniquement à forte concentration (125-150 M), tandis que la quercétine l’inhibe. L’étude in vivo a montré que le traitement avec R. groenlandicum chez les souris DIO réduit le gain de poids de 6%, diminue l'hyperglycémie de 13% et l’insulinémie plasmatique de 65% et prévient l’apparition des stéatoses hépatiques (diminution de 42% de triglycéride dans le foie) sans être toxique. Les analyses d’immunobuvardage ont montré que R. groenlandicum stimule la voie de l’insuline via la phosphorylation de l’Akt et a augmenté le contenu protéique en Glut 4 dans les muscles des souris traitées. Par contre, dans le foie, le R. groenlandicum passerait par deux voies différentes, soit la voie insulino-dépendante par l’activation de l’AKT, soit la voie insulino-indépendante par la stimulation de l’AMPK. L’amélioration observée des stéatoses hépatiques chez les souris DIO traitées, a été confirmée par une baisse du facteur de transcription, SREBP-1, impliqué dans la lipogénèse de novo, ainsi qu’une diminution de l’inflammation hépatique (diminution de l’activité d’IKK α/β). En conclusion, l’ensemble de ces résultats soutiennent le potentiel thérapeutique de Rhododendron groenlandicum et de ses composants actifs dans le traitement et la prévention du diabète de type 2. Nous avons validé l'innocuité et l'efficacité de cette plante issue de la médecine traditionnelle Cri, qui pourrait être un traitement alternatif du diabète de type 2 dans une population ayant une faible adhérence au traitement pharmacologique existant.

Le grenadier tunisien (Punica granatum) stimule le transport de glucose dans les cellules musculaires C2C12 via la voie insulino-dépendante de l’Akt et la voie insulino-indépendante de l’AMPK

Le diabète est reconnu comme un problème majeur de santé publique causant des conséquences humaines et économiques redoutables. La phytothérapie s’offre comme une nouvelle avenue thérapeutique pour le contrôle de la glycémie. Le grenadier, Punica granatum, a servi de remède contre le diabète dans le système Unani de la médecine pratiquée en Inde et au Moyen Orient. Des études ont démontré un effet hypoglycémiant des extraits de grenadier via divers mécanismes notamment par une amélioration de la sensibilité à l’insuline et la régénération des cellules béta-pancréatiques. Cependant, aucune étude n’a démontré à ce jour, l’effet de grenadier sur le transport de glucose dans le muscle, étape cruciale dans la régulation de l’homéostasie glucidique postprandiale. De plus, l’effet de la maturation sur le potentiel antidiabétique du fruit de grenadier n’a pas été étudié. Ainsi, le but de ce projet est d’évaluer l’effet antidiabétique des extraits de grenadier sur le transport de glucose dans les cellules musculaires C2C12 en fonction de la variété et du stade de maturation du fruit et d’élucider les mécanismes d’action. Le choix des variétés du grenadier tunisien (Espagnoule [EP] et Gabsi [GB]) a été orienté pour leur pouvoir antioxydant et leur consommation locale. Deux parties de la plante ont été utilisées, les fleurs et les fruits à 3 stades de maturation soit 2, 4 et 6 mois. Les résultats ont montré que seule la variété du grenadier Gabsi stimule significativement le transport de glucose par rapport au contrôle (DMSO), et ceci sans être toxique. Cet effet est plus prononcé au stade de fruit mûr (à 6 mois) que celui de la fleur. De plus, l’extrait de fleurs stimule la voie insulino-indépendante de l’AMPK et augmente le niveau d’expression des transporteurs spécifiques de glucose (GLUT-4). Par contre, l’extrait de fruits mûrs, en plus de ces deux mécanismes, active fortement aussi la voie insulino-dépendante de l’AKT. En conclusion, cette étude présente un nouveau mécanisme d’action antidiabétique de grenadier (plus particulièrement du fruit mûr) qui est dépendant de la variété.

Bioassay-guided fractionation of Larix laricina du Roi, and antidiabetic potentials of ethanol and hot water extracts of seventeen medicinal plants from the traditional pharmacopeia of the James Bay Cree

Nous avons utilisé une approche ethnobotanique pour identifier des espèces de plantes utilisées par les Cris afin de traiter les symptômes du diabète de type 2. Larix laricina du Roi (L. laricina) a récemment été identifiée comme une des meilleures plantes qui a stimulé le transport de glucose dans les cellules C2C12 et fortement potentialisé la différenciation des 3T3-L1 en indiquant une sensibilité potentiellement accrue à l’insuline. Ensuite, ces études de criblage ont été effectuées sur des extraits éthanolique (EE) en utilisant une série de bioessais in vitro. Cependant, les préparations traditionnelles des plantes sont souvent faites avec l’eau chaude. Le but de cette thèse de doctorat était d’isoler les principes actifs de L. laricina par un fractionnement guidé par l’adipogenèse; d’évaluer et de comparer l’activité et les mécanismes antidiabétiques des EE et des extraits aqueux (HWE) de ces 17 plantes. Pour le fractionnement de L. laricina, on a isolé plusieurs composés connus et identifié un nouveau composé actif cycloartane triterpene, qui a amélioré fortement l’adipogenèse et a été responsable en partie de l’activité adipogénique (potentiellement similaire à l’effet sensibilisateur à l’insuline des glitazone) de l’extrait éthanolique issu de l’écorce de L. laricina. Pour le métabolisme lipidique, nos résultats ont confirmé que 10 parmi les 17 EE ont augmenté la différenciation des adipocytes alors que 2 extraits seulement l’ont inhibée. Les HWE ont montré une faible activité adipogénique ou antiadipogénique. Les EE de R. groenlandicum et K. angustifolia ont le PPAR γ (peroxisome proliferator-activated receptor γ), le SREBP-1 (sterol regulatory element binding protein-1) et le C/EBP (CCAAT-enhancer binding proteins) α, alors que ceux de P. balsamifera et A. incana les ont inhibés. L’effet inhibiteur de P. balsamifera a également été prouvé d’avoir impliqué l’activation de la protéine kinase activée par l’AMP (AMPK). Les EE et HWE de R. groenlandicum ont stimulé les mêmes facteurs de transcription alors que les extraits aqueux d’autres plantes sélectionnées ont perdu ces effets en comparaison avec leurs extraits éthanoliques respectifs. L’analyse phytochimique a également identifié le groupe des espèces actives et inactives, notamment lorsque les espèces ont été séparées par famille de plante. Finalement concernant l’homéostasie de glucose, nos résultats ont confirmé que plusieurs EE ont stimulé le transport de glucose musculaire et inhibé l’activité de la glucose-6-phosphatase (G6Pase) hépatique. Certains des HWE ont partiellement ou complètement perdu ces activités antidiabétiques par rapport aux EE, tandis qu’une seule plante (R.groenlandicum) a juste conservé un potentiel similaire entre les EE et HWE dans les deux essais. Dans les cellules musculaires, les EE de R.groenlandicum, A. incana et S. purpurea ont stimulé le transport de glucose en activant la voie de signalisation de l’AMPK et en augmentant le niveau d’expression des GLUT4. En comparaison avec les EE, les HWE de R.groenlandicum ont montré des activités similaires; les HWE de A. incana ont complètement perdu leur effet sur tous les paramètres étudiés; les HWE de S. purpurea ont activé la voie de l’insuline au lieu de celle de l’AMPK pour augmenter le transport de glucose. Dans les cellules H4IIE, les EE et HWE des 5 plantes ont activé la voie de l’AMPK, et en plus les EE et HWE de 2 plantes ont activé la voie de l’insuline. La quercétine-3-O-galactoside et la quercétine 3-O-α-L-arabinopyranoside ont été identifiées comme des composés ayant un fort potentiel antidiabétique et donc responsables de l'activité biologique des plantes HWE actifs avec le transport du glucose. En conclusion, on a isolé plusieurs composés connus et identifié un nouveau triterpène actif à partir du fractionnement de L. laricina. Nous avons fourni également une preuve directe pour l'évaluation et la comparaison d'une action analogue à l'insuline ou insulino-sensibilisateur des EE et HWE de plantes médicinales Cris au niveau de muscle, de foie et de tissus adipeux. Une partie de leur action peut être liée à la stimulation des voies de signalisation intracellulaire insulino-dépendante et non-insulino-dépendante, ainsi que l’activation de PPARγ. Nos résultats indiquent que les espèces de plantes, les tissus ou les cellules cibles, ainsi que les méthodes d'extraction sont tous des déterminants significatifs de l'activité biologique de plantes médicinales Cris sur le métabolisme glucidique et lipidique.