Ação dos hormônios stanniocalcinas 1 e 2 sobre os fluxos da glicose e do glicerol nos tecidos adiposos branco e marrom de ratos alimentados e em jejum

Abstract

O tecido adiposo (TA) é considerado um órgão endócrino que participa do mecanismo homeostático térmico, da regulação do peso corporal e da regulação do metabolismo dos carboidratos e de lipídios. O tecido adiposo marrom (TAM) oxida glicose e ácidos graxos (AG) para produzir calor na termorregulação, aumentando o gasto energético corporal, especialmente quando é estimulado em situações estressantes como o frio e jejum. O tecido adiposo branco (TAB) é especializado no armazenamento de energia na forma de triacilgliceróis (TAG) e secreta importantes adipocinas, como leptina e adiponectina, que influenciam processos como comportamento alimentar e sensibilidade e secreção de insulina. Além da regulação neuronal e metabólica, inúmeros hormônios e fatores parácrinos e autócrinos regulam o desenvolvimento, a manutenção e a função do TA. As stanniocalcinas (STCs) são hormônios glicoproteicos que foram descobertos em peixes e inicialmente relacionados ao metabolismo do cálcio. A família das STCs consiste de duas proteínas, STC-1 e STC-2, que são expressas em vários tecidos de mamíferos, como pâncreas, baço, rins, músculo esquelético e TA. A STC-1 contribui para a sobrevivência de células adiposas maduras, que perderam sua capacidade de renovação, sugerindo seu envolvimento com a homeostase do TAB. Em ratos Wistar machos alimentados, a STC-1 humana (hSTC-1) foi capaz de aumentar a lipogênese no TAB retroperitoneal, no entanto, diminuiu a incorporação de 14C da glicose em lipídios totais no TAM. A STC-2 é expressa em diversos tipos de câncer e é considerada um hormônio sinalizador da progressão da doença, bem como, um fator anorexígeno. Desta forma o objetivo deste trabalho foi estudar o papel dos hormônios hSTC-1 e hSTC-2 sobre o metabolismo intermediário do TAM interescapular e TAB epididimal de ratos adultos, alimentados e em jejum de 48h. Métodos: Ratos Wistar machos adultos (n = 120), foram randomicamente divididos em dois grupos: 1) animais alimentados, que receberam água e dieta padrão comercial para roedores ad libitum; 2) animais jejuados por 48 horas, que receberam água ad libitum e foram alojados individualmente. Os animais foram decapitados, o sangue troncular foi coletado, assim como os TAB e TAM foram excisados e utilizados nos experimentos in vitro. TAB e TAM do grupo controle foram incubados sem stanniocalcina (STC) com Krebs-Ringer-Bicarbonato pH 7,4 (KRB). O TAB foi incubado na presença de hSTC-1 e de hSTC-2 nas concentrações de 0,386 pM, 3,86 pM e 38,6 pM, diluídas em KRB. Para o TAM foi utilizada a concentração de 3,86 pM para hSTC-1 e hSTC- 2, igualmente diluídas em KRB. Foram avaliadas a captação de 2- desoxi-glicose (2- DG), a oxidação de 14C-glicose e a incorporação de 14C-glicose e 14C-glicerol em glicerol e ácido graxo em TAB e TAM. No TAM foram estimadas as expressões gênica das STCs 1 e 2, assim como a concentração de glicogênio e de lactato teciduais e a atividade da enzima hexocinase (HK). A análise estatística foi realizada conforme a natureza dos dados, obedecendo aos testes de normalidade e homocedasticidade, O presente estudo foi aprovado pela Comissão de Ética no Uso de Animais da UFRGS sob o número de 27534. Resultados e Discussão: TAB - as STCs alteram a captação de glicose no TAB epididimal, tanto no estado alimentado como no jejum de 48h. Entretanto, as STCs não aumentaram a formação de glicerídeo-glicerol ou a síntese de novo de AG a partir de 14C-glicose no TAB de ratos em jejum. Além disso, em ratos alimentados, a hSTC-2 aumentou significativamente a captação de glicose pelo TAB, mas diminuiu a formação de glicerídeo-glicerol. A hSTC-2 também diminui a fosforilação direta de glicerol no TAB de ratos alimentados, mas não afetou a síntese de novo de AG a partir de 14C-glicerol. Assim, a hSTC-2 parece bloquear o efeito lipogênico no TAB. As STCs não alteraram a oxidação de 14C-glicose no TAB epididimal de ratos alimentados ou em jejum. Entretanto, no TAB retroperitoneal de ratos alimentados, a hSTC-1 aumentou em 85% a produção de 14CO2 a partir de 14C-glicose. Desta forma, as ações das STCs são distintas e tecido-especificas. TAM - Nosso estudo mostrou pela primeira vez a expressão da Stc-1 e Stc-2 em ratos alimentados e jejuados. A expressão da Stc-2 é marcadamente maior nos ratos em jejum do que nos alimentados. Assim, a hSTC-1, estimulando a captação de glicose no TAM de ratos alimentados, exerce uma função de hormônio hipoglicemiante. O aumento da captação de glicose no TAM induzida pela hSTC-1 no estado alimentado não foi acompanhado pela ativação da oxidação de glicose, da síntese de glicerol-3-P, da lipogênese de novo a partir de 14C-glicose ou do aumento da concentração de glicogênio. A hSTC-2 não aumenta a captação da glicose ou altera a atividade das vias envolvidas na síntese de glicerol-3-P ou a lipogênese de novo a partir de 14C-glicose ou de 14C-glicerol no TAM de ratos alimentados. Além disso, nem a hSTC-1 ou a hSTC-2 alteraram a atividade da HK. Todavia, a hSTC-2 diminuiu de forma significativa a concentração de glicogênio no TAM de ratos alimentados, mantendo sem alterações os níveis de lactato no tecido e a capacidade de oxidação da glicose neste órgão. A diminuição do glicogênio pela hSTC-2 pode levar a uma ação deletéria neste órgão, como diminuição na capacidade termogênica, na esterificação de AG entre outras funções deste tecido. Conclusão: as STCs apresentaram um papel importante na captação de glicose e nos estoques de glicogênio do TAB e TAM de ratos alimentados e jejuados. Estes achados evidenciam o papel das STCs sobre a regulação do metabolismo intermediário em mamíferos e podem ser hormônios promissores no desenvolvimento de novos hipoglicemiantes.

Adipose tissue (AT) is considered an endocrine organ that participates in the homeostatic thermal mechanism, the regulation of body weight and the regulation of the metabolism of carbohydrates and lipids. Brown adipose tissue (BAT) oxidizes glucose and fatty acids (FA) to produce heat in thermoregulation, increasing body energy expenditure, especially when it is stimulated in stressful situations such as cold and fasting. White adipose tissue (WAT) is specialized in storage of energy in the form of triacylglycerols (TG) and secretes important adipokines, such as leptin and adiponectin, which influence processes including eating behavior and insulin sensitivity and secretion. In addition to neuronal and metabolic regulation, innumerable hormones, as well as paracrine and autocrine factors, regulate the development, maintenance and function of AT. Stanniocalcins (STCs) are glycoprotein hormones that have been discovered in fish and are initially related to calcium metabolism. The STC family consists of two proteins, STC-1 and STC-2, which are expressed in various mammalian tissues such as pancreas, spleen, kidneys, skeletal muscle and AT. STC-1 contributes to the survival of mature adipose cells, which have lost their capacity for renewal, suggesting their involvement with WAT homeostasis. In male Wistar rats, human STC-1 (hSTC-1) was able to increase lipogenesis in the retroperitoneal WAT. However, it decreased the incorporation of 14C from glucose into total lipids in the BAT. STC-2 is expressed in several types of cancer and is considered a hormone that signals the progression of the disease, as well as an anorectic factor. Thus, the objective of this work was to study the effect of hSTC-1 and hSTC-2 hormones on the intermediate metabolism of interscapular BAT and epididymal WAT of fed and 48h-fasted adult rats. Methods: Adult male Wistar rats (n = 120) were randomly divided into two groups: 1) fed animals, which received water and commercial standard diet for rodents ad libitum; 2) animals fasted for 48 hours, given water ad libitum and housed individually. The animals were decapitated, trunk blood was collected, and WAT and BAT were excised and used in the in vitro experiments. WAT and BAT from the control group were incubated without stanniocalcin (STC) with Krebs-Ringer-Bicarbonate, pH 7.4 (KRB). WAT was incubated in the presence of hSTC-1 and hSTC-2 at the concentrations of 0.386 pM, 3.86 pM and 38.6 pM, diluted in KRB. For BAT, the concentration of 3.86 pM was used for hSTC-1 and hSTC-2, equally diluted in KRB. The uptake of 2-deoxyglucose (2-DG), the oxidation of 14C-glucose, as well as the incorporation of 14C-glucose and 14C-glycerol into glycerol and fatty acid were evaluated in WAT and BAT. In BAT, the gene expression of STCs 1 and 2, the concentration of tissue glycogen and lactate, as well as the activity of hexokinase (HK) were estimated. Statistical analysis was performed according to the tests of normality and homoscedasticity. The present study was approved by the Ethics Committee on the Use of Animals at UFRGS under the number of 27534. Results and Discussion: WAT - STCs alter the glucose uptake in the epididymal WAT, both in fed state and in 48h fasting. However, STCs did not increase glyceride-glycerol formation or de novo synthesis of FA from 14C-glucose in the WAT of fasted rats. In addition, in fed rats, hSTC-2 significantly increased glucose uptake by the WAT, but decreased glyceride-glycerol formation. hSTC-2 also decreased the direct phosphorylation of glycerol in the WAT of fed rats, but did not affect the de novo synthesis of FA from 14C-glycerol. Thus, hSTC-2 appears to block the lipogenic effect in WAT. STCs did not alter 14C-glucose oxidation in the epididymal WAT of fed or fasted rats. However, in the retroperitoneal WAT of fed rats, hSTC-1 increased the production of 14CO2 from 14C-glucose by 85%. Thus, the actions of STCs are distinct and tissue-specific. BAT - Our study showed, for the first time, the expression of Stc-1 and Stc-2 in fed and fasted rats. Expression of Stc-2 is markedly greater in fasted than in fed rats. Thus, hSTC-1, stimulating the uptake of glucose in the BAT of fed rats, works as a hypoglycemic hormone. The increase in glucose uptake in BAT, induced by hSTC-1 in the fed state, was not accompanied by the activation of glucose oxidation, glycerol-3-P synthesis, de novo lipogenesis from 14C-glucose or by increased concentration of glycogen. hSTC-2 does not increase glucose uptake or alter the activity of the pathways involved in glycerol-3-P synthesis or de novo lipogenesis from 14C-glucose or 14C-glycerol in the BAT of fed rats. In addition, neither hSTC-1 nor hSTC-2 altered HK activity. However, hSTC-2 significantly decreased the glycogen concentration in the TAM of fed rats, maintaining unchanged lactate levels in the tissue and the glucose oxidation capacity in this organ. The decrease of glycogen by hSTC-2 may lead to a deleterious action in this organ, such as a decrease in thermogenic capacity and in the esterification of FA, among other functions of this tissue. Conclusion: STCs played an important role in the uptake of glucose and glycogen stores in the WAT and BAT of fed and fasted rats. These findings highlight the role of STCs in the regulation of intermediary metabolism in mammals, and may be promising hormones in the development of new hypoglycemic agents.