Effects of chronic caffeine consumption on adipose tissue angiogenesis, hypoxia, and inflammation in metabolic diseases: characterization of adenosine receptors

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Farreca, Solange Marques
Data de Publicação: 2021
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/10451/54458
Resumo: Tese de mestrado, Ciências Biofarmacêuticas, 2021, Universidade de Lisboa, Faculdade de Farmácia.
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spelling Effects of chronic caffeine consumption on adipose tissue angiogenesis, hypoxia, and inflammation in metabolic diseases: characterization of adenosine receptorsObesityWhite adipose tissueCaffeineAdenosineAngiogenesisTeses de mestrado -2021Ciências da saúdeTese de mestrado, Ciências Biofarmacêuticas, 2021, Universidade de Lisboa, Faculdade de Farmácia.Nas últimas décadas a prevalência dos distúrbios metabólicos, como a obesidade, a síndrome metabólica e a diabetes do tipo 2 (DT2) tem aumentado drasticamente. O tecido adiposo branco (TAB) tem sido apontado como um dos tecidos cuja função está afetada nestas patologias, mas cuja disfunção pode também estar na base destas patologias. O TAB é o principal órgão do corpo responsável pelo armazenamento do excesso de energia proveniente da ingestão de alimentos, sendo responsável pelo armazenamento de lipídios que são convertidos em triacilglicéridos e armazenados nos adipócitos. O TAB é então a principal fonte de energia do organismo e, em períodos de jejum, fome ou de necessidade calórica, é capaz de hidrolisar rapidamente e com auxílio de lípases esses mesmos triacilglicéridos em ácidos gordos livres (AGL), num processo designado de lipólise. Estes AGL são depois transportados para outros tecidos onde são posteriormente oxidados na mitocôndria para produção de energia. O TAB além da função de armazenamento de energia é também importante na proteção dos órgãos da cavidade abdominal contra choques externos sendo também um órgão com diversas outras funções entre elas funções secretoras e endócrinas. Em condições de obesidade sabe-se que o tecido adiposo se torna disfuncional, sendo sobrecarregado com triacilglicéridos o que diminui a sua capacidade de expansão e por consequência de armazenamento de lípidos. Isto pode levar a um aumento da lipólise, com consequente acumulação de AGL noutros tecidos, como o fígado, o músculo esquelético e os ilhéus pancreáticos. A acumulação de AGL noutros tecidos tem um papel importante no desenvolvimento da resistência à insulina e da intolerância à glucose, características da pré-diabetes, da síndrome metabólica e da DT2. Com essa expansão descontrolada do tecido adiposo, podem surgir outras alterações na estrutura e função do tecido tais como hipóxia, inflamação e diminuição da angiogénese, todas elas características observadas já em condições de obesidade. É consensual que a cafeína, um antagonista não-seletivo dos recetores de adenosina, quando ingerida cronicamente melhora a sensibilidade à insulina e a tolerância à glucose quer em animais quer no Homem. Para além disso, parece ter um papel no ganho de peso, via estimulação da termogénese. Assim, com este trabalho pretendemos esclarecer que os efeitos benéficos do consumo de cafeina crónica no metabolismo poderiam provir de uma melhoria no metabolismo do tecido adiposo. Utilizaram-se ratos Wistar machos com idades compreendidas entre as 8 e as 12 semanas. Os grupos experimentais incluíram animais submetidos a uma dieta padrão/controlo pelo período de 3, 19 e 25 semanas (CTL - 2,56 Kcal/g), a uma dieta rica em gordura (HF 60% lipídios - 5,1 Kcal/g) durante 3 e 19 semanas e a uma dieta que para além de rica em gordura continha também sacarose (HFHSu 60% de lipídios + 35% de sacarose na água ingerida – 5.1 + 1.35 Kcal/g) durante 25 semanas. O grupo submetido a 3 semanas de dieta HF, nas duas últimas semanas de dieta foi subdividido aleatoriamente e metade dos animais foram submetidos ao consumo de cafeína, na água ingerida, na concentração de 1 g/L. Os grupos submetidos a 19 semanas de dieta - CTL e HF - nas últimas 6 semanas de dieta foram subdivididos aleatoriamente, sendo metade submetida à ingestão de cafeína na água ingerida (1 g/L). Os animais HFHSu após 14 semanas de dieta foram divididos aleatoriamente e metade do grupo foi submetido à ingestão de cafeína na água ingerida (1 g/L). Durante o tempo de dieta, a ingestão de alimentos e de líquidos foi monitorizada semanalmente assim como o ganho de peso. A glicémia e a insulinémia em jejum foram também monitorizadas durante o período de dieta. A tolerância à glucose foi avaliada por um teste de tolerância oral à glucose (TTOG) e a sensibilidade à insulina por um teste de tolerância à insulina (TTI). Os TTOG’s e os TTI’s foram realizados antes do tratamento com cafeína ser iniciado e depois do seu início foram realizados a cada duas semanas. Ao final do período de dieta, os animais foram anestesiados com pentobarbital sódico (60 mg / kg. Ip) e tecidos como o fígado, o soleus, o gastronemius, os diferentes depósitos de TAB (visceral, perinéfrico, epididimal e subcutâneo) e o BAT foram rapidamente recolhidos e pesados para posterior análise. O ganho de peso e o peso da gordura visceral (TAB) foram avaliados no período equivalente ao tratamento com cafeína. A função do TAB foi avaliada através de: 1) marcação histológica com hematoxilina-eosina (H&E) para avaliação do perímetro dos adipócitos; 2) metabolismo lipídico via avaliação da expressão da ATP citrato liase (ACL) e da hormona sensível à lipase (HSL) por Western Blot; 3) via de sinalização da insulina através da expressão da AKT e ao 4) nível da expressão de marcadores angiogénicos como o fator de crescimento endotelial vascular (VEGF) e a molécula de adesão celular endotelial plaquetária ou cluster de diferenciação 31 (CD31) por imunofluorescência. Observou-se que as dietas hipercalóricas, tanto a dieta HF quanto a dieta HFHSu, promovem um aumento na ingestão de calorias o que leva ao aumento do peso, da gordura visceral e do perímetro dos adipócitos nos 3 grupos experimentais utilizados. As mesmas dietas mostraram também exibir uma tendência para afetarem a angiogénese e o metabolismo lipídico, em particular as vias envolvidas na síntese de AGL e na lipólise. Observou-se também que o consumo crónico de cafeína diminui o ganho de peso nestes modelos animais e demonstrou-se pela primeira vez que o consumo crónico de cafeína ao diminuir a gordura visceral assim como o perímetro dos adipócitos. Este efeito poderá estar associado a uma melhoria da angiogénese e do metabolismo lipídico, já que a cafeina cronica mostrou promover alterações na expressão de enzimas chave da lipólise e da angiogénese. Pode-se então concluir que os efeitos benéficos do consumo crónico de cafeina no metabolismo, envolvem a diminuição do ganho de peso, da gordura visceral e do perímetro dos adipócitos via uma melhoria da angiogénese do tecido adiposo. Estes resultados abrem uma porta a novas abordagem terapêuticas baseadas na cafeína ou na modulação dos recetores de adenosina, para o tratamento da patologia metabólica, principalmente em condições associadas a obesidade e com disfunção do tecido adiposo.In recent decades the prevalence of metabolic disorders such as obesity, metabolic syndrome, and type 2 diabetes mellitus (T2DM) has increased dramatically. White adipose tissue (WAT) has been pointed out as one of the tissues whose function is affected in these pathologies, but whose dysfunction may also be underlying these pathologies. The WAT is the main organ of the body responsible for storing the excess energy from food intake, being responsible for storing lipids that are converted into triacylglycerides and stored in adipocytes. The WAT is then the main source of energy for the organism and, in periods of fasting, hunger or caloric need, is capable of quickly hydrolyse these triacylglycerides with the help of lipases into free fatty acids (FFA), in a process called lipolysis. These FFA are then transported to other tissues where they are subsequently oxidised in the mitochondria to produce energy. Besides its energy storage function, WAT is also important in protecting the organs of the abdominal cavity against external shocks, being also an organ with several other functions, including secretory and endocrine functions. In obese conditions, adipose tissue is known to become dysfunctional, being overloaded with triacylglycerides which decreases its capacity to expand and therefore to store lipids. This can lead to an increase in lipolysis, which leads to the consequent accumulation of FFA in other tissues such as the liver, skeletal muscle, and pancreatic islets. Accumulation of FFA in other tissues plays an important role in the development of insulin resistance and glucose intolerance, characteristic of pre-diabetes, metabolic syndrome and T2DM. With this uncontrolled expansion of adipose tissue, other changes in the tissue structure and function may arise such as hypoxia, inflammation, and decreased angiogenesis, being all of them features already seen in obesity conditions. It is generally agreed that caffeine, a non-selective adenosine receptor antagonist, when ingested chronically, improves insulin sensitivity and glucose tolerance in both animals and humans. Furthermore, it seems to have a role in weight gain, via stimulation of thermogenesis. Thus, with this work we intend to clarify that the beneficial effects of chronic caffeine consumption on metabolism could come from an improvement in adipose tissue metabolism. Male Wistar rats aged between 8 and 12 weeks were used. The experimental groups included animals submitted to a standard/control diet for 3, 19 and 25 weeks (CTL - 2.56 Kcal/g), a high fat diet (HF 60% lipids - 5.1 Kcal/g) for 3 and 19 weeks and a diet that besides being high in fat also contained sucrose (HFHSu 60% lipids + 35% sucrose in ingested water - 5.1 + 1.35 Kcal/g) for 25 weeks. The group submitted to 3 weeks of HF diet, in the last two weeks of the diet was randomly subdivided and half of the animals were submitted to the consumption of caffeine, in the ingested water, in a concentration of 1 g/L. The groups submitted to 19 weeks of diet - CTL and HF - in the last 6 weeks of diet were randomly subdivided, and half of them were submitted to the ingestion of caffeine in the ingested water (1 g/L). The HFHSu animals after 14 weeks of diet were randomly divided and half of the group was submitted to the ingestion of caffeine in the ingested water (1 g/L). During the diet time, food and liquid intake were monitored weekly as well as weight gain. Fasting blood glucose and insulinemia were also monitored during the diet period. Glucose tolerance was assessed by an oral glucose tolerance test (OGTT) and insulin sensitivity by an insulin tolerance test (ITT). OGTT's and ITT's were performed before caffeine treatment start and after its initiation were performed every two weeks. At the end of the diet period, the animals were anaesthetised with sodium pentobarbital (60 mg/kg. ip) and tissues such as liver, soleus, gastronemius, different WAT depots (visceral, perinephric, epididymal and subcutaneous) and BAT were rapidly collected and weighed for further analysis. Weight gain and visceral fat weight were evaluated in the period equivalent to the caffeine treatment. The function of WAT was evaluated through: 1) histological haematoxylin-eosin (H&E) staining to assess adipocyte perimeter; 2) lipid metabolism via assessment of ATP citrate lyase (ACL) and hormone sensitive lipase (HSL) expression by Western Blot; 3) insulin signalling pathway by AKT expression and 4) the expression level of angiogenic markers such as vascular endothelial growth factor (VEGF) and platelet endothelial cell adhesion molecule or differentiation cluster 31 (CD31) by immunofluorescence. It was observed that hypercaloric diets, both the HF diet and the HFHSu diet, promote an increase in calorie intake leading to an increase in weight gain, visceral fat, and adipocyte perimeter in the 3 experimental groups. The same diets also showed a tendency to affect angiogenesis and lipid metabolism, in particular the pathways involved in FFA synthesis and lipolysis. Chronic caffeine consumption has also been shown to decrease weight gain in these animal models and, for the first time, chronic caffeine consumption has been shown to decrease visceral fat as well as adipocyte perimeter. This effect may be associated with improved angiogenesis and lipid metabolism, as chronic caffeine has been shown to promote changes in the expression of key enzymes of lipolysis and angiogenesis. It can therefore be concluded that the beneficial effects of chronic caffeine consumption on metabolism involve a decrease in weight gain, visceral fat, and adipocyte perimeter via an improvement in adipose tissue angiogenesis. These results open the door to new therapeutic approaches based on caffeine or modulation of adenosine receptors, for the treatment of metabolic pathology, especially in conditions associated with obesity and with adipose tissue dysfunction.Com o patrocínio da CEDOC - Centro de Estudos de Doenças Crónicas / NMS - Nova Medical School.Conde, Sílvia Margarida Vilares CondeRodrigues, Cecília Maria PereiraRepositório da Universidade de LisboaFarreca, Solange Marques2022-09-14T09:57:42Z2021-11-162021-10-292021-11-16T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10451/54458TID:203014715enginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-11-08T17:00:50Zoai:repositorio.ul.pt:10451/54458Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T22:05:16.981120Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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