Caracterização do efeito e de vias de sinalização de compostos presentes em Ilex paraguariensis St. Hil. envolvidas na homeostasia da glicose

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências da Saúde, Programa de Pós-Graduação em Farmácia, Florianópolis, 2015.A manutenção das concentrações homeostáticas de glicose no sangue é essencial para o bem-estar de todo o organismo. Após efetiva absorção intestinal de glicose, as células ß pancreáticas secretam insulina em resposta às concentrações glicêmicas elevadas para o controle da sua captação, utilização e armazenamento dos nutrientes celulares. Defeitos na ação e/ou na secreção de insulina podem levar à hiperglicemia, característica da diabetes melito. A diabetes melito é uma patologia complexa e multifatorial de elevada morbidade e mortalidade e, por esse motivo, é considerada uma epidemia, caracterizando um problema de saúde pública mundial. Muitas plantas são conhecidas na medicina popular de diferentes culturas pelas propriedades hipoglicemiantes e tem um uso crescente no tratamento da diabetes. Sendo assim, o presente trabalho teve como objetivo caracterizar o efeito de alguns compostos naturais selecionados na absorção intestinal de glicose, assim como caracterizar o efeito e as vias de sinalização da teobromina e do ácido cafeico na homeostasia da glicose. Tanto a teobromina quanto o ácido cafeico foram avaliados quanto às atividades antihiperglicêmica e/ou hipoglicemiante na curva de tolerância à glicose, o conteúdo de glicogênio hepático e muscular, a inibição das enzimas a-glicosidases e a propriedade anti-glicação. Além disso, foram avaliados a atividade anti lipidêmica e o mecanismo de ação da teobromina na captação de glicose em músculo sóleo, assim como o efeito em ratos resistentes à insulina e o mecanismo de ação do ácido cafeico na captação de cálcio em ilhotas pancreáticas isoladas. Para tanto, foram utilizados ratos Wistar machos entre 50-55 dias de idade. Para os estudos in situ, o intestino foi exposto e dividido em 4 segmentos, nos quais foram adicionados solução de glicose, florizina, inibidor do transportador de glicose dependente de sódio (SGLT1), e/ou o composto a ser testado e, após 30 min, a concentração de glicose foi medida em cada segmento. Para a realização da curva de tolerância à glicose as coletas de sangue, para determinação da glicose e insulina sérica, foram realizadas nos tempos zero, 15, 30, 60, 120 e 180 minutos após uma sobrecarga de glicose de 4mg/kg. Nos ensaios para a determinação do conteúdo de glicogênio os tecidos foram retirados dos animais 3 h após os tratamentos. As atividades das dissacaridases intestinais e a propriedade anti-glicação foram realizadas in vitro. A captação de 14C-glicose foi estudada após a incubação do músculo sóleo com a teobromina, na presença ou ausência de inibidores. A avaliação do efeito da teobromina em ratos resistentes à insulina foi realizada in vivo, em um tratamento de 5 dias. As ilhotas pancreáticas foram isoladas e incubadas com 45Ca2+ e ácido cafeico, na presença ou não de diferentes inibidores e ativadores de canais e vias de sinalização intracelular. Entre as substâncias testadas, miricitrina, quercetina, catequina, naringenina, ácido cafeico, rutina e fukugetina reduziram significativamente a captação de glicose via o transportador SGLT1, atividade avaliada na presença de florizina. Além disso, tanto a teobromina, quanto o ácido cafeico reduziram significativamente a glicemia de ratos normais em estado hiperglicêmico. Adicionalmente, observou-se um aumento no conteúdo de glicogênio no músculo sóleo e fígado após o tratamento com teobromina. O ácido cafeico reduziu a atividade da maltase e sacarase e, assim como a teobromina, preveniu a glicação. A teobromina estimulou a captação de glicose no músculo sóleo através de uma via de sinalização semelhante à da insulina, principalmente, estimulando a translocação e síntese proteica do GLUT4. O ácido cafeico estimulou a captação de cálcio em ilhotas pancreáticas isoladas, atuando como um potencial agente secretagogo de insulina. Desta forma, apoiado nos resultados obtidos neste trabalho, propõe-se que alguns compostos naturais como a miricitrina, quercetina, catequina, naringenina, rutina e fukugetina, presentes em muitas plantas, regulem a absorção de glicose, atuando em um alvo intestinal, o SGLT1. Além disso, a teobromina e o ácido cafeico, aqui estudados, podem regular a homeostasia da glicose. Os mecanismos pelo qual a teobromina atua envolvem a utilização de glicose pelos tecidos periféricos, assim como melhora no estado de resistência à insulina e a inibição da glicação de proteínas. Enquanto que os mecanismos do ácido cafeico parecem envolver a inibição da absorção intestinal da glicose, o estímulo da secreção de insulina e a inibição da glicação. Estes resultados sugerem que estes dois compostos podem ser responsáveis por muitos dos múltiplos mecanismos de ação de Ilex paraguariensis (IP) para regular a homeostasia da glicose e contribuir para a prevenção das complicações da diabetes.Abstract : Effect and signaling pathways of compounds present in the Ilex paraguariensis St. Hill. involved in glucose homeostasisThe maintenance of the homeostatic blood glucose concentrations is crucial to the well-being of the whole organism. After Effective intestinal absorption of glucose, the pancreatic ß cells secrete insulin in response to elevated glucose concentrations for controlling the uptake, use and storage of cellular nutrients. Defects in action and/or secretion of insulin may lead to hyperglycemia, which characterizes diabetes mellitus. Diabetes mellitus is a complex and multifactorial disease with high morbidity and mortality, therefore is considered epidemic causing a public health problem worldwide. Many plants are known in folk medicine of different cultures for their hypoglycemic properties and show an increasing use in the treatment of diabetes. Therefore, the aim of this study was to characterize the effect of some selected natural compounds in the intestinal absorption of glucose, as well as to characterize the effect and signaling pathways of theobromine and caffeic acid in glucose homeostasis. Theobromine and caffeic acid were evaluated for antihyperglycemic and /or hypoglycemic activities in the curve of glucose tolerance, the hepatic glycogen content and muscle, inhibition of the enzymes a-glucosidases and anti-glycation property. In addition, was studied the antilipidemic activity and the mechanism of action of theobromine in glucose uptake in soleus muscle, as well as the effect on insulin resistant rats and the mechanism of action of caffeic acid on calcium uptake in rat isolated pancreatic islets. Wistar male rats with 50-55 days of age were used. For the in situ studies, the intestine was exposed and divided into four segments, which each segment was uploaded with glucose solution, phlorizin and/or compounds and, after 30 min, the glucose concentration was measured into the respective intestinal segment. To glycemia determination, the blood samples were collected at zero, 15, 30, 60, 120 and 180 min in glucose tolerance curve. Tissues were removed from animals 3 h after oral administration of treatments to determine glycogen content. The intestinal disaccharidases activities and anti-glycation property were performed in vitro. The glucose uptake was studied after incubation of the soleus muscle with theobromine, in the presence or not of different inhibitors and of 14C-glucose. The evaluation of the effect of theobromine in insulin resistant rats was performed in vivo on a treatment of 5 days. The pancreatic islets were isolated and incubated with 45Ca2+ and caffeic acid in the presence or absence of various inhibitors or activators. Among the substances assayed, myricitrin, quercetin, catechin, naringenin, caffeic acid, rutin and fukugetin significantly reduced the glucose uptake by affecting the SGLT1 transporter activity measured in the presence of phlorizin. Furthermore, both theobromine, as caffeic acid significantly reduced plasma glucose in normal rats hyperglycemic state and caffeic acid stimulated insulin secretion. Additionally, it was observed an increase on glycogen content in muscle and liver after treatment with theobromine. The caffeic acid reduced the activity of maltase and sucrase and, like theobromine, prevented glycation. Theobromine stimulated glucose uptake in soleus muscle via signaling pathway similar to that of insulin, mainly by stimulating protein synthesis and translocation of GLUT4. The caffeic acid stimulated calcium uptake in isolated pancreatic islets, as a potential insulin secretagogue agent. Thus, supported by the results of this study, it is proposed that some natural compounds like myricitrin, quercetin, catechin, naringenin, caffeic acid, rutin and fukugetin are able to regulate glucose absorption by acting in an intestinal target, SGLT1. Moreover, theobromine and caffeic acid are able to regulate glucose homeostasis. The mechanisms by which theobromine acts involving the use of glucose by peripheral tissues, and improvement in insulin resistant state and the inhibition of protein glycation. While the mechanisms of caffeic acid involve the inhibition of intestinal absorption of glucose, stimulation of insulin secretion and inhibition of glycation. These results suggest that these two compounds may be responsible for many of the multiple Ilex paraguariensis (IP) mechanisms of action to regulate glucose homeostasis and contribute to the prevention of complications of diabetes