Influence of gut microbiota and splenectomy over the obesity-induced insulin resistance

A ingestão de alimentos ricos em gordura leva à obesidade e inflamação crônica sub-clínica, a qual desenvolve papel importante na resistência à insulina. Aumentados níveis circulantes de citocinas pró-inflamatórias, ácidos graxos livres e lipopolissacarídeos ativam o sistema imune inato, que desencadeia inflamação e aumento na expressão de citocinas, levando à resistência à insulina. Dessa forma, nós investigamos o efeito da modulação da flora intestinal, na resistência à insulina e avaliamos o baço como uma nova fonte de inflamação e células do sistema imune, responsáveis pela resistência à insulina induzida por obesidade, cujas funções ainda não estão completamente determinadas. Para investigar os efeitos da modulação da flora intestinal, nós submetemos camundongos a dieta hiperlipídica com antibióticos ou em regime de pair-feeding por oito semanas e realizamos análises metagenômicas de amostras de DNA provenientes das fezes dos camundongos. A fim de avaliar a influência do baço no metabolismo, nós realizamos esplenectomia em camundongos e induzimos obesidade com a utilização de dieta rica em gordura, além de fazer abordagens proteômicas para determinar novas moléculas que poderiam estar envolvidas na inflamação e migração de células. Em ambos os experimentos, glicose, insulina e citocinas circulantes foram avaliadas, assim como as vias de sinalização da insulina e inflamatória em fígado, músculo e tecido adiposo, como também avaliamos a infiltração de macrófagos no fígado e no tecido adiposo. A flora intestinal estava extremamente modificada pelo tratamento com antibióticos, reduzindo a prevalência de Bacteroidetes e Firmicutes, a quantidade de bactérias no intestino e LPS circulante, bem como glicemia, insulinemia e citocinas. Este quadro também apresentou regulação negativa do TLR4 e redução na inflamação, a qual induziu aumento na sensibilidade à insulina, além da notável redução de macrófagos infiltrados nos tecidos dos camundongos tratados com antibióticos. Em camundongos obesos esplenectomizados, houve grande aumento na sensibilidade à insulina, refletida por redução na glicemia, insulinemia e TNF-'alfa' circulante quando comparado com camundongos obesos. A inflamação estava reduzida no fígado, músculo e tecido adiposo dos camundongos obesos esplenectomizados, e como consequência, a via de sinalização de insulina estava mais ativa em comparação aos camundongos obesos que tiveram os baços mantidos. Também houve uma imensa redução na infiltração de macrófagos, no fígado e no tecido adiposo dos camundongos esplenectomizados após a indução de obesidade, quadro semelhante ao encontrado na indução da infiltração de macrófagos pela lipólise. A análise proteômica do baço indicou que GMF-'gama' está mais expresso nos camundongos obesos em relação aos magros, dado confirmado por immunoblot. Concluindo, a modulação da flora intestinal por uma terapia com antibióticos reduziu os níveis circulantes de LPS, inflamação e infiltração de macrófagos, aumentando a sensibilidade à insulina em camundongos alimentados com dieta hiperlipídica. Além disso, a esplenectomia também reduziu a inflamação e promoveu melhora na sensibilidade à insulina, bem como inibiu a infiltração de macrófagos induzida pela obesidade, fenômeno que pode ser coordenado pelo baço e quimiocinas, e possivelmente pelo GMF-'gama', uma nova proteína, que estariam envolvidas na regulação da migração celular e estabelecimento de resistência à insulina.A high-fat diet intake induces obesity and chronic subclinical inflammation, which play important roles in insulin resistance. Increased circulating levels of proinflammatory cytokines, free fatty acids and lipopolysaccharides activate innate immune system, which triggers inflammation and cytokine expression, leading to insulin resistance. Thus, we investigated the effect of gut microbiota modulation, on insulin resistance and evaluated the spleen as a novel source of inflammation and immune cells, responsible for the obesity-induced insulin resistance, which roles are not yet fully understood. To investigate microbiota modulation effects, we submitted Swiss mice to a high-fat diet with antibiotics or pair-feeding for eight weeks and performed metagenomic analyses from mice fecal DNA samples. In order to evaluate the spleen influence over the metabolism, we performed splenectomy in Swiss mice and induced obesity with a high-fat diet and performed proteomic approaches to determine novel molecules that could promote inflammation and immune cell migration. In both experiments, blood glucose, serum insulin and cytokines were evaluated, as well as liver, muscle and adipose tissue insulin and inflammatory signaling pathway, and liver and adipose tissue macrophage infiltration. Gut microbiota was greatly modified by the antibiotic treatment, reducing Bacteroidetes and Firmicutes prevalence, overall bacterial count and circulating LPS, as well as fasting blood glucose and serum insulin and cytokines. It also promoted TLR4 downregulation and reduction in inflammation, which promoted improvement in insulin sensitivity, besides a striking reduction in macrophage infiltration in antibiotic-treated mice. In splenectomized obese mice, a great improvement in insulin sensitivity was seen, reflected by blood glucose, serum insulin and TNF-'alpha' levels reduction. Inflammation was reduced in the liver, muscle and adipose tissue of obese splenectomized mice, in consequence, insulin signaling was improved when compared to obese mice that maintained the spleen. There was an immense reduction in liver and adipose tissue macrophage infiltration in splenectomized mice after obesity induction, which was repeated when we observed lipolysis-induced adipose tissue macrophage infiltration. Spleen proteomic studies indicated that GMF-'gamma' is overexpressed in obese mice compared to lean ones. In conclusion, gut microbiota modulation by antibiotic therapy reduced circulating LPS levels, inflammation and macrophage infiltration, improving insulin sensitivity in mice fed a high-fat diet. In addition, splenectomy also reduced inflammation and promoted insulin sensitization, as well as inhibited obesity-induced macrophage infiltration, which can be ruled by the spleen and chemokines, and possibly by GMF-'gamma', a novel protein, that could be involved in the regulation of cell migration and insulin resistance settlement