Acute exercise reduces insulinemia through decrease of insulin secretion and increase of insulin clearance in obese mice

A hiperinsulinemia, frequentemente associada a doenças como obesidade e diabetes tipo 2, decorre do aumento da secreção e redução do clearance de insulina, processo que acontece principalmente no fígado pela ação da IDE ("insulin degrading enzyme"), principal enzima responsável pela degradação da insulina. Sabe-se que o exercício físico reduz a insulinemia, entretanto, seu efeito sobre o clearance de insulina ainda não está totalmente esclarecido. Portanto, o objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito do exercício físico agudo sobre o clearance de insulina e expressão proteica de IDE, em camundongos alimentados com dieta hiperlipídica. Camundongos C57BL6 foram distribuídos em 3 grupos: Controle (CTL), Obeso (O) e Obeso Exercitado (OE) e, submetidos a 12 semanas de dieta CHOW (CTL) ou hiperlipídica (O e OE). O exercício físico agudo foi realizado em esteira com duração de 3 horas (intensidade de 60-70% do VO2máx). Após o exercício, tolerância à glicose (ipGTT), à insulina (ipITT) e ao piruvato (ipPTT), bem como o clearance de insulina foram avaliados. Os camundongos foram eutanasiados por decapitação para coleta de sangue e órgãos como: fígado, tecido adiposo perigonadal, músculo esquelético gastrocnêmio e pâncreas, do qual foram isoladas as ilhotas pancreáticas para avaliar a secreção de insulina estimulada por glicose. Proteínas foram extraídas dos tecidos para análise da expressão proteica de IDE, IR, p-Akt e p-AMPK (Western blot). Testes estatísticos ANOVA One-Way seguido de pós-teste Tukey foram empregados para análise dos resultados. Comparado ao grupo CTL, camundongos do grupo O apresentaram aumento da massa corporal e de tecido adiposo perigonadal, hiperglicemia, hiperinsulinemia, intolerância à glicose e à insulina, aumento da glicemia durante o ipPTT, hipersecreção e redução do clearance de insulina, além de redução da expressão proteica de IDE, IR e p-Akt no fígado e, redução de p-AMPK no tecido adiposo perigonadal e também no fígado. Como esperado, o exercício agudo não alterou a massa corporal e a massa do tecido adiposo perigonadal, entretanto reduziu a glicemia e insulinemia, melhorou a tolerância à glicose e à insulina, reverteu o aumento da glicemia durante o ipPTT, reduziu a secreção de insulina e aumentou o clearance de insulina dos camundongos OE. Além disso, aumentou a expressão proteica de IDE, IR e p-Akt no fígado e músculo gastrocnêmio e, aumentou a p-AMPK apenas no músculo gastrocnêmio desses camundongos. Os resultados demonstram que apenas uma sessão de exercício físico pode melhorar significativamente a homeostase glicêmica de camundongos obesos. Em adição, o exercício agudo, além de reduzir a secreção de insulina, aumentou o clearance desse hormônio, justificando a redução da insulinemia nesses obesos. Tal aumento no clearance de insulina ocorre provavelmente via aumento da expressão proteica de IR e IDE no fígado e músculo gastrocnêmio, indicando um possível novo mecanismo pelo qual o exercício físico reduz a insulinemia. Estes resultados mostram a importância do clearance de insulina na regulação desse hormônio em obesos. Portanto, estratégias farmacológicas dirigidas ao aumento do clearance de insulina pode ser uma ferramenta importante na prevenção e/ou tratamento de doenças associadas à hiperinsulinemia, como obesidade e Diabetes tipo 2.Hyperinsulinemia is often associated with pathological conditions such as obesity and type 2 diabetes. It occurs by increase in insulin secretion and decrease in insulin clearance that occurs, mainly, in liver by insulin degrading enzyme (IDE), the main responsible for insulin degradation. It is known that exercise reduces insulinemia, however, its effects on insulin clearance remain unclear. The aim of this study was to investigate the effect of a single bout of acute exercise on insulin clearance and IDE protein expression in mice fed a high-fat diet. C57BL6 male mice were distributed in three groups: Control (CTL), Obese (O) and Exercised obese (OE), fed for 12 weeks with CHOW diet (CTL) or high-fat diet (O and OE). Acute exercise was performed on a treadmill for 3 hours (60 ¿ 70% of VO2 máx). After, glucose tolerance (ipGTT), insulin tolerance (ipITT), piruvate tolerance (ipPTT), and insulin clearance was evaluated. Mice were beheaded to obtain blood and organs samples such as liver, gastrocnemius skeletal muscle, perigonadal adipose tissue and pancreas. The islets were isolated by pancreases digestions with collagenase, and used to evaluate the insulin secretion stimulated by glucose. Protein from various tissues was extracted and the expression of IDE, IR, p-Akt and p-AMPK were assessed (Western blot). ANOVA One-Way and Tukey post-test were used for the analysis of the results. Compared to the CTL group, the O group showed increased body and perigonadal adipose tissue masses, hyperglicemia, hyperinsulinemia, glucose and insulin intolerance, higher glycemia during ipPTT, hypersecretion and lower insulin clearance, in addition to reduction of IDE, IR and p-Akt protein expression in liver, and, p-AMPK reduction also in liver and perigonadal adipose tissue. As expected, acute exercise did not alter body and perigonadal adipose tissue masses, however it reduced glycemia and insulinemia, improved glucose and insulin tolerance, reversed higher glycemia during ipPTT, decreased insulin secretion and increased insulin clearance in obese mice. Moreover, acute exercise increased the expression of IDE, IR and p-Akt proteins in liver and gastrocnemius muscle, and p-AMPK only in gastrocnemius muscle in these obese mice. These results show that acute exercise improves glucose homeostasis in obese mice. In addition, besides the reduction in insulin secretion, the increase in insulin clearance, induced by exercise, explain the lower insulinemia in OE group. This increased insulin clearance occurs most likely by the augment in the expression of IDE and IR proteins in liver and gastrocnemius muscle, suggesting a new possible mechanism whereby acute exercise reduces insulinemia. Taken all together, this study demonstrate that insulin clearance is very important to insulin regulation in obese. Therefore, pharmacological strategies targeting to increase insulin clearance may be an important way to prevention and/or treatment of diseases associated with hyperinsulinemia, such as obesity and type 2 diabetes