Effects of Camellia sinensis (L.) Kuntze infusion on cardiac and renal morphophysiological parameters of Wistar rats with type 1 diabetes

Introdução: O diabetes tipo 1 é um grupo heterogêneo de distúrbios metabólicos que se desenvolve principalmente na infância e adolescência. A hiperglicemia decorrente do diabetes gera estresse metabólico sistêmico favorecendo o desenvolvimento de várias comorbidades, dentre elas a nefropatia diabética (ND) e a cardiomiopatia diabética (CD). Ambas as doenças são prevalentes em pacientes com diabetes e se não tratadas ou prevenidas podem evoluir para falências dos órgãos e morte do paciente. O chá verde é tradicionalmente utilizado como tratamento do diabetes e seus efeitos foram relacionados à capacidade hipoglicemiante, reduzindo a sobrecarga glicêmica e o dano oxidativo nos tecidos. Entretanto, estes resultados ainda são controversos e nem sempre o chá exerce uma ação hipoglicemiante, podendo levar a efeitos positivos por outras vias. Objetivo: Avaliar como os efeitos da infusão de chá verde (Camellia sinensis L. Kuntze) afetam parâmetros morfológicos, bioquímicos e funcionais dos rins e do coração frente a um estado hiperglicêmico grave gerado pelo diabetes tipo 1 experimental em animais jovens. Metodologia: Utilizamos neste trabalho um total de 18 ratos Wistar, machos e jovens. Tratamos seis ratos com diabetes tipo 1 induzido por estreptozotocina, com 100 mg/kg de chá verde, diariamente, por 42 dias. Além disso, um grupo controle saudável (n=6) e um diabético (n=6) também compuseram o experimento. A infusão foi preparada com o objetivo de reproduzir a forma consumida normalmente por humanos e os animais foram mantidos em condições controladas de temperatura (22 ± 2 oC) e luminosidade (12/12h), e receberam alimento e água ad libitum. Todos os procedimentos deste experimento foram aprovados pelo CEUA/UFV (protocolo no 53/2018). No Artigo 1 (Capítulo 2), foram avaliados marcadores sorológicos da função renal e marcadores teciduais de estresse oxidativo, homeostasia iônica e função de transportadores de íons, alterações morfológicas glomerulares e tubulares, bem como o dano ao DNA em células renais. Ainda, utilizamos a ferramenta de network pharmacology para explorar as vias de sinalização relacionadas aos resultados encontrados in vivo. No Artigo 2 (Capítulo 3) foram avaliados os marcadores séricos e teciduais para função cardíaca e estresse oxidativo. Além disso, analisamos por microscopia de campo claro, as alterações morfológicas e os danos ao DNA. Ainda, avaliamos também as alterações teciduais e ultraestruturais mitocondriais em fragmentos do ventrículo esquerdo por microscopia eletrônica de varredura. Resultados: Nossos resultados revelaram que uma dose diária de 100 mg/kg de tratamento com infusão de chá verde por 42 dias evitou danos renais cardíacos desencadeados pela hiperglicemia em ratos jovens com diabetes tipo 1 de início precoce, mesmo sem conseguir controlar a hiperglicemia grave nos animais. Os dados relativos às análises renais (Capítulo 2) revelaram que os componentes do chá verde interagem em vias de sinalização que regulam o metabolismo energético, incluindo a síntese e degradação da glicose e do glicogênio, além da reabsorção de glicose pelos rins, manejo da hipóxia e morte celular por apoptose. Tais interações levaram à redução do acúmulo de glicogênio no órgão e proteção do DNA ao dano oxidativo. Além disso, o chá verde foi capaz de prevenir danos morfológicos nos glomérulos, sugerindo um efeito protetor ao órgão e a preservação de sua função. No coração (Capítulo 3), apesar da falta de efeito direto sobre as atividades das enzimas antioxidantes, o chá verde preveniu a fibrose cardíaca e a hipertrofia dos cardiomiócitos, mantendo a distância de difusão dos vasos sanguíneos e a área de secção transversal das fibras em níveis semelhantes aos encontrados nos animais saudáveis. Além disso, a quantidade de células marcadas com iodeto de propídio foram mais baixas no grupo tratado com chá verde do que nos animais com diabetes não tratado, indicando um efeito protetor do chá verde contra danos ao DNA. Ainda, menores taxas de infiltração de mastócitos foram encontradas nos animais tratados com chá verde quando comparados ao controle diabético. Da mesma forma, menores taxas de mastócitos ativados também foram encontradas no grupo tratado com chá verde quando comparado ao controle diabético. Adicionalmente, foram encontradas alterações morfológicas nas mitocôndrias dos animais diabéticos, com maiores frequências de fusão mitocondrial que no grupo controle, e que foram prevenidas pelo tratamento com chá verde. Esses resultados positivos refletiram nos níveis mais baixos de creatina quinase (CK-MB) e lactato desidrogenase (LDH), sugerindo uma melhor função cardíaca no grupo tratado com chá verde, independentemente de quaisquer melhorias nos valores de glicose no sangue. Conclusões: A ingestão da infusão de chá verde é capaz de prevenir a remodelação dos tecidos do coração e dos rins, neutralizando as alterações induzidas pelo diabetes, prevenindo fibrose no miocárdio e pericárdio e a nefrose glicogênica nos rins, a remodelação vascular no miocárdio e infiltração e ativação de mastócitos no coração, e o desenvolvimento de alterações patológicas nos glomérulos. Além disso, o chá verde foi capaz de prevenir danos ao DNA dos cardiomiócitos e nas células renais, e controlar a dinâmica morfológica da mitocôndria, que ocorre como uma adaptação metabólica ao diabetes. Esses resultados benéficos, considerados em conjunto, refletem-se no potencial efeito protetor da infusão de chá verde frente às comorbidades decorrentes do diabetes envolvidas neste estudo. Palavras-chave: Cardiomiopatia diabética. Chá verde. Diabetes tipo 1. Fitoterapia. Nefropatia diabética.Introduction: Type 1 diabetes is a heterogeneous group of metabolic disorders that develop mainly in childhood and adolescence. Hyperglycemia resulting from diabetes generates systemic metabolic stress, favoring the development of several comorbidities, including diabetic nephropathy (DN) and diabetic cardiomyopathy (DC). Both diseases are prevalent in patients with diabetes and if left untreated or prevented they can progress to organ failure and patient death. Green tea is traditionally used as a treatment for diabetes and its effects were related to its hypoglycemic capacity, reducing glycemic overload and oxidative damage to tissues. However, these results are still controversial and tea does not always exert a hypoglycemic action, which can lead to positive effects in other ways. Objective: To evaluate how the effects of green tea infusion (Camellia sinensis L. Kuntze) affect morphological, biochemical and functional parameters of the kidneys and heart in a severe hyperglycemic state generated by experimental type 1 diabetes in young animals. Methodology: In this work we used a total of 18 male and young Wistar rats. We treated six streptozotocin-induced type 1 diabetes rats with 100 mg/kg of green tea daily for 42 days. In addition, a healthy control group (n=6) and a diabetic group (n=6) also composed the experiment. The infusion was prepared with the objective of reproducing the form normally consumed by humans and the animals were kept under controlled conditions of temperature (22 ± 2 oC) and light (12/12h), and received food and water ad libitum. All procedures of this experiment were approved by CEUA/UFV (protocol no. 53/2018). In the Article 1 (Chapter 2), serological markers of renal function and tissue markers of oxidative stress, ionic homeostasis and ion transporter function, glomerular and tubular morphological changes, as well as DNA damage in renal cells were evaluated. Furthermore, we used the network pharmacology tool to explore the signaling pathways related to the results found in vivo. In the Article 2 (Chapter 3), serum and tissue markers for cardiac function and oxidative stress were evaluated. In addition, we analyzed by brightfield microscopy, morphological changes and DNA damage. Furthermore, we also evaluated mitochondrial tissue and ultrastructural changes in left ventricular fragments by scanningelectron microscopy. Results: Our results revealed that a daily dose of 100 mg/kg of green tea infusion treatment for 42 days prevented cardiac renal damage triggered by hyperglycemia in young rats with early-onset type 1 diabetes, even without being able to control severe hyperglycemia in animals. The data related to kidney analysis (Chapter 2) revealed that the components of green tea interact in signaling pathways that regulate energy metabolism, including the synthesis and degradation of glucose and glycogen, in addition to glucose reabsorption by the kidneys, management of hypoxia and cell death by apoptosis. Such interactions led to a reduction in the accumulation of glycogen in the organ and protection of DNA from oxidative damage. Furthermore, green tea was able to prevent morphological damage to the glomeruli, suggesting a protective effect on the organ and the preservation of its function. In the heart (Chapter 3), despite the lack of direct effect on the activities of antioxidant enzymes, green tea prevented cardiac fibrosis and cardiomyocyte hypertrophy, maintaining the diffusion distance of blood vessels and the cross-sectional area of fibers in levels similar to those found in healthy animals. Furthermore, the amounts of cells labeled with propidium iodide were lower in the group treated with green tea than in animals with untreated diabetes, indicating a protective effect of green tea against DNA damage. Also, lower rates of mast cell infiltration were found in animals treated with green tea when compared to diabetic control. Likewise, lower rates of activated mast cells were also found in the group treated with green tea when compared to the diabetic control. Additionally, morphological alterations were found in the mitochondria of diabetic animals, with higher frequencies of mitochondrial fusion than in the control group, which were prevented by treatment with green tea. These positive results reflected lower creatine kinase (CK-MB) and lactate dehydrogenase (LDH) levels, suggesting better cardiac function in the green tea-treated group, regardless of any improvements in blood glucose values. Conclusions: The ingestion of green tea infusion is able to prevent the remodeling of heart and kidney tissues, neutralizing the changes induced by diabetes, preventing fibrosis in the myocardium and pericardium and glycogenic nephrosis in the kidney, vascular remodeling in the myocardium and infiltration and activation of mast cells in the heart, and the development of pathological changes in the glomeruli. Furthermore, green tea was able to prevent damage to the DNA of cardiomyocytes and renal cells, and to control the morphological dynamics of the mitochondria, which occur as a metabolic adaptation to diabetes. These beneficial results, taken together, are reflected in the potential protective effect of green tea infusion against comorbidities resulting from diabetes involved in this study.Keywords: Diabetic cardiomyopathy. Diabetic nephropathy. Green Tea. Phytotherapy. Type 1 diabetes.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superio