Efeito do butirato no metabolismo do cancro colorretal

Abstract

O cancro colorretal é um dos cancros mais incidentes e mortais nos países desenvolvidos. Um dos principais fatores que pode levar a uma maior incidência deste tumor é uma dieta rica em carnes vermelhas e gorduras. A dieta, essencialmente as fibras dietéticas, tornam-se cada vez mais um fator fundamental na prevenção deste tipo de cancro. A fermentação das fibras dietéticas por parte das bactérias do cólon leva à produção de SCFAs. Destes, este trabalho destaca o butirato, a principal fonte de energia das células do cólon saudável e de extrema importância para a manutenção da homeostase do cólon. O butirato é um inibidor das HDACs referenciado como indutor de apoptose em células tumorais de cancro do cólon e promotor da diferenciação. Durante o processo de tumorigénese as células tumorais sofrem várias alterações metabólicas para poderem suster as exigências energéticas inerentes à elevada proliferação e intensificam o metabolismo glicolítico por detrimento do metabolismo oxidativo (efeito Warburg). Assim, com o incremento do efeito de Warburg, as células tumorais de cancro do cólon recorrem preferencialmente à glicose em detrimento do butirato. Contudo, alguns estudos sugerem que o butirato poderá ser competitivo com a glicose, e interferir com algumas alterações inerentes ao metabolismo tumoral. Assim, pretendeu-se com este trabalho averiguar o papel do butirato na célula tumoral do cólon, em duas vertentes distintas, em que na primeira se estudou a citotoxicidade do butirato e na segunda se avaliou a sua interferência com o efeito Warburg. Na primeira fase de desenvolvimento deste trabalho verificou-se que o butirato apresenta um potencial citotóxico para as três linhas celulares a estudo. Esse potencial foi verificado tanto em termos de atividade metabólica, como viabilidade celular e expressão proteica de BAX e BCL-2. Na segunda parte do trabalho avaliou-se a competitividade do butirato com o metabolismo glicolítico, verificando-se que este interfere com o metabolismo das linhas celulares C2BBe1 e WiDr, não se verificando o mesmo para a linha celular LS1034. Nas linhas celulares C2BBe1 e WiDr, o butirato promoveu uma diminuição na captação de 18F-FDG na condição LG, sendo essa diminuição acompanhada na linha celular WiDr por uma diminuição de expressão ao nível membranar do GLUT-3. Na linha celular LS1034 verificou-se um ligeiro aumento da captação de 18F-DG e curiosamente, uma diminuição na expressão do GLUT-5. XII Os resultados referentes ao 18F-FDG foram corroborados pela produção de lactato avaliada pela técnica de RMN. Por esta técnica foi também possível comprovar um estímulo do metabolismo oxidativo nas linhas celulares C2BBe1 e WiDr, assim como o consumo de butirato por parte das três linhas celulares, apesar do seu fenótipo tumoral. Na linha celularLS1034 o mesmo não foi verificado, possivelmente devido à citotoxicidade do SCFA para estas células. Assim, os resultados obtidos sugerem que o butirato (obtido da dieta) pode atenuar e interferir com o efeito Warburg, diminuindo a agressividade do tumor. Este facto verifica-se especialmente com níveis baixos de glicose, condição que melhor mimetiza a situação clínica.

Coloretal cancer is one of the most common and deadly cancers in developed countries. One of the major risk factors that can lead to a higher incidence of this tumor is a diet rich in read meat and fats. Diet, essentially dietary fibers, become an increasingly critical factor in preventing this type of cancer. The fermentation of dietary fibers by colon’s bacteria leads to the production of SCFAs. This work highlights on butyrate, the main energy source of colonocytes and a nutrient with preponderance on the maintenance of colon homeostasis. Butyrate is a HDACs inhibitor referenced as an inducer of apoptosis and promoter of differentiation in tumor colon cells. During tumorigenic process, tumor cells develop metabolic alterations to support the energetic requirements provoked by the higher proliferation. Thus, tumor cells intensify glycolytic metabolism and decrease the oxidative metabolism (Warburg effect). Thereby, with a intensified Warburg effect, colon cancer cells use glycose rather than butyrate as energy source. However, some studies suggest that butyrate may compete with glycose and interfere with some of the metabolic alterations acquired by tumors. Thus, it was intended with this work to ascertain the role of butyrate in colon tumor cell in two different ways; firstly it was studied the butyrate cytotoxic effect and secondly it wasevaluated its interference with the Warburg effect. In the first phase of the development work it was found that butyrate induces a cytotoxic effect on the three cell lines under study. This potential was verified both in terms of metabolic activity, such as cell viability and protein expression of BAX and BCL-2. In the second part of this work it was evaluated the competitiveness of butyrate with glycolytic metabolism, being proved that it can interfere with the metabolism of C2BBe1 and WiDr cell lines, with the exception of LS1034 cell line. In C2BBe1 and WiDr cell lines, butyrate promoted a reduction on 18F-FDG uptake by a decreased membranar expression of GLUT-3. In LS1034 cell line it was verified a slight increase of 18F-FDG uptake and, curiously a decrease in GLUT-5 expression. The results of 18F-DG uptake were corroborated with the results obtained for lactate production evaluated by NMR. By this technique it was also possible to prove an inducement of oxidative metabolism in C2BBe1 and WiDr cell lines, as well as butyrate consumption by the three colon cancer cell lines, despite its tumor phenotype. In LS1034 cell line the same results were not observed, possibly because of the cytotoxicity of the SCFA to these cells. XIV In conclusion, the results obtained suggest that butyrate (obtained from the diet) interferes and in some cases attenuate with Warburg effect, decreasing tumor aggressiveness. This fact is verified essentially with low glycose content, the condition that better mimics the clinical situation.