Mitochondrial function analysis in diabetes and chronic periodontitis-derived human blood cells: role of resistin

Abstract

A doença periodontal (DP) é considerada uma doença inflamatória da cavidade oral onde, por ação de microrganismos patogénicos presentes no biofilme subgengival, o periodonto é afetado, culminando na reabsorção óssea. A diabetes mellitus tipo II (DM) é uma doença metabólica inflamatória classificada pelo aumento dos níveis de glicose sanguínea, existindo uma relação bi-direcional com a DP. Assume-se que a diabetes pode conduzir ao desenvolvimento de periodontite e que esta última pode influenciar a ocorrência ou agravamento da diabetes. A resistina, proteína secretada pelo tecido adiposo, é associada com a resistência à insulina, permitindo relacionar a obesidade com a DM. Estas doenças inflamatórias têm sido referidas como estando associadas ao stress oxidativo (e.g. devido ao aumento da produção de espécies reativas de oxigénio) e à disfunção mitocondrial, dando informação acerca do estado energético celular. As células mononucleares do sangue periférico (PBMCs, do inglês ‘peripheral blood mononuclear cells’) constituem modelos úteis para o estudo da função mitocondrial e do stress oxidativo associado a doenças inflamatórias como a DM e periodontite crónica (PC). Neste trabalho, procedeu-se à seleção de doentes inseridos na base de dados da consulta de medicina dentária do Centro Hospitalar da Universidade de Coimbra, onde foram avaliados parâmetros clínicos para o diagnóstico da saúde periodontal e determinado o índice de massa corporal. Procedeu-se à recolha de sangue venoso periférico de indivíduos com DM, PC, DM-PC e em indivíduos controlo, por forma a avaliar os níveis de hemoglobina glicada níveis plasmáticos de resistina e a produção de peróxido de hidrogénio (H2O2) bem como a bioenergética mitocondrial no plasma e PBMCs dos diferentes grupos de doentes e controlos. Os nossos resultados mostram um aumento dos parâmetros clínicos para o diagnóstico de DP nos doentes com PC e DM-PC e um concomitante aumento da produção de H2O2. O aumento dos níveis plasmáticos de resisina em indivíduos com DM e DM-PC foram correlacionados com o índice de massa corporal, ocorrendo um aumento dos níveis de hemoglobina glicada nos doentes em que se verificou um aumento dos níveis de resistina (DM-PC). A nível da atividade mitocondrial, verificou-se uma diminuição da respiração máxima nas PBMCs isoladas dos doentes com PC. Em contraste, observou-se um aumento da respiração basal, respiração máxima e da produção de ATP mitocondrial nas PBMCs dos doentes com DM-PC. Este incremento na capacidade respiratória, associado a um aumento do H+ leak nos doentes com DM-PC poderá explicar a diminuição do BHI, um índice de avaliação da capacidade bioenergética,nestes doentes.

Periodontal disease is an oral inflammatory disease due to pathogenic microorganisms present on subgingival biofilm that affect the periodontium, culminating with bone resorption. Diabetes mellitus type II (DM) is an inflammatory and metabolic disorder classified by increased blood glucose levels, fot which a bi-directional relationship with periodontal disease has been described. It is assumed that diabetes can lead to the development of periodontitis, and that the latter may influence the occurrence or worse diabetes condition. Resistin is released by the adipose tissue and related with insulin resistance, linking obesity and DM. These inflammatory diseases associate with oxidative stress (e.g. due to increased production of reactive oxygen species) and mitochondrial dysfunction, giving information about cellular energy status. Peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) are useful models for studying mitochondrial function and oxidative stress associated with inflammatory diseases such as DM and chronic periodontitis (CP). The patient’s selection was screened from dentistry consultations at the Hospital Center of Coimbra University (CHUC) where clinical parameters for the diagnosis of periodontal health and body mass index were determined. Venous peripheral blood was collected from DM, CP, DM-CP and control individuals in order to evaluate glycated hemoglobin levels and resistin plasma levels and H2O2 production and mitochondrial bioenergetics in isolated PBMCs. Our results show increased clinical parameters for periodontal disease diagnosis in patients with CP and DM-CP, along with increased production of H2O2. Increased plasma resistin levels in DM and DM-CP patients correlated with body mass index. Moreover, the increase in glycated hemoglobin levels also occurred in DM-PC patients. When studying mitochondrial function, we observed decreased maximal mitochondrial respiration in PBMC isolated from CP patients. In contrast, an increase in basal and maximal respiration and enhanced mitochondrial ATP production was detected in PBMCs from DM-CP patients. Such exacerbated parameters associated with and an increase in H+ leak in DM-CP may explain the decrease in BHI, an index of bioenergetic health, in these patients.