Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10316/93929
Title: Blueberries Effects on Diet-Induced Prediabetic Nephropathy – an In Vivo Experimental Approach
Other Titles: O Efeito dos Mirtilos na Nefropatia Pré-Diabética induzida pela Dieta - uma abordagem experimental in vivo
Authors: Vieira, Pedro Miguel Dias
Orientador: Reis, Flávio Nelson Fernandes
Viana, Sofia Andreia Domingues
Keywords: Mirtilos; Nefropatia (Pré)Diabética; Dietas Animais Personalizadas; Rim; Tecido Adiposo Perirenal; Blueberries;; (Pre)diabetic Nephropathy; Animal Customized Diets; Kidney; Perirenal Adipose Tissue
Issue Date: 17-Dec-2020
Serial title, monograph or event: Blueberries Effects on Diet-Induced Prediabetic Nephropathy – an In Vivo Experimental Approach
Place of publication or event: Coimbra Institute for Clinical and Biomedical Research
Abstract: Pré-diabetes (PreDM) (também conhecida como “hiperglicemia intermediária” ou“hiperglicemia não diabética”) é um estado intermédio entre uma condição dita normal e diabetes. A PreDM é, em si, um fator de risco para o desenvolvimento de diabetes mellitus tipo 2 (T2DM) e complicações relacionadas, incluindo a nefropatia diabética (DN), que pode ter início numa fase pré-diabética. Os fatores de risco para o desenvolvimento dePreDM/T2DM são genéticos e epigenéticos. No entanto, a dieta é um elemento modificável que pode influenciar a DN, pelo que é recomendada em combinação com intervenções farmacológicas para o controlo da DMT2 e complicações. Nesse sentido, a utilização de nutracêuticos (produtos naturais com atividade farmacológica), é atualmente uma opção candidata para a prevenção da evolução do comprometimento renal em situações precoces de nefropatia pré-diabética (PreDN), onde o arsenal terapêutico é extremamente escasso. Tendo tudo isto em consideração, os mirtilos (BB) são um exemplo de um "superalimento" e uma opção valiosa no controlo da PreDM e complicações subsequentes (PreDN) devido aos seus efeitos sensibilizadores de insulina, anti-dislipidemiantes, antioxidantes, anti-inflamatórios e complicações associadas.Com base nesse raciocínio, formulámos a hipótese de que uma abordagem nutracêutica baseada em BB poder exibir efeitos renoprotetores na PreDN. Assim, pretendemos i) caracterizar os comprometimentos metabólicos e renais decorrentes de um regime alimentar com alto teor de gordura (HF), estabelecendo o grupo controlo mais adequado para a condição basal e ii) avaliar os supostos efeitos renoprotetores desencadeados por um regime alimentar baseado em BB.Numa primeira abordagem experimental, usámos ratos wistar machos de 11 semanas alimentandos com uma dieta HF refinada para induzir um fenótipo de PreDM (HF; n=8),uma dieta controlo refinada com baixo teor de gordura combinada com nutrientes (LF;n=8) e uma dieta controlo padronizada não refinada (Sd; n=6). No segundo cenário experimental, um quarto grupo de ratos wistar machos foi alimentado com dieta HF, suplementada com a intervenção BB (25 g/kg de peso corporal) a partir da semana 16 (um time-point caracterizado por deficiências metabólicas iniciais, HF+BJ, n=8).Os perfis glicémicos e insulinémicos foram avaliados ao longo do protocolo para caracterizar o time-point com comprometimentos metabólicos iniciais para a introdução da abordagem nutracêutica baseada em sumo em mirtilo (BJ). Além disso, o perfil lipídico foi caracterizado por TGs séricos, LDL, HDL, colesterol total, bem como TGs hepáticose renais. A função renal foi avaliada pelo peso dos rins normalizado, débito urinário, medidas séricas e urinárias de creatinina, albumina, ácido úrico e glicose. A caracterização histológica do rim e tecido adiposo peri-renal (TAP) foi avaliada qualitativamente por Periodic Acid-Shiff (PAS) e Gomori’s green trichrome staining. O perfil do estado oxidativo foi avaliado pelos níveis séricos e renais de MDA e TAS. A nível molecular, a expressão dos genes no rim (KIM-1, NLRP3) e PAT (PRDM16, CD36, UCP1, CPT1) foi avaliada por RT-PCR. Os animais alimentados com HF apresentaram aumento do peso corporal, intolerânciaà glicose, hiperinsulinémia pós-prandial, aumento do LDL circulante, esteatose hepática,lipidose renal, função renal ligeiramente comprometida e lesões histológicas iniciais(espessamento da membrana basal glomerular, crescentes glomerulares) alinhada com um estadio pré-diabético. A dieta controlo LF apresentou alterações metabólicas significativas no final do estudo, caracterizadas por leve intolerância à glicose, hiperinsulinémia pós-prandial, aumento do LDL circulante, uma tendência para a acumulação de TGs hepáticos, disfunção renal e fenótipo glicosúrico, lesões histológicas iniciais, sugerindo um impacto negativo da natureza refinada dos ingredientes na dieta LF, em oposição àqueles presente na dieta Sd não refinada.Coletivamente, os dados apresentados sugerem comprometimento renal precoce decorrente da alimentação com LF que parece superar as consequências nocivas observadas para o paradigma alimentar da HF. Assim, os animais alimentados com a dieta não refinada Sd foram considerados o grupo controlo mais adequado para estabelecer adequadamente a condição basal.No cenário 2, o BJ foi capaz de melhorar a intolerância à glicose pré-diabética induzida pela dieta HF, mas provocou a acumulação de lípidos hepáticos/renais, a inibição dos mecanismos de browning de PAT e β-oxidação de ácidos gordos, bem como o aumento da expressão de genes relacionados com inflamossoma e lesão renal no tecido renal eTAP. Por outro lado, os animais suplementados com BJ não apresentaram melhorias na função renal nem nas lesões histopatológicas. Globalmente, a suplementação com BB desencadeou efeitos negativos (nomeadamente danos renais) que podem ser apenas identificados num nível sub-clínico (molecular).
Prediabetes (PreDM) (also known “intermediate hyperglycemia” or “non-diabetic hyperglycemia”) is an intermediate stage between a normal condition and diabetes. PreDM is a recognized risk factor for the development of type 2 diabetes mellitus (T2DM) and related complications, namely diabetic nephropathy (DN) whose onset can occur early in a prediabetic stage. The risk factors for PreDM/T2DM development can be both genetic and epigenetic. However, since diet is a modifiable element, dietary interventions allied with pharmacological options are currently recommended to halt T2DM evolution and DN progression. In this sense, nutraceuticals (natural products with pharmacological activity) are envisaged as strong candidates to delay the renal impairments observed as early as prediabetes - prediabetic nephropathy (PreDN) – for which the therapeutic arsenal remains extremely scarce. From the above, blueberries (BB) are an example of a"superfood" and a candidate nutraceutical option for PreDM management and associated complications (e.g. PreDN) owing to their insulin sensitizing, lipid-lowering, antioxidant, anti-inflammatory effects. Build upon this rationale, we hypothesized that a BB-based nutraceutical approach could improve metabolic and renal impairments that feature PreDN. Thus, we aimed to i) establish a diet-induced animal model of PreDN displaying metabolic and renal impairments due to a High-Fat (HF) dietary regimen and ii) assess the putative renoprotective effects elicited by a BB-based dietary paradigm. To this end, we implemented two experimental settings. In the first one, we used 11 weeks male wistar rats feeding a refined HF diet (HF; n=8) to establish a PreDM phenotype along with a nutrient-matched refined Low-Fat control diet (LF; n=8) and an unrefined Standard control diet (Sd; n=6) to underscore the most suited control group. In the second setting, a fourth group of male wistar rats were fed the HF diet and supplemented with BB [transformed into a juice (BJ), 25g/kg of body weight] from week16 onwards (a time-point featured by early metabolic impairments; HF+BJ, n=8). Food and tap water were supplied ad libitum in all groups. Glycemic and insulinemic profiles were evaluated throughout the protocol to identify a time-point featured by early metabolic impairments for BJ supplementation introduction. Additionally, lipid profile was evaluated by serum TGs, LDL, HDL, total cholesterol along with hepatic and renal TGs accumulation. Renal function was assessed by kidney weight, urine output and serum/urinary measures of creatinine, albumin, uric acid and glucose.Kidney and perirenal adipose tissue (PAT) histology was evaluated by Periodic Acid-Shiff(PAS) and Gomori’s green trichrome staining. Oxidative status profile was assessed by serum/kidney MDA and TAS. At a molecular level, kidney (KIM-1, NLRP3) and PAT(PRDM16, CD36, UCP1, CPT1) relative gene expression were evaluated (RT-PCR).HF-fed animals displayed increased body weight (BW), glucose intolerance, postprandial hyperinsulinemia, increased circulating LDL, hepatic steatosis, renal lipidosis and mild renal function impairments and initial histological lesions (glomerular basement membrane thickening; glomerular crescents), features resembling PreDN. In addition, HF fed animals displayed increased density of browning-like fat spots and elevated UCP-1gene expression in PAT, a beneficial adaptative response. Surprisingly, LF-fed animals also displayed significant metabolic alterations at the end of the study, presenting mild glucose intolerance, postprandial hyperinsulinemia, increased circulating LDL and a trend for hepatic TGs accumulation. Renal function was found pronouncedly impaired when compared with HF animals, as LF-fed animals also presented a glycosuric phenotype, along with renal histological lesions. At a molecular level, LF-fed animals displayed gene expression down regulation of browning-related genes in PAT. Collectively, data presented herein hints for early renal impairments arising from LF feeding that seems to surpass the noxious consequences observed for the HF dietary paradigm. Hence, Sd-fed animals was considered the most suited control group to properly establish the basal condition. In experimental setting 2, BJ was found beneficial to ameliorate prediabetic glucose intolerance induced by the HF diet. However, it elicited hepatic/renal lipid accumulation, inhibited PAT browning mechanisms and fatty acid β-oxidation and increased renal/PAT inflammasome and kidney injury markers without any improvements on renal function or histopathological lesions. Collectively, BB supplementation hinted for noxious effects in kidney/PAT duo that may be only perceived at a sub-clinical (molecular) level.
Description: Dissertação de Mestrado em Química Medicinal apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia
URI: http://hdl.handle.net/10316/93929
Rights: embargoedAccess
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