TY  - THES
A1  - Gonzalez Camargo, Rodolfo
T1  - Insulin resistance in cancer cachexia and metabolic syndrome
BT  - role of insulin activated macrophages and miRNA-21-5p
N2  - The ever-increasing fat content in Western diet, combined with decreased levels of physical activity, greatly enhance the incidence of metabolic-related diseases. Cancer cachexia (CC) and Metabolic syndrome (MetS) are both multifactorial highly complex metabolism related syndromes, whose etiology is not fully understood, as the mechanisms underlying their development are not completely unveiled. Nevertheless, despite being considered “opposite sides”, MetS and CC share several common issues such as insulin resistance and low-grade inflammation. In these scenarios, tissue macrophages act as key players, due to their capacity to produce and release inflammatory mediators. One of the main features of MetS is hyperinsulinemia, which is generally associated with an attempt of the β-cell to compensate for diminished insulin sensitivity (insulin resistance). There is growing evidence that hyperinsulinemia per se may contribute to the development of insulin resistance, through the establishment of low grade inflammation in insulin responsive tissues, especially in the liver (as insulin is secreted by the pancreas into the portal circulation). The hypothesis of the present study was that insulin may itself provoke an inflammatory response culminating in diminished hepatic insulin sensitivity. To address this premise, firstly, human cell line U937 differentiated macrophages were exposed to insulin, LPS and PGE2. In these cells, insulin significantly augmented the gene expression of the pro-inflammatory mediators IL-1β, IL-8, CCL2, Oncostatin M (OSM) and microsomal prostaglandin E2 synthase (mPGES1), and of the anti-inflammatory mediator IL-10. Moreover, the synergism between insulin and LPS enhanced the induction provoked by LPS in IL-1β, IL-8, IL-6, CCL2 and TNF-α gene. When combined with PGE2, insulin enhanced the induction provoked by PGE2 in IL-1β, mPGES1 and COX2, and attenuated the inhibition induced by PGE2 in CCL2 and TNF-α gene expression contributing to an enhanced inflammatory response by both mechanisms. Supernatants of insulin-treated U937 macrophages reduced the insulin-dependent induction of glucokinase in hepatocytes by 50%. Cytokines contained in the supernatant of insulin-treated U937 macrophages also activated hepatocytes ERK1/2, resulting in inhibitory serine phosphorylation of the insulin receptor substrate. Additionally, the transcription factor STAT3 was activated by phosphorylation resulting in the induction of SOCS3, which is capable of interrupting the insulin receptor signal chain. MicroRNAs, non-coding RNAs linked to protein expression regulation, nowadays recognized as active players in the generation of several inflammatory disorders such as cancer and type II diabetes are also of interest. Considering that in cancer cachexia, patients are highly affected by insulin resistance and inflammation, control, non-cachectic and cachectic cancer patients were selected and the respective circulating levels of pro-inflammatory mediators and microRNA-21-5p, a posttranscriptional regulator of STAT3 expression, assessed and correlated. Cachectic patients circulating cytokines IL-6 and IL-8 levels were significantly higher than those of non-cachectic and controls, and the expression of microRNA-21-5p was significantly lower. Additionally, microRNA-21-5p reduced expression correlated negatively with IL-6 plasma levels. These results indicate that hyperinsulinemia per se might contribute to the low grade inflammation prevailing in MetS patients and thereby promote the development
of insulin resistance particularly in the liver. Diminished MicroRNA-21-5p expression may enhance inflammation and STAT3 expression in cachectic patients, contributing to the development of insulin resistance.
N2  - O teor de gordura cada vez maior na dieta ocidental, combinada com a diminuição dos níveis de atividade física têm marcadamente aumentado à incidência de doenças relacionas ao metabolismo. A caquexia associada ao câncer (CC) e a síndrome metabólica (SM) são síndromes de etiologia complexa e multifatorial, não totalmente compreendida, e com mecanismos subjacentes ao seu desenvolvimento não completamente revelados. No entanto, apesar de serem consideradas "lados opostos", a CC e a MetS apresentam várias características em comum, tais como resistência à insulina e inflamação de baixo grau, com macrófagos teciduais como importantes coadjuvantes, devido à sua capacidade de produzir e liberar mediadores inflamatórios, e microRNAs, descritos como RNAs não-codificantes ligados à regulação da expressão de proteínas e reconhecidos como participantes ativos na geração de várias doenças inflamatórias, tais como o câncer e diabetes tipo II. Uma das principais características da MetS é a hiperinsulinemia, que está geralmente associada com uma tentativa da célula β do pâncreas de compensar a diminuição da sensibilidade à insulina (resistência à insulina). Um número crescente de evidências sugere que a hiperinsulinemia “por si só”, pode contribuir com o desenvolvimento de resistência à insulina através do estabelecimento de um quadro inflamatório de baixo grau, em tecidos sensíveis a insulina, e em particular no fígado, devido ao fato da insulina ser secretada pelo pâncreas na circulação portal. A hipótese do presente estudo foi que a insulina pode induzir uma resposta inflamatória em macrófagos e culminar em diminuição da sensibilidade hepática à insulina. Para confirmar esta hipótese, primeiramente, macrófagos diferenciados da linhagem de células humanas U937 foram expostos à insulina, LPS e PGE2. Nestas células, a insulina aumentou significativamente a expressão gênica dos mediadores pró-inflamatórios IL-1β, IL- 8, CCL2, oncostatina M (OSM) e prostaglandina E2 sintase microssomal (mPGES1), e do mediador anti-inflamatório IL-10. Além disso, o sinergismo entre insulina e LPS aumentou a indução provocada por LPS nos genes da IL-1β, IL-8, IL-6, CCL2 e TNF-α. Quando combinado com PGE2, a insulina aumentou a indução provocada pela PGE2 nos genes da IL-1β, mPGES1 e COX2, e restaurou a inibição induzida pela PGE2 no gene CCL2 e TNF-α.Subsequentemente, sobrenadantes dos macrófagos U937 tratados com insulina modulou negativamente a sinalização da insulina em culturas primárias de hepatócitos de rato, como observado pela atenuação de 50% da indução dependente de insulina da enzima glicoquinase. Citocinas contidas no sobrenadante de macrófagos U937 tratados com insulina também ativaram em hepatócitos ERK1/2, resultando na fosforilação do resíduo de serina inibitório do substrato do receptor de insulina. Adicionalmente, o fator de transcrição STAT3 foi ativado por um elevado grau de fosforilação e a proteína SOCS3, capaz de interromper a via de sinalização do receptor de insulina, foi induzida. Considerando que na caquexia associada ao câncer, pacientes são altamente afetados pela resistência à insulina e inflamação, pacientes controle, não caquéticos e caquéticos foram seleccionados e os respectivos níveis circulantes de mediadores pró-inflamatórios e microRNA-21-5p, um regulador pós-transcricional da expressão de STAT3, avaliados e correlacionados. Pacientes caquéticos exibiram citocinas circulantes IL-6 e IL-8 significativamente maiores do que pacientes não caquéticos e controles, assim como a expressão de microRNA-21-5p significativamente diminuida. Além disso, a reduzida expressão de microRNA-21-5p correlaciona-se negativamente com níveis de IL-6 no plasma. Estes resultados indicam que a hiperinsulinemia pode, por si só contribuir para o desenvolvimento da inflamação de baixo grau prevalente em pacientes com excesso de peso e obesos e, assim, promover o desenvolvimento de resistência à insulina especialmente no fígado e o nível reduzido de miRNA-21-5p pode modular a inflamação e expressão de STAT3 em pacientes caquéticos, contribuindo para o desenvolvimento da resistência à insulina.
N2  - Der stetig steigende Fettgehalt in westlicher Ernährung in Kombination mit reduzierter körperlicher Aktivität hat zu einem dramatischen Anstieg der Inzidenz metabolischer Erkrankungen geführt. Tumorkachexie (Cancer cachexia, CC) und Metabolisches Syndrom (MetS) sind sehr komplexe, multifaktorielle metabolische Erkrankungen, deren Ätiologie nicht vollständig verstanden ist. Die molekularen Ursachen, die zu diesen Symptomkomplexen führen, sind noch unzureichend aufgeklärt. Obwohl ihr äußeres Erscheinungsbild stark gegensätzlich ist, haben MetS und CC etliche Gemeinsamkeiten wie zum Beispiel Insulinresistenz und eine chronische unterschwellige Entzündung. Sowohl bei der Entstehung der Insulinresistenz als auch bei der chronischen Entzündung spielen Makrophagen eine Schlüsselrolle, weil sie in der Lage sind pro-inflammatorische Mediatoren zu produzieren und freizusetzen.
Eine der hervorstechendsten Auffälligkeiten des MetS ist die Hyperinsulinämie, die durch den Versuch der β-Zelle, die verminderte Insulinsensitivität (Insulinresistenz) zu kompensieren, zustande kommt. Es gibt zunehmend Hinweise darauf, dass die Hyperinsulinämie selber an der Entzündungsentstehung in Insulin-abhängigen Geweben beteiligt ist und dadurch zur Entwicklung und Verstärkung der Insulinresistenz beitragen kann. Dies trifft besonders auf die Leber zu, weil hier die Insulinspiegel besonders hoch sind, da Insulin vom Pankreas direkt in den Pfortaderkeislauf gelangt. Daher wurde in dieser Arbeit die Hypothese geprüft, ob Insulin selber eine Entzündungsantwort auslösen und dadurch die hepatische Insulinsensitivität senken kann. Zu diesem Zweck wurde die humane Zelllinie U937 durch PMA-Behandlung zu Makrophagen differenziert und diese Makrophagen mit Insulin, LPS und PGE2 inkubiert. In diesen Zellen steigerte Insulin die Expression der pro-inflammatorischen Mediatoren IL-1β, IL-8, CCL2, Oncostatin M (OSM) signifikant und induzierte die mikrosomale PGE-Synthase 1 (mPGES1) ebenso wie das antiinflammatorische Cytokin IL-10. Ferner verstärkte Insulin die LPS-abhängige Induktion des IL-1β-, IL-8-, IL-6-, CCL2- und TNFα-Gens. Ebenso verstärkte Insulin die PGE2-abhängige Induktion von IL-1β, mPGES1 und COX2. Im Gegensatz dazu schwächte es die Hemmende Wirkung von PGE2 auf Expression von TNFα und CCL2 ab und trug so auf beide Weisen zu einer Verstärkung der Entzündungsantwort bei. Überstände von Insulin-behandelten U937 Makrophagen reduzierten die Insulin-abhängige Induktion der Glukokinase in Hepatocyten um 50%. Die Cytokine, die im Überstand Insulin-behandelter Makrophagen enthalten waren, aktivierten in Hepatocyten ERK1/2, was zu einer inhibitorischen Serin-Phosphorylierung der Insulin Rezeptor Substrats (IRS) führte. Zusätzlich führten die Cytokine zu einer Phosphorylierung und Aktivierung von STAT3 und einer dadurch bedingten Induktion von SOCS3, das seinerseits die Insulinrezeptor-Signalkette unterbrechen kann.
MicroRNAs, nicht-codierende RNAs, die an der Regulation der Proteinexpression beteiligt sind und deren Beteiligung an der Regulation der Entzündungsantwort bei zahlreichen Erkrankungen, unter anderem Tumorerkrankungen und Typ II Diabetes gezeigt wurde, sind auch von Interesse. Unter dem Blickwinkel, dass Tumor-Kachexie Patienten sich durch eine Insulinresistenz und eine systemische Entzündung auszeichnen, wurden in nichtkachektische und tumorkachektische Patienten Plasmaspiegel von pro-inflammatorischen Mediatoren und der microRNA-21-5p bestimmt, von der bekannt ist, dass sie ein posttranskriptioneller Regulator der STAT3 Expression ist. Die Spiegel der proinflammatorischen Mediatoren und der miRNA-21-5p wurden korreliert. In kachektischen Patienten waren die Spiegel der Cytokine IL-6 und IL-8 signifikant höher, die der miRNA-21- 5p signifikant niedriger als in nicht-kachektischen Patienten. Die Plasma IL-6-Spiegel korrelierten negativ mit den miRNA21-5p Spiegeln.
Insgesamt zeigen die Ergebnisse, dass eine Hyperinsulinämie selber zu der Entwicklung einer unterschwellingen Entzündung, wie sie in Patienten mit einem MetS vorherrscht, beitragen, und dadurch besonders in der Leber eine Insulinresistenz auslösen oder verstärken kann. Eine verringerte Expression der MicroRNA-21-5p kann in kachektischen Patienten die Entzündungsantwort, im Speziellen die STAT3 Expression, verstärken und dadurch zur Entwicklung einer Insulinresistenz beitragen
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KW  - Insulinresistenz
KW  - MicroRNAs
KW  - Insulin
KW  - Leber
KW  - Makrophagen
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-100973
ER  -