Orientador: Licio Augusto Velloso

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Ciências Médicas

Resumo: Nas últimas décadas tornou-se claro que indivíduos e animais obesos apresentam um quadro subclínico de inflamação sistêmica. Estudos desenvolvidos em nosso laboratório ao longo dos últimos 10 anos revelaram que a inflamação do hipotálamo está presente em roedores obesos e sua inibição por...

Resumo: Nas últimas décadas tornou-se claro que indivíduos e animais obesos apresentam um quadro subclínico de inflamação sistêmica. Estudos desenvolvidos em nosso laboratório ao longo dos últimos 10 anos revelaram que a inflamação do hipotálamo está presente em roedores obesos e sua inibição por métodos genéticos e farmacológicos resulta na correção do fenótipo obeso e dos distúrbios metabólicos comumente associados à obesidade. Ácidos graxos saturados de cadeia longa presentes na dieta parecem ser os principais responsáveis pela ativação da resposta inflamatória no hipotálamo. Os primeiros sinais de inflamação podem ser detectados 24 h após a introdução de uma dieta rica neste tipo de gordura. Pelo menos dois mecanismos moleculares foram identificados como potenciais desencadeadores desta resposta inflamatória, sendo eles; a ativação de receptores TLR4, e a indução do estresse de retículo endoplasmático. Durante a exposição precoce a uma dieta rica em gordura saturada, células da micróglia localizadas no hipotálamo, tornam-se ativas e passam a expressar citocinas que, eventualmente, levam a ativação de vias inflamatórias em neurônios da região. A ativação de JNK e IKK em neurônios resulta na indução de resistência hipotalâmica à leptina e insulina, e, subsequentemente na perda do controle coordenado da ingestão alimentar e do gasto calórico. O fato de se observar ativação inflamatória no hipotálamo poucas horas após a exposição aos nutrientes desencadeadores sugere que células da micróglia residentes participem deste processo. Entretanto, com a manutenção da exposição ocorre uma modificação do padrão inflamatório ao longo do tempo, o que sugere que novas células estejam sendo recrutadas. Na primeira etapa deste estudo avaliamos a migração de células monocíticas da medula óssea para o hipotálamo em animais alimentados com dieta rica em gordura saturada. Para tal, transplantes de medula óssea foram realizados para gerar quimeras expressando TLR4 funcional somente em células da medula óssea ou somente em tecidos não originários da medula óssea. A parecença de TLR4 funcional em células de medula óssea foi necessária para expressão completa do fenótipo obeso. Além disso, somente quando TLR4 estava expresso em células da medula óssea, ocorreu infiltração hipotalâmica com células de micróglia oriundas da periferia. Como o recrutamento de células monocíticas da medula óssea para um determinado sítio anatômico depende invariavelmente da expressão de quimiocinas, nós aventamos a hipótese de que nas etapas iniciais da ativação da inflamação hipotalâmica na obesidade alguma(s) quimiocina(s) poderia(m) desempenhar um papel determinante na progressão do processo inflamatório e, consequentemente do fenótipo obeso. Tanto humanos como animais experimentais não consanguíneos apresentam grande variabilidade na expressão fenotípica da obesidade quando expostos a condições ambientais que favoreçam a mesma. Desta forma, buscamos por diferenças no padrão de inflamação do hipotálamo e na expressão de quimiocinas em duas cepas de camundongos com perfis metabólicos e predisposição a obesidade diametralmente opostos, sendo eles: o camundongo Swiss, com grande predisposição a obesidade e diabetes; e, o camundongo Balb-c, virtualmente protegido da obesidade e dos distúrbios metabólicos afins. Identificamos a quimiocina CX3CL1 (fractalkina) como aquela, dentre as avaliadas, com maior distinção de sua expressão no hipotálamo entre as duas cepas de camundongos, encontrando-se mais expressa em Swiss que em Balb-c. Na segunda parte do estudo mostramos que a expressão da fractalkina é induzida em neurônios do hipotálamo frente a um estímulo com nutrientes ricos em ácidos graxos saturados. Em cultura de neurônios, a expressão de fractalkina é induzida preferencialmente por TNF, mas também por palmitato. A inibição da fractalkina no hipotálamo com siRNA protege camundongos Swiss da intolerância à glicose e da obesidade induzidas por dieta rica em gordura saturada, além de reduzir o recrutamento de células monocíticas originárias da medula óssea para o hipotálamo. Assim, concluímos que durante as etapas iniciais da indução da obesidade, células da micróglia residentes ativam a produção de fractalkina por neurônios do hipotálamo a qual desempenha papel importante no recrutamento de novas células monocíticas da medula óssea, que perpetuarão o processo inflamatório do hipotálamo caso a exposição à dieta rica em gordura saturada seja mantida. A fractakina constitui-se, portanto, num dos mais precoces sinalizadores durante a instalação da inflamação hipotalâmica associada à obesidade

Abstract: Studies performed during the last 20 years have shown that obese subjects and experimental models of obesity present a systemic subclinical inflammation. Our group has shown that in experimental obesity the hypothalamus is affected by an inflammatory response and the employment of genetic...

Abstract: Studies performed during the last 20 years have shown that obese subjects and experimental models of obesity present a systemic subclinical inflammation. Our group has shown that in experimental obesity the hypothalamus is affected by an inflammatory response and the employment of genetic and pharmacological means to inhibit diet-induced hypothalamic inflammation rescues the obese phenotype and the metabolic disarrangements commonly associated with obesity. Long-chain saturated fatty acids present in the diet are amongst the most important inducers of the hypothalamic inflammation in obesity. The first signs of hypothalamic inflammation can be detected as early as 24 h after the initial exposure to dietary fats. At least two molecular mechanisms have been shown to play a role in the induction of the hypothalamic inflammation in obesity; i.e., activation of TLR4 and induction of endoplasmic reticulum stress. During the early exposition to dietary fats, resident microglia cells are activated and express cytokines that eventually can lead to the induction of inflammatory signaling in the neighboring neurons. The activation of JNK and IKK in neurons results in the induction of hypothalamic resistance to leptin and insulin and, thus, to the loss of the coordinated control of food intake and energy expenditure. As hypothalamic inflammation can be induced a few hours after the initial exposure to dietary fats, it has been suggested that resident microglia are involved in this process. However, as the exposure to dietary fats persists, changes in the pattern of inflammation take place, which may indicate the recruitment of new cells to the inflamed site. In the first part of this study, we evaluate the migration of bone marrow-derived monocytic cells to the hypothalamus of obese animals. Chimera mice were generated by the transplantation of TLR4-expressing bone marrow into TLR4 defective mice and vice-versa. The presence of functional TLR4 in bone marrow-derived cells was required for the complete expression of the obese phenotype. In addition, diet-induced hypothalamic infiltration with bone marrow-derived microglia was obtained only in the presence of functional TLR4 in bone marrow-derived cells. Because the recruitment of bone marrow-derived monocytic cells to a given anatomical site depends invariably on the expression of chemokines, we have raised the hypothesis that, during the initial steps of diet-induced hypothalamic inflammation a (some) chemokine (s) could play an important role in the progression of the inflammatory activity and, consequently, of the obese phenotype. Both humans and outbreed experimental animals display a huge phenotypic variability whenever exposed to environmental conditions that favor obesity. With this concept in mind, we searched for differences in the patterns of hypothalamic inflammation in two strains of mice with different predispositions to obesity and metabolic diseases. The Swiss mice which are prone to obesity, and the Balb-c mice, which are protected from obesity and related metabolic conditions. We identified the chemokine CX3CL1 (fractalkine) as the one, among those that we evaluated, with highest distinction on its hypothalamic expression levels between the two mouse strains; being increased in the hypothalamus of Swiss mice. In the second part of the study we demonstrate that fractakine is induced in hypothalamic neurons by fat-rich diet. In culture, neurons express fractalkine in response to a TNF stimulus preferentially, but also in response to palmitate. The inhibition of hypothalamic expression of fractalkine by siRNA protects mice from glucose intolerance and diet-induced obesity. Moreover, under hypothalamic fractalkine inhibition, diet-induced recruitment of monocytic cells from the bone marrow is severely impaired. We conclude that during the initial steps of diet-induced hypothalamic inflammation, resident microglia cells induce the expression of fractalkine by neighboring neurons, which in turn recruit additional monocytic cells from the bone marrow to maintain the inflammatory process under continuous dietary fatty acid exposure. Thus, fractalkine is one of the earliest signals generated in the hypothalamus during the installation of diet-induced obesity