Studies of epithelial response to streptozotocin-induced hyperglycemia

Abstract

A hiperglicemia é a principal característica da diabetes mellitus (DM), uma das causas de morte que mais cresce em Portugal, e cujas complicações a longo prazo são mais debilitantes e mais sobrecarregam os sistemas de saúde. No entanto, os mecanismos subjacentes à resposta fisiológica de alguns tecidos à hiperglicemia não estão completamente esclarecidos. Este estudo teve como objetivo avaliar de que forma o tempo de exposição à hiperglicemia afeta dois tecidos epiteliais, o endotélio e as glândulas salivares, que são frequentemente associados a complicações da DM, utilizando um modelo animal. Adicionalmente, procurou-se encontrar novos biomarcadores para avaliar a suscetibilidade a complicações orais em diabéticos, analisando as modificações pós-traducionais (PTMs) da família de proteínas mais representativa na saliva humana: proteínas ricas em prolina (PRPs). A disfunção vascular está na origem de várias complicações da diabetes. Neste sentido, observou-se uma progressiva disfunção endotelial com o aumento do tempo de exposição à hiperglicemia, que resulta do aumento de danos no endotélio e da diminuição da capacidade de mobilização de células progenitoras. Simultaneamente, o aumento observado na atividade da via de ativação do sistema de complemento mediada por lectinas (MBL), sugere um envolvimento do sistema de imunidade inata na patogénese da disfunção vascular. Outra complicação comum da DM é o desenvolvimento de doenças orais, nomeadamente as relacionadas com a redução da secreção salivar. Na análise às glândulas submandibulares, observou-se uma resposta inicial à hiperglicemia com fortes variações na expressão de proteínas, mas a longo prazo, estas variações foram atenuadas, sugerindo um mecanismo de adaptação à hiperglicemia crónica. Adicionalmente, as proteínas relacionadas com a secreção, como as anexinas, apresentaram-se sobre-expressas, enquanto as calicreinas e proteínas metabólicas estavam sub-expressas. Estas variações sugerem que, apesar de uma diminuição da capacidade de regeneração, as células tentam superar a perda de tecido por meio do aumento da secreção, embora sem êxito. O comprometimento funcional das glândulas salivares tem consequências na composição e funções da saliva. Analisando as PTMs das PRPs salivares humanas, observou-se um aumento da frequência de péptidos com ciclização de resíduos N-terminais de glutamina a piroglutamato, o que confere uma resistência à atividade proteolítica que, por sua vez, se encontra aumentada em diabéticos. Assim, a presença de péptidos com N-piroglutamato poderá ser um potencial biomarcador da suscetibilidade a complicações orais em diabéticos.

Hyperglycemia is the major hallmark of diabetes mellitus, which is one of the fastest growing causes of death in Portugal and whose long-term complications are more debilitating and burden health-care systems. However, the mechanisms underlying the physiological response of some tissues to hyperglycemia are not fully understood. This study aimed to understand how the time of exposure to hyperglycemia affects two epithelial tissues, the endothelium and the salivary glands tissue, that are often associated with diabetes mellitus complications, using an animal model. Complementarily, post translational modifications of the most representative family of human salivary proteins, salivary proline-rich proteins (PRPs), were evaluated to propose novel biomarkers to assess the susceptibility of diabetic patients to oral complications. Vascular dysfunction is on the genesis of several diabetes complications. In this sense, it was observed a progressive endothelial dysfunction over time, due to the increase of endothelial damage and diminished capacity for the mobilization of progenitor cells. Concomitantly, it was observed an increased activity of the MBL pathway of activation of the complement system, suggesting an involvement of the innate immune system in the pathogenesis of vascular dysfunction. Another common complication of diabetes is the development of oral diseases, namely related to the reduction of saliva secretion. Submandibular glands presented an early-phase response with strong variations in protein expression, which were attenuated in long-term exposure, suggesting an adaptive mechanism to chronic hyperglycemia. Moreover, proteins related to secretion, such as annexins, were found up-regulated, while kallikreins and metabolic proteins were down-regulated. This suggests that, despite a reduction of the regeneration ability, cells may try to overcome the apoptotic loss of tissue, though unsuccessfully, through the increase of secretion. Impairment of salivary gland function has consequences in saliva composition and functions. Analysing the PRPs of human salivary proteins, it was observed an increase in the frequency of peptides bearing N-terminal cyclization of glutamine residues to pyroglutamate, which confers some resistance to the increased activity of proteases observed in diabetic patients, making it a potential biomarker for susceptibility to oral complications among diabetic patients.