Long-term resveratrol administration improves diabetes-induced pancreatic oxidative stress, inflammatory status, and ß cell function in male rats

Abstract Diabetes is a metabolic disorder caused by insulin resistance or a defect in the pancreatic beta cells in insulin secretion. The aim of this study was to evaluate the possible effectiveness of long-term administration of resveratrol on inflammatory and oxidative stress markers in the pancreatic tissue of diabetic rats. Male Wistar rats (n = 24) were randomly divided into four groups of six animals, namely a healthy group, a healthy group receiving resveratrol, a diabetic control group, and a diabetic group receiving resveratrol. Diabetes was induced by single dose injection of streptozotocin (50 mg/kg; ip), 15 min after injection of nicotinamide (110 mg/kg; ip). Resveratrol was also administered by gavage (5 mg/kg/day) for 4 months. Administration of resveratrol alleviated hyperglycemia, weight loss and pancreatic ß cell function measured by HOMA-ß. Resveratrol improved oxidative stress (nitrate/nitrite, 8-isoprostane and glutathione) and proinflammatory markers (tumor necrosis factor α, cyclooxygenase 2, interleukin 6 and nuclear factor kappa B) in the pancreatic tissue of diabetic rats. Resveratrol administration had no significant effect on the activity of superoxide dismutase and catalase enzyme. These observations indicate that resveratrol administration may be effective as a beneficial factor in improving pancreatic function and reducing the complications of diabetes

Mecanismos moleculares mediadores da citoproteção de células beta pancreáticas induzidos por prolactina / Role of HSPB1 in PRL-induced cytoprotective effects on beta cells

A manutenção da célula de ilhotas in vitro aparece como uma estratégia atraente para aumentar o resultado do transplante de ilhotas pancreáticas. Entretanto, o destino das ilhotas em cultura é determinado pelo equilíbrio entre mediadores pró e antiapoptóticos. Nós mostramos anteriormente que os níveis de HSPB1 são aumentados pela prolactina (PRL) tanto nas células beta pancreáticas humanas quanto nas células de insulinoma murino MIN6. Além disso, mostramos que os efeitos pró- sobrevivência induzidos pela prolactina nas células beta pancreáticas são mediados pela HSPB1. Uma vez que o papel da HSPB1 nas células beta não foi estudado diretamente, procuramos explorar os mecanismos moleculares pelos quais a HSPB1 medeia a citoproteção da célula beta induzida pela PRL. Para isso, células MIN6 derivadas de um insulinoma de camundongo e cultura primária de ilhotas pancreáticas murinas (I), silenciadas ou superexpressando HSPB1 foram submetidas à privação de soro e então pré- tratadas na presença ou na ausência de PRL (300 ng / mL) e expostos a ou citocinas (IL-1ß (0,8 ng / mL), IFN-γ (4 ng / mL) e TNF-α (8 ng / mL) por 16 ou 24 h. Após esses períodos de tempo foi avaliada a viabilidade celular. De fato, as células silenciadas para HSPB1 tiveram maiores porcentagens de morte celular em comparação aos controles. No entanto, a superexpressão de HSPB1 sozinha imita os efeitos citoprotectores da Prolactina em ambas as células MIN6 e nas culturas primárias das ilhotas. Estes resultados mostram o papel fundamental da HSPB1 no efeito citoprotetor inibindo a apoptose inducida pelo tratamento com citocinas pró-inflamatórias. Além disso, os lisados de células Min6 tratadas com citocinas na presença ou na ausência de PRL durante 6 h foram sujeitos a imunoprecipitação de HSPB1. Proteínas coimmunoprecipitadas separadaspor SDS-PAGE e posteriormente identificadas por nano-HPLC acoplado à espectrometria de massas. Células pré-tratadas com PRL apresentaram um enriquecimento de proteínas que coprescipitaram com HSPB1 relacionadas em processos de resistência ao estresse oxidativo, degradação proteica e metabolismo de carboidratos. Células MIN6, silenciadas ou superexpressando HSPB1 foram expostas á menadiona e peróxido de hidrogênio e parâmetros oxidativos foram analisados. O silenciamento de HSPB1 promoveu células mais sensíveis ao estresse oxidativo e levou a uma redução da capacidade antioxidante, enquanto que prolactina induziu citoproteção mediada por HSPB1 contra o estresse oxidativo. A superexpressão de HSPB1, no entanto, levou a efeitos opostos. O tratamento com PRL, o silenciamento ou superexpressão de HSPB1 não mudou a expressão de enzimas antioxidantes, mas os níveis proteicos de HSPB1 estão relacionados com a modulação da razão GSH/GSSG e a atividade de G6PD. Dado de estudos recentes reportam que o perfil respiratório das ilhotas prévias ao transplante pode predizer seu desempenho e que não se sabe nada sobre se a PRL poderia modular a função mitocondrial nas células beta; no presente projeto foi investigado se o tratamento hormonal poderia aumentar a eficiência mitocondrial das células beta. Observamos que o tratamento com citocinas pró-inflamatórias produziu uma diminuição na eficiência do consumo de oxigênio mitocondrial estar relacionado à síntese de ATP. Esses resultados foram significativamente revertidos a valores similares ao obtidos nas células submetidas Às condições de máxima viabilidade após o tratamento com PRL. Além disso, os resultados mostraram que os níveis elevados de HSPB1 medeiam este efeito, uma vez que a falta desta proteína anulou significativamente a recuperação da função mitocondrial induzida pelo tratamento hormonal. Visto que as taxas de síntese de ATP mitocondrial são as responsáveis pela elevação na sua concentração intracelular e que esse evento está diretamente relacionado com a secreção de insulina nas células beta, analisamos se diferentes níveis proteicos de HSPB1 poderia modificar a função secretora de células beta. Para isso foram calculados os índices de estímulo da secreção de insulina em resposta ao aumento da concentraçãode glicose no meio de cultura tanto em células parentais MIN6 como em culturas primárias de ilhotas pancreáticas murinas que foram submetidas ou não ao silenciamento ou superexpressão de HSPB1. Nossos resultados mostraram que nem a presença de citocinas, Prolactina, ou a ausência ou superexpressão de HSPB1 nas culturas celulares analisadas apresentaram diferença significativa em relação aos índices de estímulo da secreção e conteúdo de insulina. Esses resultados sugerem que nem a falta, nem a superexpressão de HSPB1 poderia alterar a função de célula beta. Nós mostramos a relevância da HSPB1 em ambos os efeitos pró- sobrevivência da PRL contra a morte da célula beta induzida tanto por citocinas quanto por indução de estresse oxidativo. Este último efeito poderia também estar relacionado com a participação da HSPB1 na recuperação da função mitocondrial observada após o tratamento hormonal corroborando assim parte dos resultados obtidos nos experimentos de immunoprecipitação. Finalmente, nossos resultados destacam a importância de mais estudos visando um entendimento mais profundo das funções da HSPB1 nas células beta, uma vez que elas poderiam levar à mitigação da morte da célula beta através da regulação positiva de uma via de proteção endógena, que não é dependente da modulação do sistema imunológico

The success of islet transplantation has improved lately. Unfortunately, it is still compromised by cell loss. Maintaining islet cell in vitro appears as an attractive strategy to increase the outcome of pancreatic islet transplantation. However, islet fate in culture is determined by the balance between pro- and anti- apoptotic mediators. We have previously shown that Heat Shock Protein B1 (HSPB1) levels are increased by prolactin (PRL) on both human pancreatic beta cells and MIN6 murine insulinoma cells. Furthermore, we have demonstrated the prolactin-induced pro-survival effects on pancreatic beta-cells are mediated by HSPB1. Since HSPB1 role in beta cells has not been directly studied, we set out to explore the molecular mechanisms by which HSPB1 mediates PRL-induced beta cell cytoprotection. For this purpose, MIN6 insulinoma mouse cells and primary culture of murine pancreatic islets (I) wild type, HSPB1 silenced or overexpressing the chaperone were subjected to serum starvation and then pre-treated in the presence or in the absence of PRL (300 ng/mL) and exposed to or cytokines (IL-1ß (0,8 ng/mL), IFN-γ (4 ng/mL) and TNF-α (8 ng/mL)) for 16 or 24h. Then, we analyse cell viability. HSPB1silenced cells presented higher percentages of cell death compared to controls. However, the overexpression of HSPB1, independently of hormonal treatment, was able mimic the cytoprotective effects of Prolactin. These results point at the key role of HSPB1 in the cytoprotective effect against proinflammatory cytokines-induced beta cell death. In addition, lysates from Min6 cells incubated for 6 hours in the presence of a cocktail of cytokines and/or PRL were subjected to HSPB1 immunoprecipitation. Co-precipitated proteins were identified by SDS-PAGE coupled to mass spectrometry. We found an enrichment of proteins relatedto signaling pathways involved in a response against oxidative and endoplasmic reticulum stress induction. Moreover, we also identified antiapoptotic effects and carbohydrate metabolism related proteins. Indeed, HSPB1 knockdown rendered cells more sensitive to oxidative stress and led to a reduced antioxidant capacity, while prolactin induced an HSPB1- mediated cytoprotection against ROS induced beta-cell apoptosis. One again, HSPB1 overexpression mimic PRL- induced cytoprotection. While hormonal treatment, HSPB1 silencing or overexpression did not change the expression of antioxidant enzymes; this conditions influenced reduced glutathione cell content and G6DP activity. Since recent studies have pointed that islets respiratory profile prior to transplantation may predict their performance; we also investigated whether PRL treatment could increase beta-cell mitochondrial efficiency. We observed a cytokine-induced increase of mitochondrial oxygen consumption rate not related to ATP synthesis, which was significantly decreased upon PRL treatment. HSPB1 was a key mediator of this effect since the lack of this protein significantly abrogated PRL-induced mitochondrial function recovery. The secretory function was then analysed in wild type MIN6 cells as well as in primary cultures of pancreatic islets either HSPB1 silenced or overexpressing the chaperone. Cells were subjected to serum starvation and then pre-treated in the presence or in the absence of PRL and exposed to cytokines for 16 or 24h. We didn´t found significant differences in both glucose induced-insulin secretion and insulin content between the hormonal treatment, HSPB1 silencing or overexpression. These results suggest that neither lack, nor overexpression of HSPB1 could alter beta cell function. Altogether our results have shown the importance of HSPB1 on PRL prosurvival effects as well as on maintenance of mitochondrial efficiency against both cytokine treatment and oxidative-stress-induced beta cell damage. These results are in accordance with the PRL-induced enrichment of HSPB1 interacting proteins displaying functions related to protein degradation, oxidative stress protection or mitochondrial carbohydrate metabolism.Finally, our results outline the importance of further studies aiming at a deeper understanding of HSPB1 functions on beta cells, since they could lead to the mitigation of beta cell death through the up-regulation of an endogenous protective pathway, which is not dependent on the modulation of the immune system

Pancreatic beta cell protection/regeneration with phytotherapy

Although currently available drugs are useful in controlling early onset complications of diabetes, serious late onset complications appear in a large number of patients. Considering the physiopathology of diabetes, preventing beta cell degeneration and stimulating the endogenous regeneration of islets will be essential approaches for the treatment of insulin-dependent diabetes mellitus. The current review focused on phytochemicals, the antidiabetic effect of which has been proved by pancreatic beta cell protection/regeneration. Among the hundreds of plants that have been investigated for diabetes, a small fraction has shown the regenerative property and was described in this paper. Processes of pancreatic beta cell degeneration and regeneration were described. Also, the proposed mechanisms for the protective/regenerative effects of such phytochemicals and their potential side effects were discussed.

Embora medicamentos disponíveis atualmente sejam úteis no controle de complicações da Diabetes, complicações aparecem em grande número de pacientes. Considerando-se a fisiopatologia do Diabetes, a prevenção da degeneração de células beta e o estímulo da regeneração endógena de ilhotas será abordagem essencial para o tratamento de diabetes mellitus insulino-dependente. A presente revisão aborda compostos fitoquímicos, cujo efeito é provado na proteção/regeneração de células beta de pâncreas. Entre centenas de plantas que têm sido investigadas para o diabetes, pequena fração tem mostrado propriedade regenerativa, que será descrita neste trabalho. Os processos de degeneração e de regeneração das células beta do pâncrease são descritos. Além disso, mecanismos propostos para efeitos de proteção e regeneração desses compostos fitoquímicos e seus possíveis efeitos colaterais também serão discutidos neste trabalho.