Neuroinflammation induced by intracerebroventricular infusion of palmitate, treated with Liraglutide (analogous to glucagon-like peptide 1 hormone): effects on the hypothalamus and hippocampus

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-05T18:08:20Z No. of bitstreams: 1 Andre Rodrigues da Cunha Barreto Vianna Tese completa.pdf: 3111094 bytes, checksum: fb5514c05e81971a42db633425273f93 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-05T18:08:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Andre Rodrigues da Cunha Barreto Vianna Tese completa.pdf: 3111094 bytes, checksum: fb5514c05e81971a42db633425273f93 (MD5) Previous issue date: 2017-06-28 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior The uncontrolled neuroinflammation is a key mechanism in the onset and progression of neurodegenerative diseases, and are related to insulin resistance. The glucagon-like peptide (GLP) -1 agonists, such as liraglutide, are well-known for their effects on glucose homeostasis and insulin sensitization they have been developed for use in the treatment of type 2 diabetes. Many evidences suggest that the GLP-1 analogues cross the blood brain barrier and acts as a neuroprotective agent. The liraglutide, despite its already known neuroprotective effects, has not yet been tested in a model of palmitate-induced neuroinflammation. Mice received intracerebroventricular infusion (ICV) of palmitate for 4 weeks and were treated for 2 weeks with liraglutide. We performed analyzes on body mass, carbohydrate metabolism, such as oral glucose tolerance test (TOTG) and intraperitoneal insulin tolerance test (TITI) and measurement of the insulin and GLP-1 plasmatic hormones. In the hypothalamus and adipose tissues, brown (BAT) and white, we evaluated by western blotting, RT-PCR and microscopy relating to neuroinflammation and metabolism (energy balance, thermogenesis, lipogenesis and lipolysis). In the hippocampus (CA1 and dentate gyrus regions) we evaluated markers related to neuroinflammation and, through confocal microscopy, we performed the morphological and molecular analysis of microglia and astrocytes. The ICV infusion of palmitate increased the body mass, decreased the glucose tolerance, and increased the insulin resistance. In the hypothalamus, palmitate increased the expression of the inflammatory markers: interleukin (IL)-1β, tumor necrosis factor (TNF)-α and altered the energetic balance, where we observed increased levels of neuropeptide Y (NPY) and decreased levels of pro-opiomelanocortin (POMC), in addition to hypothalamic insulin resistance. It was observed that palmitate increased the lipogenesis and the sectional area of white adipocytes and decreased the lipolysis. In BAT, palmitate increased the proteins related to fat accumulation and decreased thermogenesis. Liraglutide was effective in attenuating or reversing the hypothalamic effects associated with palmitate infusion, restoring energy control, attenuating neuroinflammation and insulin resistance, stimulating lipolysis and increasing thermogenesis in BAT. In the hippocampus, the ICV infusion of palmitate resulted in pronounced neuroinflammation, microgliosis and reactive astrogliosis. The microglia were present in higher density, had ameboid and hypertrophied morphology, and reduced the number of branches and junctions, besides expressing in more histocompatibility complex (MHC) -II. We observed in the hippocampus of the palmitate-infused groups an elevation in the levels of proinflammatory cytokines TNF-α and IL-6. The liraglutide induced the neuroprotective phenotype of the microglia, characterized by an increase in the complexity morphology of the microglia. This neuroprotective morphology was accompanied by a significant reduction in TNF-α and IL-6 expression. The study provides evidence that liraglutide may be a suitable treatment against the palmitate-induced neuroinflammation, which it is characterized by the impaired energy balance, intense expression of proinflammatory cytokines, reactive microgliosis and astrogliosis, which has been described as one of the primary causes of several pathologies of the central nervous system. A neuroinflamação descontrolada desempenha um mecanismo chave no surgimento e progressão das doenças neurodegenerativas, que muitas vezes estão relacionadas à resistência central à insulina. Os agonistas do hormônio peptídeo similar ao glucagon (GLP) -1, como a liraglutida, são mais conhecidos pelos seus efeitos sobre a homeostase da glicose e sensibilização da cascata da insulina e, como tal, foram desenvolvidos para uso no tratamento de diabetes mellitus tipo 2. Muitas evidências sugerem que os análogos do hormônio GLP-1 atravessam a barreira hematoencefálica e atuam como agentes neuroprotetores. A liraglutida, apesar de sua já conhecida ação neuroprotetora, ainda não foi testada em modelo de neuroinflamação induzida por palmitato. Camundongos receberam infusão intracerebroventricular (ICV) por 4 semanas de palmitato e foram tratados por 2 semanas com liraglutida. Fizemos análises relativas a massa corporal dos animais, ao metabolismo de carboidratos, como teste oral de tolerância à glicose (TOTG) e teste intraperitoneal de tolerância à insulina (TITI) e aferição dos hormônios insulina e GLP-1 no plasma. No hipotálamo e tecidos adiposos, marrom (BAT) e branco, avaliamos por western blotting, RT-PCR e microscopia parâmetros relacionados à inflamação e metabolismo (balanço energético, termogênese, lipogênese e lipólise). No hipocampo (regiões CA1 e giro denteado) avaliamos marcadores relacionados à neuroinflamação e, através da microscopia confocal, realizamos a análise morfológica e molecular das micróglias e astrócitos. A infusão ICV de palmitato aumentou a massa corporal, diminuiu a tolerância à glicose e gerou resistência à insulina. No hipotálamo, o palmitato aumentou a expressão dos marcadores inflamatórios: interleucina (IL)-1β e fator de necrose tumoral (TNF)-α, e comprometeu o balanço energético, onde observamos aumento dos níveis de neuropeptídio Y (NPY) e diminuição dos níveis de pró-opiomelanocortina (POMC), além de resistência hipotalâmica à insulina. Observamos que o palmitato aumentou a área dos adipócitos brancos, aumentou a lipogênese e diminuiu a lipólise. No BAT, o palmitato aumentou as proteínas relativas ao acúmulo de gordura e diminuiu a termogênese. A liraglutida foi efetiva em atenuar ou reverter os efeitos hipotalâmicos associados à infusão de palmitato, restaurando o controle energético, atenuando a neuroinflamação e a resistência à insulina, além de estimular a lipólise e aumentar a termogênese no BAT. No hipocampo a infusão ICV de palmitato resultou em pronunciada inflamação, microgliose e astrogliose reativas. As micróglias estavam presentes em maior densidade, possuíam morfologia ameboide, hipertrofiadas e com diminuição no número de ramos e junções, além de expressarem em maior quantidade o complexo de histocompatibilidade (MHC)-II. Observamos no hipocampo dos grupos infundidos com palmitato, uma elevação nos níveis das citocinas pró-inflamatórias: TNF-α e IL-6. A liraglutida induziu o fenótipo neuroprotetor da micróglia, caracterizado por um aumento da complexidade dessas células. Esta morfologia neuroprotetora foi acompanhada por uma redução significativa na expressão de TNF-α e IL-6. Em conclusão, o presente estudo demonstrou que a liraglutida possui potencial para atuar no combate a neuroinflamação induzida por palmitato, a qual é caracterizada por intensa expressão de citocinas pró-inflamatórias e alteração no balanço energético, além de microgliose e astrogliose reativas, descritos como uma das causas primárias de várias patologias do sistema nervoso central.