Regulación de la programación e interrelaciones metabólicas del tejido adiposo por nutrientes bioactivos

Abstract

[spa] El sobrepeso y la obesidad son condiciones muy prevalentes que conllevan riesgos para la salud, y las estrategias convencionales para combatirlas son difíciles de implementar. Por ello, surge la necesidad de establecer estrategias preventivas que potencien la salud metabólica, así como tratamientos coadyuvantes que, en combinación con un estilo de vida saludable, ayuden en el proceso de pérdida de peso y grasa corporal y a reducir las consecuencias metabólicas adversas asociadas a la obesidad. En este contexto, es interesante la investigación en el potencial anti-obesidad de nutrientes y compuestos bioactivos presentes en los alimentos. Los tejidos adiposos juegan un papel clave en el desarrollo de la obesidad y sus comorbilidades, pero también pueden ser parte de la solución del problema. Así, en los últimos años hay un interés creciente en la activación del metabolismo oxidativo/ termogénico en el tejido adiposo blanco (TAB), la llamada marronización del TAB, como una posible estrategia en el tratamiento y la prevención de la obesidad. El objetivo general de esta tesis ha sido evaluar el impacto de la suplementación de nutrientes específicos seleccionados – en particular glicosaminoglicanos (GAGs), resveratrol (RSV) y ribósido de nicotinamida (NR) – sobre las características del tejido adiposo, así como de otros tejidos clave en el metabolismo lipídico, y sobre la adiposidad corporal, en diferentes paradigmas experimentales: desarrollo postnatal temprano, alimentación con dieta rica en grasa, y reversión de la obesidad, utilizando el ratón como modelo animal. Una mezcla de GAGs fue investigada como posible coadyuvante en el tratamiento de la obesidad, en el contexto de un proyecto CENIT de colaboración universidad-empresa. RSV y NR fueron suplementados en la etapa postnatal temprana, e investigados como posibles agentes de programación metabólica a largo plazo, un aspecto de la actividad biológica de estos compuestos muy poco estudiado hasta el momento. El tratamiento con una mezcla de GAGs en ratones con obesidad dietética inducida, en la fase de reversión de la misma, favoreció una mayor y más rápida reducción del peso y la adiposidad corporal, asociado a la remodelación de TAB visceral, con incremento de la capacidad para el metabolismo oxidativo y el contenido en ADN mitocondrial en el depósito graso. La suplementación con GAGs también favoreció la reducción de la grasa acumulada en el hígado. En un segundo diseño experimental, estudiamos el impacto a corto y largo plazo (durante el desarrollo y en la edad adulta) de la suplementación directa con RSV y NR, administrados por separado a crías lactantes de ratón, sobre las características metabólicas de tejidos clave, y la capacidad de estas suplementaciones de contrarrestar los efectos deletéreos de una dieta obesogénica en edad adulta. Los resultados mostraron que los suplementos neonatales de RSV y NR favorecieron la programación del TAB subcutáneo hacia un fenotipo más marronoso de manera sexo-específica, en la progenie macho, reflejado en la inducción de la expresión de genes relativos al metabolismo oxidativo, la biogénesis y función mitocondrial, y genes marcadores de adipocitos beige - incluyendo Slc17a1 y Prdm16, en los que además se evidenció una regulación a nivel epigenético, con modificación del perfil de metilación del ADN. Para ahondar más en los mecanismos de esta programación, se realizaron estudios en cultivos primarios de preadipocitos derivados de TAB de animales jóvenes, que indicaron una mayor adipogénesis beige selectivamente en los cultivos derivados de los ratones macho suplementados. Los suplementos neonatales de RSV y NR también tuvieron un efecto programador en tejidos no adiposos, específicamente el hígado y el músculo esquelético, suprimiendo en ratones macho la acumulación de grasa ectópica en músculo causada por la dieta rica en grasas. En definitiva, los resultados derivados de esta tesis aportan evidencia pre-clínica de que la suplementación con una mezcla de GAGs podría ser efectiva como coadyuvante en estrategias de pérdida de peso, y que la suplementación con RSV y NR en la etapa post-natal temprana podría ser útil en estrategias preventivas de control de la obesidad y sus comorbilidades. En un plano más general, los resultados refuerzan la importancia de la programación metabólica por factores dietéticos y la implicación de mecanismos epigenéticos en dicha programación, y en particular el interés de la marronización del TAB como un mecanismo anti-obesidad, programable en etapas tempranas y modulable en animales adultos por la ingesta de nutrientes específicos, y por tanto como una diana en la prevención y tratamiento de la obesidad y sus comorbilidades.

[cat] El sobrepès i l'obesitat són condicions molt prevalents que comporten riscos per a la salut, i les estratègies convencionals per combatre-les són difícils d'implementar. Per això, sorgeix la necessitat d'establir estratègies preventives que potenciïn la salut metabòlica, així com tractaments coadjuvants que, en combinació amb un estil de vida saludable, ajudin en el procés de pèrdua de pes i greix corporal i a reduir les conseqüències metabòliques adverses associades a l'obesitat. En aquest context, és interessant la investigació en el potencial anti-obesitat de nutrients i compostos bioactius presents en els aliments. Els teixits adiposos juguen un paper clau en el desenvolupament de l'obesitat i les seves comorbiditats, però també poden ser part de la solució del problema. Així, en els últims anys hi ha un interès creixent en l'activació del metabolisme oxidatiu/termogènic en el teixit adipós blanc (TAB), l'anomenada marronització de TAB, com una possible estratègia en el tractament i la prevenció de l'obesitat. L'objectiu general d'aquesta tesi ha estat avaluar l'impacte de la suplementació de nutrients específics seleccionats - en particular glicosaminoglicans (GAG), resveratrol (RSV) i ribòsid de nicotinamida (NR) - principalment sobre les característiques del teixit adipós, així com d'altres teixits clau en el metabolisme lipídic, i sobre la adipositat corporal, en diferents paradigmes experimentals: desenvolupament postnatal primerenc, alimentació amb dieta rica en greix, i reversió de l'obesitat, utilitzant el ratolí com a model animal. La mescla de GAGs va ser investigada com a possible coadjuvant en el tractament de la obesitat, en el context d'un projecte CENIT de col·laboració universitat-empresa. RSV i NR van ser suplementats en l'etapa postnatal primerenca, i investigats com a possibles agents de programació metabòlica a llarg termini, un aspecte de l'activitat biològica d'aquests compostos molt poc estudiat fins ara. El tractament amb una mescla de GAGs a ratolins amb obesitat dietètica induïda, en la fase de reversió de la mateixa, va afavorir una major i més ràpida reducció del pes i l'adipositat corporal, i això es va associar a la remodelació de TAB visceral, amb increment de la capacitat per al metabolisme oxidatiu i el contingut en ADN mitocondrial en el dipòsit gras. La suplementació amb GAGs també va afavorir la reducció del greix acumulat en el fetge. En un segon disseny experimental, vàrem estudiar l'impacte a curt i a llarg termini (durant el desenvolupament i en l'edat adulta) de la suplementació directa amb RSV i NR, administrats per separat a cries lactants de ratolí, sobre les característiques metabòliques de teixits clau en el metabolisme lipídic, i la capacitat de la suplementació neonatal d'aquests nutrients de contrarestar els efectes deleteris d'una dieta obesogènica en edat adulta. Els resultats van mostrar que els suplements neonatals de RSV i NR van afavorir la programació del TAB subcutani cap a un fenotip més marronós de manera sexe-específica, en la progènie mascle, reflectit en la inducció de l'expressió de gens relatius a el metabolisme oxidatiu, la biogènesi i funció mitocondrial, i gens marcadors d'adipòcits beige - incloent Slc17a1 i Prdm16, en els què a més es va evidenciar una regulació a nivell epigenètic, amb modificació del perfil de metilació de l'ADN. Per aprofundir més en els mecanismes d'aquesta programació, es van realitzar estudis en cultius primaris de preadipòcits derivats del TAB d'animals joves, que van indicar una major adipogènesi beige selectivament en els cultius derivats dels ratolins mascle suplementats. Els suplements neonatals de RSV i NR també van tenir un efecte programador en teixits no adiposos, específicament el fetge i el múscul esquelètic, suprimint en ratolins mascle l'acumulació de greix ectòpic al múscul causada per la dieta rica en greixos. En definitiva, els resultats derivats d'aquesta tesi aporten evidència preclínica que la suplementació amb una mescla de GAGs podria ser efectiva com a coadjuvant en estratègies de pèrdua de pes, i que la suplementació amb RSV i NR en l'etapa postnatal primerenca podria ser útil en estratègies preventives de control de l'obesitat i les seves comorbiditats. En un pla més general, els resultats reforcen la importància de la programació metabòlica per factors dietètics i la implicació de mecanismes epigenètics en aquesta programació, i en particular l'interès de la marronització del TAB com un mecanisme anti-obesitat, programable en etapes primerenques i modulable en animals adults per la ingesta de nutrients específics, i per tant com una diana en la prevenció i tractament de l'obesitat i les seves comorbiditats.

[eng] Overweight and obesity are prevailing conditions considered as health hazards. Conventional strategies to fight these conditions are difficult to be implemented, and hence there is a need to establish preventive strategies to reinforce metabolic health, as well as coadjuvant treatments. These treatments, together with a healthy lifestyle, are to help in the process of weight and fat loss, and to reduce adverse metabolic effects associated with obesity. In this context, it is outstanding the investigation in the anti-obesity potential of nutrients and bioactive compounds present in food. Adipose tissues play a major role in the development of obesity and its comorbidities but they can also be part of the solution to the problem. Therefore, nowadays there is a growing interest in the activation of the oxidative/thermogenic metabolism in white adipose tissue (WAT), the so-called browning of WAT, as a possible strategy in the treatment and the prevention of obesity. The overall objective of this thesis has been to evaluate the impact of supplementation of specific selected nutrients – glycosaminoglycans (GAGs), resveratrol (RSV) and nicotinamide riboside (NR) – over the features of the fat tissue, as well as other key tissues in lipid metabolism, and over body fat, in different experimental paradigms: early postnatal development, high-fat diet and overweight reversion using a mouse as animal model. A mix of GAGs was investigated as a possible coadjuvant in the treatment of obesity, as part of a university-business CENIT collaborative project. RSV and NR were supplemented in an early postnatal stage and investigated as possible programming metabolic agents in the long-term, an aspect of the biology of these compounds that had only been barely studied previously. Treatment of obese mice with a GAGs mix during the active phase of obesity reversal favored a greater and faster reduction of body weight and body fat. This was associated to remodeling of visceral WAT with increases in the capacity for oxidative metabolism and mitochondrial DNA content. Treatment with the GAGs mix also favored the reduction of fat accumulation in the liver. In a second experimental design, we studied the short and long-term impact (during development and in adulthood) of direct supplementation with RSV and NR, administered separately to lactating mice pups, on metabolic features of key tissues in lipid metabolism, as well as the capacity of these supplementations to counteract deleterious effects of an obesogenic diet in adult life. Results showed that neonatal supplementations of RSV and NR favored the programming of subcutaneous WAT towards a more browned phenotype in a sex-specific manner in the male progeny. This was reflected in the induction of genesrelated to oxidative metabolism, mitochondrial biogenesis and function, and beige adipocyte marker genes– including Slc17a1 y Prdm16, in which regulation at epigenetic level, with modification of the DNA methylation profile was evidenced. To deepen in the mechanisms of this programming, studies in primary cultures of preadipocytes derived from WAT of young animals were conducted, which showed higher beige adipogenesis selectively in cell cultures established from supplemented male mice, selectively. The neonatal RSV and NR also exerted programming effect over non-adipose tissues, notably skeletal muscle and the liver, suppressing in the male mice the accumulation of ectopic fat in muscles caused by high fat diet feeding. All in all, results in this thesis contribute to pre-clinic evidence that supplementation with a GAGs mix may serve as coadjuvant in weight loss strategies, and that supplementation with RSV and NR in early postnatal life may serve in preventive strategies to control overweight and its comorbidities in adulthood. More generally, results in this thesis reinforce the importance of metabolic programming by dietary factors and the implication of epigenetic mechanisms in this programming and, in particular, the interest in WAT browning as a mechanism against obesity, programmable in early life stages and moldable in adult animals through the intake of specific nutrients/food bioactives, and hence as a target in the treatment and prevention of obesity and the enhancement of metabolic health.