Efeitos anti-oxidantes da vitamina D sobre células hiperglicêmicas

A diabetes é uma doença crônica que afeta mais de 400 milhões de pessoas globalmente, tendo sido atribuída a mais de 1 milhão de mortes em 2015. Devido à sua relevância para a saúde pública, a ciência vem tentando compreender os mecanismos e eventos bioquímicos que possam estar associados a sua patogênese. Um importante trabalho publicado pelo grupo do Professor Fábio Almeida (IBqM) apresentou novas propostas de mecanismos desencadeados quando as células são expostas a um ambiente hiperglicêmico. O artigo intitulado "Metabolomic Analysis Reveals Vitamin D-induced Decrease in Polyol Pathway and Sutle Modulation of Glycolysis in HEK293T cells" foi publicado pelo periódico científico Scientific Reports em 25 de agosto de 2017 e abordou a relação existente entre a vitamina D e as vias que são ativadas em células com altos níveis de glicose.

Utilizando cultura de células embrionárias de rim e técnicas de Espectroscopia de Ressonância Magnética Nuclear para avaliar o consumo de glicose pelas células, os resultados do estudo mostraram que altas concentrações de glicose podem produzir condições de estresse oxidativo que são causadas pela alta expressão de metabólitos gerados por vias até então não patológicas, como os metabólitos sorbitol e glicina. No entanto, quando tratadas com vitamina D foi possível verificar pela primeira vez que a vitamina D é capaz de reprogramar o metabolismo de glicose nas células, diminuindo o estresse oxidativo e mantendo o equilíbrio de seu estado proliferativo. O estudo traz novas evidências sobre o funcionamento e efeitos metabólicos da vitamina D em células hiperglicêmicas, sugerindo a ideia de que esse importante hormônio pode contribuir para proteção contra o estresse oxidativo.

O Professor Fábio Almeida conversou com o Portal sobre seu trabalho publicado.

PORTAL BIOQMED. Bom dia, Professor Fábio! Nossa primeira pergunta é: qual a relação entre vitamina D e o metabolismo celular de uma célula hiperglicêmica?

PROFESSOR FÁBIO ALMEIDA. A vitamina D tem um efeito complexo, ela é um receptor nuclear que ativa diversas vias. Existem muitos trabalhos publicados mostrando seus efeitos, mas os efeitos metabólicos da vitamina D ainda não são muito descritos. O que sabemos é que ela tem efeito nuclear e com isso é capaz de mudar a célula em vários aspectos. Em relação ao metabolismo, esse é o primeiro trabalho que descreve que a vitamina D pode reprogramar o metabolismo celular, uma vez que não haviam trabalhos que descrevessem essas associações até então.

O que observamos e que considero muito interessante é que células in vivo expostas a hiperglicemia ativam a via metabólica dos polióis. Resumidamente, a glicose é reduzida a sorbitol que é posteriormente oxidado a frutose. Nesse processo se utiliza NADPH da célula que, por sua vez, é transformado em NADH. O citoplasma tem um estoque muito pequeno de NADPH e todos os sistemas de proteção do sistema de estresse oxidativo da célula que dependem do NADPH da célula estão no citoplasma. Quando a célula está em condições de altas concentrações de glicose, ela consome esse NADPH para formar e acumular sorbitol, ativando essa via dos polióis. O problema disso tudo é que a célula fica mais suscetível ao estresse oxidativo, que é uma condição associada a diabetes.

PORTAL BIOQMED. E a vitamina D é capaz de modular essa via?

PROFESSOR FÁBIO. O que mostramos pela primeira vez é que a vitamina D, sem alterar o perfil energético da célula ou a respiração celular, diminui sorbitol e reprograma a glicólise. Ela consegue preservar esse pulo de NADPH que é importante contra o estresse oxidativo. Além disso, o aumento de sorbitol não leva ao aumento das espécies reativas de oxigênio, ele diminui a proteção contra as enzimas que reduzem essas espécies reativas, que são dependentes do NADPH para serem ativadas. Dessa forma, esse pulo de NADPH é diminuído.

A vitamina D também diminui os níveis de orotato e guanina, que são metabólitos utilizados para síntese de DNA. Assim, a célula se mantém proliferativa sem mudar a respiração celular; e nós medimos isso. Podemos afirmar então que a célula tem uma reprogramação metabólica de tal forma que tenta preservar a célula dessa queda do pulo de NADPH, aumentando o nível de proteção contra o estresse oxidativo e ao mesmo tempo mantendo o estado de proliferação celular.

Além disso, a vitamina D também foi capaz de modular diversos genes! Um gene clássico já muito descrito, que é modulado pela vitamina D é o TXNIP (thioredoxin interacting protein), que é uma proteína que controla o estado redox da célula e pode estar ligada a uma proteína chamada ASK-1. Quando esse complexo é formado, a ASK-1 está inativa e, quando a tiorredoxina não está ligada a ASK-1, ela se torna ativa, desencadeando vários eventos que culminam na apoptose. Então, essa é uma ligação muito importante do estado redox da célula com o ciclo celular, via essa proteína central que é a ASK-1. Nós medimos e vimos que a vitamina D não altera os níveis dessa proteína, mas altera os níveis de TXNIP, que vai aumentar o estado pró-apoptótico da célula.

A TXNIP faz duas coisas, inclusive estamos trabalhando com ela em nosso laboratório: ela se liga no GLUT (um transportador de glicose) e inibe a entrada de glicose; controlando assim o metabolismo primário da célula. E ela também compete pelo ASK-1  e pela ligação com a tiorredoxina. Em vários tipos de tumores, a TXNIP é inibida e, com isso, a ASK-1 está sempre inativada, gerando o fenótipo anti-apoptótico, que favorece o tumor. Mas em diabetes mellitus a TXNIP está aumentada, exatamente para regular vias que levam resistência à insulina, impedindo que a glicose entre na célula por se ligar ao GLUT.

PORTAL BIOQMED. E por que a deficiência de vitamina D está relacionada ao diabetes?<

PROFESSOR FÁBIO. Os trabalhos clínicos são muitas vezes controversos. Um deles que está citado em meu trabalho afirmava que pessoas com diabetes mellitus tipo 2 têm deficiência de vitamina D. No entanto, não sabemos o porquê dessa deficiência em pacientes com diabetes, o que temos é a indicação de que a deficiência de vitamina D aumenta o estado de estresse oxidativo nas células que são altamente proliferativas e mais expostas as concentrações de glicose. Vários dos efeitos deletérios da diabetes são efeitos do estresse oxidativo das células. Meu trabalho não é clínico, mas eu gosto muito desse trabalho porque ele sugere um mecanismo metabólico que indica isso, mas precisamos de outros estudos comprobatórios.

PORTAL BIOQMED. E seu grupo pretende fazer esses novos estudos?

PROFESSOR FÁBIO. Infelizmente o estudante responsável pelo estudo não conseguiu renovar a bolsa e foi para os Estados Unidos. Porém uma aluna de pós-doc da Profa. Andreia da Poian deve continuar esses estudos. Nós temos células HEK293 transformadas com a TXNIP, ou seja, essas células superexpressam TXNIP sem a presença da vitamina D. Queremos mapear os efeitos metabólicos da TXNIP. Nós temos dois tipo de células, uma wild type e a outra mutante com a TXNIP que não interage com tiorredoxina. Nossa primeira pergunta é se a TXNIP está de fato diminuindo a entrada de glicose na célula.

Créditos da figura: Francisco Prosdocimi, Larissa Haerolde, Wikipedia

Recomendamos fortemente a leitura do artigo  ”Metabolomic Analysis Reveals Vitamin D-induced Decrease in Polyol Pathway and Sutle Modulation of Glycolysis in HEK293T cells” no site do periódico através do endereço eletrônico: https://www.nature.com/articles/s41598-017-10006-9

Formato para citação:

* Santos GC, Zeidler JD, Pérez-Valencia JA, Sant'Anna-Silva ACB, Da Poian AT, El-Bacha T, Almeida FCL. Metabolomic Analysis Reveals Vitamin D-induced Decrease  in Polyol Pathway and Subtle Modulation of Glycolysis in HEK293T Cells. Sci Rep.  2017 Aug 25;7(1):9510. doi: 10.1038/s41598-017-10006-9. PubMed PMID: 28842639; PubMed Central PMCID: PMC5573350.

Por Larissa Haerolde e Francisco Prosdocimi para o portal BIOQMED.