Low expression of insulin signaling molecules impairs glucose uptake in adipocytes after early overnutrition

Abstract

Experimental and clinical studies have demonstrated that early postnatal overnutrition represents a risk factor for later obesity and associated metabolic and cardiovascular disturbance. In the present study, we assessed the levels of glucose transporter 4 (GLUT-4), GLUT-1, insulin receptor (IR), IR substrate 1 (IRS-1), phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K) and Akt expression, as well as insulin-stimulated glucose transport and Akt activity in adipocytes from adult rats previously raised in small litters (SL). The normal litter (NL) served as control group. We also investigated glycemia, insulinemia, plasma lipid levels, and glucose tolerance. Our data demonstrated that early postnatal overfeeding induced a persistent hyperphagia accompanied by a significant increase in body weight until 90 days of age. The SL group also presented a significant increase (w42%) in epidydimal fat weight. Blood glucose, plasma insulin, and lipid levels were similar among the animals from the SL and NL groups. While insulin-stimulated glucose uptake was approximately twofold higher in adipocytes from the NL group, no stimulatory effect was observed in the SL group. The impaired insulin-stimulated glucose transport in adipose cells from the SL rats was associated with a significant decrease in GLUT-4, IRS-1 and PI3K expression, and Akt activity. In contrast, IR and Akt expression in adipocytes was not different between the SL and NL groups. Despite these alterations, our results showed no differences in glucose tolerance test in rats raised under different feeding conditions. Our findings reinforce a potent and long-term effect of neonatal overfeeding, which can program major changes in the metabolic regulatory mechanisms.

Efeito da redução de ninhada sobre as respostas autonômicas e metabólicas de ratos Wistar

“…Após o desmame, aos 21 dias, mesmo sendo alimentados com ração balanceada com 18%-24% de proteína (ração comercial para roedores), eles têm maior consumo alimentar e ganham mais peso quando comparados aos filhotes oriundos de ninhadas normais. Esses animais na vida adulta apresentam hiperfagia, hiperinsulinemia, resistência periférica à insulina e obesidade 19,20 . Foi observado ainda que a redução da ninhada provoca alterações na estrutura e função de áreas hipotalâmicas, como, por exemplo, baixa resposta a estímulos anorexígenos no hipotálamo Ventromedial (VMH) [17][18][19] .…”

“…Esses animais na vida adulta apresentam hiperfagia, hiperinsulinemia, resistência periférica à insulina e obesidade 19,20 . Foi observado ainda que a redução da ninhada provoca alterações na estrutura e função de áreas hipotalâmicas, como, por exemplo, baixa resposta a estímulos anorexígenos no hipotálamo Ventromedial (VMH) [17][18][19] . Sabe-se também que alterações nas estruturas hipotalâmicas quebram o equilíbrio autonômico, e lesões no VMH aumentam a atividade aferente do nervo vago subdiafragmático 21,22 .…”

“…Conforme a literatura 17,19,20 , esses animais apresentam hiperfagia, ganho de peso e aumento do tecido adiposo. Plagemann et al 23,27 Tabela 2.…”

“…Efeito da redução de ninhada sobre a glicose e a insulina basais, incremento da glicose e insulina durante o ivGTT, índice de resistência à insulina, índice insulinogênico e perfil lipídico. 19 .…”

“…Estudos demonstram que alterações da sinalização de insulina no tecido adiposo estão associadas à intolerância à glicose, causada por decréscimo do GLUT-4, que é o principal transportador de glicose e depleção de GLUT-1 que também atua no transporte de glicose, estimulando através da insulina a lipogênese e a inibição da lipólise 19 . Efeito semelhante ocorre no tecido muscular em animais NR com decréscimo significativo do GLUT-4 19 .…”