NAGIOS: RODERIC FUNCIONANDO

Study of metabolic profile, oxidative stress, mitochondrial function and autophagy in diabetes and their relationship with the development of cardiovascular complications: effects of a nutritional intervention and empagliflozin treatment

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Study of metabolic profile, oxidative stress, mitochondrial function and autophagy in diabetes and their relationship with the development of cardiovascular complications: effects of a nutritional intervention and empagliflozin treatment

dc.contributor.advisor	Victor Gonzalez, Victor Manuel
dc.contributor.advisor	Rocha Barajas, Milagros
dc.contributor.author	Canet Suquillo, Francisco Gerardo
dc.contributor.other	Departament de Fisiologia	es_ES
dc.date.accessioned	2023-11-28T08:59:55Z
dc.date.available	2023-11-29T05:45:07Z
dc.date.issued	2023	es_ES
dc.date.submitted	23-11-2023	es_ES
dc.identifier.uri	https://hdl.handle.net/10550/91473
dc.description.abstract	La diabetes es una enfermedad metabólica crónica que se caracteriza por los niveles elevados de glucosa en sangre. La mayoría de los casos de diabetes se agrupan en dos categorías: diabetes tipo 1 (T1D) y tipo 2 (T2D). También existe una categoría intermedia de pacientes, conocidos como prediabéticos, que tienen niveles de glucosa más alta de lo normal, pero no lo suficiente como para ser diagnosticados con diabetes. Tanto diabéticos como prediabéticos, presentan un mayor riesgo de desarrollar enfermedades cardiovasculares (CVD), que a nivel macrovascular se manifiestan principalmente como aterosclerosis. La hiperglucemia sostenida induce la sobreproducción de especies reactivas del oxígeno (ROS), lo que conduce al estrés oxidativo. Numerosas pruebas indican que el estrés oxidativo desempeña un papel clave en la patogénesis de la aterosclerosis. De hecho, el aumento de la producción mitocondrial de ROS altera la función mitocondrial, potencia la inflamación y activa procesos celulares, como la autofagia, para restablecer la homeostasis. Los leucocitos circulantes pueden reflejar el estado redox, el estado inflamatorio y las alteraciones debidas a los tratamientos en pacientes diabéticos; y son actores clave en el desarrollo de la aterosclerosis. Además, los metabolitos plasmáticos pueden reflejar el metabolismo sistémico. De ahí que los leucocitos y la metabolómica plasmática sean herramientas útiles en la investigación traslacional sobre la diabetes. El manejo adecuando de la diabetes requiere de alimentación y hábitos de vida saludables, así como también medicamentos para el control glicémico. La empagliflozina, un fármaco antidiabético perteneciente a los inhibidores del cotransportador sodio-glucosa 2 (iSGLT2), también ha demostrado propiedades cardioprotectores, sin embargo, el mecanismo detrás de este efecto cardioprotector no se encuentra del todo dilucidado. En base a lo anterior, el objetivo principal de la presente tesis doctoral fue evaluar las alteraciones celulares, moleculares y el estado redox en condiciones de hiperglicemia - desde pacientes con mayor riesgo de desarrollar diabetes hasta pacientes con un diagnóstico de T1D o T2D - y determinar si alguna de estas alteraciones puede ser modulada por una intervención nutricional o tratamiento farmacológico. Para ello, primero se caracterizó el perfil metabolómico en suero y transcriptómico en leucocitos de pacientes en riesgo de desarrollar diabetes para identificar biomarcadores que puedan predecir el progreso hacia T2D; y posteriormente determinar si estos pueden ser modulados por una intervención nutricional con proteína de salmón. Los resultados sugieren que los metabolitos plasmáticos GlycA, MUFA%, glicina y acetato pueden ser biomarcadores para predecir la progresión hacia la T2D; sin embargo, su utilidad requiere más pruebas y validación en futuros estudios prospectivos. Aún está por determinar si estos nuevos biomarcadores son más sensibles a las intervenciones dietéticas en personas con un mayor riesgo de T2D. Además, se evaluó el estado bioenergético y redox de leucocitos de pacientes con T1D y se comparó con el de controles sanos, y el estado de la autofagia y las interacciones leucocito-endotelio. Se encontró que los leucocitos de T1D presentan un aumento en la producción de especies reactivas de oxígeno (ROS), un deterioro de la tasa de respiración mitocondrial y una autofagia activada. Estas alteraciones se producen en paralelo a una reducción general de las defensas antioxidantes y un aumento de la interacción entre los leucocitos y las células endoteliales. Apoyando la idea de que la T1D deteriora la función mitocondrial y promueve el estrés oxidativo y la autofagia en los leucocitos, y que estos mecanismos pueden contribuir a un mayor riesgo de aterosclerosis al aumentar las interacciones leucocito-endotelio. Finalmente, se evaluaron potenciales efectos cardioprotectores del tratamiento con empagliflozina sobre parámetros de inflamación y estrés oxidativo en pacientes con T2D. Se encontró que la empagliflozina disminuye las interacciones leucocito-endotelio, las moléculas de adhesión leucocitarias e IL-6 en suero, así como también reduce los ROS mitocondriales, la expresión de NF-kB y promueve la actividad antioxidante en los leucocitos de T2D. Estos efectos destacan el valor de este fármaco para prevenir el proceso aterosclerótico, la inflamación y, en consecuencia, posibles episodios cardiovasculares en pacientes con T2D.	es_ES
dc.description.abstract	Diabetes is a chronic metabolic disease characterised by high blood glucose levels. Most cases of diabetes are grouped into two categories: type 1 (T1D) and type 2 (T2D) diabetes. There is also an intermediate category of patients, known as pre-diabetics, who have higher than normal glucose levels, but not high enough to be diagnosed with diabetes. Both diabetics and pre-diabetics are at increased risk of developing cardiovascular disease (CVD), which at the macrovascular level manifests mainly as atherosclerosis. Sustained hyperglycaemia induces the overproduction of reactive oxygen species (ROS), leading to oxidative stress. Considerable evidence indicates that oxidative stress plays a key role in the pathogenesis of atherosclerosis. In fact, increased mitochondrial ROS production alters mitochondrial function, enhances inflammation, and activates cellular processes, such as autophagy, to restore homeostasis. Circulating leukocytes can reflect redox state, inflammatory state, and alterations due to treatments in diabetic patients; and are key players in the development of atherosclerosis. In addition, plasma metabolites can reflect systemic metabolism. Hence, leukocytes and plasma metabolomics are useful tools in translational research about diabetes. Proper management of diabetes requires healthy diet and lifestyle habits, as well as medication for glycaemic control. Empagliflozin, an anti-diabetic drug that belongs to the sodium-glucose cotransporter 2 (iSGLT2) inhibitors, has also demonstrated cardioprotective properties, however, the mechanism behind this cardioprotective effect is not fully elucidated. Based on the abovementioned, the main objective of this thesis was to evaluate the cellular, molecular, and redox state alterations in hyperglycaemic conditions - from patients at increased risk of developing diabetes to patients with a diagnosis of T1D or T2D - and to determine whether any of these alterations can be modulated by nutritional intervention or pharmacological treatment. For this, we first characterised the serum metabolomic and leukocyte transcriptomic profiles of patients at risk of developing diabetes to identify biomarkers that may predict progression to T2D; and subsequently determine whether these can be modulated by nutritional intervention with salmon protein. The results suggest that the plasma metabolites GlycA, MUFA%, glycine and acetate may serve as biomarkers for predicting progression to T2D; however, their utility requires further testing and validation in future prospective studies. Whether these new biomarkers are more sensitive to dietary interventions in people at increased risk of T2D remains to be determined. In addition, we evaluated the bioenergetic and redox state of leukocytes from T1D patients compared to healthy controls and assessed autophagy state and leukocyte-endothelium interactions. T1D leukocytes were found to have increased ROS production, impaired mitochondrial respiration rate and activated autophagy. These alterations occur in parallel with an overall reduction in antioxidant defences and increased interaction between leukocytes and endothelial cells. Supporting the idea that T1D impairs mitochondrial function and promotes oxidative stress and autophagy in leukocytes, and that these mechanisms may contribute to an increased risk of atherosclerosis by increasing leukocyte-endothelium interactions. Finally, we evaluated potential cardioprotective effects of empagliflozin treatment on parameters of inflammation and oxidative stress in patients with T2D. Empagliflozin was found to decrease leukocyte-endothelium interactions, leukocyte adhesion molecules and IL-6 in serum, as well as reduce mitochondrial ROS, NF-kB expression and promote antioxidant activity in T2D leukocytes. These effects highlight the value of this drug in preventing the atherosclerotic process, inflammation and, consequently, potential cardiovascular events in patients with T2D.	es_ES
dc.format.extent	194 p.	es_ES
dc.language.iso	en	es_ES
dc.subject	diabetes	es_ES
dc.subject	oxidative stress	es_ES
dc.subject	mitochondria	es_ES
dc.subject	autophagy	es_ES
dc.subject	leukocyte	es_ES
dc.subject	metabolomics	es_ES
dc.subject	transcriptomics	es_ES
dc.subject	atherosclerosis	es_ES
dc.subject	nutrition	es_ES
dc.subject	empagliflozin	es_ES
dc.title	Study of metabolic profile, oxidative stress, mitochondrial function and autophagy in diabetes and their relationship with the development of cardiovascular complications: effects of a nutritional intervention and empagliflozin treatment	es_ES
dc.type	doctoral thesis	es_ES
dc.subject.unesco	UNESCO::QUÍMICA::Bioquímica ::Biología molecular	es_ES
dc.subject.unesco	UNESCO::CIENCIAS DE LA VIDA::Inmunología	es_ES
dc.subject.unesco	UNESCO::CIENCIAS DE LA VIDA::Biología humana	es_ES
dc.subject.unesco	UNESCO::CIENCIAS MÉDICAS ::Ciencias de la Nutrición	es_ES
dc.embargo.terms	0 days	es_ES
dc.rights.accessRights	open access	es_ES