Obesity-induced hepatic changes during pregnancy

Abstract

A obesidade é uma doença cuja incidência no mundo continua a aumentar, sendo acompanhada pela incidência de diabetes mellitus e NAFLD (Doença do Fígado Gordo Não Alcoólico). Obesidade em mulheres durante a gravidez representa mais de metade do número total de gestações no mundo. A gravidez é um período delicado nas vidas das mulheres que representa um desafio para o seu metabolismo. Associada à gravidez está um aumento das necessidades energéticas e nutricionais que podem destabilizar o metabolismo hepático das mulheres e exacerbar doenças hepáticas associadas à obesidade. A obesidade durante a gravidez tem, de facto, sido associada ao desenvolvimento de várias doenças de origem metabólica durante e após a gestação. Disfunção mitochondrial e alterações metabólicas estão normalmente presentes nestes tipos de situações.O objetivo deste estudo é caraterizar os efeitos da obesidade durante a gestação na função mitocondrial hepática.Foi utilizado um modelo ovino de obesidade durante a gravidez previamente bem validado que consiste no consumo de 150% da dieta recomendada a partir de 60 dias antes da fertilização e que durou durante o período de gestação. A 90% deste tempo, as ovelhas foram eutanasiadas sobre anestesia geral e o tecido hepático materno foi recolhido. O estado oxidativo, remodelação metabólica, função mitocondrial, defesas antioxidantes e mecanismos de autofagia do fígado foram determinados por imunodeteção e atividades enzimáticas e quantificações moleculares, os últimos por métodos espetrofotométricos. Os resultados foram avaliados através da comparação do grupo controlo (ML-C, n=10) e o grupo de obesidade durante a gravidez (ML-MO, n=8). Esta comparação foi efetuada no tecido total e nos lóbulos esquerdo e direito do fígado separadamente. Foi utilizado o teste estatístico mais pertinente e valores com p < 0.05 foram considerados significativos.A obesidade durante a gravidez induzia alterações no metabolismo hepático através do aumento da razão NAD+/NADH (devida à diminuição dos níveis de NADH), diminuindo a atividade da PKA e a expressão proteica do PPAR-γ. Ainda que não tenha sido encontrada qualquer variação no conteúdo mitocondrial (através do numero de copias de ADN mitocondrial, atividade da citrato sintetase, e expressão proteica do TOM20 e VDAC), a abundancia relativa de várias subunidades dos complexos da cadeia respiratória mitocondrial encontra-se diminuída. Surpreendentemente a atividade dos complexos I e IV estava aumentada com a obesidade durante a gravidez, enquanto o complexo II estava diminuindo, seguindo a tendência da expressão proteica. Apesar de não existirem alterações na quantidade de mitocôndrias, a fusão mitocondrial está diminuída e a fissão aumentada, sem alterações na biogénese mitocondrial. Ainda, a obesidade durante a gravidez resulta num aumento da peroxidação lipídica hepática (níveis de MDA), uma diminuição da razão GSH/GSSG e da atividade da SOD, enquanto as atividades da catalase, da glutationa redutase e da glutationa peroxidase estarem comprometidas. O fluxo autofágico, medido através da razão LC3-II / LC3-I, está aumentado apesar da diminuição das atividades das catepsinas e da expressão proteica da Beclin-1 e Bcl-2, sem alterações nos níveis de p62. Ainda, a fosforilação da Bcl-2 na Thr 56 está aumentada devido à obesidade durante a gravidez.Em conclusão, a obesidade antes e durante a gravidez leva a alterações mitocondriais hepáticas, aumentando o stress oxidativo, a degradação de mitocôndrias e induzindo um desiquilibrio no estado oxidativo do fígado, o que pode exarcebar disfunções mitocondriais e predispor para doenças metabólicas. A monitorização da função hepática durante a desafiante janela da gravidez pode fornecer novas pistas sobre doenças hepáticas.

Obesity is rising worldwide and is accompanied by increased incidence of diabetes mellitus and NAFLD. Maternal obesity during pregnancy represents more than a half of total world pregnancies. Pregnancy is a critical period in a woman’s life representing a challenge to mother’s metabolism. Pregnancy-associated increase in energy and nutrient requirements stress maternal hepatic metabolism which could exacerbate obesity-related hepatic disease. In fact, Maternal Obesity during pregnancy (MO) has been associated with the development of numerous metabolic diseases during and after the gestation. Mitochondrial dysfunction and metabolic alterations are often present in such conditions. The goal of this study was to characterize the effects of maternal obesity during gestation on the maternal hepatic mitochondrial function.We used a well-established and characterized MO ovine model resulting from 150% recommended global nutrient intake from 60 days before conception, throughout gestation. At 90% gestation, ewes were euthanized under general anesthesia and maternal hepatic tissue collected. Hepatic redox state, metabolic remodulation, mitochondrial function, antioxidant defenses and autophagic mechanisms were determined by western blotting as well as enzymatic activities and molecular quantifications using spectroscopy assays. Data were compared between MO (ML-MO, n=8) and control groups (ML-C, n=10) in total hepatic tissue and in right and left hepatic lobes separately, using the most pertinent statistical test, and p < 0.05 considered as statistically significant.MO induced alterations in maternal hepatic metabolism by increasing NAD+/NADH ratio, mainly by decreasing NADH levels, decreasing PKA activity and PPAR-γ protein expression. Although no alteration in mitochondrial content was observed, through mtDNA copy number, citrate synthase activity and TOM20 and VDAC protein expression, the hepatic protein abundance for several subunits of mitochondrial respiratory chain complexes subunits was decreased. Surprisingly, hepatic complex I and IV activities increased due to MO while complex II follow the same behavior than its protein expression, decreasing. Despite no alteration in mitochondrial content, mitochondrial fusion is decreased, and mitochondrial fission is increased without alterations in mitochondrial biogenesis. Additionally, MO resulted in a hepatic increase in lipid peroxidation (MDA levels), decrease in GSH/GSSG ratio and SOD activity, while catalase, glutathione reductase and glutathione peroxidase activities are compromised. Autophagic flux, measured as the LC3-II/LC3-I ratio, was increased although cathepsin B activity, and Beclin-1 and Bcl-2 protein levels were decreased in the livers of MO without alterations in p62 levels. Moreover, Bcl-2 phosphorylation in Thr 56 is increased in MO livers.In conclusion, MO before and during pregnancy leads to hepatic mitochondrial metabolic alterations, inducing increase in oxidative stress, mitochondria degradation and inducing an imbalanced liver redox state which may exacerbate mitochondrial dysfunction predisposing to hepatic diseases later in life. Monitoring hepatic function during the challenging window of pregnancy can provides new insights for the understanding of hepatic disease.