Mecanismos moleculares de resistência à insulina na síndrome metabólica

INTRODUÇÃO

Após a descoberta da insulina por Banting e Best, em 1922(1), o diabetes foi considerado uma doença causada exclusivamente pela deficiência da secreção desse hormônio. Dez anos depois, Himsworth notou variações nas respostas de pacientes diabéticos à insulina e sugeriu que a redução da sensibilidade à insulina, e não sua deficiência, constituía o mecanismo fisiopatológico central em muitos diabéticos(2). Essa idéia permaneceu desacreditada até o desenvolvimento do radioimunoensaio(3-5), que comprovou definitivamente que pacientes com diabetes iniciado na vida adulta tinham, na realidade, altos níveis de insulina circulante. Estudos posteriores(6-9) sedimentaram as bases para a idéia de que a resistência à insulina é essencial para o desenvolvimento do diabetes do tipo 2.

Clinicamente, a síndrome de resistência à insulina, também conhecida por síndrome X ou síndrome metabólica, compreende um espectro de distúrbios, com a hiperglicemia representando uma das características mais importantes do diagnóstico. Essas alterações metabólicas incluem resistência à insulina com ou sem diabetes melito do tipo 2, hipertensão arterial, obesidade (especialmente central ou androgênica), dislipidemia, disfunção endotelial e doença cardiovascular acelerada, além da presença de partículas pequenas e densas de LDL, hipercoagulabilidade, hiperuricemia e síndrome de ovários policísticos (anovulação crônica e hiperandrogenismo)(9, 10). A anormalidade central associada à síndrome metabólica parece ser a resistência dos tecidos periféricos à insulina, a qual pode ser definida como um estado de resposta biológica subnormal aos níveis circulantes de insulina.

A insulina é um hormônio polipeptídico anabólico produzido pelas células beta do pâncreas, cuja síntese é ativada pelo aumento dos níveis circulantes de glicose e aminoácidos após as refeições. A insulina age em vários tecidos periféricos, incluindo músculo, fígado e tecido adiposo. Seus efeitos metabólicos imediatos incluem: aumento da captação de glicose, principalmente nos tecidos muscular e adiposo, aumento da síntese de proteínas, ácidos graxos e glicogênio, bem como bloqueio da produção hepática de glicose (via diminuição da neoglicogênese e glicogenólise), da lipólise e da proteólise. Além disso, a insulina tem efeitos tardios na expressão de genes e síntese protéica, assim como na proliferação e na diferenciação celulares. Outras funções da insulina incluem o aumento da produção de óxido nítrico no endotélio, a prevenção da apoptose ou morte celular e a promoção da sobrevida celular.

Para que sejam compreendidos os mecanismos moleculares da resistência à insulina da síndrome metabólica, é necessário inicialmente descrever como a insulina transmite seu sinal no meio intracelular desde seu receptor até os efetores finais. A compreensão das etapas moleculares da sinalização de insulina pode proporcionar novas abordagens terapêuticas para estados de resistência à insulina, incluindo obesidade, diabetes melito do tipo 2, hipertensão arterial e intolerância à glicose associada a diversas endocrinopatias.

ETAPAS INICIAIS DA SINALIZAÇÃO INSULÍNICA

O receptor de insulina

A Figura 1 mostra um esquema simplificado das etapas de sinalização intracelular desde a ligação da insulina a seu receptor até a ativação do transporte de glicose. Os eventos que ocorrem após a ligação da insulina a seu receptor são altamente regulados e específicos(11). A sinalização intracelular da insulina começa com sua ligação a um receptor específico de membrana, uma proteína heterotetramérica com atividade quinase, composta por duas subunidades alfa e duas subunidades beta, que atua como uma enzima alostérica na qual a subunidade alfa inibe a atividade tirosina quinase da subunidade beta. A ligação da insulina à subunidade alfa permite que a subunidade beta adquira atividade quinase, levando à alteração conformacional e à autofosforilação do receptor nas subunidades beta em múltiplos resíduos de tirosina (1158, 1162, 1163), o que aumenta ainda mais sua atividade quinase(12-15).

Figura 1. Vias de sinalização da insulina.

Os substratos do receptor de insulina

Uma vez ativado, o receptor de insulina fosforila vários substratos protéicos em tirosina. Atualmente, dez substratos do receptor de insulina já foram identificados. Quatro desses pertencem à família dos substratos do receptor de insulina, as proteínas IRS(16). Outros substratos incluem Shc, Gab-1, p60dok, Cbl, JAK2 e APS(11, 17-19). A fosforilação em tirosina das proteínas IRS cria sítios de reconhecimento para moléculas contendo domínios com homologia a Src 2 (SH2). Dentre elas destaca-se a fosfatidilinositol 3-quinase (PI 3-quinase). As funções fisiológicas do IRS-1 e do IRS-2 foram estabelecidas por meio da produção de camundongos sem os genes que codificam esses substratos (camundongos "knockout" para IRS-1 e IRS-2). O camundongo que não expressa IRS-1 apresenta resistência à insulina e retardo de crescimento, mas não é hiperglicêmico(20). Foi sugerido que o IRS-2 poderia compensar parcialmente a ausência de IRS-1, o que explicaria o fenótipo de resistência à insulina sem hiperglicemia do camundongo "knockout" para IRS-1. O camundongo que não expressa o IRS-2 foi

gerado há alguns anos(21) e apresenta um fenótipo diferente do camundongo sem IRS-1: hiperglicemia acentuada decorrente de diversas anormalidades na ação da insulina nos tecidos periféricos e falência da atividade secretória das células beta acompanhada de redução significativa da massa de células beta pancreáticas. Em contraste, camundongos "knockout" para IRS-3 e IRS-4 têm crescimento e metabolismo de glicose quase normais(22, 23).

Inibição da sinalização do receptor de insulina

O receptor de insulina, além de ser fosforilado em tirosina, também pode ser fosforilado em serina, o que atenua a transmissão do sinal pela diminuição da capacidade do receptor em se fosforilar em tirosina após estímulo com insulina(24). Essas fosforilações inibitórias causam "feedback" negativo na sinalização insulínica e podem provocar resistência à insulina(25). Estudos recentes indicam que a resistência à insulina induzida pela obesidade pode ser decorrente da ativação seqüencial da proteína quinase C (PKC) e da quinase inibidora do fator nuclear kB (IKkB); entretanto, os detalhes dessa via de sinalização ainda não são claros(26, 27).

A ação da insulina também é atenuada por proteínas fosfatases de tirosina, que catalisam a rápida desfosforilação do receptor de insulina e de seus substratos. Várias proteínas fosfatases de tirosina foram identificadas; dentre elas, destaca-se a PTP1B. Camundongos "knockout" para PTP1B têm aumento da fosforilação em tirosina do receptor de insulina e das proteínas IRS no músculo; conseqüentemente, apresentam aumento da sensibilidade à insulina(28). Além disso, camundongos PTP1B-/- também são resistentes à obesidade induzida por dieta, sugerindo que o cérebro pode ser um importante local de ação da insulina e implicando a PTP1B como alvo terapêutico potencial no diabetes e na obesidade.

A PI 3-quinase e a proteína quinase B (PKB/Akt)

A PI 3-quinase é importante na regulação da mitogênese, na diferenciação celular e no transporte de glicose estimulado pela insulina(29-32). Atualmente, essa é a única molécula intracelular considerada essencial para o transporte de glicose(33). A PI 3-quinase foi originalmente identificada como um dímero composto de uma subunidade catalítica (p110) e uma subunidade regulatória (p85). A ligação dos sítios YMXM e YXXM (em que Y = tirosina, M = metionina e X = qualquer aminoácido) fosforilados das proteínas IRS ao domínio SH2 da subunidade p85 da PI 3-quinase ativa o domínio catalítico associado da subunidade p110(34). A enzima catalisa a fosforilação dos fosfoinositídeos na posição 3 do anel de inositol, produzindo fosfatidilinositol-3-fosfato, fosfatidilinositol-3,4-difosfato e fosfatidilinositol-3,4,5-trifosfato(35). Este último produto liga-se aos domínios PH ("pleckstrin homology") de diversas moléculas sinalizadoras, alterando sua atividade e localização subcelulares(35). Além disso, a PI 3-quinase também possui atividade serina-quinase; e como suas duas subunidades podem interagir com outras proteínas sinalizadoras, estudos recentes sugerem que essa enzima pode ser importante na ação da insulina independentemente da produção de fosfatidilinositol-3,4,5-trifosfato(36).

O produto fosfatidilinositol-3,4,5-trifosfato gerado pela PI 3-quinase pode regular a PDK-1 ("phosphoinositide-dependent kinase 1"), uma serina/treonina quinase que fosforila e ativa outra serina/treonina quinase conhecida por Akt ou PKB(37). Akt possui um domínio PH que interage diretamente com fosfatidilinositol-3,4,5-trifosfato, promovendo o direcionamento da proteína para a membrana celular, bem como sua atividade catalítica. Seus efeitos são dependentes da ativação de várias quinases intracelulares envolvidas na transmissão do sinal de insulina até a captação de glicose, a síntese de glicogênio e a síntese protéica. Além de fosforilar a Akt, há evidências de que a PDK-1 seja capaz de, em resposta à insulina, fosforilar isoformas atípicas da PKC (z e l) envolvidas na síntese protéica e no transporte de vesículas de GLUT4 para a membrana celular para promover a captação de glicose(38-42). Isso demonstra que o transporte de glicose pode ser mediado por diferentes vias de sinalização intracelular (Akt e PKCz/l)); essa diversidade de sinalização pode abrir mecanismos compensatórios em casos de mutações afetando a Akt ou isoformas da PKC.

Permanecem obscuros os mecanismos pelos quais as etapas iniciais de sinalização da insulina convergem para as vesículas que contêm GLUT4, incitando seu transporte para a membrana celular. No jejum, GLUT4 é continuamente reciclado entre a membrana celular e os vários compartimentos intracelulares. Na presença do estímulo da insulina, a taxa de exocitose das vesículas contendo GLUT4 aumenta intensamente, além de ocorrer pequena redução da taxa de internalização. A exocitose estimulada pela insulina é similar à exocitose de vesículas sinápticas(43, 44). As vesículas de GLUT4, em particular, contêm as proteínas V-SNARE, VAMP2 e VAMP3, que fisicamente interagem com seus pares t-SNARE (sintaxina 4 e SNAP23) na membrana celular durante a translocação das vesículas de GLUT4. Apesar de essas interações serem essenciais para a translocação do GLUT4, nenhuma dessas proteínas parece ser alvo da insulina. No entanto, pode-se especular que alterações específicas dos complexos de proteínas SNARE, que atuam paralelamente à via da PI 3-quinase, possam contribuir para a resistência à insulina.

A via CAP/Cbl

Além da ativação da PI 3-quinase, outros sinais também podem ser necessários para que a insulina estimule o transporte de glicose(11). Essa segunda via envolve a fosforilação do protooncogene c-Cbl(45) e é aparentemente independente da ativação da PI 3-quinase. Na maioria dos tecidos sensíveis à insulina, Cbl está associado com a proteína adaptadora CAP ("Cbl-associated protein")(46). Após a fosforilação, o complexo Cbl-CAP migra para a membrana celular e interage com a proteína adaptadora CrkII, que também está constitutivamente associada com a proteína C3G(47, 48). A C3G é uma proteína trocadora de nucleotídeos que catalisa a troca de GDP por GTP da proteína TC10, ativando-a. Uma vez ativada, a TC10 desencadeia um segundo sinal para a translocação da proteína GLUT4 para a membrana celular, em paralelo à ativação da via da PI 3-quinase(48). Recentemente foi demonstrado que a insulina estimula agudamente a fosforilação em tirosina de Cbl e sua associação com a CAP no tecido adiposo de animais normais, e também que essa via pode participar do controle da adiposidade em modelos animais de resistência à insulina(49).

Cascatas de fosforilação estimuladas pela insulina

Semelhante a outros fatores de crescimento, a insulina estimula a "mitogen-activated protein" (MAP) quinase. Essa via inicia-se com a fosforilação das proteínas IRS e/ou Shc, que interagem com a proteína Grb2(50). A Grb2 está constitutivamente associada à SOS, proteína que troca GDP por GTP da Ras, ativando-a. A ativação da Ras requer a participação da SHP2. Uma vez ativada, a Ras estimula a fosforilação em serina da cascata da MAP quinase, o que estimula a proliferação e a diferenciação celulares(51). O bloqueio farmacológico dessa via previne a ação da insulina no crescimento celular, mas não tem efeito nas ações metabólicas do hormônio(52).

A insulina aumenta a síntese e bloqueia a degradação de proteínas por meio da ativação da mTOR. Essa proteína controla a translação de proteínas diretamente por meio da fosforilação da p70-ribossomal S6 quinase (p70rsk), a qual ativa a síntese ribossomal de proteínas pela fosforilação da proteína S6(52). A mTOR também fosforila a PHAS1, que aumenta a síntese protéica via aumento da translação de proteínas(53).

Diversos estudos têm demonstrado que a ativação da via da MAP quinase pela insulina não está reduzida no diabetes do tipo 2 e em outros estados de resistência à insulina, podendo até mesmo estar aumentada(54-56). Possivelmente assim a hiperinsulinemia crônica, à qual os tecidos estão expostos nesses estados, exerceria efeitos deletérios sobre o crescimento celular na vasculatura, resultando em doença cardiovascular.

Regulação da síntese de glicogênio

A insulina inibe a produção e a liberação de glicose no fígado por meio do bloqueio da neoglicogênese e da glicogenólise (Fig. 2). A insulina estimula o acúmulo de glicogênio pelo aumento do transporte de glicose no músculo e a síntese de glicogênio no fígado e no músculo. Este último efeito é obtido via desfosforilação da glicogênio-sintetase. Após estímulo com insulina, a Akt fosforila e inativa a GSK-3, o que diminui a taxa de fosforilação da glicogênio-sintetase, aumentando sua atividade(57). A insulina também ativa a proteína fosfatase 1, por um processo dependente da PI 3-quinase, que desfosforila a glicogênio-sintetase diretamente(58). Na neoglicogênese, a insulina inibe diretamente a transcrição de genes que codificam a fosfoenolpiruvato-carboxiquinase (PEPCK), enzima- chave no controle desse processo. O hormônio também diminui a taxa de transcrição do gene que codifica a frutose-1,6-bifosfatase e a glicose 6-fosfatase e aumenta a transcrição de genes de enzimas glicolíticas, como a glicoquinase da piruvato quinase(59, 60). As vias de sinalização que regulam a transcrição desses genes permanecem desconhecidas, mas envolvem a Akt e fatores de transcrição da família "forkhead" e o coativador do PPARy, PGC-1. A insulina também altera a quantidade de ácidos graxos livres liberados da gordura visceral(61). O fluxo direto de ácidos graxos na veia porta para o fígado modula a sensibilidade à insulina nesse órgão, regulando a produção de glicose.

Figura 2. Regulação do metabolismo de glicose no fígado.

Regulação da síntese e degradação de lipídios

A homeostase de lipídios em células de vertebrados é regulada por uma família de fatores de transcrição designada "sterol regulatory element-binding proteins" (SREBP) (Fig. 3). SREBPs ativam diretamente a expressão de aproximadamente 30 genes que se dedicam à síntese e captação de colesterol, ácidos graxos, triglicérides e fosfolipídios, assim como a de NADPH, um co-fator necessário para a síntese dessas moléculas(62-65). No fígado, três SREBPs regulam a produção de lipídios. SREBP-1c aumenta preferencialmente a transcrição de genes envolvidos na síntese de ácidos graxos, entre eles a acetil-CoA carboxilase (ACC), que converte a acetil-CoA em malonil-CoA, e a ácido graxo-sintetase (FAS), que converte a malonil-CoA em palmitato. Uma ação clássica da insulina é estimular a síntese de ácidos graxos no fígado em períodos de excesso de carboidratos. Várias evidências sugerem que esses efeitos da insulina são mediados pelo aumento de SREBP-1c(66-68). "In vivo", a quantidade total de SREBP-1c no fígado é reduzida pelo jejum, que suprime a secreção de insulina, e aumenta com a realimentação(69, 70). De forma semelhante, os níveis de mRNA de SREBP-1c diminuem em animais com diabetes induzido por estreptozotocina e aumentam após tratamento com insulina. A hiperexpressão de SREBP-1c no fígado de animais transgênicos previne a redução do mRNA das enzimas lipogênicas. Muitos indivíduos com obesidade e resistência à insulina apresentam esteatose hepática. As evidências indicam que a esteatose hepática da resistência à insulina é causada pelo acúmulo de SREBP-1c, que está elevado em resposta aos altos níveis circulantes de insulina. De maneira semelhante, os níveis de SREBP-1c estão elevados no fígado de camundongos ob/ob(70,

71). Apesar da presença de resistência à insulina nos tecidos periféricos, a insulina continua a ativar a transcrição de SREBP-1c no fígado desses camundongos. O nível elevado de SREBP-1c nuclear aumenta a expressão de genes lipogênicos, a síntese de ácidos graxos e o acúmulo de triglicérides(71, 72). Em adipócitos a insulina também reduz a lipólise por meio da inibição da lipase hormônio-sensível(73). Essa enzima é ativada pela PKA (proteína quinase A). A insulina inibe a atividade da PKA, ativando a fosfodiesterase AMP cíclico específica (PDE3B), que reduz os níveis de AMP cíclico

nos adipócitos(74). A ativação da PDE3B é dependente e distal à ativação de PI 3-quinase e Akt pela insulina.

Figura 3. Regulação do metabolismo lipídico no fígado.

O que causa resistência à insulina?

A resistência à insulina da obesidade e do diabetes do tipo 2 é caracterizada por alterações em diversos pontos, com redução da concentração e da atividade quinase do receptor, da concentração e da fosforilação do IRS-1 e -2, da atividade da PI 3-quinase, da translocação dos transportadores de glicose (GLUTs) e da atividade das enzimas intracelulares(11). Isso pode ocorrer em paralelo à manutenção da ativação normal da via mitogênica, representada pela MAP quinase(54-56).

Fatores genéticos e adquiridos podem influenciar a sensibilidade à insulina. Defeitos genéticos no receptor de insulina são relativamente raros, mas representam as formas mais graves de resistência à insulina, e são exemplificados pelo leprechaunismo, pela síndrome de Rabson Mendenhall e pela síndrome de resistência à insulina tipo A(6, 75). Diferenças na apresentação clínica podem ser decorrentes da gravidade do defeito genético, da capacidade dos receptores mutantes de formar híbridos com outros receptores (como, por exemplo, o de IGF-1), e outros fatores de base, genéticos e adquiridos, que modificam o estado de resistência à insulina. A síndrome de resistência à insulina e o diabetes do tipo 2 são poligênicos e podem envolver polimorfismos em vários genes que codificam as proteínas envolvidas nas vias de sinalização da insulina, na secreção de insulina e no metabolismo intermediário(76).

Deleções selecionadas de componentes da sinalização de insulina "in vivo" usando recombinação homóloga permitiram novas interpretações sobre a complexidade desses mecanismos. Embora alguns defeitos únicos na via de sinalização da insulina possam resultar em diabetes ("knockout" do receptor de insulina, do IRS-2 ou da Akt2), em

outros não se observa o mesmo resultado ("knockout" da subunidade p85 da PI 3-quinase, do IRS-1 e do GLUT4). Além disso, "knoc-kout" de genes envolvidos em "desligar" o sinal de insulina, como a PTP1B e a SHIP2, melhoram o diabetes em roedores obesos(28, 77).

Combinações de "knockouts" foram produzidas para mimetizar o diabetes do tipo 2 poligênico, com deleções heterozigotas do receptor de insulina e do IRS-1(78), do receptor de insulina, do IRS-1 e do IRS-2(79) e do IRS-1 e da glicoquinase(80). Em algumas dessas combinações, houve clara evidência de epístase genética (interação gene-gene). Por exemplo, embora o "knoc-kout" heterozigoto do receptor de insulina ou do IRS-1 isolados não resultem em diabetes, o "knockout" duplo-heterozigoto leva 50% dos camundongos a desenvolver diabetes. Esse achado marcante propiciou alguns "insights" sobre o diabetes do tipo 2, no qual alterações únicas na expressão do receptor de insulina ou do IRS-1 geram alterações modestas na capacidade de transmissão intracelular do sinal, que, quando combinadas, podem levar à doença.

Um modelo genético que produziu um fenótipo intrigante com relação à homeostase de glicose surgiu a partir dos "knockouts" das subunidades regulatórias p85a da PI 3-quinase. Embora a PI 3-quinase seja central nas ações metabólicas da insulina, o camundongo "knockout" heterozigoto para a p85a exibe aumento da sensibilidade à insulina(81, 82). Além disso, quando essa mutação é produzida em conjunto com o duplo "knoc-kout" heterozigoto receptor de insulina/IRS-1, ela protege contra o diabetes(83-85). Essa surpreendente proteção parece ser decorrente de um fator único na via de sinalização da insulina, na qual o balanço estequiométrico entre a p85a, a subunidade catalítica p110 e as proteínas IRS é crítico para a transmissão do sinal.

A participação de tecidos específicos na patogênese da resistência à insulina e do diabetes do tipo 2 tem sido explorada por meio da técnica de recombinação de DNA Cre-lox para criar "knockouts" tecido-específicos do receptor de insulina(86-89) e do GLUT4(90, 91). Apesar da ausência de diabetes em camundongos com "knockout" global de GLUT4(92), "knockouts" tecido-específicos do GLUT4 no músculo(91) e no tecido adiposo(90) resultaram em intolerância à glicose acentuada. Os "knockouts" tecido-específicos do receptor de insulina também produziram resultados interessantes. Como observado acima, apesar do conhecimento prévio de que a insulina estimula a captação de glicose primariamente no músculo, camundongos com "knoc-kout" do receptor de insulina no músculo apresentam tolerância à glicose normal(86). Isso ocorre, ao menos parcialmente, como resultado do redirecionamento da captação de glicose para a gordura, com subseqüente aumento da massa de tecido adiposo, dos ácidos graxos livres circulantes e dos triglicérides(93). Camundongos com "knockout" adiposo-específico do receptor de insulina também apresentam tolerância à glicose normal, enquanto o "knockout" fígado-específico do receptor de insulina apresenta diminuição da tolerância à glicose e redução do "clearance" de insulina, com acentuada hiperinsulinemia(89). Talvez os resultados mais surpreendentes, entretanto, tenham surgido de estudos de camundongos com "knockout" tecido-específicos do receptor de insulina na célula beta e no sistema nervoso central(87). O primeiro exibe defeito acentuado na secreção de insulina estimulada por glicose, semelhante ao observado no diabetes do tipo 2, enquanto o último exibe aumento da ingesta alimentar, adiposidade discreta, resistência à insulina e hipertrigliceridemia, assim como redução da fertilidade em decorrência de

hipogonadismo hipotalâmico. Em conjunto, esses achados sugerem uma hipótese unificadora para o diabetes do tipo 2, na qual a resistência à insulina em órgãos-alvo clássicos (fígado, músculo e tecido adiposo), combinada à resistência à insulina na célula beta, no cérebro e em outros tecidos, pode resultar no diabetes do tipo 2.

RESISTÊNCIA À INSULINA RELACIONADA AO SEDENTARISMO

O sedentarismo é um fator que contribui para o desenvolvimento ou o aumento da resistência à insulina. Foi demonstrado que a sensibilidade à insulina pode aumentar com a atividade física, independentemente da redução do peso e de mudanças na composição corporal, e que o principal efeito do exercício pode ser o aumento da expressão de elementos intracelulares da via de sinalização da insulina, em particular dos transportadores de glicose na musculatura esquelética(94-98). Indivíduos insulino-resistentes filhos de portadores de diabetes do tipo 2 submetidos a seis semanas de treinamento físico apresentaram melhora da sensibilidade à insulina, demonstrada por aumento da captação de glicose e síntese de glicogênio no músculo(99). Além do efeito do exercício sobre os transportadores de glicose, o aumento do fluxo sanguíneo pode acarretar maior disponibilidade de insulina para os tecidos periféricos, contribuindo para a melhora metabólica observada durante o treinamento físico(100, 101). Outro efeito não-insulino-dependente do exercício é a liberação local de bradicinina, a qual estimula a captação de glicose(102). Além da melhora da sensibilidade à insulina na musculatura, há evidências de que a resistência à insulina no fígado também pode ser reduzida (caracterizada pela redução da produção hepática de glicose), bem como pode ocorrer aumento da captação de glicose pelos adipócitos após o exercício(103-105). Portanto, aceita-se que o exercício físico pode melhorar a sensibilidade à insulina por meio de efeitos no músculo, no fígado e no tecido adiposo(106).

RESISTÊNCIA À INSULINA RELACIONADA À OBESIDADE

O impacto negativo do aumento da quantidade de gordura corporal sobre a sensibilidade à insulina pode ser claramente demonstrado na maioria dos indivíduos, assim como a redução da resistência à insulina observada com a perda de peso e o exercício físico(107). Inicialmente os ácidos graxos livres (AGL) foram implicados nesse processo, mas nos últimos anos vários hormônios produzidos por adipócitos foram descritos, bem como o papel que desempenham no desenvolvimento da resistência à insulina.

Ácidos graxos livres

O tecido adiposo desempenha papel fundamental na resistência à insulina. Os AGL circulantes provenientes dos adipócitos por meio da lipólise estão elevados em muitos estados de resistência à insulina e tem sido sugerida sua participação na resistência à insulina do diabetes do tipo 2 e da obesidade pela inibição da captação de glicose, da síntese de glicogênio e da oxidação de glicose, e também da maior produção hepática de glicose(108). A presença de elevados níveis de AGL circulantes também está associada à redução da fosforilação insulino-estimulada do IRS-1 em tirosina e de sua associação com a PI 3-quinase(109). A ligação entre elevação de AGL e resistência à insulina pode envolver o acúmulo de triglicérides e metabólitos derivados de ácidos graxos (diacilglicerol, acetil-CoA e ceramidas) no músculo e fígado. Estudos inovadores com

ressonância magnética nuclear e radioisótopos (carbono-13 e fósforo-31) demonstraram correlação muito estreita entre o conteúdo de triglicérides intramiocelular e resistência à insulina em pacientes com obesidade e diabetes do tipo 2(110). Camundongos transgênicos com hiperexpressão específica da lipoproteína-lipase no músculo ou fígado exibiram aumento do conteúdo de triglicérides tecidual, que foi correlacionado com redução da ação da insulina e ativação da PI 3-quinase associada ao IRS(111). A ativação da PKC e/ou da quinase IkB e a fosforilação em serina do receptor de insulina e de seus substratos podem ser importantes nesse processo(109).

Adipocinas

Além de servir como estoque de lipídios, a célula adiposa produz e secreta diversos hormônios, chamados coletivamente de adipocinas, as quais podem influenciar profundamente o metabolismo e o gasto energético. A expressão de fator de necrose tumoral-alfa (TNF-a) está aumentada na gordura de roedores e de humanos obesos, e pode promover a fosforilação do IRS-1 em serina, resultando em menor atividade quinase do receptor de insulina e resistência à insulina(24, 112). Em roedores, anticorpos anti-TNF-a melhoram significativamente a resistência à insulina(113), bem como a ausência total do receptor de TNF-a(114-116). Em humanos, no entanto, a importância desse mecanismo ainda é controversa, visto que estudos limitados com anticorpos anti-TNF-a demonstraram pouco ou nenhum efeito sobre o estado de resistência à insulina(117).

A leptina, um hormônio da família das citocinas, é produzida pelo tecido adiposo e age em receptores no sistema nervoso central e em outros locais para inibir a ingesta alimentar e promover o gasto energético(118, 119). O mecanismo molecular por meio do qual a leptina e outros agentes anorexigênicos reduzem o apetite parece envolver a inativação hipotalâmica da AMPK ("AMP-activated protein kinase") pela hiperleptinemia gerada pela adiposidade excessiva, elevando os níveis locais de malonil CoA e inibindo a fome(120). A resistência à insulina caracteriza estados de deficiência ou resistência graves à leptina, como os camundongos ob/ob ou db/db, ou modelos genéticos de diabetes lipoatrófico(121-123). Em alguns desses, a administração de leptina exógena melhora a tolerância à glicose e a sensibilidade à insulina, independentemente dos efeitos na ingesta alimentar, provavelmente afetando vias neuroendócrinas que modulam a ação da insulina no fígado(70, 124), embora essa citocina possa também ter efeitos diretos nos hepatócitos(125). Em humanos, a deficiência congênita de leptina ou mutações em seu receptor ocorrem em casos extremamente raros e têm sido associadas com obesidade grave, mas não com diabetes(126), porém os casos estudados são de indivíduos jovens e ainda não é possível prever se eles irão desenvolver resistência à insulina ou diabetes no futuro.

Adiponectina (também chamada Acrp30 ou adipoQ) é um peptídeo derivado de adipócitos, que possui domínio colagenoso na sua porção aminoterminal e um domínio globular homólogo ao fator do complemento C1q(127). Estudos recentes demonstraram que a expressão de mRNA da adiponectina está reduzida em humanos obesos e camundongos e em alguns modelos de diabetes lipoatrófico. O tratamento agudo de camundongos com essa adipocina reduz a resistência à insulina, os níveis plasmáticos de AGL e o conteúdo de triglicérides no músculo e no fígado, e aumenta a expressão de

genes envolvidos na oxidação de ácidos graxos e no gasto energético(128). Em camundongos lipoatróficos, a resistência à insulina é revertida pela combinação de doses fisiológicas de adiponectina e leptina, mas só parcialmente por essas adipocinas isoladas(129). Em hepatócitos isolados, a adiponectina aumenta a capacidade da insulina de suprimir a produção de glicose(130, 131). Uma pesquisa recente utilizando a técnica de rastreamento do genoma em humanos mapeou um lócus para suscetibilidade ao diabetes do tipo 2 e síndrome metabólica no cromossomo 3q27, em uma região próxima ao gene da adiponectina(132).

A resistina, o hormônio peptídico secretado por adipócitos descoberto mais recentemente, pertence a uma família de proteínas relacionadas conhecidas por RELMs ("resistin-like molecules") e FIZZ ("found in inflammatory zone"). Estudos iniciais sugeriram que a resistina poderia causar resistência à insulina, já que foram documentados elevados níveis circulantes e teciduais desse hormônio em camundongos obesos, que eram reduzidos pela drogas antidiabéticas da classe das tiazolidinedionas(133). Além disso, a administração de anticorpos anti-resistina reduziu a glicemia e melhorou a ação da insulina em camundongos com obesidade induzida por dieta. No entanto, estudos subseqüentes não confirmaram esses achados iniciais(134). O papel potencial da resistina na síndrome de resistência à insulina ainda é incerto e complicado, em decorrência das incertezas sobre a existência de um homólogo desse hormônio em humanos(135).

PERSPECTIVAS

Resistência à insulina e diabetes do tipo 2 como processo inflamatório subclínico

Estudos transversais têm demonstrado que marcadores inflamatórios e de disfunção endotelial podem predizer o desenvolvimento do diabetes e o ganho de peso em adultos(136). As associações mais significativas com marcadores inflamatórios são observadas com o índice de massa corporal, já que, como visto anteriormente, os adipócitos, especialmente nos obesos, produzem grande variedade de citocinas pró-inflamatórias, tais como leptina, TNF-a, IL-6, além de PAI-1.

Há mais de cem anos, Williamson e colaboradores demonstraram que o tratamento com altas doses de salicilatos, incluindo salicilato sódico e aspirina, reduzia a intensidade da glicosúria em pacientes diabéticos, e em 1957 Reid e colaboradores demonstraram que o tratamento com aspirina por 10 a 14 dias melhorava os resultados dos testes de tolerância à glicose oral em pacientes diabéticos(137). O mecanismo por meio do qual o salicilato pode afetar a homeostase de gIicose permaneceu desconhecido até que foi descoberto que essa droga inibe a atividade de uma serina-quinase conhecida por IkB quinase-ß (IKK-ß)(138). Essa serina-quinase participa da via de transmissão do sinal de TNF-a e IL-1, importantes no desenvolvimento do processo inflamatório, que cuImina com a regulação de fatores de transcrição, como o NF-kB.

NF-kB corresponde a uma família de fatores de transcrição celulares envoIvidos na expressão de uma grande variedade de genes que regulam a resposta inflamatória(139). NF-kB permanece seqüestrado no citoplasma por proteínas inibitórias, as IkB, que são fosforiladas por um complexo de quinases conhecidas por IKK. IKK é composto de 2

quinases, IKK-a e IKK-ß, as quais fosforilam IkB, desencadeando sua degradação e permitindo, assim, a translocação do NF-kB para o núcleo. A atividade quinase de IKK é estimulada pelo TNF-a e peIa hiperexpressão de MEKK1 e NIK; por outro lado, os agentes antiinflamatórios aspirina e salicilato sódico inibem especificamente a IKK-ß, evitando assim a ativação, pela NF-kB, de genes envolvidos na resposta inflamatória.

Para testar a hipótese de que a resistência à insulina pode envolver a ativação induzida por lipídios de uma cascata de serina-quinases envolvendo a IKK-ß, foi estudada a transmissão do sinal de insulina em ratos durante "clamp" euglicêmico-hiperinsulinêmico após infusão de lipídios, precedida ou não de tratamento com salicilato(26). A infusão de lipídios reduziu a captação de glicose estimulada por insulina e a ativação da PI 3-quinase associada ao IRS-1 no músculo esquelético, mas o pré-tratamento com salicilato evitou esses efeitos induzidos por lipídios. Para examinar o mecanismo de ação do salicilato, foram estudados os efeitos da infusão de lipídios na sinalização de insulina em camundongos "knockout" para IKK-ß. Ao contrário da resposta observada no animal controle, o camundongo que não expressa IKK-ß não apresentou a alteração na sinalização de insulina observada após a infusão de lipídios. Adicionalmente, a aspirina pode aumentar a sensibilidade à insulina "protegendo" o IRS-1 da fosforilação em serina promovida por diversas quinases, especialmente JNK e IKK do IRS-1 em serina(140). Ou seja, altas doses de salicilatos e a inativação da IKK-ß evitam a resistência à insulina induzida por lipídios no músculo esquelético, bloqueando defeitos induzidos por lipídios na sinalização e na ação da insulina.

Em estados de resistência à insulina, mediadores como TNF-a e AGL levam à ativação do IKK por meio de vias de sinalização intermediárias. Tal ativação, por sua vez, aumenta indiretamente o número de resíduos de serina e treonina fosforilados no IRS-1, transformando-o em uma proteína com ação inibitória sobre o sinal de insulina. Na presença de salicilatos, a atividade do IKK é inibida, reduzindo a fosforilação do IRS-1 em serina e treonina e permitindo que esse substrato seja mais fosforilado em tirosina, podendo se ligar e ativar a PI 3-quinase, iniciando vias de sinalização reguladoras do metabolismo(141). Recentemente, foi investigado o efeito de altas doses de salicilatos na resistência à insulina de animais obesos (camundongos ob/ob) e foi demonstrada melhora acentuada da resistência a esse hormônio, associado à redução dos níveis de AGL e triglicérides(27). Nesse mesmo estudo, o uso de outros antiinflamatórios que inibem as cicloxigenases não alterou a sensibilidade à insulina, sugerindo que o efeito não depende da inibição dessas enzimas. O efeito dos salicilatos parece ser conseqüência da inibição da serina-quinase IKK-ß. Tais dados sugerem que pode ocorrer um fenômeno inflamatório (provavelmente subclínico) na patogênese da resistência à insulina, na obesidade e no diabetes do tipo 2, e a serina-quinase IKK-ß aparece como uma molécula com grande potencial terapêutico para melhora da sensibilidade à insulina.

Existem mais de cem resíduos de serina que podem ser fosforilados no IRS-1, e muitas proteínas quinases fosforilam o IRS-1, incluindo JNK, PKCz, IKK-ß, mTOR, MAP quinase e AMPK, embora a JNK tenha recebido mais atenção recentemente por ser capaz de se associar ao IRS-1 e promover sua fosforilação no resíduo 307 de serina (Ser307), tornando esse substrato mais refratário à associação com o receptor de insulina e, conseqüentemente, reduzindo sua fosforilação em tirosina, o que pode contribuir para

a resistência à insulina durante situações de estresse fisiológico, como inflamação e obesidade(142).

CONCLUSÕES

Houve um progresso científico considerável na compreensão dos mecanismos moleculares de ação da insulina e nas alterações protéicas que levam à resistência à insulina. No entanto, muitas lacunas não foram preenchidas. É necessário definir algumas das etapas das vias de transmissão do sinal, elucidar os mecanismos de "cross-talk" com outros hormônios, e determinar a suscetibilidade genética da resistência à insulina e as interações entre os genes e o ambiente. Esses estudos provavelmente irão propiciar uma abordagem terapêutica individualizada para os pacientes portadores da síndrome de resistência à insulina, bem como fornecer medidas para sua prevenção.

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Henrique Gottardello Zecchin, José Barreto Campello Carvalheira,Mario José Abdalla Saad