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Doctoral Thesis
DOI
Document
Author
Full name
Natasha Mendonça Machado
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2018
Supervisor
Committee
Waitzberg, Dan Linetzky (President)
Pajecki, Denis
Chaim, Elinton Adami
Cleva, Roberto de
Torres, Bayardo Baptista
Title in Portuguese
Impacto da derivação gástrica em Y de Roux no perfil metabolômico global de mulheres obesas portadoras de diabetes tipo 2
Keywords in Portuguese
Bioquímica
Cirurgia bariátrica
Derivação gástrica
Diabetes mellito tipo 2
Metabolômica
Obesidade
Abstract in Portuguese
Nos últimos anos, muito vem se aprendendo sobre o papel metabólico da derivação gástrica em Y de Roux (DGYR), embora ainda existam questões importantes a serem respondidas. Pacientes obesos, metabolicamente descompensados, apresentam rápida melhora do quadro de diabetes mellito tipo 2 (DM2) no pós-operatório precoce da DGYR. As taxas de remissão do DM2 chegam em até 89% após 1 ano, mas os mecanismos e os fatores determinantes dessa melhora ainda são desconhecidos. Até o quanto se pode averiguar, não há nenhum estudo clínico que explique completamente esse fenômeno em seres humanos. O advento da era pós-genômica vem mudando substancialmente o modo pelo qual a ciência e a medicina são praticadas, possibilitando a investigação de doenças sobre perspectivas moleculares. Obesidade e DM2 resultam de alterações sistêmicas no metabolismo e, nesse contexto, a metabolômica surge como abordagem promissora para investigação das transformações promovidas pela DGYR, ao estudar flutuações dinâmicas de moléculas que traduzem o metabolismo, os metabólitos. Estas moléculas refletem a resposta final de sistemas biológicos frente a alterações metabólicas, genéticas e ambientais, para constituir fonte importante de informação celular e sistêmica. Na presente pesquisa, considerou-se que os mecanismos de ação da DGYR incluem alterações metabolômicas intestinais e sistêmicas que modulam diversas vias metabólicas, e que podem levar à melhora do DM2 em pacientes obesos. Com essa perspectiva, realizou-se um estudo clínico prospectivo autocontrolado (pareado), no qual foram estudadas 23 pacientes obesas portadoras de DM2 submetidas à DGYR. Análises metabolômicas foram realizadas com abordagem multicompartimental, em amostras de plasma, urina e biópsias do tecido gastrintestinal nos períodos pré e pós-operatório de 3 meses. Estas análises foram conduzidas no centro de referência internacional na Universidade da Califórnia, nos Estados Unidos da América (NIH West Coast Metabolomics Center), com uso de plataformas analíticas de cromatografia líquida e gasosa, acopladas à espectrometria de massas. As pacientes foram analisadas em conjunto e, para determinar a relação da cirurgia com o controle glicêmico, foram divididas, posteriormente, de acordo com a remissão do DM2, utilizando os critérios da American Diabetes Association. Todas as pacientes apresentaram melhora na composição corporal e nos parâmetros clínicos avaliados, demonstrando que, do ponto de vista clínico, não existem diferenças aparentes entre as pacientes. Contudo, o perfil metabolômico revelou um padrão discriminatório de alterações, indicando grandes diferenças entre as pacientes que apresentaram ou não melhora do DM2. No plasma, 235 metabólitos estiveram significativamente alterados, na urina 113 e 106, 0, 82, 146 e 60 no estômago corpo alto, estômago corpo médio, duodeno, jejuno e íleo, respectivamente. Os principais metabólitos envolvidos nestas alterações incluíram AB, toxinas urêmicas produzidas pela microbiota, ácidos dicarboxílicos e diferentes classes lipídicas. Diversas hipóteses foram geradas com base nos resultados, indicando que a DGYR altera profundamente o perfil metabolômico e que a remissão do DM2 parece estar associada à melhora da flexibilidade metabólica estimulada pela maior atividade da ômega oxidação e ativação de receptores nucleares que modificam o metabolismo de lipídios e da glicose. Em contrapartida, a não remissão do DM2 parece ser em razão de mudanças na composição da microbiota e presença de disfunção renal subclínica, que restringem a adaptação metabólica na qual esta melhora ocorre. Portanto, supõe-se que a DGYR desempenha um papel funcional, incluindo, mas não limitado à regulação no fluxo e na utilização de substratos, na composição e/ou atividade da microbiota e na ativação de receptores nucleares. Estas alterações metabólicas parecem atuar em conjunto, formando um circuito de alterações que ativam gatilhos que levam à melhora do DM2
Title in English
Impact of Roux-em-Y gastric bypass on metabolomic profile of obese women with type 2 diabetes
Keywords in English
Bariatric surgery
Biochemistry
Gastric bypass
Metabolomics
Obesity
Type 2 diabetes
Abstract in English
In recent years, much has been learned about the metabolic role of Rouxem- Y gastric bypass (RYGB), although there are still important questions to be answered. Obese metabolically decompensated patients present fast improvement of type 2 diabetes (T2D) in the early RYGB postoperative. T2D remission rates reach up to 89% after a year, but the precise mechanisms and determinant factors of this improvement are still unknown. To the best of our knowledge, there is no clinical study that fully explains the phenomena in humans. Post-genomic era has substantially changed the way science and medicine are practiced, making it possible to investigate diseases at molecular level. Obesity and T2D result from systemic metabolic alterations and, in this context, metabolomics appears as a promising approach to investigate changes induced by RYGB, as is focused on dynamic fluctuations of the molecules that translate metabolism, the metabolites. These molecules reflect the ultimate response of biological systems to metabolic, genetic and environmental changes, representing an important source of cellular and systemic information. In this research, we considered that the mechanisms of RYGB action includes systemic and gastrointestinal metabolomic alterations, which modulate several metabolic pathways, and that may lead out T2D improvement in obese patients. In this perspective, we developed a prospective clinical study, self-controlled (paired), in which 23 obese patients with T2D submitted RYGB were investigated. Metabolomic analysis were performed in a multi-compartmental approach, analyzing plasma, urine and gastrointestinal biopisies before and after 3 months of surgery. Analysis were performed at an international reference metabolomics center, located at University of California, United States of America (NIH West Coast Metabolomics Center), by using liquid and gas chromatography, coupled to mass spectrometry. Patients were analyzed together, and to determine the relationship of glycemic control with RYGB, we also analyzed patients divided by groups, classified according T2D remission, following the American Diabetes Association criteria. All patients presented body composition and clinical improvements, showing no difference from the clinical perspective. On the other hand, metabolomic profile exhibited a discriminatory pattern of alterations, suggesting important differences between patients with and without T2D remission. On plasma, 235 metabolites were significantly changed, while urine 113 and 106, 0, 82, 146 and 60 at stomach upper body, stomach median body, duodenum, jejunum and ileum, respectively. The principal metabolites involved in these alterations includes bile acids, uremic toxins produced by microbiota, dicarboxylic acids, and different lipid classes. Several hypotheses were generated from our results, indicating that RYGB deeply changes metabolomic profile and that T2D remission seems to be associated with metabolic flexibility improvement, stimulated by increased omega oxidation and nuclear receptors activation, modifying lipid and glucose metabolism. In contrast, non-remission of T2D seems to be related to changes of microbiota, associated with subclinic kidney dysfunction, that impairs the metabolic adaptation in which RYGB occurs. Thus, we suppose that RYGB develops a functional role, including - but not limited to - regulation in the substrate flux and utilization, microbiota composition and activity, and activation of nuclear receptors. These metabolic alterations seem to act together to form a circuit of alterations that activate triggers that lead to T2D improvement
 
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Publishing Date
2019-04-17
 
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