Temporal development of muscle atrophy in murine model of arthritis is related to disease severity

Results The clinical parameters of arthritis progressively increased in CIA in all experimental times, demonstrating the greatest difference from other groups at 45 days after induction (clinical score: CO, 00±00; SA, 1.00±0.14; CIA, 3.28±0.41 p>0.05). The CIA animals had lower weights during all the experimentation periods with a difference of 6 % from CO at 45 days (p>0.05). CIA animals also demonstrated progressive decrease in distance walked, with a reduction of 54 % in 35 and 74 % at 45 days. Cytokine analysis identified significant increase in IL-6 serum levels in CIA than CO and SA in all experimental times. CSA of the myofiber of GA and TAwas decreased 26 and 31 % (p> 0.05) in CIA in 45 days after the induction of disease, respectively. There was significant and inverse correlation between the disease clinical score and myofiber CSA in 45 days (GA: r=−0.71; p=0.021). Conclusion Our results point to a progressive development of muscle wasting, with premature onset arthritis. These observations are relevant to understand the development of muscle loss, as well as for the design of future studies trying to understand the mechanisms involved in muscle wasting. As far as we are concerned, this is the first study to evaluate the relation between disease score and muscle atrophy in a model of arthritis

Desenvolvimento de artrite induzida por colágeno em camundongos DBA/1J entre os gêneros

Introdução: A artrite reumatoide (AR) é uma doença autoimune inflamatória sistêmica de etiologia desconhecida. Modelos animais de artrite são extremamente úteis para o estudo da fisiopatologia da doença e de novas terapias.Objetivo: Considerando a predominância da AR em mulheres e escassez de estudos sobre influência do sexo no desenvolvimento da artrite experimental, o objetivo deste trabalho foi avaliar o impacto do sexo no desenvolvimento clínico da artrite experimental induzida por colágeno do tipo II (CIA).Métodos: Camundongos DBA1J foram divididos em machos e fêmeas, ambos n=6. CIA foi induzida por duas injeções intradérmicas com colágeno no dia zero e 18. Escore clínico da artrite e do edema articular foram avaliados diariamente por 10 dias após o desenvolvimento da doença.Resultados: A evolução do escore clínico não demonstrou diferença entre os machos e fêmeas. O escore clínico avaliado separadamente - patas dianteiras e traseiras, apresentou diferença significativa (p <0,001) – patas traseiras dia 5 (machos 5,8±1,1; fêmeas 3,1±1,8 - p <0,05). Entretanto, o edema articular foi significativamente maior nos machos (p <0,001) no dia 5 (machos 4,5±0,4; fêmeas 3,8±0,5 - p <0,05).Conclusões: Apesar de não serem claras as diferenças entre machos e fêmeas na CIA em camundongos, a maioria dos pesquisadores da área optam por trabalhar com machos. Como em humanos, acredita-se na influência da genética e dos hormônios no desenvolvimento da CIA. Portanto, estudos como este são de relevância às pesquisas nesta área, para um melhor aproveitamento da criação dos animais de laboratório

Importance of glycolytic metabolism in regulating the production od adenosine and IL-10 in macrophages: role of the metabolite fructose-1,6-bisphosphate and the enzyme PKM2

Evidências crescentes de que os processos metabólicos desempenham um papel no controle das funções efetoras imunes, nos fazem compreender melhor os papéis e funções das vias metabólicas nas respostas imunes, assim possibilitar o surgimento de uma oportunidade terapêutica baseada no imunometabolismo. De forma interessante, a frutose 1,6-bifosfato (FBP) é um intermediário endógeno da via glicolítica que tem efeitos anti-inflamatórios quando administrado em modelo de isquemia ou artrite. Embora o mecanismo não seja totalmente claro, esse efeito protetor já foi descrito por aumentar os níveis de adenosina (ADO) como resultado de uma produção elevada de ATP proveniente da glicólise. Além disso, o aumento da glicólise é um mecanismo chave nas células ativadas por LPS, pode ocorrer pela indução da isoenzima piruvato quinase M2 (PKM2), regulando o fluxo glicolítico. Entretanto, não foi demonstrado como o PKM2 participa dessa reprogramação metabólica e modula a resposta inflamatória de macrófagos. Nossa hipótese é que a reprogramação metabólica por FBP ou ativação alostérica da PKM2 pode modular a resposta inflamatória de macrófagos. Demonstramos em várias condições experimentais que a FBP induziu uma resposta anti-inflamatória mediada por IL-10, através do aumento do metabolismo glicolítico em macrófagos. Confirmamos por metaboloma e outros ensaios que o tratamento com FBP aumenta o metabolismo celular, aumentando a produção e liberação de ATP que será transformado em adenosina pela via de CD39/CD73. Usando macrófagos deficientes para o receptor de adenosina (A2A KO), confirmamos que a produção de IL-10 induzida por FBP ocorre via sinalização de adenosina/A2A. Além disso, o efeito antiinflamatório gerado pela FBP foi confirmado em modelos experimentais de peritonite e colite. No entanto, ao conhecer os efeitos da FBP e sabendo que ela é o ativador alostérico natural da PKM2, avaliamos se o aumento da produção de IL-10 pela FBP ocorre de forma dependente de PKM2. Porém, demonstramos que os efeitos da FBP não eram dependentes da presença de PKM2. Mesmo assim, avaliamos se a ativação alostérica de PKM2 por TEPP-46 geraria uma resposta anti-inflamatória. Observamos em BMDM que o tratamento com TEPP-46 também foi capaz de aumentar a produção de IL-10, e essa resposta foi gerada por aumentar o metabolismo celular, elevando a produção de ATP glicolítico e assim, os níveis de adenosina pela ação de CD39/CD73 na via adenosinérgica. Em modelo experimental de peritonite, observamos que o tratamento com o TEPP-46 reduz parâmetros inflamatório dependentes da sinalização de adenosina pelo A2A. Juntos, esses dados demostraram que a via glicolítica é essencial para o efeito anti-inflamatório da FBP e do TEPP-46, levando ao surgimento de novas estratégias terapêuticas baseadas na modulação do imunometabolismo.Growing evidence that metabolic processes play a role in control of immune effector functions leads to emergence of a therapeutic opportunity based on immunometabolism, when understand roles and functions of metabolic pathways in immune responses. Of interest, fructose 1,6-bisphosphate (FBP) is an endogenous intermediate of glycolytic pathway that has anti-inflammatory effects when administrated in ischemic or arthritis model. Although the mechanism is not fully understood, this protective effect is attributed to increased adenosine (ADO) levels as a result of enhance in ATP production by glycolysis. Besides that, increased glycolysis is key mechanism in LPS-activated cells, which may occur by inducing isoenzyme pyruvate kinase M2 (PKM2), regulating the glycolytic flux. How ever, has not been demonstrated how PKM2 can participate that metabolic reprogramming modulate the macrophage inflammatory response. We hypothesized that metabolic reprogramming by FBP or PKM2 allosteric activation could modulate the macrophage inflammatory response. Here we demonstrated in several experimental conditions that FBP induces an anti-inflammatory response mediated by IL-10 via increase of the glycolytic metabolism in macrophages. We confirmed by metabolomics and others assays that FBP treatment enhances the cellular metabolism, increasing the production and release of ATP that will be turned into adenosine by CD39/CD73 pathway. Using macrophages knockout to adenosine receptor (A2A KO) we confirmed that the IL-10 production induced by FBP occur via adenosine/A2A signaling. Furthermore, the regulatory immunometabolic effect of FBP was confirmed in the peritonitis and colitis model. Knowing the FBP effects and that it is the natural allosteric activator of PKM2, we evaluated if increased of IL-10 production by FBP occurs by PKM2-depend. Nonetheless, we demonstrated that FBP effects were not dependent the PKM2 presence. Even so, we evaluated whether the allosteric activation of PKM2 by TEPP-46 generated an antiinflammatory response. We observed in BMDM that TEPP-46 was also able to increase the production of IL-10, and this response was generated by increased cellular metabolism, enhance glycolytic ATP production and adenosine level by CD39/CD73 action in adenosinergic pathway, reducing the inflammatory response in peritonitis level. Together, these data showed that the IL-10-dependent glycolytic pathway is essential for the antiinflammatory effect of FBP and allosteric activation of PKM2 by TEPP-46, leading to the emergence of new therapeutic strategies based on immunometabolism modulation

Efeito do exercício aeróbico em modelo experimental de artrite

Introdução: A artrite reumatoide (AR) é uma doença inflamatória sistêmica autoimune de etiologia desconhecida, acometendo principalmente as articulações, mas também outros tecidos, como o músculo esquelético. A perda de massa muscular determina uma grande repercussão na funcionalidade e qualidade de vida dos pacientes com AR. O exercício físico está associado com a redução da morbidade em diversas doenças e surge como uma alternativa terapêutica para perda muscular nos portadores da AR. Objetivo desse trabalho foi avaliar o efeito do exercício físico sobre a perda muscular de animais com artrite experimental. Métodos: A artrite foi induzida por colágeno do tipo II emulsificado em adjuvante de Freund (CIA) em camundongos DBA1/J por injeção intradérmica na base da cauda (indução no dia zero e reforço no 18º dia). Os animais foram divididos em 2 grupos: CIA (i) animais com artrite sem exercício (sem intervenção) (ii) EXE: animais com artrite e exercício (protocolo: caminhada por 30 min, 3X/semana, durante 30 dias, iniciada na observação do primeiro sinal clínico da doença). O escore clínico de artrite e o edema articular foram avaliados diariamente durante o período experimental. O peso e a locomoção exploratória espontânea foram avaliados semanalmente. Após a morte, a área da miofibra dos músculos gastrocnêmio, tibial anterior e a histopatologia da articulação tibiotarsal foram avaliadas. Significância estatística foi considerada para valores p<0,05. Resultados: Não foi observada diferença significativa nos parâmetros de atividade da doença (escore clínico, edema), bem como no peso e na locomoção espontânea, na histopatologia da articulação tibiotarsal foi observada redução apesar de não significativa, na erosão cartilaginosa e óssea. Entretanto, houve diferença significativa na área seccional da miofibra, o grupo intervenção apresentou maior área comparada ao grupo controle (598μm2±58 e 481μm2±63, respectivamente; p<0,05), representando um aumento médio de 24%. Conclusão: Este é o primeiro estudo de intervenção com exercício em modelo experimental de artrite induzida por colágeno. O exercício aeróbico aplicado a partir dos primeiros sinais clínicos demonstrou benefício sobre a perda muscular no modelo experimental de artrite, reduzindo a atrofia da miofibra. No entanto, o protocolo testado não parece impactar clinicamente na inflamação articular. Apoio financeiro: CNPq, FAPERGS, FIPE-HCPA.Introduction: Rheumatoid arthritis (RA) is a systemic autoimmune inflammatory disease of unknown etiology, affecting primarily the joints, but also other tissues such as skeletal muscle. The muscle wasting significantly impairs the functionality and quality of life of patients with RA. Physical exercise is associated with reduced morbidity in several diseases and is an alternative therapy for RA related muscle wasting. The aim of this study was to evaluate the effect of exercise on muscle loss of animals with experimental arthritis. Methods: Arthritis was induced by collagen type II emulsified in Freund's adjuvant (CIA) in mice DBA/1J by intradermal injection at the base of the tail (induction on day zero and booster on day 18 booster). The animals were divided into two CIA groups (n=5): (i) animals with exercise (protocol: walking on treadmill for 30 min, three times a week for 4 weeks after the onset of the disease), (ii) animals without exercise (without intervention). Clinical score and paw swelling were assessed daily during the whole experimental period. The weight of the animals and spontaneous exploratory locomotion were evaluated weekly. After death, the ankle histopathological score, myofiber area of the tibialis anterior and gastrocnemius muscles were evaluated. Statistical significance was considered for p 7 values p<0.05. Results: No significant difference was observed in clinical parameters of disease activity (clinical score, paw swelling and animal weight) and spontaneous locomotion in the walking group compared with the group without exercise, the joint histopathological was no significant, although observed reduction some parameters, especially in bone and cartilage erosion. However, there was significant difference in the myofiber sectional area, with the exercised group showing greater myofiber cross-sectional area compared to the group without exercise (598 ± 58 μm2 and 481 ± 63 μm2, respectively, p <0.05), representing a mean increase of 24%. Conclusion: This is the first interventional study with walk on treadmill in the experimental model CIA. According to results, aerobic exercise applied from the first clinical signs showed benefit for the muscle wasting in an experimental model of arthritis, observed mainly by the reduction of myofiber atrophy. However, the tested exercise program does not seem to impact clinically in the process of arthritis. Financial support: CNPq, FAPERGS, FIPE-HCPA