Efeitos biomoleculares do exercício físico sobre a disfunção na via de sinalização da insulina em hipocampo de ratos envelhecidos

Abstract

A insulina e o fator neurotrófico derivado do cérebro (BDNF) no hipocampo promovem a plasticidade sináptica e a formação da memória no hipocampo. Por outro lado, o envelhecimento está relacionado ao declínio cognitivo e é o principal fator de risco para a doença de Alzheimer (DA). No entanto, a comunidade científica tem feito grande esforço para elucidar os mecanismos moleculares responsáveis pela patogênese da DA que são disparados pelo envelhecimento. A Proteina Tirosina Fosfatase 1B (PTP1B) está relacionada a vários processos deletérios nos neurônios e pode ser alvo promissor para novas terapias, e também regulada pelo exercício físico. Neste contexto, nosso estudo teve como objetivo investigar as alterações relacionadas com o envelhecimento sobre o conteúdo de PTP1B, sinalização da insulina e conteúdo de β-amilóide no hipocampo de ratos de meia-idade, bem como o possível efeito terapêutico do exercício físico. Ratos Wistar jovens (3 meses de idade) e de meia-idade (sedentários e exercitados) (17 meses de idade) foram submetidos ao teste do Labirinto Aquático de Morris (MWM), ao teste de tolerância à glicose e à análise molecular do tecido hipocampal através da técnica de Western Blot. Os dados foram analisados através da Análise de Variância (ANOVA) one-way com nível de significância estabelecido abaixo de 0,05. Os ratos realizaram protocolo de exercício físico de natação durante 5 dias consecutivos, com 2 horas de duração por dia. Através dos resultados, verificou-se que o envelhecimento resultou em aumento do peso corporal e intolerância à glicose, bem como diminuiu o processo de aprendizagem no MWM. Observou-se também que os ratos de meia-idade têm níveis mais altos de PTP1B, e isso está relacionado a menor fosforilação de Substrato do Receptor de Insulina-1 (IRS-1), Proteína Kinase B (Akt), Glicogênio Sintase Kinase β (GSK3β), e Receptor Tirosina Kinase Beta (TrkB). Além disso, o processo de envelhecimento aumentou o conteúdo β-amilóide no hipocampo. Por outro lado, o exercício físico foi eficiente em melhorar a tolerância à glicose e o desempenho no MWM, bem como em restaurar a fosforilação da Akt e reduzir o conteúdo de β-amilóide. Em conclusão, este estudo fornece novas evidências de que o conteúdo de PTP1B no hipocampo está aumentada com o envelhecimento e isto está relacionado com alterações cognitivas, e, por outro lado, o exercício físico atenua esse processo em ratos envelhecidos.

The insulin and Brain-Derived Neurotrophic Factor (BDNF) signaling in the hippocampus promote synaptic plasticity and memory formation. On the other hand, aging is related to the cognitive decline and is the main risk factor for Alzheimer’s Disease (DA). Nevertheless, a great effort has been made by the scientific community to elucidate the molecular mechanism of aging-related DA pathogenesis. The Protein-Tyrosine Phosphatase 1B (PTP1B) is related to several deleterious processes in neurons and emerges as a promising target for new therapies, like as physical exercise. In this context, our study aims to investigate the age-related changes in hippocampal PTP1B content, insulin signaling, β-amyloid content in the hippocampus of middle-aged rats, and the possible therapeutic effect of exercise. Young (3 months-old) and Middle-aged (17 months-old) Wistar rats were submitted to Morris-water maze (MWM) test, glucose tolerance test, and to molecular analysis in the hippocampus. The rats performed a 2-hour swim physical exercise protocol for 5 consecutive days. Aging resulted in increased body weight, and glucose intolerance and decreases learning process in MWM. Interestingly, the Middle-Aged rats have higher levels of PTPB, and this is related to lower phosphorylation of Insulin Receptor Substrate-1 (IRS-1), Protein Kinase B (Akt), Glycogen Syntase Kinase β (GSK3β), and Tyrosine Kinase Receptor Beta (TrkB). Also, the aging process increased β-amyloid content in the hippocampus. On the other hand, the physical exercise was efficient to improve glucose tolerance and MWM performance, as well as to restore Akt phosphorylation and reduce β-amyloid content. In conclusion, this study provides new evidence that PTP1B content in the hippocampus is increased with aging and this is related to cognitive alterations, and physical exercise can attenuate this process in middle-aged rats.