Efeito da melatonina sobre a resistência à insulina, estresse oxidativo e vias de sinalizações inflamatórias em ratos com periodontite apical submetidos à inalação passiva de tabaco

A periodontite apical (PA) e o tabagismo podem estar associados à síndrome metabólica, ao diabetes mellitus e à resistência à insulina (RI). A melatonina (MEL) é um hormônio com propriedades antioxidantes e anti-inflamatórias, além de participar da remodelação óssea. Estudos anteriores demonstraram que a MEL melhora a sensibilidade à insulina e a sinalização insulínica no músculo esquelético de ratos com PA. Nesse contexto, formulou-se a hipótese de que as alterações metabólicas e inflamatórias provocadas pela PA seriam mais pronunciadas quando associadas à inalação passiva da fumaça do tabaco e a administração de MEL poderia prevenir ou atenuar essas alterações. O objetivo deste estudo foi avaliar a resistência à insulina, a sinalização insulínica, as citocinas pró-inflamatórias, as vias de sinalização inflamatória e o estresse oxidativo no músculo esquelético, bem como a reabsorção óssea, a intensidade do infiltrado inflamatório e a imunomarcação de osteocalcina (OCN) e fosfatase ácida resistente ao tartarato (TRAP) na região periapical de ratos adultos com PA submetidos à inalação passiva da fumaça do tabaco e tratados com MEL. Foram utilizados 128 ratos Wistar, com 60 dias de idade, distribuídos em oito grupos: controle (CN); ratos tabagistas (T); ratos com PA (PA); ratos tabagistas com PA (T+PA); controle tratado com MEL (MEL); ratos tabagistas tratados com MEL (T+MEL); ratos com PA tratados com MEL (PA+MEL); ratos tabagistas com PA tratados com MEL (T+PA+MEL). Os animais dos grupos T foram submetidos à inalação passiva da fumaça de cigarro durante 50 dias. No 20º dia do período experimental, os animais dos grupos PA foram submetidos à indução da periodontite apical nos primeiros e segundos molares superiores e inferiores do lado direito, com auxílio de uma broca de aço-carbono. Os animais dos grupos MEL foram tratados com melatonina, na dose de 5 mg/kg, por via oral, mediante gavagem, do 20º ao 50º dia experimental. Ao término do tratamento, foram avaliadas a glicemia, a insulinemia, a resistência à insulina pelo índice HOMA-IR e as concentrações plasmáticas das citocinas pró-inflamatórias IL-6 e TNF-α. No músculo gastrocnêmio (MG), foram analisadas a sinalização insulínica, por meio do grau de fosforilação da pp185 (IRS1/IRS-2); as vias de sinalização inflamatória, pelo grau de fosforilação de JNK, NF-κB p65, NF-κB p50 e IKKα/β; e o estresse oxidativo, mediante avaliação de superóxido dismutase (SOD), substâncias reativas ao ácido tiobarbitúrico (TBARS), proteínas carboniladas (PC), capacidade antioxidante total pelo método FRAP, glutationa reduzida (GSH), catalase (CAT) e glutationa peroxidase (GPx). Nas hemimandíbulas direitas, foram avaliadas a reabsorção óssea, a intensidade do infiltrado inflamatório e as imunomarcações de OCN e TRAP. A normalidade dos dados foi avaliada pelo teste de Shapiro–Wilk. De acordo com os resultados desse teste, foram empregados testes paramétricos, adotando-se nível de significância de 5%. Os resultados demonstraram que tanto a PA quanto a exposição passiva à fumaça do tabaco promoveram aumento da insulinemia e da resistência à insulina em comparação ao grupo CN. A associação dessas duas condições, no grupo T+PA, exacerbou a glicemia, a insulinemia e a resistência à insulina em comparação aos grupos T e PA analisados separadamente, sendo que a MEL reverteu todas estas alterações. Após o estímulo insulínico, observou-se diminuição da fosforilação da pp185 nos grupos PA, T e T+PA, sendo essa alteração revertida pela MEL apenas no grupo PA+MEL. Em relação às citocinas pró-inflamatórias, não foram observadas diferenças significativas nas concentrações de IL-6. Entretanto, houve aumento das concentrações de TNF-α nos grupos PA, T e T+PA, com redução nos grupos tratados com MEL, exceto no grupo T+PA+MEL. Quanto à sinalização inflamatória, verificouse aumento da fosforilação da JNK nos grupos PA e PA+MEL. A fosforilação do NFκB p50 foi maior no grupo PA em comparação aos grupos CN, MEL, PA+MEL, T+MEL e T+PA+MEL, sendo essa alteração revertida pela MEL nas comparações entre PA e PA+MEL e entre T+PA e T+PA+MEL. A fosforilação do NF-κB p65 foi maior no grupo PA em comparação aos grupos CN, MEL e T+MEL. O grupo T+PA diferiu dos grupos CN, T, MEL, T+MEL e T+PA+MEL, e a MEL reduziu esse parâmetro no grupo T+PA+MEL em comparação ao grupo T+PA. Não foram observadas alterações estatisticamente significativas na fosforilação de IKKα/β. Em relação aos parâmetros de estresse oxidativo, os dados de TBARS demonstraram que os grupos T+PA e PA+MEL apresentaram valores inferiores aos observados nos grupos CN e PA. Por sua vez, os grupos T+MEL e T+PA+MEL apresentaram valores inferiores aos dos grupos CN, PA e T. O tratamento com MEL reduziu os valores de TBARS nos grupos PA+MEL e T+MEL, em comparação aos respectivos grupos não tratados, PA e T. SOD, PC e GPx não apresentaram diferenças entre os grupos. A atividade da CAT foi maior no grupo T+MEL em comparação aos grupos PA e MEL. As concentrações de GSH foram maiores no grupo PA em comparação aos grupos T+PA, MEL e T+PA+MEL. O grupo T também apresentou maiores concentrações de GSH em comparação aos grupos T+PA e T+PA+MEL. Quanto à FRAP, o grupo T+MEL apresentou maior capacidade antioxidante total em comparação ao grupo T+PA. A análise histométrica demonstrou aumento da perda óssea em todos os grupos com periodontite apical (PA, T+PA, PA+MEL e T+PA+MEL), com exacerbação no grupo T+PA e redução promovida pela MEL apenas no grupo T+PA+MEL. A intensidade do infiltrado inflamatório também aumentou em todos os grupos com PA. Em relação aos marcadores ósseos, a imunomarcação de OCN foi menor no grupo T+PA em comparação ao grupo PA. A MEL aumentou esse parâmetro no grupo T+MEL em comparação aos grupos T, T+PA, MEL e PA+MEL. Também foi observado aumento deste imunomarcador no grupo T+PA+MEL em comparação ao grupo T+PA. A imunomarcação de TRAP aumentou nos grupos com PA sem tratamento com MEL (PA, T+PA) em comparação aos demais grupos. Embora o grupo T+PA tenha apresentado menor imunomarcação de TRAP do que o grupo PA, ele diferiu dos demais grupos. O tratamento com MEL reverteu essa alteração nas comparações entre PA e PA+MEL e entre T+PA e T+PA+MEL. Conclui-se que a associação entre a exposição ao tabaco e a periodontite apical promoveu alterações mais pronunciadas em alguns dos parâmetros avaliados, especialmente na resistência à insulina, na sinalização insulínica e na reabsorção óssea da região periapical. A MEL exerceu efeito protetor sobre a maioria das alterações metabólicas decorrentes da PA e da exposição ao tabaco e também apresentou efeitos locais, reduzindo a reabsorção óssea e modulando os marcadores de remodelação óssea, o que evidencia seu potencial como agente terapêutico.

Resumo (inglês)

Apical periodontitis (PA) and smoking may be associated with metabolic syndrome, diabetes mellitus, and insulin resistance (RI). Melatonin (MEL) is a hormone with antioxidant and anti-inflammatory properties that also plays a role in bone remodeling. Previous studies have shown that MEL improves insulin sensitivity and insulin signaling in the skeletal muscle of rats with PA. In this context, the hypothesis was formulated that the metabolic and inflammatory alterations caused by PA would be more pronounced when associated with passive tobacco smoke inhalation, and that MEL administration could prevent or attenuate these changes. The aim of this study was to evaluate insulin resistance, insulin signaling, pro-inflammatory cytokines, inflammatory signaling pathways, and oxidative stress in skeletal muscle, as well as bone resorption, the intensity of the inflammatory infiltrate, and the immunostaining of osteocalcin (OCN) and tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP) in the periapical region of adult rats with PA subjected to passive tobacco smoke inhalation and treated with MEL. A total of 128 Wistar rats, aged 60 days, were used and distributed into eight groups: control (CN); smoking rats (T); rats with PA (PA); smoking rats with PA (T+PA); control treated with MEL (MEL); smoking rats treated with MEL (T+MEL); rats with PA treated with MEL (PA+MEL); and smoking rats with PA treated with MEL (T+PA+MEL). Animals in the T groups were subjected to passive cigarette smoke inhalation for 50 days. On the 20th day of the experimental period, apical periodontitis was induced in the right maxillary and mandibular first and second molars of animals in the PA groups using a carbon-steel bur. Animals in the MEL groups were treated with oral melatonin (5 mg/kg) via gavage from the 20th to the 50th experimental day. At the end of the treatment, blood glucose, insulin levels, insulin resistance (via the HOMA-IR index), and plasma concentrations of the pro-inflammatory cytokines IL-6 and TNF-α were evaluated. In the gastrocnemius muscle (MG), the following were analyzed: insulin signaling (via the phosphorylation degree of pp185 (IRS-1/IRS-2); inflammatory signaling pathways (via the phosphorylation degree of JNK, NF-κB p65, NF-κB p50, and IKKα/β); and oxidative stress (assessed by superoxide dismutase (SOD), thiobarbituric acid-reactive substances (TBARS), protein carbonyls (PC), total antioxidant capacity via the FRAP method, reduced glutathione (GSH), catalase (CAT), and glutathione peroxidase (GPx). In the right hemimandibles, bone resorption, inflammatory infiltrate intensity, and OCN and TRAP immunostaining were evaluated. Data normality was assessed using the Shapiro–Wilk test. Based on the test results, parametric tests were employed, adopting a significance level of 5%. The results demonstrated that both PA and passive tobacco smoke exposure led to increased insulin levels and insulin resistance compared to the CN group. The combination of these two conditions in the T+PA group exacerbated glycemia, insulinemia, and insulin resistance compared to the T and PA groups analyzed separately; MEL reversed all these alterations. Following insulin stimulation, a decrease in pp185 phosphorylation was observed in the PA, T, and T+PA groups; this alteration was reversed by MEL only in the PA+MEL group. Regarding pro-inflammatory cytokines, no significant differences in IL-6 concentrations were observed. However, there was an increase in TNF-α concentrations in the PA, T, and T+PA groups, with a reduction in the MELtreated groups, except for the T+PA+MEL group. Regarding inflammatory signaling, an increase in JNK phosphorylation was observed in the PA and PA+MEL groups. NFκB p50 phosphorylation was higher in the PA group compared to the CN, MEL, PA+MEL, T+MEL, and T+PA+MEL groups; this alteration was reversed by MEL in the comparisons between PA and PA+MEL and between T+PA and T+PA+MEL. NF-κB p65 phosphorylation was higher in the PA group compared to the CN, MEL, and T+MEL groups. The T+PA group differed from the CN, T, MEL, T+MEL, and T+PA+MEL groups, and MEL reduced this parameter in the T+PA+MEL group compared to the T+PA group. No statistically significant changes were observed in IKKα/β phosphorylation. Regarding oxidative stress parameters, TBARS data showed that the T+PA and PA+MEL groups exhibited lower values than those observed in the CN and PA groups. In turn, the T+MEL and T+PA+MEL groups showed lower values than the CN, PA, and T groups. Treatment with MEL reduced TBARS values in the PA+MEL and T+MEL groups compared to the respective untreated groups, PA and T. No differences were observed among the groups regarding SOD, PC, and GPx. CAT activity was higher in the T+MEL group compared to the PA and MEL groups. GSH concentrations were higher in the PA group compared to the T+PA, MEL, and T+PA+MEL groups. The T group also exhibited higher GSH concentrations compared to the T+PA and T+PA+MEL groups. Regarding FRAP, the T+MEL group showed higher total antioxidant capacity compared to the T+PA group. Histometric analysis demonstrated increased bone loss in all groups with apical periodontitis (PA, T+PA, PA+MEL, and T+PA+MEL), with an exacerbation in the T+PA group and a reduction promoted by MEL only in the T+PA+MEL group. The intensity of the inflammatory infiltrate also increased in all groups with PA. Regarding bone markers, OCN immunostaining was lower in the T+PA group compared to the PA group. MEL increased this parameter in the T+MEL group compared to the T, T+PA, MEL, and PA+MEL groups. An increase in this immunostaining marker was also observed in the T+PA+MEL group compared to the T+PA group. TRAP immunostaining increased in the groups with PA not treated with MEL (PA, T+PA) compared to the other groups. Although the T+PA group showed lower TRAP immunostaining than the PA group, it differed from the other groups. MEL treatment reversed this alteration in the comparisons between PA and PA+MEL and between T+PA and T+PA+MEL. It is concluded that the association between tobacco exposure and apical periodontitis promoted more pronounced alterations in some of the evaluated parameters, especially regarding insulin resistance, insulin signaling, and bone resorption in the periapical region. MEL exerted a protective effect against most metabolic alterations resulting from PA and tobacco exposure and also demonstrated local effects, reducing bone resorption and modulating bone remodeling markers, which highlights its potential as a therapeutic agent.

Palavras-chave

Melatonina Tabaco Periodontite periapical Resistência à insulina Estresse oxidativo Melatonin

Idioma

Português

Citação

BRAVO, L. T. Efeito da melatonina sobre a resistência à insulina, estresse oxidativo e vias de sinalizações inflamatórias em ratos com periodontite apical submetidos à inalação passiva de tabaco. 2026. Tese (Doutorado) – Faculdade de Odontologia, Universidade Estadual Paulista (UNESP), Araçatuba, 2026.