Obesity drives adipose-derived stem cells into a senescent and dysfunctional phenotype associated with P38MAPK/NF-KB axis.

BACKGROUND: Adipose-derived stem cells (ADSC) are multipotent cells implicated in tissue homeostasis. Obesity represents a chronic inflammatory disease associated with metabolic dysfunction and age-related mechanisms, with progressive accumulation of senescent cells and compromised ADSC function. In this study, we aimed to explore mechanisms associated with the inflammatory environment present in obesity in modulating ADSC to a senescent phenotype. We evaluated phenotypic and functional alterations through 18 days of treatment. ADSC were cultivated with a conditioned medium supplemented with a pool of plasma from eutrophic individuals (PE, n = 15) or with obesity (PO, n = 14), and compared to the control. RESULTS: Our results showed that PO-treated ADSC exhibited decreased proliferative capacity with G2/M cycle arrest and CDKN1A (p21WAF1/Cip1) up-regulation. We also observed increased senescence-associated ß-galactosidase (SA-ß-gal) activity, which was positively correlated with TRF1 protein expression. After 18 days, ADSC treated with PO showed augmented CDKN2A (p16INK4A) expression, which was accompanied by a cumulative nuclear enlargement. After 10 days, ADSC treated with PO showed an increase in NF-κB phosphorylation, while PE and PO showed an increase in p38MAPK activation. PE and PO treatment also induced an increase in senescence-associated secretory phenotype (SASP) cytokines IL-6 and IL-8. PO-treated cells exhibited decreased metabolic activity, reduced oxygen consumption related to basal respiration, increased mitochondrial depolarization and biomass, and mitochondrial network remodeling, with no superoxide overproduction. Finally, we observed an accumulation of lipid droplets in PO-treated ADSC, implying an adaptive cellular mechanism induced by the obesogenic stimuli. CONCLUSIONS: Taken together, our data suggest that the inflammatory environment observed in obesity induces a senescent phenotype associated with p38MAPK/NF-κB axis, which stimulates and amplifies the SASP and is associated with impaired mitochondrial homeostasis.

Efeitos da estimulação elétrica neuromuscular sobre o membro posterior imobilizado de ratos durante 15 dias: análises metabólicas e morfométricas / Effects of neuromuscular electrical stimulation on rat hind limbs immobilized for 15 days: metabolic and morphometric analyses

OBJETIVO: Avaliar o efeito da estimulação elétrica (EE) sobre o perfil metabólico e morfométrico dos músculos do membro posterior de ratos submetidos à imobilização durante 15 dias. MÉTODO: Ratos Wistar foram divididos em 3 grupos (n=5): controle, imobilizado por 15 dias e imobilizado associado à EE por 15 dias. Foram avaliados: reserva de glicogênio (RG) dos músculos sóleo (S), extensor longo dos dedos (ELD), gastrocnêmio branco (GB), gastrocnêmio vermelho (GV) e tibial anterior (TA), além do peso do sóleo, área das fibras e tecido conjuntivo do S. A análise estatística foi feita pelos testes ANOVA e Kruskal-Wallis (p<0,05). RESULTADOS: A imobilização promoveu alterações significativas (p<0,05) como: redução nas RG (S: 44,73 por cento, GB: 47,82 por cento, GV: 46,34 por cento, ELD: 41,66 por cento, TA: 48,38 por cento), no peso (7,2 por cento) e na área das fibras (35 por cento) do S, além do aumento da densidade do tecido conjuntivo (160 por cento). A EE promoveu aumento significativo (p<0,05) nas RG de todos os músculos imobilizados (S: 90,47 por cento, GB: 62,5 por cento, GV: 95,45 por cento, ELD: 76,19 por cento, TA: 56,25 por cento), no peso (20,94 por cento) e na área das fibras (19,65 por cento) do S e também promoveu redução significativa (15,38 por cento, p<0,05) na densidade do tecido conjuntivo. CONCLUSÕES: A EE minimizou a redução das RG, preveniu a redução da área das fibras e a proliferação do tecido conjuntivo nos músculos submetidos à imobilização.

OBJECTIVE: To evaluate the effect of electrical stimulation on the metabolic and morphometric profile of rat hind limb muscles subjected to immobilization for 15 days. METHOD: Wistar rats were divided into three groups (n=5): control; immobilized for 15 days; and immobilized for 15 days with electrical stimulation. The glycogen reserves of the soleus, extensor digitorum longus (EDL), white gastrocnemius (WG), red gastrocnemius (RG) and tibialis anterior (TA) muscles were evaluated, along with the weight, fibrous area and conjunctive tissue of the soleus. The statistical analysis was performed using the Anova and Kruskal-Wallis tests (p<0.05). RESULTS: Immobilization promoted significant alterations (p<0.05), such as: reductions in the glycogen reserves (soleus: 44.73 percent, WG: 47.82 percent, RG: 46.34 percent, EDL: 41.66 percent, TA: 48.38 percent) and in the weight (7.2 percent) and fibrous area (35 percent) of the soleus, and also increased connective tissue density (160 percent). Electrical stimulation promoted a significant increase (p<0.05) in the glycogen reserves of all the immobilized muscles: (soleus: 90.47 percent, WG: 62.5 percent, RG: 95.45 percent, EDL: 76.19 percent, TA: 56.25 percent) and in the weight (20.94 percent) and fibrous area (19.65 percent) of the soleus, and also promoted a significant reduction (15.38 percent, p<0.05) in connective tissue density. CONCLUSION: Electrical stimulation minimized the reduction in glycogen reserves and prevented the reduction in fibrous area and proliferation of connective tissue in the muscles subjected to immobilization.

Alterações do conteudo de glicogenio e do peso muscular em funcao da posicao articular e do periodo de imobilização / Alterations in muscle glycogen content and muscle weight relating to joint position and length of immobilization

Aplicar dois tipos de orteses (posicao neutra e flexao plantar do tornozelo) em diferentes periodos (3 e 7 dias) e avaliar o glicogenio (GLI) e o peso muscular. Metodo: ratos machos adultos Wistar foram divididos em 5 grupos (n=6): controle (C), imobilizado em posicao neutra por 3 dias (INP3), imobilizado em flexao plantar por 3 dias (IFP3), imobilizadoem posicao neutra por 7 dias (IPN7) e imobilizado em flexao plantar por 7 dias (IFP7). Apos o periodo os animais foram sacrificados e os musculos soleo (S), gastrocenico branco (GB) e vermelho (GV), extensor longo dos dedos (ELD) e tibial anterior (TA) foram coletados para analise do GLI, alem da avaliacao do peso do S e ELD. A analise estatistica constou da ANOVA e do teste t (p<0,05). Resultados: A imobilizacao por 3 dias promoveu reducao no GLI, tanto no grupo IPN3(10,5 S, 34,8 GB, 14,6 GV, 38,9 ELD e 45,2 TA, por cento) quanto no IFP3 (44,7 S, 10,9 GB, 19,5GV, 33,3 ELD e 6,4 TA por cento). A reducao tambem foi observada nos grupos IPN7(31,6 S, 56,5 GB, 39 GV, 41,7 ELD e 38,7 TA por cento) e IFP7 (65,8 S, 32,6 GB, 41,5 GV, 41,7 ELD e 51,6 TA por cento). O peso muscular diminuiu estatisticamente no S dos grupos IPN7(34 por cento) e IFP7(38 por cento) e no ELD dos grupos IPN3(20 por cento) e IPN7(27 por cento). Conclusao: a imobilizacao mostrou-se efetiva em promover alteracoes metabolicas diferenciadas pela posicao articular e pelo periodo, alem de sugerir sua aplicabilidade em outros estudos com tecnicas fisioterapeuticas