Effetti biologici dell'insulina nelle cellule progenitrici cardiache umane e modulazione del signaling insulinico da parte di palmitato e oleato

Abnormal accumulation of saturated fatty acids in the heart causes insulin resistance, activation of stress kinases, and increased cardiovascular risk in humans. The viability of human cardiac progenitor cells (hCPCs) is essential for myocardial homeostasis. This study investigates the ability of palmitate, a saturated fatty acid, to impair insulin signaling, induce apoptosis, autophagy, and stress kinase activation in hCPCs and the potential protective effects of insulin and oleate on palmitate-induced abnormalities. The hCPCs were obtained from nondiabetic and non-obese subjects undergoing cardiac surgery for coronary artery bypass grafting and/or valve surgery. The hCPCs expressed both IR-A and IR-B, with significantly higher expression of IR-A, as assessed by quantitative RT-PCR and immunoblotting. Exposure of hCPCs to 100 nM insulin for 15 min resulted in increased phosphorylation of Akt (S473) and p44/p42 MAPK (T202/Y204) (p<0.05), as evidenced by immunoblotting. Treatment of hCPCs with 0.25 mM palmitate for 16 hours induced apoptosis (p<0.05), as assessed by cleavage of caspase-3 and ELISA assay, and increased phosphorylation of c-Jun (S63) (p<0.05), a downstream transcription factor of JNK 1/2, as assessed by immunoblotting. Exposure of hCPCs to 0.25 mM palmitate for 16 hours also resulted in increased autophagy, evidenced by immunoblotting of light chain 3-II (LC3-II) (p<0.05). Interestingly, the effects of palmitate on apoptosis, autophagy and stress kinase activation were prevented when hCPCs were pretreated with 100 nM insulin for 1 hr (p<0.05). In addition, treatment with palmitate, but not oleate, resulted in altered phosphorylation of Akt (S473) and p44/p42 (T202/Y204) MAPK induced by insulin (p<0.05), downregulation of IR protein levels (p<0.05), and increased expression of total mRNA levels of IR, IR-A and IR-B, and IR-A/IR-B ratio (p<0.05). Palmitate also induced phosphorylation of p38 MAPK (T180/Y182) and c-Jun (S63). In contrast, oleate did not induce phosphorylation of p38MAPK (T180/Y182) and c-Jun (S63) (p<0.05). Pretreatment with SB202190, an inhibitor of p38 MAPK (T180/Y182), or with SP600125, an inhibitor of JNK 1/2, significantly inhibited the ability of palmitate to impair insulin-induced phosphorylation of Akt (S473) (p<0.05), but not downregulation of IR protein levels. Interestingly, co-incubation of palmitate with oleate abolished palmitate-induced phosphorylation of p38 MAPK (T180/Y182) (p<0.05) and c-Jun (S63) (p<0.05) and insulin-induced inhibition of Akt (S473) phosphorylation (p<0.05). Co-incubation with oleate also prevented the palmitate-induced IR changes (p<0.05). In conclusion, insulin prevents palmitate-induced apoptosis, autophagy, and JNK 1/2 activation in hCPCs. Oleate prevents palmitate-induced disruption of insulin signaling in hCPCs, largely by counteracting p38 MAPK and JNK activation.Therefore, preserving insulin signaling in hCPCs by oleate supplementation could protect against lipotoxicity-induced metabolic alterations in the heart.

L'accumulo anomalo di acidi grassi saturi nel cuore provoca insulino-resistenza, attivazione delle stress chinasi e aumento del rischio cardiovascolare nell'uomo. La vitalità delle cellule progenitrici cardiache umane (hCPCs) è essenziale per l'omeostasi del miocardio. Questo studio analizza la capacità del palmitato, un acido grasso saturo, di compromettere la segnalazione dell'insulina, di indurre apoptosi, autofagia e attivazione delle stress chinasi nelle hCPCs e i potenziali effetti protettivi dell'insulina e dell'oleato sulle anomalie indotte dal palmitato. Le hCPCs sono state ottenute da soggetti non diabetici e non obesi sottoposti ad intervento di chirurgia cardiaca per innesto di bypass aorto-coronarico e/o chirurgia valvolare. Le hCPCs esprimono sia IR-A che IR-B, con una espressione significativamente più elevata di IR-A, come valutato mediante RT-PCR quantitativa e immunoblotting. L'esposizione di hCPCs a 100 nM di insulina per 15 minuti ha determinato un aumento della fosforilazione di Akt (S473) e p44/p42 MAPK (T202/Y204) (p<0,05), come evidenziato dall'immunoblotting. Il trattamento di hCPCs con palmitato 0,25 mM per 16 ore ha indotto l'apoptosi (p<0,05), come valutato dal clivaggio della caspasi-3 e dal saggio ELISA, e ha aumentato la fosforilazione di c-Jun (S63) (p<0,05), un fattore di trascrizione a valle di JNK 1/2, come valutato dall'immunoblotting. L'esposizione di hCPCs a 0,25 mM di palmitato per 16 ore ha determinato anche un aumento dell'autofagia, evidenziato dall'immunoblotting della catena leggera 3-II (LC3-II) (p<0,05). È interessante notare che gli effetti del palmitato sull'apoptosi, sull'autofagia e sull'attivazione delle chinasi dello stress sono stati prevenuti quando le hCPCs sono state pretrattate con 100 nM di insulina per 1 ora (p<0,05). Inoltre, il trattamento con palmitato, ma non con oleato, ha portato ad un'alterata fosforilazione di Akt (S473) e di p44/p42 (T202/Y204) MAPK indotta dall'insulina (p<0,05), ad una downregulation dei livelli di proteina IR (p<0,05) e ad un' aumentata espressione dei livelli di mRNA totali di IR, IR-A e IR-B e del rapporto IR-A/IR-B (p<0,05). Il palmitato ha anche indotto la fosforilazione di p38 MAPK (T180/Y182) e di c-Jun (S63). Diversamente, l'oleato non ha indotto la fosforilazione di p38MAPK (T180/Y182) e c-Jun (S63) (p<0,05). Il pretrattamento con SB202190, un inibitore della p38 MAPK (T180/Y182), o con SP600125, un inibitore di JNK 1/2, ha inibito significativamente la capacità del palmitato di compromettere la fosforilazione di Akt (S473) indotta dall'insulina (p<0,05), ma non la downregulation dei livelli di proteina IR. È interessante notare che la co-incubazione del palmitato con l'oleato ha abolito la fosforilazione di p38 MAPK (T180/Y182) (p<0,05) e c-Jun (S63) indotta dal palmitato (p<0,05) e l'inibizione della fosforilazione di Akt (S473) indotta dall'insulina (p<0,05). Anche la co-incubazione con oleato ha impedito le variazioni di IR indotte dal palmitato (p<0,05). In conclusione, l'insulina previene l'apoptosi, l’autofagia e l’attivazione di JNK 1/2 indotte dal palmitato nelle hCPCs. L'oleato previene l’alterazione del segnale insulinico indotta dal palmitato nelle hCPCs, in gran parte contrastando l'attivazione di p38 MAPK e JNK. Pertanto, preservare il signaling insulinico nelle hCPCs mediante l'integrazione di oleato potrebbe proteggere dalle alterazioni metaboliche indotte dalla lipotossicità nel cuore.