New generation antidiabetics: what are the implications on spermatogenesis nutritional support?

Abstract

The incidence of metabolic diseases such as type 2 Diabetes mellitus (T2DM) and obesity has been increasing among children and young adults. Both conditions are tightly linked thus new pharmacological agents aim to control glycemia while provoking weight loss. Recently implemented combined therapy of dapagliflozin (sodium-glucose cotransporter inhibitor) and exenatide (glucagon-like peptide 1 analogue) has been prescribed against T2DM. This treatment influences whole-body glucose metabolism, and thus can also impact the metabolism of tissues responsible for male fertility. Spermatogenesis is highly dependent on the metabolic cooperation established between Sertoli cells and germ cells. The former uses extracellular glucose to produce lactate, which germ cells use as fuel. In this work, we evaluated the effects of dapagliflozin and exenatide on Sertoli cells metabolism. For this purpose, mice TM4 Sertoli cells were treated in the absence (control) or presence of sub-pharmacologic, pharmacologic and supra-pharmacologic concentrations of dapagliflozin (50; 500; 5000 nM, respectively), or exenatide (2,5; 25; 250 pM, respectively), or with a combination of the pharmacological concentrations of both drugs, during 24 hours. The cytotoxicity of these compounds on Sertoli cells was evaluated by MTT, lactate dehydrogenase (LDH) release, and SRB assays. The glycolytic profile of SCs was also determined (1H-NMR spectroscopy), as well as the expression levels of key metabolite transporters and enzymes, such as LDH, glucose transporters 2 (GLUT2), and monocarboxylate transporter 4 (MCT4). To further pursue our aim, glycogen storage and lipid reserves were quantified in TM4 Sertoli cells. Pharmacological concentration of dapagliflozin showed a mild cytotoxic effect that was also seen in the combined treatment. In addition, the pharmacological concentration of dapagliflozin showed to enhance the glycolytic efficiency and increase lactate secretion by Sertoli cells, which is seen as a positive enhancer of spermatogenesis. The combined treatment demonstrated that the different drugs seem to have a synergic effect to maintain the metabolic homeostasis of Sertoli cells. Thus, our results suggest that treatment with dapagliflozin, exenatide and the combined treatment of both drugs at pharmacological concentrations may be suitable for males in reproductive age.

A incidência de doenças metabólicas como Diabetes mellitus tipo 2 (TD2M) e obesidade tem aumentado entre crianças e jovens adultos. Estas doenças estão intimamente ligadas, portanto, novos agentes farmacológicos têm como objetivo controlar a glicémia enquanto provocam perda de peso. A recentemente implementada terapia combinada de dapagliflozina (inibidor do cotransportador de sódio-glucose) e exenatida (análogo do glucagon-like peptide 1) tem sido prescrita para tratar T2DM. Este tratamento influencia o metabolismo da glucose em todo o corpo, portanto, também podem afetar o metabolismo dos tecidos responsáveis pela fertilidade masculina. A espermatogénese é altamente dependente da cooperação metabólica estabelecida entre as células germinativas em desenvolvimento e as células de Sertoli. Estas usam glucose extracelular para produzir lactato, que as células germinativas usam como combustível. Neste trabalho, avaliamos os efeitos da dapagliflozina e exenatida no metabolismo das células de Sertoli. Para tal, células de Sertoli TM4 de murganho foram tratadas na ausência (controlo) ou na presença de concentrações sub-farmacológicas, farmacológicas e supra-farmacológicas de dapagliflozina (50; 500; 5000 nM, respectivamente) ou exenatida (2,5; 25; 250 pM, respectivamente) ou ainda, com uma combinação das concentrações farmacológicas de ambas as drogas, durante 24 horas. A citotoxicidade destes tratamentos para as células de Sertoli foi avaliada através de ensaios de MTT, liberação da lactato desidrogenase (LDH) e SRB. O perfil glicolítico das células de Sertoli também foi determinado (espectroscopia de 1H-RMN), bem como os níveis de expressão dos principais transportadores e enzimas como a LDH, transportadores de glucose 2 (GLUT2) e transportador de monocarboxilatos 4 (MCT4). Além disso, foi quantificado o conteúdo em glicogênio e as reservas lipídicas nas células de Sertoli TM4. A concentração farmacológica de dapagliflozina mostrou um leve efeito citotóxico que também foi observado no tratamento combinado. Além disso, a concentração farmacológica de dapagliflozina mostrou aumentar a eficiência glicolítica e aumentar a secreção de lactato pelas células de Sertoli, que é visto como um potencializador da espermatogénese. O tratamento combinado demonstrou que os diferentes fármacos parecem ter um efeito sinérgico para manter a homeostase metabólica das células de Sertoli. Assim, os nossos resultados sugerem que o tratamento com dapagliflozina, exenatida e o tratamento combinado de ambos os fármacos em concentrações farmacológicas podem ser adequados para homens na idade reprodutiva.