Evaluation of dietary carbohydrate and rosmarinic acid on intestinal expression of glucose transporters and digestive enzymes

Abstract

The impact of dietary habits on human health is well known and diet plays a significant role in chronic and age related diseases. This study had the following objectives: (1) to characterize the effects of different types of dietary carbohydrate on the expression of the digestive enzyme sucrose-isomaltase (SI) and of the glucose transporters SGLT1 and GLUT2 (sodium dependent transporter and facilitated diffusion, respectively) in intestinal epithelial cells, and (2) describe the effects of the phytochemical agent RA on the modulation of these processes. Carbohydrate digestion and absorption by the intestine determine the rise in glucose levels of the blood after a meal and in diabetic patients these processes are increased which contributes to the hyperglycemia that characterizes the disease. Other dietary constituents, namely phytochemicals, may have a beneficial effect in this scenario by decreasing carbohydrate digestion and/or intestinal glucose uptake. This study shows that when carbohydrates are removed from the diet there is a marked decrease in SI, SGLT1 and GLUT2 not only at the apical membrane of enterocytes but also in enterocyte whole cell homogenates. Upon reintroduction of diets rich in carbohydrate (glucose or amylopectin) for 7 or 14 days, there is a marked increase in the enterocyte expression of the three proteins. The effects are more pronounced in the glucose diet which suggests a decisive role for luminal glucose on the adaptive response to increasing dietary carbohydrates. The phytochemical RA demonstrated to decrease the extent of the adaptive increase in the digestive enzyme as well as in the glucose transporters revealing its potential as a regulator of intestinal glucose absorption. This work is collaboration with Dr. Simon Lee of the University of Macau, China.

Os efeitos da alimentação têm grande impacto sobre a saúde humana. Este trabalho tinha como objectivos (1) caracterizar os efeitos de diferentes fontes de hidratos de carbono na dieta de ratos sobre a expressão de enzimas digestivas e transportadores de glucose no epitélio intestinal (2) descrever os efeitos do agente fitoquímico RA na modulação destes processos. Como é sabido, a digestão e absorção de hidratos de carbono pelo intestino são processos que determinam a subida de glucose no plasma associado à dieta e podem, em doentes diabéticos por exemplo, estar aumentados o que agrava a hiperglicemia presente nestes doentes. Outros constituintes da dieta, nomeadamente agentes fitoquímicos, podem intervir beneficamente neste processo diminuindo a velocidade de digestão dos hidratos de carbono complexos e/ou eficiência do transporte de glucose para a circulação através de efeitos não só na actividade de enzimas digestivas mas também na expressão de transportadores de glucose na membrana apical de enterócitos. Assim, este estudo mostra que quando se retiram os hidratos de carbono da dieta de ratos previamente alimentados com uma dieta normal (contendo amido) os níveis da enzima sacarose-isomaltase e dos transportadores de glucose SGLT1 (sodium dependent glucose transporter 1) e do GLUT2 (difusão facilitada) baixam muito significativamente não só na membrana apical de enterócitos (BMM) como também nos extractos celulares totais de mucosa intestinal. Ao reintroduzir dietas isocalóricas ricas em hidratos de carbono de diferentes tipos – glucose ou amilopectina – por 7 ou 14 dias produzem adaptações ao nível da enzima e das proteínas transportadoras cuja expressão aumenta. Estes efeitos são mais pronunciados no caso da dieta com glucose (do que na dieta contendo amilopectina) o que indica um papel determinante da glucose lumenal livre na estimulaçãp destes mecanismos adaptativos. Os resultados confirmam ainda que a regulação do transporte da glucose e da sacarose-isomaltase parecem estar associados. O agente fitoquímico testado (RA) demonstrou ter potencial para conter estas respostas adaptativas ao aumento de glucose livre no lúmen do intestino o que revela que poderá ser útil no controle da glicemia. Este trabalho é o resultado de uma colaboração com o Doutor Simon Lee da Universidade de Macau, China.