RESUMO
O conhecimento sobre modelos animais para estudo metabólico representa a base da pesquisa nessa área. Este trabalho tem por objetivo revisar os principais modelos animais a serem utilizados no estudo da obesidade e da síndrome metabólica. Para isso, pesquisa no banco de dados Pubmed foi realizada usando as palavras-chave “animal models”, “obesity”, "metabolic syndrome”, e “bariatric surgery”. Várias espécies de animais podem ser usadas para o estudo de distúrbios metabólicos, no entanto, os roedores, tanto modelos monogênicos quanto modelos de obesidade induzida por dieta (DIO), são os animais mais utilizados nessa área. Animais monogênicos são a melhor escolha se apenas um aspecto estiver sendo avaliado. Animais DIO tendem a demonstrar melhor a interação entre doença, ambiente e gene. No entanto, eles ainda não são totalmente eficazes para a compreensão de todos os mecanismos dessa doença.
Descritores:
Modelos Animais; Obesidade; Síndrome Metabólica; Cirurgia Bariátrica
ABSTRACT
Knowledge about animal models for metabolic study is the basis of research in this area. This work aims to review the main animal models used in the study of obesity and metabolic syndrome. For this, we performed a search in the Pubmed database using the terms “animal models”, “obesity”, “metabolic syndrome” and “bariatric surgery”. Several species of animals can be used for the study of metabolic disorders. However, rodents are the most commonly used, both as monogenic models and as diet-induced obesity (DIO) ones. Monogenic animals are the best choice if only one aspect is being evaluated. DIO animals tend to better demonstrate the interaction between disease, environment and genetics. However, they are still not fully effective in providing understanding of all disease mechanisms.
Keywords:
Models, Animal; Obesity; Metabolic Syndrome; Bariatric Surgery
INTRODUÇÃO
A obesidade e a síndrome metabólica estão entre as principais causas de mortalidade mundial e seus mecanismos patogênicos ainda não estão totalmente compreendidos11 Harwood HJ Jr, Listrani P, Wagner JD. Nonhuman primates and other animal models in diabetes research. J Diabetes Sci Technol. 2012;6(3):503-14.. Dessa forma, desenvolver novos métodos de investigação das doenças com o intuito de promover a profilaxia, controle ou a cura dessas afecções torna-se uma prioridade. O uso de animais na experimentação foi e continua sendo de grande importância em pesquisas médicas, inclusive para estudo do metabolismo. Porém os resultados obtidos em estudos pré-clínicos não necessariamente são análogos aos encontrados no ser humano22 Nilsson C, Raun K, Yan FF, Larsen MO, Tang-Christensen M. Laboratory animals as surrogate models of human obesity. Acta Pharmacol Sin. 2012;33(2):173-81.. Traduzir os achados em animais para seres humanos pode ser um desafio, tanto pela diferença na fisiologia entre espécies, quanto pela própria falha na adoção do modelo de pesquisa33 Varga O, Harangi M, Olsson IA, Hansen AK. Contribution of animal models to the understanding of the metabolic syndrome: a systematic overview. Obes Rev. 2010;11(11):792-807.. Sendo assim, a escolha de um modelo válido para estudo de qualquer doença, visando à máxima semelhança com o que ocorre no paciente humano, é fundamental22 Nilsson C, Raun K, Yan FF, Larsen MO, Tang-Christensen M. Laboratory animals as surrogate models of human obesity. Acta Pharmacol Sin. 2012;33(2):173-81..
Este trabalho tem por objetivo revisar os principais modelos animais utilizados no estudo da obesidade e síndrome metabólica.
MÉTODOS
Foram pesquisados artigos na base de dados Pubmed, nos últimos dez anos, selecionados por meio das palavras-chave “animal models”, “obesity”, “metabolic syndrome” e “bariatric surgery”.
RESULTADOS
Modelos de roedores
Os modelos de roedores mais utilizados para o estudo da obesidade e síndrome metabólica são divididos principalmente em modelos geneticamente modificados, sendo os mais utilizados os animais monogênicos (mutação ligada a um gene apenas), e modelos obesos induzidos por dieta (diet-induced obesity - DIO)22 Nilsson C, Raun K, Yan FF, Larsen MO, Tang-Christensen M. Laboratory animals as surrogate models of human obesity. Acta Pharmacol Sin. 2012;33(2):173-81.,44 Lutz TA, Woods SC. Overview of animal models of obesity. Curr Protoc Pharmacol. 2012 Sep; Chapter 5:Unit5.61..
Modelos monogênicos têm como vantagem o desenvolvimento de afecções mais graves e com fenótipo bem distinto, o que facilita estudos, principalmente de fármacos, já que os efeitos são melhor observados. Além disso, costumam produzir experimentos mais curtos, pois não necessitam de programas longos de alimentação para indução da obesidade55 Wang B, Chandrasekera PC, Pippin JJ. Leptin- and leptin receptor-deficient rodent models: relevance for human type 2 diabetes. Curr Diab Rev. 2014;10(2):131-45.. Como a base genética é homogênea e os fatores ambientais são controlados, a variabilidade dos resultados é mínima, possibilitando o uso de amostras menores66 Srinivasan K, Ramarao P. Animal models of type 2 diabetes research: an overview. Indian J Med Res. 2007;125(3):451-72.. Observações derivadas destas linhagens puras, entretanto, podem não ser semelhantes às encontradas na população humana, já que a obesidade é sabidamente uma doença multifatorial. Nesse caso, modelos DIO parecem ser os que mais se aproximam dos mecanismos promotores de obesidade e síndrome metabólica em humanos22 Nilsson C, Raun K, Yan FF, Larsen MO, Tang-Christensen M. Laboratory animals as surrogate models of human obesity. Acta Pharmacol Sin. 2012;33(2):173-81..
Outra desvantagem dos animais monogênicos é a alta mortalidade devido à cetose em determinadas linhagens, como no caso do camundongo db/db, além da necessidade de manutenção sofisticada dos animais, o que encarece a pesquisa66 Srinivasan K, Ramarao P. Animal models of type 2 diabetes research: an overview. Indian J Med Res. 2007;125(3):451-72.. Em geral, o custo de um animal monogênico é de no mínimo 100 a 400 dólares, variando com a linhagem escolhida, o que pode ainda aumentar dependendo do sexo, peso e idade escolhidos para a pesquisa. Já o rato Wistar e o Sprague Dawley (SD), modelos DIO mais utilizados, podem ser adquiridos, em média, por 20 dólares cada77 Charles River Laboratories. [Internet]. Find a research model. 2018. Disponível em: https://www.criver.com/products-services/find-model.
https://www.criver.com/products-services...
,88 The Jackson Laboratory. [Internet]. Jax® mice and services. 2018. Disponível em: https://www.jax.org/jax-mice-and-services.
https://www.jax.org/jax-mice-and-service...
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Animais geneticamente modificados
Animais monogênicos
Um dos animais monogênicos mais utilizados no estudo da obesidade e síndrome metabólica, principalmente o diabetes tipo 2 (DM2), é o camundongo ob/ob99 Hummel KP, Dickie MM, Coleman DL. Diabetes, a new mutation in the mouse. Science. 1966;153(3740):1127-8.. A mutação espontânea que leva à obesidade é conhecida desde a década de 50, porém maior ênfase no produto do gene ob, a leptina, foi dada somente a partir de 199444 Lutz TA, Woods SC. Overview of animal models of obesity. Curr Protoc Pharmacol. 2012 Sep; Chapter 5:Unit5.61.. O camundongo ob/ob não produz leptina, hormônio responsável pela saciedade, porém ainda é sensível a ela99 Hummel KP, Dickie MM, Coleman DL. Diabetes, a new mutation in the mouse. Science. 1966;153(3740):1127-8.. A obesidade importante que ocorre nesses animais tem ainda outras causas, como o defeito na termogênese do tecido adiposo marrom, o que leva a uma maior deposição de energia ingerida na forma de gordura1010 Trayhurn P, Jones PM, McGuckin MM, Goodbody AE. Effects of overfeeding on energy balance and brown fat thermogenesis in obese (ob/ob) mice. Nature. 1982;295(5847):323-5., e lipogênese hepática aumentada1111 Memon RA, Fuller J, Moser AH, Smith PJ, Grunfeld C, Feingold KR. Regulation of putative fatty acid transporters and Acyl-CoA synthetase in liver and adipose tissue in ob/ob mice. Diabetes. 1999;48(1):121-7..
Este animal apresenta como primeira característica o fenótipo obeso acentuado precoce, caracterizado por hiperfagia22 Nilsson C, Raun K, Yan FF, Larsen MO, Tang-Christensen M. Laboratory animals as surrogate models of human obesity. Acta Pharmacol Sin. 2012;33(2):173-81.,44 Lutz TA, Woods SC. Overview of animal models of obesity. Curr Protoc Pharmacol. 2012 Sep; Chapter 5:Unit5.61., seguido de hiperinsulinemia, hiperglicemia moderada e resistência à insulina, além de hipotiroidismo44 Lutz TA, Woods SC. Overview of animal models of obesity. Curr Protoc Pharmacol. 2012 Sep; Chapter 5:Unit5.61.. O animal apresenta esteatose hepática, porém a progressão para hepatite não ocorre. Para isso é necessário a exposição do camundongo a um agente tóxico, diferentemente de humanos, em que a progressão é uma consequência natural da doença1212 Koteish A, Diehl AM. Animal models of steatosis. Semin Liver Dis. 2001;21(1):89-104..
O tratamento com leptina nestes animais normalmente diminui a ingestão de alimento e aumenta a absorção de glicose em vários tecidos. Além disso, a diminuição crônica do consumo alimentar reduz o peso corporal e melhora a sensibilidade à insulina. A administração de leptina recombinante em humanos obesos por deficiência desse hormônio demonstrou os mesmos efeitos observados nos camundongos. No entanto, a maioria dos indivíduos obesos não apresenta obesidade ocasionada por deficiência na produção de leptina. Ao contrário, este hormônio normalmente está elevado devido a uma resistência à leptina, demonstrando que a fisiologia do animal não reflete completamente a fisiologia humana22 Nilsson C, Raun K, Yan FF, Larsen MO, Tang-Christensen M. Laboratory animals as surrogate models of human obesity. Acta Pharmacol Sin. 2012;33(2):173-81..
O camundongo db/db é fenotipicamente semelhante ao ob/ob, desenvolvendo obesidade rapidamente após o desmame, porém apresenta hiperglicemia mais grave do que o segundo, devido à deficiência no receptor de leptina44 Lutz TA, Woods SC. Overview of animal models of obesity. Curr Protoc Pharmacol. 2012 Sep; Chapter 5:Unit5.61.. O nível glicêmico em animais de sete semanas é, em média, de 700mg/dl, o que se sustenta por toda sua vida, ao contrário do que ocorre em animais ob/ob, em que os níveis diminuem e normalizam após 12 semanas de idade1313 Katsuda Y, Ohta T, Miyajima K, Kemmochi Y, Sasase T, Tong B, et al. Diabetic complications in obese type 2 diabetic rat models. Exp Anim. 2014;63(2):121-34.. Já os níveis de leptina são elevados, já que não há defeito em sua produção1414 Chua SC Jr, Chung WK, Wu-Peng XS, Zhang Y, Liu SM, Tartaglia L, et al. Phenotypes of mouse diabetes and rat fatty due to mutations in the OB (leptin) receptor. Science. 1996;271(5251):994-6.. A permanência da hiperglicemia durante toda a vida do animal consiste de vantagem em determinados experimentos em que a idade influencia o resultado. Em estudo objetivando avaliar alterações neurológicas induzidas por hiperinsulinemia e diabetes, camundongos db/db foram utilizados em diferentes fases de vida (quatro, 14 e 26 semanas de idade) para verificar e correlacionar a progressão da resistência à insulina até a instalação do diabetes clínico e sua evolução. Este modelo animal permitiu aos pesquisadores verificar a progressão da atrofia cerebral decorrente da idade, associada à alteração metabólica1515 Ramos-Rodriguez JJ, Molina-Gil S, Ortiz-Barajas O, Jimenez-Palomares M, Perdomo G, Cozar-Castellano I, et al. Central proliferation and neurogenesis is impaired in type 2 diabetes and prediabetes animal models. PloS One. 2014;9(2):e89229..
Apesar dos camundongos db/db serem muito utilizados para o estudo do DM2 e suas complicações, como a retinopatia e neuropatia, estes animais não desenvolvem todas as alterações encontradas em humanos, como por exemplo, a deposição amiloide em pâncreas44 Lutz TA, Woods SC. Overview of animal models of obesity. Curr Protoc Pharmacol. 2012 Sep; Chapter 5:Unit5.61..
O camundongo KK apresenta resistência à insulina e obesidade moderada de origem poligênica. Porém, a introdução da mutação agouti (Ay), considerada um defeito monogênico, produz o modelo KK-Ay, que apresenta o DM2 de forma mais precoce22 Nilsson C, Raun K, Yan FF, Larsen MO, Tang-Christensen M. Laboratory animals as surrogate models of human obesity. Acta Pharmacol Sin. 2012;33(2):173-81.,1616 Watadani R, Kotoh J, Sasaki D, Someya A, Matsumoto K, Maeda A. 10-Hydroxy-2-decenoic acid, a natural product, improves hyperglycemia and insulin resistance in obese/diabetic KK-Ay mice, but does not prevent obesity. J Vet Med Sci. 2017;79(9):1596-602.. A proteína agouti funciona como um antagonista do receptor de melanocortina-4, o que afeta a regulação energética do organismo, predispondo à obesidade22 Nilsson C, Raun K, Yan FF, Larsen MO, Tang-Christensen M. Laboratory animals as surrogate models of human obesity. Acta Pharmacol Sin. 2012;33(2):173-81.,1717 Stütz AM, Morrison CD, Argyropoulus G. The agouti-related protein and its role in energy homeostasis. Peptides. 2005;26(10):1771-81.. O camundongo KK-Ay apresenta hiperleptinemia e resistência à leptina sem qualquer defeito no gene ob, assim como, diminuição dos níveis de adiponectina, semelhante ao que ocorre em humanos1818 Bray GA, Greenway FL. Current and potential drugs for treatment of obesity. Endocr Rev. 1999;20(6):805-75..
O excesso de peso nesses animais já é observado com dois meses de idade, estabilizando, aos seis meses, em torno de 50 a 60g, com 33% do peso corporal sendo composto de gordura. O animal tende a apresentar hiperinsulinemia, intolerância à glicose e hiperglicemia, porém, esta normaliza após um ano de idade. Lesão glomerular e glicosúria também foram observadas nesse modelo. Como a obesidade nesse animal ocorre por um aumento do consumo alimentar, a restrição dietética tende a reverter o excesso de peso1717 Stütz AM, Morrison CD, Argyropoulus G. The agouti-related protein and its role in energy homeostasis. Peptides. 2005;26(10):1771-81.. Como tanto a obesidade quanto o DM2 aparecem de forma precoce nestes animais, o tempo de experimento acaba por ser mais curto. Estudo utilizando fêmeas KK-Ay com cinco semanas de idade, já obesas e diabéticas, avaliou a administração de composto obtido da geleia real com potencial terapêutico para o DM2 durante quatro semanas. Mesmo em curto prazo, os pesquisadores identificaram a melhora nos níveis glicêmicos e na resistência à insulina1616 Watadani R, Kotoh J, Sasaki D, Someya A, Matsumoto K, Maeda A. 10-Hydroxy-2-decenoic acid, a natural product, improves hyperglycemia and insulin resistance in obese/diabetic KK-Ay mice, but does not prevent obesity. J Vet Med Sci. 2017;79(9):1596-602..
O rato Zucker, da mesma forma que o camundongo db/db, desenvolve a obesidade por apresentar defeito no receptor de leptina, ocasionada por uma mutação no gene fa1919 Phillips MS, Liu Q, Hammond HA, Dugan V, Hey PJ, Caskey CJ, et al. Leptin receptor missense mutation in the fatty Zucker rat. Nat Genet. 1996;13(1):18-9.. Esse animal produz leptina, porém, não há atuação do hormônio em seu receptor, levando-o a um estado de hiperfagia, com altos níveis de leptina plasmática. Além da leptina, outros hormônios orexígenos também estão elevados neste modelo2020 Aleixandre de Artiñano A, Miguel Castro M. Experimental rat models to study the metabolic syndrome. Br J Nutr. 2009;102(9):1246-53.. Ratos Zucker adultos apresentam 40% de seu peso na forma de gordura, assim como, resistência à insulina, porém, a glicemia é normal, sem desenvolvimento evidente do quadro de DM21818 Bray GA, Greenway FL. Current and potential drugs for treatment of obesity. Endocr Rev. 1999;20(6):805-75.. Esses dados são semelhantes a uma parte da população humana que apresenta obesidade e resistência à insulina, porém, não é diabética22 Nilsson C, Raun K, Yan FF, Larsen MO, Tang-Christensen M. Laboratory animals as surrogate models of human obesity. Acta Pharmacol Sin. 2012;33(2):173-81.. A lesão pancreática nestes animais, entretanto, não ocorre da mesma forma que em humanos2121 Szayna M, Doyle ME, Betkey JA, Holloway HW, Spencer RG, Greig NH, et al. Exendin-4 decelerates food intake, weight gain, and fat deposition in Zucker rats. Endocrinology. 2000;141(6):1936-41.. Este modelo animal é utilizado principalmente para estudos farmacológicos de medicamentos antiobesidade e sensibilizadores de insulina, assim como, de análogos de incretina2222 Ramarao P, Kaul CL. Insulin resistance: current therapeutic approaches. Drugs Today (Barc). 1999;35(12):895-911..
O cruzamento de ratos Zucker consanguíneos acabou desenvolvendo uma subestirpe menos obesa, porém diabética, denominada de rato Zucker obeso diabético (ZDF)2323 Clark JB, Palmer CJ, Shaw WN. The diabetic Zucker fatty rat. Proc Soc Exp Biol Med. 1983;173(1):68-75.. Ratos ZDF machos são mais propensos ao desenvolvimento de DM2, sendo utilizado para seu estudo, assim como, da obesidade, sinalização de leptina ou a interação entre as três alterações55 Wang B, Chandrasekera PC, Pippin JJ. Leptin- and leptin receptor-deficient rodent models: relevance for human type 2 diabetes. Curr Diab Rev. 2014;10(2):131-45..
Também utilizado para o estudo do DM2, o rato Goto-Kakizaki (GK) é um animal não obeso e espontaneamente diabético, obtido pela seleção de ratos Wistar com altos níveis glicêmicos2424 Yasuda K, Nishikawa W, Iwanaka N, Nakamura E, Seino Y, Tsuda K, et al. Abnormality in fibre type distribution of soleus and plantaris muscles in non-obese diabetic Goto-Kakizaki rats. Clin Exp Pharmacol Physiol. 2002;29(11):1001-8.. Animais GK apresentam hiperglicemia em jejum, hiperinsulinemia, intolerância à glicose, já com duas semanas de idade, e início precoce de complicações diabéticas2525 Portha B, Giroix MH, Serradas P, Gangneurau MN, Movassat J, Rajas F, et al. beta-cell function and viability in the spontaneously diabetic GK rat: information from the GK/Par colony. Diabetes. 2001;50 Suppl 1:S89-93., sendo considerado um dos melhores modelos para estudo dessa doença66 Srinivasan K, Ramarao P. Animal models of type 2 diabetes research: an overview. Indian J Med Res. 2007;125(3):451-72..
Animais poligênicos
Um dos modelos poligênicos utilizados em pesquisas metabólicas é o rato obeso da Nova Zelândia (NZO), animal que desenvolve hiperfagia e obesidade juvenil, mesmo ingerindo dietas com baixo teor de gordura. Além disso, também podem desenvolver DM22626 Joost HG. The genetic basis of obesity and type 2 diabetes: lessons from the New Zealand obese mouse, a polygenic model of the metabolic syndrome. Results Probl Cell Differ. 2010;52:1-11.. Por conta da variação da ocorrência de diabetes, esse modelo foi cruzado com outro animal intolerante à glicose, visando ao desenvolvimento da doença como ocorre em humanos. Apesar das subestirpes desenvolverem a afecção, alguns animais, entretanto, nem sempre apresentam o quadro2727 Cho YR, Kim HJ, Park SY, Ko HJ, Hong EG, Higashimori T, et al. Hyperglycemia, maturity-onset obesity, and insulin resistance in NONcNZO10/LtJ males, a new mouse model of type 2 diabetes. Am J Physiol Endocrinol Metab. 2007;293(1):E327-36.. Isso demonstra como o desenvolvimento da obesidade e síndrome metabólica é um processo complexo, tanto em animais quanto em humanos, dificultando o entendimento completo de sua patogênese.
A estirpe de roedor JCR:LA é a mais utilizada, por desenvolver, além de aterosclerose, isquemia cardíaca e resistência à insulina2727 Cho YR, Kim HJ, Park SY, Ko HJ, Hong EG, Higashimori T, et al. Hyperglycemia, maturity-onset obesity, and insulin resistance in NONcNZO10/LtJ males, a new mouse model of type 2 diabetes. Am J Physiol Endocrinol Metab. 2007;293(1):E327-36.. Essa linhagem apresenta obesidade muito mais extrema do que a observada em rato Zucker, assim como, hiperlipidemia grave66 Srinivasan K, Ramarao P. Animal models of type 2 diabetes research: an overview. Indian J Med Res. 2007;125(3):451-72.. Apesar disso, esse modelo possui diferenças significativas na morfologia das lesões ateroscleróticas e não podem demonstrar ainda a mesma patogênese dos humanos2828 Russell JC, Proctor SD. Small animal models of cardiovascular disease: tools for the study of the roles of metabolic syndrome, dyslipidemia, and atherosclerosis. Cardiovasc Pathol. 2006;15(6):318-30..
Animais obesos induzidos por dieta
A característica mais comum dos animais geneticamente modificados, com exceção do GK, é o início precoce da obesidade. Em seres humanos, no entanto, o ganho de peso pode ocorrer em qualquer idade, sendo mais comum com o avanço da mesma. Além disso, o grau de obesidade em pacientes com DM2 é variável, sendo menos grave em jovens, ao contrário do que ocorre nestes roedores, o que pode afetar muitos aspectos da pesquisa55 Wang B, Chandrasekera PC, Pippin JJ. Leptin- and leptin receptor-deficient rodent models: relevance for human type 2 diabetes. Curr Diab Rev. 2014;10(2):131-45..
Modelos animais DIO são os que mais se aproximam dos mecanismos promotores de obesidade e síndrome metabólica em humanos. Estes animais são normalmente utilizados para estudo do papel da dieta, fisiopatologia e etiologia da doença, além de testes farmacológicos. No entanto, os resultados dos estudos são discrepantes, principalmente em relação à composição das dietas e o tipo de modelo utilizado22 Nilsson C, Raun K, Yan FF, Larsen MO, Tang-Christensen M. Laboratory animals as surrogate models of human obesity. Acta Pharmacol Sin. 2012;33(2):173-81.,2929 Madsen AN, Hansen G, Paulsen SJ, Lykkegaard K, Tang-Christensen M, Hansen HS, et al. Long-term characterization of the diet-induced obese and diet-resistant rat model: a polygenetic rat model mimicking the human obesity syndrome. J Endocrinol. 2010;206(3):287-96.. A dieta moderna em seres humanos é composta normalmente por elevado nível de gorduras e carboidratos. Os estudos com roedores baseiam-se nessas dietas, porém, há variação na quantidade dos componentes utilizados, assim como, em sua fonte, o que pode alterar o fenótipo do animal22 Nilsson C, Raun K, Yan FF, Larsen MO, Tang-Christensen M. Laboratory animals as surrogate models of human obesity. Acta Pharmacol Sin. 2012;33(2):173-81. e acabar por desenvolver um modelo de obesidade e/ou DM2 com características não padronizadas. Em geral, dietas com altos níveis de frutose imitam a dieta humana e associadas a alto teor de gordura promovem aumento do peso, da gordura abdominal, hiperglicemia e hiperinsulinemia em camundongos3030 Sato Mito N, Suzui M, Yoshino H, Kaburagi T, Sato K. Long term effects of high fat and sucrose diets on obesity and lymphocyte proliferation in mice. J Nutr Health Aging. 2009;13(7):602-6.. A frutose parece ser importante no desenvolvimento da síndrome metabólica, assim como, da própria obesidade, já que este açúcar leva não só à resistência à insulina, mas também à resistência de leptina, resultando no ganho de peso3131 Aydin S, Aksoy A, Aydin S, Kalayci M, Yilmaz M, Kuloglu T, et al. Today´s and yesterday´s of pathophysiology: biochemistry of metabolic syndrome and animal models. Nutrition. 2014;30(1):1-9.
32 Basumata C, Kalita JC, Dutta C, Mohan P, Baruah KK. Animal models for type 2 diabetes. Int J Int Sci Inn Tech Sec B. 2012;1(3):24-30.-3333 Sheludiakova A, Rooney K, Boakes RA. Metabolic and behavioural effects of sucrose and fructose/glucose drinks in the rat. Eur J Nutr. 2012;51(4):445-54..
Geralmente as dietas utilizadas são padronizadas comercialmente, porém existem opções, como a dieta da cafeteria, em que os animais escolhem os alimentos oferecidos. A vantagem dessa dieta é sua alta palatabilidade, além da grande semelhança com a dieta humana, porém, como não é padronizada, o conteúdo nutricional torna-se de difícil avaliação e os animais podem apresentar deficiência de proteínas e hipovitaminose. Apesar de demonstrar ganho de peso importante, essa dieta tende a ser menos utilizada do que as comerciais33 Varga O, Harangi M, Olsson IA, Hansen AK. Contribution of animal models to the understanding of the metabolic syndrome: a systematic overview. Obes Rev. 2010;11(11):792-807..
Determinadas linhagens, como a de camundongos S5B/PI ou A/J são considerados resistentes à obesidade induzida por dieta, enquanto ratos SD e Wistar desenvolvem essa afecção mais facilmente, o que mostra que a base genética é importante no ganho de peso corporal22 Nilsson C, Raun K, Yan FF, Larsen MO, Tang-Christensen M. Laboratory animals as surrogate models of human obesity. Acta Pharmacol Sin. 2012;33(2):173-81.. A estirpe DIO mais utilizada é de ratos SD, animais propensos ao ganho de peso pela dieta desde filhotes, assim como, camundongos C57BL6/J, animais obesos e potencialmente hiperglicêmicos e hiperinsulinêmicos, que desenvolvem obesidade mesmo quando alimentados com dieta padrão ao longo do período de vida do indivíduo, semelhante ao que ocorre em humanos2929 Madsen AN, Hansen G, Paulsen SJ, Lykkegaard K, Tang-Christensen M, Hansen HS, et al. Long-term characterization of the diet-induced obese and diet-resistant rat model: a polygenetic rat model mimicking the human obesity syndrome. J Endocrinol. 2010;206(3):287-96.,3434 Surwit RS, Feinglos MN, Rodin J, Sutherland A, Petro AE, Opara EC, et al. Differential effects of fat and sucrose on the development of obesity and diabetes C57BL/6J and A/J mice. Metabolism. 1995;44(5):645-51.,3535 Oron-Herman M, Kamari Y, Grossman E, Yeger G, Peleg E, Shabtay Z, et al. Metabolic syndrome: comparison of the two commonly used animal models. Am J Hypertens. 2008;21(9):1018-22.. Estudo avaliando a eficácia do bypass gástrico em Y de Roux em animais C57BL6/J com esteato-hepatite não alcóolica, confirmou não somente que este animal poderia ser utilizado como modelo da alteração hepática, mas também que a cirurgia poderia conferir modulação da função mitocondrial hepática contribuindo para efeito favorável na doença3636 Verbeek J, Lannoo M, Pirinen E, Ryu D, Spincemaille P, Vander Elst I, et al. Roux-en-y gastric bypass attenuates hepatic mitochondrial dysfunction in mice with non-alcoholic steatohepatitis. Gut. 2015;64(4):673-83..
Recentemente, outra linhagem de animal poligênico, o rato Wistar, vem sendo utilizada para estudos de obesidade induzida por dieta e tem demonstrado aumento de peso corporal3737 Da Silva AS, Pauli JR, Ropelle ER, Oliveira AG, Cintra DE, De Souza CT, et al. Exercise intensity, inflammatory signaling, and insulin resistance in obese rats. Med Sci Sports Exerc. 2010;42(12):2180-8.,3838 Kimura Y, Yamada A, Takabayashi Y, Tsubota T, Kasuga H. Development of a new diet-induced obesity (DIO) model using Wistar lean rats. Exp Anim. 2018;67(2):155-61.. Por outro lado, resultados sobre alterações na insulinemia são conflitantes. Alguns animais desenvolvem o quadro de hiperinsulinemia3939 Nascimento AF, Sugizaki MM, Leopoldo AS, Lima-Leopoldo AP, Luvizotto RA, Nogueira CR, et al. A hypercaloric pellet-diet cycle induces obesity and co-morbidities in Wistar rats. Arq Bras Endocrinol Metabol. 2008;52(6):968-74., enquanto outros, não4040 Estadella D, Oyama LM, Dâmaso AR, Ribeiro EB, Oller do Nascimento CM. Effect of palatable hyperlipidic diet on lipid metabolism of sedentary and exercised rats. Nutrition. 2004;20(2):218-24.. Avaliação de intolerância à glicose também é pouco reportada3737 Da Silva AS, Pauli JR, Ropelle ER, Oliveira AG, Cintra DE, De Souza CT, et al. Exercise intensity, inflammatory signaling, and insulin resistance in obese rats. Med Sci Sports Exerc. 2010;42(12):2180-8.. O modelo de rato Wistar fêmea vem sendo utilizado também como modelo DIO durante a gestação, tanto para desenvolvimento de modelo de obesidade gestacional, quanto para avaliação da prole proveniente de mãe obesa. O uso de dieta hipercalórica durante o período gestacional e de lactação de ratas Wistar parece alterar o fenótipo de obesidade nos filhos de mães obesas, demonstrando a importância da nutrição materna3838 Kimura Y, Yamada A, Takabayashi Y, Tsubota T, Kasuga H. Development of a new diet-induced obesity (DIO) model using Wistar lean rats. Exp Anim. 2018;67(2):155-61..
Outros modelos de roedores
O desenvolvimento do DM2 pode ser realizado com a utilização de estreptozotocina, como no caso do modelo high-fat diet-fed streptozotocin-treated (HFD/STZ). Nesse caso, um animal DIO hiperinsulinêmico e resistente à insulina, recebe a toxina que tem a função de destruir as células-ß e promover o DM2. Juntos, os dois fatores imitam a patogenia do DM2 como em humanos4141 Skovsø S. Modeling type 2 diabetes in rats using high fat diet and streptozotocin. J Diabetes Invest. 2014;5(4):349-58.. Discussões têm ocorrido com este modelo, já que a estreptozotocina é um agente utilizado para indução do diabetes tipo 1, em que há falha na produção de insulina. Em humanos, após a ocorrência do diabetes, tanto do tipo 1 quanto do tipo 2, células-ß residuais continuam existindo, porém, há diferença na quantidade dessas células entre os tipos de diabetes, com o tipo 1 apresentando menor número. A indução com a toxina normalmente afeta as células-ß de maneira grave, o que poderia promover diabetes precoce no modelo obeso e contrastar com a patogênese natural4141 Skovsø S. Modeling type 2 diabetes in rats using high fat diet and streptozotocin. J Diabetes Invest. 2014;5(4):349-58..
Modelos de roedores na cirurgia bariátrica
Roedores também são utilizados para estudo de aspectos metabólicos da cirurgia, sendo os mais empregados os animais do tipo SD, ZFD, Zucker e GK4242 Rao RS, Rao V, Kini S. Animal models in bariatric surgery--a review of the surgical techniques and postsurgical physiology. Obes Surg. 2010;20(9):1293-305. e, mais recentemente, o rato Wistar, principalmente para a técnica de gastrectomia vertical4343 Rodríguez A, Becerril S, Valentí V, Moncada R, Méndez-Giménez L, Ramírez B, et al. Short-term effects of sleeve gastrectomy and caloric restriction on blood pressure in diet-induced obese rats. Obes Surg. 2012;22(9):1481-90.. O trato gastrointestinal de roedores é similar ao do humano, porém, cuidados devem ser tomados, já que a pequena dimensão do animal exige maior precisão do cirurgião, assim como, instrumentos de microcirurgia. Além disso, quando se trabalha com modelos cirúrgicos de roedores, geralmente se preconiza utilizar dois grupos controles de operação simulada, com um deles recebendo a mesma quantidade de alimento que o grupo alvo de estudo (pair-fed)4242 Rao RS, Rao V, Kini S. Animal models in bariatric surgery--a review of the surgical techniques and postsurgical physiology. Obes Surg. 2010;20(9):1293-305..
Outros modelos animais
Além dos roedores, outras espécies podem ser utilizadas em estudos metabólicos, entre elas, os primatas não humanos. Estes animais são particularmente úteis para o estudo da obesidade e síndrome metabólica, pois a obesidade em macacos tende a ocorrer tardiamente decorrente principalmente de excessos alimentares. Além disso, o excesso de peso está comumente associado à alterações metabólicas semelhantes às que ocorrem na síndrome metabólica em humanos, tais como obesidade abdominal, hiperinsulinemia, intolerância à glicose e aumento dos níveis de triglicerídeos e colesterol11 Harwood HJ Jr, Listrani P, Wagner JD. Nonhuman primates and other animal models in diabetes research. J Diabetes Sci Technol. 2012;6(3):503-14.,44 Lutz TA, Woods SC. Overview of animal models of obesity. Curr Protoc Pharmacol. 2012 Sep; Chapter 5:Unit5.61..
Animais domésticos, como cães e gatos, também podem ser utilizados, principalmente por compartilharem os mesmos fatores ambientais de risco que o ser humano, como a inatividade física, além da própria alimentação inadequada. Gatos domésticos obesos tendem a desenvolver resistência à insulina e DM2, semelhante aos humanos. Esses animais também apresentam período de pré-diabetes prolongado, caracterizado por resistência à insulina e desenvolvem neuropatia e retinopatia, além de amiloidose pancreática, hipertensão e dislipidemia. É bem provável que o DM2 nessa espécie também seja uma doença poligênica, similar aos humanos, porém, a investigação de fatores genéticos em felinos ainda está iniciando4444 Nelson RW, Reusch CE. Animal models of disease: classification and etiology of diabetes in dogs and cats. J Endocrinol. 2014;222(3):T1-9..
Apesar de modelos caninos serem relativamente bem utilizados na área de doenças metabólicas4545 Bergman RN, Kim SP, Hsu IR, Catalano KJ, Chiu JD, Kabir M, et al. Abdominal obesity: role in the pathophysiology of metabolic disease and cardiovascular risk. Am J Med. 2007;120(2 Suppl 1):S3-8., a patogênese das comorbidades associadas à obesidade difere do humano e é menos compreendida nesta espécie. Algumas raças possuem maior predisposição ao desenvolvimento do diabetes, principalmente o tipo 1, enquanto outras, menos, e esta doença está normalmente associada à doenças como a pancreatite11 Harwood HJ Jr, Listrani P, Wagner JD. Nonhuman primates and other animal models in diabetes research. J Diabetes Sci Technol. 2012;6(3):503-14., ao contrário do ser humano. Estes animais compensam de melhor forma a hiperglicemia que outras espécies, não perdendo células-ß e não apresentando amiloidose pancreática11 Harwood HJ Jr, Listrani P, Wagner JD. Nonhuman primates and other animal models in diabetes research. J Diabetes Sci Technol. 2012;6(3):503-14.,4444 Nelson RW, Reusch CE. Animal models of disease: classification and etiology of diabetes in dogs and cats. J Endocrinol. 2014;222(3):T1-9.. A resistência à insulina pode ocorrer, porém, o quadro total de DM2 é muito raro. Cães também apresentam hipertrigliceridemia e hipercolesterolemia, porém, são extremamente resistentes à aterosclerose. Essas constatações levam a crer que esses animais possuem mecanismos de proteção que não existem em humanos, ou então, que estes apresentam elementos fisiopatológicos para síndrome metabólica inexistentes em cães4646 Verkest KR. Is the metabolic syndrome a usefull clinical concept in dogs? A review of the evidence. Vet J. 2014;199(1):24-30..
Suínos são considerados bons modelos para obesidade e síndrome metabólica por sua dieta, propensão ao excesso de peso, anatomia cardiovascular e metabolismo de lipoproteínas comparáveis à humana4747 Hamamdzic D, Wilensky RL. Porcine models of accelerated coronary atherosclerosis: role of diabetes mellitus and hypercholesterolemia. J Diabetes Res. 2013;2013:761415.. Ao contrário de cães, que não desenvolvem doença vascular, suínos apresentam lesões ateroscleróticas com características anatômicas e histopatológicas similares ao que ocorre em humanos, sendo muito utilizados para este tipo de estudo. A grande desvantagem da utilização destes animais, no entanto, ocorre pelo tamanho da espécie, assim como, pelos altos custos de manutenção. Além disso, estes animais precisam de um período de ao menos dois anos para que ocorra a formação de placas ateroscleróticas, prolongando o tempo de experimento e tornando o mesmo mais oneroso11 Harwood HJ Jr, Listrani P, Wagner JD. Nonhuman primates and other animal models in diabetes research. J Diabetes Sci Technol. 2012;6(3):503-14..
Devido ao seu tamanho e à similaridade anatômica com o ser humano, suínos também são empregados para procedimentos cirúrgicos. Apesar disso, algumas diferenças anatômicas no trato gastrointestinal existem, entre elas, a presença de ceco desenvolvido e extensão intestinal pronunciadamente longa. Ao contrário dos roedores, suínos são mais utilizados para aperfeiçoamento da técnica bariátrica por laparoscopia e não para o entendimento da fisiopatologia da doença, porém, o acompanhamento pós-cirúrgico dessa espécie também demonstrou perda de peso e alteração de determinadas incretinas, tanto na técnica de desvio gástrico laparoscópico em Y de Roux quanto na gastrectomia vertical4242 Rao RS, Rao V, Kini S. Animal models in bariatric surgery--a review of the surgical techniques and postsurgical physiology. Obes Surg. 2010;20(9):1293-305..
Minipigs também podem ser utilizados, com a vantagem de serem menores que os suínos convencionais. Determinadas linhagens tendem a ser utilizadas em pesquisas metabólicas devido à facilidade de ganho de peso. Esses animais precisam ficar em restrição alimentar para manter fenótipo magro. Quando ingerem ração normal ad libitum apresentam comportamento hiperfágico, pesando de duas a três vezes mais que animais em restrição. A obesidade demonstrada por esta linhagem é grave e seu comportamento parece ser semelhante ao comportamento de pessoas insaciáveis, com desejo por comida. Apesar disso, é um modelo novo, não totalmente caracterizado e, embora desenvolva resistência à insulina, até o momento não houve desenvolvimento de DM222 Nilsson C, Raun K, Yan FF, Larsen MO, Tang-Christensen M. Laboratory animals as surrogate models of human obesity. Acta Pharmacol Sin. 2012;33(2):173-81..
Recentemente, peixes-zebra têm se mostrado um modelo atrativo para estudos em doenças metabólicas, pela biologia de seu tecido adiposo, metabolismo lipídico, estrutura pancreática e homeostase da glicose4848 Zang L, Maddison LA, Chen W. Zebrafish as a model for obesity and diabetes. Front Cell Dev Biol. 2018;6:91.. Este vertebrado é tradicionalmente utilizado para estudos de desenvolvimento biológico por ser de custo acessível e manejo fácil, além de permitir alterações genéticas4949 Freifeld L, Odstrcil I, Förster D, Ramirez A, Gagnon JA, Randlett O, et al. Expansion microscopy of zebrafish for neuroscience and developmental biology studies. Proc Natl Acad Sci U S A. 2017;114(50):E10799-E10808.. O primeiro modelo de peixe-zebra DIO foi relatado em 2010, com indução de dieta hipercalórica por período de oito semanas. Os indivíduos exibiram aumento do índice de massa corporal, hipertrigliceridemia e esteatose hepática quando comparados a peixes com alimentação normal5050 Oka T, Nishimura Y, Zang L, Hirano M, Shimada Y, Wang Z, et al. Diet-induced obesity in zebrafish shares common pathophysiological pathways with mammalian obesity. BMC Physiol. 2010;10:2.. Além disso, a análise comparativa do transcriptoma do tecido adiposo visceral destes animais demonstrou que o metabolismo lipídico deste peixe é semelhante ao dos mamíferos4848 Zang L, Maddison LA, Chen W. Zebrafish as a model for obesity and diabetes. Front Cell Dev Biol. 2018;6:91.. A alteração da obesidade pode ocorrer ainda por manipulação genética5151 McMenamin SK, Minchin JE, Gordon TN, Rawls JF, Parichy DM. Dwarfism and increased adiposity in the gh1 mutant zebrafish vizzini. Endocrinology. 2013;154(4):1476-87. ou mesmo por substâncias modificadoras de fenótipo, como o extrato de chá verde, que inibiu o acúmulo de lipídios e alterou a expressão de genes do catabolismo lipídico5252 Meguro S, Hasumura T, Hase T. Body fat accumulation in zebrafish is induced by a diet rich in fat and reduced by supplementation with green tea extract. PloS One. 2015;10(3):e0120142..
Da mesma maneira, indução de DM2 pode ser realizada neste modelo, imergindo o animal em soluções concentradas de glicose5353 Capiotti KM, Antonioli R Jr, Kist LW, Bogo MR, Bonan CD, Da Silva RS. Persistent impaired glucose metabolism in a zebrafish hyperglycemia model. Comp Biochem Physiol B Biochem Mol Biol. 2014;171:58-65.. Este método, apesar de conveniente, não mimetiza a indução do diabetes em humanos. A superalimentação destes animais, entretanto, causa resistência à insulina, elevação da glicemia em jejum e intolerância à glicose5454 Zang L, Shimada Y, Nishimura N. Development of a novel zebrafish model for type 2 diabetes mellitus. Sci Rep. 2017;7(1):1461..
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Vários modelos animais podem ser utilizados para estudo da fisiopatologia e tratamento da obesidade e síndrome metabólica, porém a descrição desses modelos ainda está longe de ser exaustiva, já que nenhum deles foi aceito como ideal para o estudo destas afecções como um todo. Animais monogênicos são a melhor escolha se um único aspecto está sendo avaliado. Já modelos DIO tendem a demonstrar melhor a interação da doença com o ambiente e o gene, porém, ainda não são totalmente efetivos para o entendimento destes distúrbios. Dessa forma, nem sempre os resultados encontrados com os modelos irão levar a novos tratamentos válidos em humanos. A procura por modelos que apresentem obesidade e síndrome metabólica da mesma forma que humanos pode ajudar a entender não só a fisiopatologia dessas afecções, mas permitir o desenvolvimento de tratamentos mais eficazes. Dessa forma é provável que novos modelos ainda sejam desenvolvidos tentando suprir essa semelhança.
O uso de animais em pesquisa deve respeitar os princípios éticos e a redução do seu número deve ocorrer sempre que possível. O aperfeiçoamento de um modelo específico e válido, potencialmente reduzirá o número de animais, assim como, o número de estudos com eles e, portanto, deve ser incentivado.
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Fonte de financiamento: nenhuma.
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Datas de Publicação
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Publicação nesta coleção
29 Out 2018 -
Data do Fascículo
2018
Histórico
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Recebido
07 Ago 2018 -
Aceito
20 Set 2018