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Abstract(s)
The prevalence of diabetes mellitus (DM) has been increasing in young men worldwide. Patients
with DM have a dysfunction on insulin secretion and/or insulin action, resulting in
hyperglycemia. Insulin dysregulation affects glucose homeostasis in the body, having a
deleterious impact on male fertility. Sertoli cells (SCs) are essential for the maintenance of
male reproductive potential as they provide the physical and nutritional support that allows
the differentiation of germ cells into fully competent spermatozoa. SCs function highly relies
on glucose metabolism, which is their preferred substrate. Many diabetic patients are subfertile
or infertile due to altered SCs function, impaired spermatogenesis and poor sperm quality. The
primary strategy to counteract DM and its complications includes nutritional changes and
physical activity. However, these interventions are usually unsuccessful alone and need to be
complemented with medication. Still, the efficacy of conventional drugs is limited, they are
expensive and have several secondary effects. In recent years, natural products, including tea
and its components, demonstrated promising antioxidant and antidiabetic properties. Besides,
the treatment of prediabetes can be an effective approach as it can occur up to 10 years before
the progression of the disease to a more severe state. In this research project, we aimed to
unravel the effects of white tea (WTEA) on male reproductive function and its protective role
against reproductive dysfunctions induced by prediabetes. Further, we aimed to investigate if
the effects of WTEA are due to a combined effect of all WTEA components or to a predominant
effect of one of its most bioactive components. WTEA is the rarest and less studied type of tea,
but it presents a potent antioxidant potential due to its high catechin content. Through proton
nuclear magnetic resonance (1H-NMR), we verified that this type of tea is particularly rich in
caffeine, epigallocatechin gallate (EGCG) and L-theanine. Using an in vitro model of rat SCs or
human SCs (hSCs) we evaluated the effects of WTEA extract (0.5 mg/mL) and its main bioactive
compounds (caffeine, EGCG and L-theanine) on cells metabolism, mitochondrial functionality
and oxidative profile. WTEA extract modulated rat SCs metabolism and stimulated the
production of lactate, which is essential for germ cells survival. Supplementation of hSCs
culture media with 50 μM of caffeine, EGCG, or L-theanine for 24 hours induced alterations in
hSCs metabolism that are important for the improvement of male reproductive potential. It
resulted in an increase or maintenance of lactate production, showing a protective role against
oxidative damages. However, at 50 μM, these compounds also induced some alterations in hSCs
proliferation and mitochondrial functionality that may compromise hSCs function. The WTEA
extract (0.5 mg/mL) showed a better improvement on SCs, highlighting the importance of the
combined effect of all the tea components for its beneficial effect. We also conducted ex vivo
studies using rat epididymal spermatozoa to evaluate the potential of WTEA extract (0.5 mg/mL
or 1 mg/mL) and the three selected components as an additive for a sperm storage medium at
room temperature for short periods. In these studies, the concentrations of caffeine (71 μg/mL)
EGCG (82 μg/mL) and L-theanine (19 μg/mL), were selected based on their concentration in the WTEA extract. Sperm viability decreases over time in refrigerated samples, thus in certain
cases the short-term storage at room temperature can be advantageous, such as for samples
transport or assisted reproductive technology. These studies allowed us to conclude that the
WTEA extract (especially at 1 mg/mL) was a better additive to the sperm storage medium at
room temperature than each of the components alone, as it kept spermatozoa viability for 3
days equivalently to values obtained at the collection time. Although the combination of the
three selected components together showed a higher improvement in spermatozoa viability, it
also stimulated protein oxidation, supporting the beneficial combined effect of all the
components constituting the WTEA extract. This led us to study the in vivo effect of a regular
consumption of WTEA on the reproductive function of a rat model of prediabetes. The
prediabetic rats showed alterations in the testicular and epididymal metabolism, resulting in
poor sperm quality. WTEA ingestion by prediabetic rats for two months prevented many of the
metabolic dysfunctions induced by the disease in the testis and epididymis, resulting in the
improvement of sperm motility and viability. Our results indicate that WTEA regular
consumption can be a cost-effective strategy to improve prediabetes-induced reproductive
dysfunctions, paving the way for WTEA to be used for the development of new antioxidant
therapies for the improvement of male fertility.
A incidência da diabetes mellitus (DM) tem vindo a aumentar em homens jovens em todo o mundo. Os pacientes com DM apresentam uma disfunção na secreção de insulina e/ou na sua ação, resultando em hiperglicemia. Esta desregulação afeta a homeostase da glicose no organismo, tendo um impacto negativo na fertilidade masculina. As células de Sertoli (SCs) são essenciais para a manutenção do potencial reprodutivo masculino, pois são o suporte físico e nutricional que permite a diferenciação das células germinativas em espermatozoides totalmente competentes. A função das SCs depende do metabolismo da glicose, uma vez que este é o seu substrato preferencial. Muitos pacientes diabéticos são subférteis ou inférteis devido a alterações na função das SCs, defeitos na espermatogénese e má qualidade do esperma. A principal estratégia para combater a DM e as suas complicações inclui mudanças nutricionais e atividade física. No entanto, estas intervenções geralmente não são bemsucedidas por si só e precisam de ser complementadas com medicação. Porém, para além da eficácia dos fármacos convencionais ser limitada, eles são caros e têm vários efeitos secundários. Nos últimos anos, os produtos naturais, incluindo o chá e os seus constituintes, têm vindo a demonstrar propriedades antioxidantes e antidiabéticas promissoras. Além disso, o tratamento da prediabetes pode constituir uma abordagem eficaz, pois esta condição pode ocorrer até 10 anos antes da progressão da doença para um estado mais grave. Neste projeto, pretendemos estudar os efeitos do chá branco (WTEA) na função reprodutiva masculina e o seu papel protetor contra disfunções reprodutivas induzidas pela prediabetes. Pretendemos ainda investigar se os efeitos do WTEA são devidos a um efeito combinado de todos os seus constituintes ou ao efeito predominante de um dos seus componentes bioativos mais representativos. O WTEA é o tipo de chá mais raro e menos estudado, mas apresenta um potencial antioxidante elevado, devido ao seu alto conteúdo em catequinas. Recorrendo à ressonância magnética nuclear de protão (1H-NMR), verificou-se que este tipo de chá é particularmente rico em cafeína, epigalocatequina galato (EGCG) e L-teanina. Utilizando um modelo in vitro de SCs de rato ou humanas (hSCs) avaliámos os efeitos do extrato aquoso de WTEA (0.5 mg/mL) e dos seus principais componentes bioativos (cafeína, EGCG e L-teanina) no metabolismo celular, função mitocondrial e perfil oxidativo. O extrato de WTEA foi capaz de modular o metabolismo da glicose em SCs de rato e estimular a produção de lactato, um substrato essencial para a sobrevivência das células germinativas. A suplementação dos meios de cultura de hSCs com 50 μM de cafeína, EGCG ou L-teanina por 24 horas induziu alterações no metabolismo da glicose, importantes para melhorar o potencial reprodutivo masculino. Isto resultou num aumento ou manutenção da produção de lactato, mostrando um papel protetor contra os danos oxidativos. No entanto, na concentração de 50 μM, estes compostos também induziram algumas alterações na proliferação das hSCs e na sua função mitocondrial, o que pode comprometer a função reprodutiva. O extrato de WTEA (0.5 mg/mL) mostrou um melhor efeito na função das SCs do que os componentes individuais, destacando a importância da combinação de todos os componentes do chá para o seu efeito benéfico. Foram também realizados estudos ex vivo utilizando espermatozoides epididimais de rato para avaliar o potencial do extrato de WTEA (0.5 mg/mL ou 1 mg/mL) e dos três componentes selecionados (cafeína, EGCG e L-teanina) como um aditivo para um meio de armazenamento de esperma à temperatura ambiente durante um curto período. Nestes estudos, a concentração da cafeína (71 μg/mL), EGCG (82 μg/mL) e L-teanina (19 μg/mL) foram estabelecidas de acordo com suas concentrações no extrato de WTEA. Salienta-se que a viabilidade dos espermatozoides diminui ao longo do tempo em amostras refrigeradas. Assim, em certos casos, o armazenamento a curto prazo à temperatura ambiente pode ser vantajoso, como por exemplo para o transporte de amostras ou tecnologia de reprodução medicamente assistida. Estes estudos permitiram concluir que o extrato de WTEA (principalmente na concentração de 1 mg/mL) é um melhor aditivo para o meio de armazenamento de espermatozoides à temperatura ambiente do que cada um dos componentes isoladamente, dado que manteve a viabilidade dos espermatozoides durante 3 dias de forma equivalente ao momento da colheita. Embora a combinação dos três componentes selecionados tenha mostrado uma melhoria na viabilidade dos espermatozoides relativamente a cada componente individualmente, também estimulou a oxidação das proteínas. Estes resultados apoiam também o benefício da combinação de todos os componentes do extrato de WTEA. Os dados obtidos nos estudos in vitro e ex vivo, levaram-nos a estudar o efeito in vivo do consumo regular de WTEA na função reprodutiva de um modelo animal de prediabetes. Os ratos prediabéticos mostraram alterações ao nível do metabolismo do testículo e do epidídimo, resultando numa diminuição da qualidade espermática. A ingestão de uma infusão de WTEA por ratos prediabéticos, durante dois meses, preveniu muitas das disfunções metabólicas induzidas pela doença, resultando na melhoria da motilidade e viabilidade espermática. Os nossos resultados indicam que o consumo regular de WTEA pode ser uma estratégia eficaz e de baixo custo para melhorar as disfunções reprodutivas induzidas pela prediabetes, abrindo caminho para que o WTEA possa vir a ser usado para o desenvolvimento de novas terapias antioxidantes para melhorar a fertilidade masculina.
A incidência da diabetes mellitus (DM) tem vindo a aumentar em homens jovens em todo o mundo. Os pacientes com DM apresentam uma disfunção na secreção de insulina e/ou na sua ação, resultando em hiperglicemia. Esta desregulação afeta a homeostase da glicose no organismo, tendo um impacto negativo na fertilidade masculina. As células de Sertoli (SCs) são essenciais para a manutenção do potencial reprodutivo masculino, pois são o suporte físico e nutricional que permite a diferenciação das células germinativas em espermatozoides totalmente competentes. A função das SCs depende do metabolismo da glicose, uma vez que este é o seu substrato preferencial. Muitos pacientes diabéticos são subférteis ou inférteis devido a alterações na função das SCs, defeitos na espermatogénese e má qualidade do esperma. A principal estratégia para combater a DM e as suas complicações inclui mudanças nutricionais e atividade física. No entanto, estas intervenções geralmente não são bemsucedidas por si só e precisam de ser complementadas com medicação. Porém, para além da eficácia dos fármacos convencionais ser limitada, eles são caros e têm vários efeitos secundários. Nos últimos anos, os produtos naturais, incluindo o chá e os seus constituintes, têm vindo a demonstrar propriedades antioxidantes e antidiabéticas promissoras. Além disso, o tratamento da prediabetes pode constituir uma abordagem eficaz, pois esta condição pode ocorrer até 10 anos antes da progressão da doença para um estado mais grave. Neste projeto, pretendemos estudar os efeitos do chá branco (WTEA) na função reprodutiva masculina e o seu papel protetor contra disfunções reprodutivas induzidas pela prediabetes. Pretendemos ainda investigar se os efeitos do WTEA são devidos a um efeito combinado de todos os seus constituintes ou ao efeito predominante de um dos seus componentes bioativos mais representativos. O WTEA é o tipo de chá mais raro e menos estudado, mas apresenta um potencial antioxidante elevado, devido ao seu alto conteúdo em catequinas. Recorrendo à ressonância magnética nuclear de protão (1H-NMR), verificou-se que este tipo de chá é particularmente rico em cafeína, epigalocatequina galato (EGCG) e L-teanina. Utilizando um modelo in vitro de SCs de rato ou humanas (hSCs) avaliámos os efeitos do extrato aquoso de WTEA (0.5 mg/mL) e dos seus principais componentes bioativos (cafeína, EGCG e L-teanina) no metabolismo celular, função mitocondrial e perfil oxidativo. O extrato de WTEA foi capaz de modular o metabolismo da glicose em SCs de rato e estimular a produção de lactato, um substrato essencial para a sobrevivência das células germinativas. A suplementação dos meios de cultura de hSCs com 50 μM de cafeína, EGCG ou L-teanina por 24 horas induziu alterações no metabolismo da glicose, importantes para melhorar o potencial reprodutivo masculino. Isto resultou num aumento ou manutenção da produção de lactato, mostrando um papel protetor contra os danos oxidativos. No entanto, na concentração de 50 μM, estes compostos também induziram algumas alterações na proliferação das hSCs e na sua função mitocondrial, o que pode comprometer a função reprodutiva. O extrato de WTEA (0.5 mg/mL) mostrou um melhor efeito na função das SCs do que os componentes individuais, destacando a importância da combinação de todos os componentes do chá para o seu efeito benéfico. Foram também realizados estudos ex vivo utilizando espermatozoides epididimais de rato para avaliar o potencial do extrato de WTEA (0.5 mg/mL ou 1 mg/mL) e dos três componentes selecionados (cafeína, EGCG e L-teanina) como um aditivo para um meio de armazenamento de esperma à temperatura ambiente durante um curto período. Nestes estudos, a concentração da cafeína (71 μg/mL), EGCG (82 μg/mL) e L-teanina (19 μg/mL) foram estabelecidas de acordo com suas concentrações no extrato de WTEA. Salienta-se que a viabilidade dos espermatozoides diminui ao longo do tempo em amostras refrigeradas. Assim, em certos casos, o armazenamento a curto prazo à temperatura ambiente pode ser vantajoso, como por exemplo para o transporte de amostras ou tecnologia de reprodução medicamente assistida. Estes estudos permitiram concluir que o extrato de WTEA (principalmente na concentração de 1 mg/mL) é um melhor aditivo para o meio de armazenamento de espermatozoides à temperatura ambiente do que cada um dos componentes isoladamente, dado que manteve a viabilidade dos espermatozoides durante 3 dias de forma equivalente ao momento da colheita. Embora a combinação dos três componentes selecionados tenha mostrado uma melhoria na viabilidade dos espermatozoides relativamente a cada componente individualmente, também estimulou a oxidação das proteínas. Estes resultados apoiam também o benefício da combinação de todos os componentes do extrato de WTEA. Os dados obtidos nos estudos in vitro e ex vivo, levaram-nos a estudar o efeito in vivo do consumo regular de WTEA na função reprodutiva de um modelo animal de prediabetes. Os ratos prediabéticos mostraram alterações ao nível do metabolismo do testículo e do epidídimo, resultando numa diminuição da qualidade espermática. A ingestão de uma infusão de WTEA por ratos prediabéticos, durante dois meses, preveniu muitas das disfunções metabólicas induzidas pela doença, resultando na melhoria da motilidade e viabilidade espermática. Os nossos resultados indicam que o consumo regular de WTEA pode ser uma estratégia eficaz e de baixo custo para melhorar as disfunções reprodutivas induzidas pela prediabetes, abrindo caminho para que o WTEA possa vir a ser usado para o desenvolvimento de novas terapias antioxidantes para melhorar a fertilidade masculina.
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Diabetes mellitus - Fertilidade masculina Fertilidade masculina - Terapias antioxidantes - Chá branco