Low doses of D-lactate modulate the lipid metabolism of skeletal muscle during MASLD

Abstract

O aumento da prevalência da doença hepática esteatótica associada à disfunção metabólica (MASLD), juntamente com o ônus da doença e a atual falta de tratamentos eficazes, destaca a relevância da MASLD como um desafio de saúde global. A modulação da microbiota intestinal através de probióticos e dos seus metabolitos surgiu como uma potencial estratégia terapêutica para o tratamento da MASLD. Recentemente, demonstrámos que a administração de Limosillactobacillus reuteri DSM 17938 reduz a fibrose hepática, em parte através da redução da produção de TGF-b por macrófagos induzida pelo D-lactato. Dado que a MASLD é uma doença sistémica, colocámos a hipótese de que o metabolito D-lactato derivado da microbiota intestinal poderia aliviar os danos induzidos pela MASLD no músculo esquelético, elucidando ainda mais o papel de estripes Lactobacillaceae na melhoria da MASLD. Neste trabalho avaliámos o impacto da suplementação com D-lactato no metabolismo lipídico no tecido muscular de ratinhos alimentados com uma dieta de controlo ou com uma dieta rica em gordura e frutose (HFHF) durante 20 semanas. Posteriormente, explorámos a modulação do D-lactato em testes in vitro, expondo culturas celulares de miotubos a 125 μM de palmitato de sódio (PA) na presença ou ausência de 1 e 5 mM de D-lactato de sódio. A expressão génica e proteica de marcadores-chave relacionados com transporte, síntese, armazenamento e oxidação de ácidos gordos (FA), dinâmica e biogénese mitocondrial, inflamação e função muscular foram avaliados neste trabalho. Os resultados demonstraram que a suplementação com D-lactato preveniu significativamente o aumento de peso corporal e a acumulação de vesiculas lipídicas no fígado induzido pela HFHF em ratinhos. No músculo esquelético, a suplementação com D- lactato inibiu a regulação positiva dos marcadores de transporte de FA, aumentando também a expressão de genes envolvidos na oxidação de FA e na capacidade oxidativa muscular. Além disso, estudos in vitro mostraram que 1 mM de D-lactato, mas não 5 mM, protegeu eficazmente contra a acumulação de lípidos e melhorou ainda mais a capacidade oxidativa dos miotubos. Mais importante ainda, observámos que doses baixas de D-lactato podem ser benéficas, contrastando com os efeitos prejudiciais associados a níveis elevados de D-lactato circulante, como na D-lactato acidose. Estes resultados sugerem que o D-lactato atenua a acumulação de lípidos e melhora a função oxidativa das fibras musculares. Em conclusão, este estudo fornece novos conhecimentos sobre a influência dos metabolitos derivados da microbiota intestinal na homeostase metabólica do hospedeiro, enfatizando particularmente o papel regulador do D-lactato proveniente de L. reuteri no metabolismo muscular e o seu potencial como uma nova estratégia terapêutica para aliviar a MASLD.

The increased prevalence of metabolic dysfunction-associated steatotic liver disease (MASLD), along with its disease burden and the current lack of effective treatments, underscores the relevance of MASLD as a global health challenge. Modulating gut microbiota through probiotics and their metabolites has emerged as a potential therapeutic strategy for managing MASLD. Recently, we demonstrated that administering Limosillactobacillus reuteri DSM 17938 reduces liver fibrosis, partially via D-lactate-induced impaired macrophage TGF- b production. Given that MASLD is a systemic disease, we hypothesized that the gut microbiota-derived metabolite D-lactate might alleviate MASLD-induced damage in skeletal muscle. This would further elucidate the role of Lactobacillaceae in MASLD amelioration. We assessed the impact of D-lactate supplementation on lipid metabolism in muscle tissue of mice fed either a control or a high-fat high-fructose (HFHF) diet for 20 weeks. Subsequently, the observed modulations induced by D-lactate were explored in vitro by exposing myotubes to 125 μM sodium palmitate (PA) in the presence or absence of 1 and 5 mM sodium D-lactate. We examined gene and protein expressions of key makers related to fatty acid (FA) uptake, synthesis, storage, oxidation, mitochondrial dynamics and biogenesis, inflammation, as well as muscle function. The results demonstrated that D-lactate supplementation significantly prevented HFHF-induced body weight gain and liver lipid droplet accumulation in mice. In skeletal muscle, D-lactate supplementation inhibited the upregulation of FA transport and uptake markers while enhancing the expression of genes involved in FA oxidation and muscle oxidative capacity. In addition, in vitro data showed that 1 mM of D-lactate, but not 5 mM, effectively protected against lipid accumulation and further enhanced the oxidative capacity of myotubes. Most importantly, we observed that low doses of D-lactate could be beneficial, contrasting with the detrimental effects associated with elevated circulating levels of D-lactate, such as in D-lactate acidosis. These findings suggest that D-lactate mitigates lipid accumulation and improves muscle oxidative function. In conclusion, this study provides new insights into the influence of gut microbiota-derived metabolites on host metabolic homeostasis, particularly emphasizing the regulatory role of D-lactate from L. reuteri in muscle metabolism and its potential as a novel therapeutic strategy to alleviate MASLD.