Alterações redox e mitocondriais induzidas pela hipertensão arterial pulmonar e alternativas terapêuticas com vesículas extracelulares derivadas de células mesenquimais e superexpressão da MnSOD

Introdução: Sendo uma doença caracterizada pelo aumento da resistência vascular pulmonar e disfunção cardíaca direita, a hipertensão arterial pulmonar (HAP) também é marcada pela perturbação da homeostase redox e mitocondrial. Objetivo: Este trabalho teve como objetivo a investigação destas alterações no ventrículo direito (VD), no cérebro e nas vesículas extracelulares (EVs) circulantes de ratos com HAP induzida por monocrotalina (MCT). Além disso, em camundongos com HAP induzida por MCT, foram investigados os possíveis efeitos protetores de dois tratamentos: EVs derivadas de células-tronco mesenquimais (MSCs) e superexpressão da superóxido dismutase mitocondrial (MnSOD). Métodos: Na primeira etapa deste trabalho, ratos machos foram divididos em grupo Controle e MCT, e a doença foi induzida pela injeção única intraperitoneal de MCT (60 mg/kg). As avaliações hemodinâmicas e morfométricas e a coleta dos órgãos foi realizada após 21 dias. Após isto, as EVs foram isoladas a partir do sangue destes animais e foram preparadas, juntamente com o VD e o cérebro, para as análises dos parâmetros redox e mitocondriais. Na segunda etapa, camundongos de ambos os sexos foram divididos em grupo Controle, MCT, Controle + EVs e MCT + EVs, a doença foi induzida pela injeção semanal subcutânea de MCT (60 mg/kg) e o tratamento foi feito por injeção intravenosa semanal de MSC-EVs (de medula óssea humana) (3 x 106 partículas/ml) 24 após cada injeção de MCT/veículo, durante 4 semanas. Por fim, na terceira etapa, camundongos de ambos os sexos transgênicos foram divididos em grupo MnSODVE-NE (expressão normal da MnSOD) e MnSODVE-OE (superexpressão da MnSOD), e a doença foi induzida pela injeção semanal subcutânea de MCT (60 mg/kg) durante 4 semanas. Ao final deste período, em ambas as etapas, foi realizada a ecocardiografia e os órgãos foram coletados para posteriores análises morfométricas, histológicas e bioquímicas. Resultados e discussão: Na primeira etapa, foi observado um estado redox oxidativo no VD dos animais doentes, bem como o prejuízo na função de moléculas relacionadas à homeostase mitocondrial. Este mesmo perfil foi observado nas EVs circulantes destes animais. Por outro lado, no cérebro, as análises dos parâmetros redox indicaram um ambiente celular pouco oxidativo. Além disso, houve uma preservação da homeostase mitocondrial e do metabolismo energético celular neste tecido. Na segunda e terceira etapas, ambos os tratamentos foram capazes de impedir o desenvolvimento da HAP, uma vez que os animais do grupo MCT + EVs (na segunda etapa) e do grupo MnSODVE-OE (na terceira etapa) não apresentaram aumento significativo da resistência vascular pulmonar e da hipertrofia do VD, preservando o fluxo pela artéria pulmonar e a função cardíaca direita. Em ambas as etapas, este efeito benéfico foi relacionado com as diferenças na expressão de proteínas envolvidas com o metabolismo energético das células, como a GSK-3β, a FOXO1 e a CPT1A, avaliadas no tecido pulmonar, que parecem indicar a preservação do metabolismo energético normal celular pelo tratamento com as MSC-EVs e a superexpressão da MnSOD, ao invés da mudança metabólica característica da HAP. Conclusão: A função cardiopulmonar está severamente afetada pela HAP, com impacto sobre o metabolismo redox e mitocondrial celular no VD. Este estímulo parece alterar o conteúdo das EVs circulantes e estas, por sua vez, atuam como comunicadoras interórgãos para sinalizar o aumento de proteínas envolvidas na manutenção da homeostase redox e mitocondrial. Com base nisto, ambos os tratamentos com MSC-EVs e com superexpressão da MnSOD foram eficazes em proteger a função cardiopulmonar e impedir o desenvolvimento da HAP, através da preservação do metabolismo energético em favor da fosforilação oxidativa.Introduction: Being a disease characterized by increased pulmonary vascular resistance and right heart dysfunction, pulmonary arterial hypertension (PAH) is also marked by disturbance of redox and mitochondrial homeostasis. Objective: This study aimed to investigate these changes in the right ventricle (RV), brain and circulating extracellular vesicles (EVs) of rats with monocrotaline-induced PAH (MCT). Furthermore, in mice with MCT-induced PAH, the possible protective effects of two treatments were investigated: EVs derived from mesenchymal stem cells (MSCs) and overexpression of mitochondrial superoxide dismutase (MnSOD). Methods: In the first stage of this work, male rats were divided between Control and MCT groups, and the disease was induced by a single intraperitoneal injection of MCT (60 mg/kg). Hemodynamic and morphometric evaluations and organ collection were performed after 21 days. After that, the EVs were isolated from the blood of these animals and were prepared, together with the RV and the brain, for the analysis of redox and mitochondrial parameters. In the second stage, mice of both sexes were divided into Control, MCT, Control + EVs and MCT + EVs, the disease was induced by the weekly subcutaneous injection of MCT (60 mg/kg), and the treatment was performed by weekly intravenous injection of MSC-EVs (from human bone marrow) (3 x 106 particles/ml), 24h after each MCT/vehicle injection, for 4 weeks. Finally, in the third stage, transgenic mice of both sexes were divided into groups MnSODVE-NE (normal expression of MnSOD) and MnSODVE-OE (overexpression of MnSOD), and the disease was induced by the weekly subcutaneous injection of MCT (60 mg/kg) for 4 weeks. At the end of this period, in both stages, echocardiography was performed, and the organs were collected for further morphometric, histological, and biochemical analyses. Results and discussion: In the first stage, an oxidative redox state was observed in the RV of the sick animals, as well as the impairment in the function of molecules related to mitochondrial homeostasis. This same profile was observed in the circulating EVs of these animals. On the other hand, in the brain, analyzes of redox parameters indicated a low oxidative cellular environment. In addition, there was a preservation of mitochondrial homeostasis and cellular energy metabolism in this tissue. In the second and third stages, both treatments were able to prevent the development of PAH, since the animals in the MCT + EVs group (second stage) and the MnSODVE-OE group (third stage) prevented the increase in pulmonary vascular resistance and hypertrophy of the RV, preserving the flow through the pulmonary artery and the right heart function. In both stages, this beneficial effect was related to differences in the expression of proteins involved in the energy metabolism of cells such as GSK-3β, FOXO1 and CPT1A, evaluated in lung tissue, which seem to indicate the preservation of normal cellular energy metabolism performed by treatment with MSC-EVs and MnSOD overexpression, rather than of the characteristic metabolic change in PAH. Conclusion: Cardiopulmonary function is severely affected by PAH, with an impact on cellular redox and mitochondrial metabolism in the RV. This stimulus seems to alter the content of circulating EVs and these, in turn, act as interorgan communicators to signal the increase of proteins involved in the maintenance of redox and mitochondrial homeostasis. Based on this, both treatments with MSC-EVs and MnSOD overexpression were effective in protecting cardiopulmonary function and preventing the development of PAH, by preserving energy metabolism in favor of oxidative phosphorylation

Effects of copaiba oil in peripheral markers of oxidative stress in a model of cor pulmonale in rats

Fundamento: Até o presente momento, os efeitos sistêmicos do óleo de copaíba jamais foram documentados no Cor pulmonale induzido por monocrotalina. Objetivos: Investigar os efeitos do óleo de copaíba nos marcadores periféricos de stress oxidativo em ratos com Cor pulmonale. Métodos: Ratos Wistar machos (170±20g, n=7/grupo) foram divididos em quatro grupos: controle (CO), monocrotalina (MCT), óleo de copaíba (O), e monocrotalina + óleo de copaíba (MCT-O). Foi administrada a MCT (60 mg/kg i.p.) e, depois de uma semana, foi iniciado o tratamento com óleo de copaíba (400 mg/kg/day-gavagem-14 dias). Foi realizado o ecocardiograma e, depois disso, foi coletado sangue do tronco para a realização de avaliações de stress oxidativo. Análise estatística: ANOVA de duas vias com teste Student-Newman-Keuls post hoc. P-valores <0,05 foram considerados significativos. Resultados: O óleo de copaíba reduziu a resistência vascular pulmonar e a hipertrofia do ventrículo direito (VD) hipertrofia (Índice de Fulton (mg/mg)): MCT-O= 0,39±0,03; MCT= 0,49±0,01), e função sistólica melhorada (fração de encurtamento do VD, %) no grupo MCT-O (17,8±8,2) em comparação com o grupo de MCT (9,4±3,1; p<0,05). Além disso, no grupo MCT-O, espécies reativas do oxigênio e os níveis de carbonila foram reduzidos, e os parâmetros antioxidantes aumentaram no sangue periférico (p <0,05). Conclusões: Os resultados deste estudo sugerem que o óleo de copaíba tem um efeito antioxidante sistêmico interessante, que se reflete na melhoria da função e na morfometria do VD nesse modelo de Cor pulmonale. A atenuação do Cor pulmonale promovida pelo óleo de copaíba coincidiu com uma redução no stress oxidativo sistêmico.Background: To date, copaiba oil’s systemic effects have never documented in Cor pulmonale induced by monocrotaline. Objectives: To investigate copaiba oil’s effects in peripheral markers of oxidative stress in rats with Cor pulmonale. Methods: Male Wistar rats (170±20g, n=7/group) were divided into four groups: control (CO), monocrotaline (MCT), copaiba oil (O), and monocrotaline+copaiba oil (MCT-O). MCT (60 mg/kg i.p.) was administered, and after one week, treatment with copaiba oil (400 mg/kg/day-gavage-14 days) was begun. Echocardiography was performed and, later, trunk blood collection was performed for oxidative stress evaluations. Statistical analysis: two-way ANOVA with Student-Newman-Keuls post-hoc test. P values<0.05 were considered significant. Results: Copaiba oil reduced pulmonary vascular resistance and right ventricle (RV) hypertrophy (Fulton index (mg/mg): MCT-O=0.39±0.03; MCT=0.49±0.01), and improved RV systolic function (RV shortening fraction, %) in the MCT-O group (17.8±8.2) as compared to the MCT group (9.4±3.1; p<0.05). Moreover, in the MCT-O group, reactive oxygen species and carbonyl levels were reduced, and antioxidant parameters were increased in the peripheral blood (p<0.05). Conclusions: Our results suggest that copaiba oil has an interesting systemic antioxidant effect, which is reflected in the improvements in function and RV morphometry in this Cor pulmonale model. Cor pulmonale attenuation promoted by copaiba oil coincided with a reduction in systemic oxidative stress

Efeitos do sulforafano em parâmetros de estresse oxidativo em cultura de cardiomiócitos adultos

O sulforafano (SFN) é um composto natural que possui propriedades antioxidantes, estimulando, principalmente, o sistema antioxidante endógeno celular. Este composto está associado a uma via clássica de ativação, a via do fator eritroide nuclear tipo 2 (Nrf2). Entretanto, estudos mais recentes têm demonstrado que a ação do SFN também pode se dar pela via do coativador 1-alfa do receptor ativado por proliferador do peroxissoma (PGC-1α). A diferença da via de ativação pelo SFN parece ter relação com o tempo de exposição das células a este composto. Visto que o SFN é uma importante estratégia terapêutica no combate ao estresse oxidativo, que está relacionado ao desenvolvimento de diversas doenças cardiovasculares, a investigação do seu mecanismo de ação é necessária. A análise in vitro é uma ferramenta importante para a investigação das vias e tempos de incubação envolvidos na ação antioxidante do SFN. Sendo assim, a cultura primária de cardiomiócitos de ratos adultos é um dos modelos que pode ser utilizado, sendo a sua principal vantagem, o fato da fisiologia destas células se aproximar mais das condições fisiológicas in vivo. O objetivo deste estudo, então, foi analisar a estimulação de defesas antioxidantes feita pelo SFN, através das vias do Nrf2 e do PGC-1α, em tempos diferentes, utilizando a técnica de cultura de cardiomiócitos adultos. Ratos Wistar machos foram eutanasiados, para que seus corações fossem retirados e submetidos ao processo de isolamento de células cardíacas, em aparelho de Langendorff modificado. As células foram isoladas através da perfusão do coração com solução de Krebs e colagenase tipo II, por um período de 30 minutos. Após isso, as células isoladas foram plaqueadas e mantidas em incubadora a 37°C e 5% de CO2. Foi realizado o tratamento com 5 μM de SFN e/ou 5 μM de peróxido de hidrogênio (H2O2). As células foram divididas nos seguintes grupos experimentais: Controle, SFN, H2O2 e SFN+H2O2. Os grupos foram subdivididos em dois tempos de incubação: 1 e 24 horas. Foram realizadas as análises dos níveis totais de espécies reativas de oxigênio (ROS) e de lipoperoxidação (LPO); atividade das enzimas antioxidantes superóxido dismutase (SOD), catalase (CAT) e glutationa s-transferase (GST); expressão proteica das isoformas citosólica (SOD-1) e mitocondrial (SOD-2) da SOD, e dos fatores Nrf2 e PGC-1α. Os resultados do trabalho mostram que, em relação ao tempo de 1 hora, o SFN incubado por 24 horas aumentou em 59% a atividade da SOD, 55% a expressão proteica da SOD-1, 24% a expressão proteica da SOD-2 e 69% a expressão proteica do PGC-1α. A expressão do Nrf2 foi 17% maior no tempo de 1 hora, em relação a 24 horas. Em relação à atividade da catalase e aos níveis de ROS e de LPO, houve diferença somente nos grupos incubados por 1 hora, nos quais a atividade da CAT foi menor no grupo H2O2, os níveis de ROS estavam diminuídos no grupo SFN, e os níveis de LPO estavam maiores no grupo H2O2. Não foram encontradas diferenças em relação à atividade da GST. Como conclusão, o SFN demonstrou um papel protetor nos grupos 1 hora, impedindo a geração de ROS e de dano a lipídeos, apesar de não apresentar um efeito expressivo sobre as enzimas antioxidantes. O efeito dos tempos de incubação na expressão do Nrf2 (aumentada em 1 hora) e do PGC-1α (aumentada em 24 horas) mostrou que realmente há uma relação temporal entre a sinalização destas duas vias, ativadas pelo SFN. Este resultado é instigante para que futuras análises dessa relação temporal das vias do SFN sejam realizadas.Sulforaphane (SFN) is a natural compound that has antioxidant properties, mainly stimulating the endogenous cellular antioxidant system. This compound is associated with a classical pathway of activation, the nuclear erythroid factor 2 (Nrf2) pathway. However, more recent studies have shown that the action of SFN can also occur through the peroxisome proliferator-activated receptor coactivator 1-alpha (PGC-1α). The difference in the pathway of activation by SFN seems to be related to the time of exposure of the cells to this compound. Since SFN is an important therapeutic strategy in the fight against oxidative stress, which is related to the development of various cardiovascular diseases, the investigation of its mechanism of action is necessary. In vitro analysis is an important tool for investigating the pathways and incubation times involved in the antioxidant action of SFN. Thus, a primary culture of adult mouse cardiomyocytes is one of the models that can be used, the main advantage being that the physiology of these cells are closer to the physiological conditions in vivo. The objective of this study was to use adult cardiomyocyte culture technique to analyze the stimulation of antioxidant defenses by SFN through Nrf2 and PGC-1α pathways at different times. Male Wistar rats were euthanized, so that their hearts were removed and submitted to the process of isolation of cardiac cells, in modified Langendorff apparatus. Cells were isolated by perfusion of the heart with Krebs solution and type II collagenase for a period of 30 minutes. After that, the isolated cells were plated and incubated at 37°C and 5% CO2. Treatment was performed with 5μM SFN and/or 5μM hydrogen peroxide (H2O2). Cells were divided into the following experimental groups: Control, SFN, H2O2 and SFN+H2O2. The groups were subdivided into two incubation times: 1 and 24 hours. Analyzes of total oxygen reactive species (ROS) and lipoperoxidation (LPO) levels were performed; activity of antioxidant enzymes superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT) and glutathione s-transferase (GST); protein expression of citosolic (SOD-1) and mitochondrial (SOD-2) isoforms of SOD, as well as Nrf2 and PGC-1α factors. The results of this work show that, compared to 1 hour time, SFN incubated for 24 hours increased SOD activity by 59%, SOD-1 protein expression by 55%, SOD-2 protein expression by 24%, and 69% PGC-1α protein expression. Expression of Nrf2 was 17% higher at 1 hour, over 24 hours of incubation. Regarding catalase activity and ROS and LPO levels, there were differences only in the groups incubated for 1 hour, in which the CAT activity was lower in H2O2 group, the ROS levels were decreased in SFN group, and levels of LPO were higher in H2O2 group. No differences were found in relation to GST activity. In summary, SFN demonstrated a protective role in 1 hour groups, preventing generation of ROS and lipid damage, although it does not present an expressive effect on the expression of antioxidant enzymes. The effect of incubation times on expression of Nrf2 (increased by 1 hour) and PGC-1α (increased by 24 hours) showed that there is actually a temporal relationship between the signaling of these two pathways, activated by SFN. This result is instigating for future analyzes of this temporal relationship of SFN pathways to be performed

Remodelamento do ventrículo direito pós-infarto agudo do miocárdio : efeito dos hormônios da tireóide sobre o estado redox

O infarto agudo do miocárdio (IAM) é uma patologia onde há desequilíbrio do estado redox e aumento nos níveis de espécies reativas de oxigênio (ERO), as quais estão envolvidas com a progressão do infarto à insuficiência cardíaca. Estudos mostram que há um papel cardioprotetor dos hormônios da tireoide (TH) no remodelamento cardíaco pós-infarto, no ventrículo esquerdo (VE). Entretanto, o comprometimento do ventrículo direito (VD) parece ser importante para o desfecho dessa patologia. Além disso, não existem estudos avaliando o efeito dos hormônios tireoidianos nessa câmara, no modelo de infarto do miocárdio. Em vista disso, esse estudo teve como objetivo avaliar os efeitos desses hormônios na modulação do balanço redox, no VD. Ratos Wistar machos foram divididos em quatro grupos: controle (SHAM), infarto (IAM), controle + TH (SHAMT) e infartado + TH (AMIT). Durante 26 dias, os animais receberam T3 (2 μg/100 g /dia) e T4 (8 μg/100 g/dia) por meio de gavagem. Parâmetros ecocardiográficos foram avaliados e o VD foi coletado para análise bioquímica e molecular. O grupo IAMT apresentou aumento do índice de hipertrofia, porém apresentou uma redução na congestão pulmonar, em relação ao grupo IAM. Os grupos IAMT e SHAMT apresentaram aumento da frequência cardíaca. O tratamento hormonal diminuiu os níveis de ERO e peróxido de hidrogênio, e aumentou a atividade e expressão da SOD, porém aumentou a lipoperoxidação e diminuiu a atividade e expressão da GPx nos animais infartados. Esses resultados mostram que o tratamento hormonal parece estar causando alterações no VD diferentes das que já foram evidenciadas no VE. Acredita-se que, aos 28 dias pós-infarto, os animais não apresentaram ainda um maior comprometimento da câmara direita e, assim, é como se os hormônios fossem administrados em um tecido sadio. Dessa forma, o tratamento hormonal poderia apresentar efeitos diferentes em um estágio de insuficiência cardíaca em que houvesse comprometimento do VD. Pode-se concluir, portanto, que apesar desse tratamento ter se mostrado benéfico no VE, no VD ele causa alterações em parâmetros morfológicos e de estresse oxidativo; e mais estudos são necessários para averiguar as consequências dessas alterações nessa câmara cardíaca

Estresse oxidativo e remodelamento cardíaco em modelo experimental de Cor pulmonale: O papel do estrogênio

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Estresse oxidativo e remodelamento cardíaco em modelo experimental de Cor pulmonale: O papel do estrogênio

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