Associação do estresse oxidativo cardíaco com vias de sinalização intracelulares relacionadas com a hipertrofia cardíaca fisiológica e patológica

Abstract

Baseado na hipótese de que a modulação do estresse oxidativo cardíaco é diretamente associada à ativação de vias de sinalização de crescimento celular, propomos estudar o perfil oxidativo cardíaco em modelos de hipertrofia cardíaca patológica (HCP) e fisiológica (HCF). Além disso, buscamos verificar se existe associação deste perfil com a ativação de vias de sinalização de crescimento celular, bem como com a função cardíaca e se isto é influenciado pelo exercício físico e pelos sistemas reninaangiotensina (SRA) e nervoso simpático (SNS). Para isso, desenvolvemos cinco trabalhos onde avaliamos parâmetros funcionais, morfológicos, bioquímicos e moleculares que permitem avaliação dos mecanismos relacionados com o objetivo desta tese. No primeiro artigo (I), mostramos o efeito do exercício em animais SHR sobre a diminuição do estresse oxidativo e da atividade simpática cardíaca, avaliada através da concentração de noradrenalina no coração. Esses parâmetros apresentaram fortes correlações com a redução da hipertrofia cardíaca patológica hipertensiva. Este primeiro estudo mostrou que atividade do SNS sobre o coração está associada ao aumento do estresse oxidativo, podendo, então, estimular o desenvolvimento da HCP. No segundo estudo (artigo II), buscamos comparar o perfil oxidativo cardíaco em ratos normotensos e hipertensos e associar estes parâmetros com a ativação de vias de sinalização intracelulares. Verificamos que os animais SHR com hipertensão estabelecida apresentam elevado estresse oxidativo cardíaco, e isto está fortemente associado com o índice de hipertrofia cardíaca (IHC) e com a ativação da p38. Por outro lado, verificamos uma associação inversa entre o dano protéico oxidativo e a ativação da ERK1/2. Os resultados demonstram, assim, que animais SHR com hipertensão estabelecida e HCP, apresentam um quadro de estresse oxidativo cardíaco, e isso pode determinar o predomínio da ativação de vias pró-apoptóticas, em detrimento das vias de sobrevivência celular. Após, realizamos o terceiro estudo (artigo III), onde avaliamos o efeito do enalapril, um inibidor da enzima conversora da angiotensina (ECA) sobre os parâmetros avaliados no estudo anterior. Mostramos através do uso do enalapril, que o SRA estimula o estresse oxidativo cardíaco e a ativação da p38 nos animais SHR com hipertensão estabelecida e HCP. No entanto, este sistema não exerce influência sobre a Akt e a ERK1/2 nesta fase da hipertensão. Na seqüência, o artigo IV possibilitou a avaliação do perfil oxidativo cardíaco e das vias e fatores relacionados com o crescimento celular e o desenvolvimento da HCF induzida pelo exercício de natação. Demonstramos, através deste estudo, que o estresse oxidativo e o desequilíbrio redox não estão diretamente relacionados com o desenvolvimento da HCF, uma vez que estes estavam diminuídos nos animais treinados. No entanto, verificamos o aumento da fosforilação da Akt e da ERK1/2 na HCF, e esta ativação de vias relacionadas ao crescimento celular pode estar sendo estimulada pelo SRA, provavelmente via fatores de crescimento, como o EGF avaliado neste estudo. Assim, realizamos o último trabalho (artigo V) onde avaliamos os efeitos induzidos pelo exercício sobre a redução da HCP de animais SHR, e a participação do SRA nesses mecanismos. Verificamos que o exercício isolado diminuiu o estresse oxidativo cardíaco, como já havíamos observado no artigo I, mas também demonstramos que esse efeito parece determinar a diminuição da ativação da p38 e o aumento da Akt. Esses achados indicam que o exercício parece reduzir os fatores pró-apoptóticos cardíacos e estimular mecanismos de sobrevivência, que no final resultam na melhora da função cardíaca. A participação do SRA nesse mecanismo benéfico do exercício parece ser discreta pela sua possível redução, porém influencia a ativação da Akt na regressão da HCP. Dessa forma, concluímos que o estresse oxidativo está diretamente associado ao desenvolvimento da HCP possivelmente promovendo o desequilíbrio entre vias de sobrevivência e apoptose celulares, determinando assim, em condições patológicas, o predomínio da última. Nessas condições, o SRA e o SNS são importantes por estimular esse quadro de estresse oxidativo, e o exercício, pelo contrário, atua sobre esses sistemas melhorando o estado geral cardíaco. Em condições fisiológicas, a ativação de vias relacionadas ao crescimento celular passa a desempenhar um papel chave na determinação da HCF, e isso se deve à participação do SRA e de fatores de crescimento sobre o coração.

Considering that oxidative stress is directly associated with cell growth pathways activation, the aim of this study was to assess cardiac oxidative stress profile in rat models of physiological (HCF) and pathological (HCP) cardiac hypertrophy. In addition, we aimed to verify whether an association exists with intracellular pathways activation and cardiac function. The participation of renin-angiotensin (SRA) and sympathethic nervous (SNS) systems and exercise training effect on cardiac hypertrophy were also assessed. Therefore, we have evaluated functional, morphological, biochemical, and molecular parameters to assess hypertrophic mechanisms. The first study (I) demonstrated in spontaneously hypertensive rats (SHR) that exercise training decreased cardiac oxidative stress and sympathetic activity, assessed through cardiac norepinephrine concentration. The data were strongly correlated with the reduction of pathological cardiac hypertrophy. The first study therefore has shown that cardiac SNS activity is associated with the increase of oxidative stress, which could determine HCP. In the second study (II), we aimed to compare the cardiac oxidative status between normotensive and hypertensive rats, and to establish an association with intracellular pathways activation. We have observed that SHR with established hypertension have increased cardiac oxidative stress, and it was directly associated the cardiac hypertrophy index (CHI) and with p38 activation. On the other hand, it was verified negative correlation between protein oxidative damage and ERK1/2 activation. Thus, the results indicate that SHR with established hypertension and HCP have high oxidative stress, which could determine the predominance of proapoptotic mechanisms. Next, the third study (III) has evaluated an angiotensin-converting enzyme (ECA) inhibitor, enalapril, effect on the same parameters assessed in article II. We have shown in SHR with established hypertension that SRA stimulates cardiac oxidative stress and p38 activation, whereas enalapril has not modified Akt and ERK1/2 activation. The fourth study (IV) investigated cardiac oxidative profile and cell grouth related pathways on swimming training-induced HCF. We have demonstrated that the decrease of oxidative stress and the enhanced redox status were not directly associated with IHC. However, we verified increased Akt and ERK1/2 phosphorilation on HCF. This pathways response may be stimulated by SRA through increasing growth factors such as EGF. Thus, the fifth study (V) associated exercise training and enalapril to assess the exercise effect and SRA participation on hypertrophic mechanisms. It was demonstrated that only exercise decreased cardiac oxidative stress, as previously observed in article I, but it has also decreased p38 activation while increased Akt. The findings indicate that, in SHR, exercise may decreases cardiac proapoptotic factors and stimulates survival mechanisms, improving the cardiac function. Moreover, in SHR it is possible that exercise induces the decrease of angiotensin II or inhibits its action whereas it was also observed a small SRA participation in trained SHR by enalapril-induced decrease of Akt phosphorilation. Therefore, the overall results indicate that oxidative stress is directly associated with HCP and might promote the imbalance between cell survival and proapoptotic pathways. Moreover, SRA and SNS stimulate cardiac oxidative stress while exercise improves the overall cardiac function. On the other hand, in physiologic conditions, the activation of cell growth-related pathways exerts a key role on HCF development, and it depends on SRA participation.