Impacto da hipercolesterolemia familiar e da metformina no metabolismo mitocondrial cardíaco em camundongos : uma avaliação experimental

Abstract

As doenças cardiovasculares (DCV) representam a principal causa de mortalidade global. Um dos principais fatores de risco para o desenvolvimento de DCV é a hipercolesterolemia, condição caracterizada pelos níveis séricos anormalmente elevados de colesterol, em especial o que está presente na lipoproteína de baixa densidade (LDL). Entre as formas de hipercolesterolemia, destaca-se a hipercolesterolemia familiar (HF), doença hereditária causada por mutações no gene que codifica o receptor da LDL (LDLr), sendo essa mutação associada fortemente a o desenvolvimento de DCV aterosclerotica (DCVA). Diversos estudos já mostram a relação entre a hipercolesterolemia e a disfunção mitocondrial, apontando que o dano por estresse oxidativo mitocondrial, disfunção da dinâmica mitocondrial e suprimento de energia precedem as DCV como a aterosclerose. De particular importância, o gerenciamento de hipercolesterolemia é por meio do uso de estatinas, entretanto em muitos casos essa abordagem não é suficiente, necessitando de terapias complementares. Sendo assim, a presente dissertação teve como principal objetivo estudar o impacto da HF e o potencial efeito da metformina, um fármaco que atua diretamente nas mitocôndrias, na função e no metabolismo cardíaco. Para isso, camundongos C57BL/6 selvagens e nocautes para o receptor de lipoproteina de baixa densidade (LDLr-/- ) adultos jovens, foram submetidos a um protocolo de tratamento diário com metformina (200 mg/kg), administrada por gavagem oral durante 30 dias. Os animais foram pesados semanalmente, com monitoramento do consumo de ração e aferição da glicemia em jejum antes e após o tratamento. Ao final do tratamento, uma parte dos animais foi submetida a análises ecocardiográficas. Adicionalmente, análises bioquímicas foram realizadas no tecido cardíaco e no plasma. Por fim, foram realizadas análises histopatológicas nos tecidos hepático e adiposo. Os camundongos LDLr-/- não apresentaram alterações na funcionalidade ou morfologia cardíaca, tampouco alterações histopatológicas nos tecidos periféricos, incluindo o fígado e o tecido adiposo branco epididimal. No entanto, o modelo de HF revelou um comprometimento na atividade antioxidante do tecido cardíaco, evidenciado pela redução na atividade das enzimas superóxido dismutase (SOD), glutationa peroxidase (GPx) e glutationa redutase (GR). Além disso, o tecido cardíaco dos camundongos LDLr-/- exibiu uma modulação nos componentes da respiração mitocondrial, com aumento na atividade de enzimas do ciclo do ácido cítrico (TCA) e da cadeia transportadora de elétrons (ETC). Esse fenômeno esteve associado a um aumento do imunoconteúdo da proteína de fragmentação mitocondrial DRP1. A intervenção farmacológica com metformina demonstrou melhorar a atividade respiratória mitocondrial nos camundongos LDLr-/- e aumentar o imunoconteúdo de AMPK no tecido cardíaco dos animais C57BL/6 selvagens. Além disso, a metformina reduziu os níveis de glicemia nos camundongos LDLr-/-, embora tenha induzido um efeito pró-inflamatório no tecido hepático dos animais de ambas as linhagens. Assim, nossos achados indicam que a HF impacta o metabolismo energético cardíaco, e o tratamento com metformina mostrou-se promissor na modulação do metabolismo mitocondrial nos animais.

Cardiovascular diseases (CVD) represent the leading cause of global mortality. One of the main risk factors for the development of CVD is hypercholesterolemia, a condition characterized by abnormally elevated serum cholesterol levels, particularly in low-density lipoproteins (LDL). Among the forms of hypercholesterolemia, familial hypercholesterolemia (FH) is a hereditary disease caused by mutations in the gene encoding the LDL receptor (LDLr). This mutation is strongly associated with the development of atherosclerotic cardiovascular disease (ASCVD). Several studies have already demonstrated the relationship between hypercholesterolemia and mitochondrial dysfunction, indicating that damage from mitochondrial oxidative stress, impaired mitochondrial dynamics, and energy supply precede CVD, such as atherosclerosis. Of particular importance, the management of hypercholesterolemia is primarily achieved through statins; however, in many cases, this approach is insufficient, necessitating complementary therapies. Therefore, the present dissertation aimed to study the impact of FH and the potential effect of metformin, a drug that acts directly on mitochondria, on cardiac function and metabolism. For this purpose, young adult wild-type C57BL/6 and LDL receptor knockout (LDLr-/-) mice were subjected to a daily treatment protocol with metformin (200 mg/kg), administered via oral gavage for 30 days. The animals were weighed weekly, and food consumption and fasting blood glucose levels were monitored before and after the treatment. At the end of the treatment, some of the animals underwent echocardiographic analyses. Additionally, biochemical analyses were performed on cardiac tissue and plasma. Lastly, histopathological analyses were conducted on the liver and adipose tissues. The LDLr-/- mice did not show cardiac functionality or morphology alterations, nor did they present histopathological changes in peripheral tissues, including the liver and epididymal white adipose tissue. However, the FH model revealed compromised antioxidant activity in cardiac tissue, evidenced by a reduction in the activity of superoxide dismutase (SOD), glutathione peroxidase (GPx), and glutathione reductase (GR) enzymes. Furthermore, the cardiac tissue of LDLr-/- mice exhibited modulation in mitochondrial respiration components, with increased activity of enzymes from the tricarboxylic acid (TCA) cycle and the electron transport chain (ETC). This phenomenon was associated with an increased immunocontent of the mitochondrial fission protein DRP1. Pharmacological intervention with metformin demonstrated an improvement in mitochondrial respiratory activity in LDLr-/- mice and increased the immunocontent of AMPK in the cardiac tissue of wild-type C57BL/6 mice. Additionally, metformin reduced blood glucose levels in LDLr-/- mice, although it induced a pro-inflammatory effect in the hepatic tissue of animals from both strains. Thus, our findings indicate that FH impacts cardiac energy metabolism, and metformin treatment proved promising in modulating mitochondrial metabolism in these animals.