O sulfeto de hidrogênio e o tiossulfato induzem disfunção bioenergética e alteram o estado redox em intestino de ratos

Abstract

A encefalopatia etilmalônica (EE) é um grave distúrbio metabólico hereditário do metabolismo do enxofre, causado pela deficiência na atividade da proteína da encefalopatia etilmalônica 1 (ETHE1). A EE é bioquimicamente caracterizada pelo acúmulo tecidual e elevada excreção urinária de compostos sulfurados, tais como sulfeto de hidrogênio (sulfeto) e tiossulfato, além de ácido etilmalônico. Os pacientes portadores desta doença apresentam manifestações clínicas graves, predominantemente neurológicas. Contudo, diarreia hemorrágica crônica associada a alterações na mucosa intestinal também é frequentemente observada. Visto que a fisiopatologia desses distúrbios intestinais na EE permanece pouco elucidada e que o sulfeto e o tiossulfato são moléculas altamente reativas, o presente trabalho investigou os efeitos desses metabólitos sobre a produção e a transferência bioenergética, bem como a homeostase redox, no intestino de ratos. Também avaliamos os efeitos do sulfeto e do tiossulfato sobre a viabilidade de células Caco-2, uma linhagem de carcinoma de cólon humana, muito usada por sua semelhança a enterócitos normais. Observamos que o sulfeto reduziu a respiração mitocondrial na presença de substratos que geram NADH e FADH2 no intestino, efeito que foi prevenido pela glutationa reduzida (GSH), mas não pela melatonina. O tiossulfato, por sua vez, não alterou significativamente a respiração mitocondrial. Além disso, ambos os metabólitos reduziram de forma significativa a atividade da creatina cinase (CK) total bem como das isoformas citosólica e mitocondrial dessa enzima no intestino dos ratos. co-incubação com GSH, mas não com melatonina, apocinina ou trolox (vitamina E hidrossolúvel), preveniu as alterações nas atividades da CK total e de suas isoformas causadas tanto pelo sulfeto quanto pelo tiossulfato. Ainda vimos que o sulfeto aumentou o conteúdo de grupos tióis no intestino e as concentrações de GSH, sem alterar os níveis de substâncias reativas ao ácido tiobarbitúrico e a formação de carbonilas, indicando uma possível modulação do estado redox desse tecido. Esses resultados aliados ao fato de que apenas a GSH preveniu os efeitos inibitórios do sulfeto e do tiossulfato sobre a atividade da CK sugerem ainda que esses efeitos ocorrem via modificação direta dos grupos tióis dessa enzima e não por ação de espécies reativas. Por fim, o sulfeto e tiossulfato reduziram a viabilidade de células Caco-2. Nossos dados sugerem que o comprometimento bioenergético mitocondrial e a desregulação da homeostase redox causados pelo sulfeto e tiossulfato são possíveis mecanismos envolvidos nas alterações gastrointestinais crônicas observadas em pacientes com EE.

Ethylmalonic encephalopathy (EE) is a severe inherited metabolic disorder of sulfur metabolism caused by the deficient activity of the enzyme ethylmalonic encephalopathy 1 protein (ETHE1). This disorder is biochemically characterized by the predominant tissue accumulation and increased urinary excretion of sulfur compounds, such as hydrogen sulfide (sulfide) and thiosulfate, in addition to ethylmalonic acid. Patients present with severe clinical manifestations, predominantly neurological symptoms. Chronic hemorrhagic diarrhea associated with alterations in the intestinal mucosa is also often observed. Considering that the pathophysiology of intestinal abnormalities in EE remains poorly understood, and that sulfide and thiosulfate are highly reactive molecules, the present study investigated the effects of these metabolites on energy production and transfer, as well as redox homeostasis, in the intestine of rats. We observed that sulfide reduced the mitochondrial respiration driven by substrates linked to NADH and FADH2 in the intestine, an effect that was prevented by reduced glutathione (GSH), but not by melatonin. In contrast, thiosulfate did not alter the respiration. Furthermore, both metabolites significantly reduced the activity of total creatine kinase (CK) as well as the activity of its cytosolic and mitochondrial isoforms in the intestine of rats. In addition, the co-incubation with GSH, but not melatonin, apocynin or trolox (water-soluble vitamin E), prevented the alterations in the activities of total CK and its isoforms caused by sulfide and thiosulfate. Furthermore, sulfide increased intestinal thiol groups and GSH concentrations without altering thiobarbituric acid reactive substances levels and carbonyl formation, indicating a possible modulation of the tissue redox state. These results, together with the fact that only GSH prevented the inhibitory effects of sulfide and thiosulfate on CK activity, further suggest that these effects occur via direct alteration of the thiol groups of this enzyme and not though reactive species. Finally, sulfide and thiosulfate reduced the viability of Caco-2 intestinal cells. Our data suggest that mitochondrial bioenergetic impairment and redox homeostasis dysregulation caused by sulfide and thiosulfate are possible mechanisms involved in the chronic gastrointestinal alterations observed in patients with EE.