Função mitocondrial in e ex vivo do coração (31P)

As doenças cardiovasculares continuam sendo a principal causa de morte no diabetes tipo 2. A maior parte disso é atribuída à aterosclerose e à pressão arterial elevada, embora, mesmo quando corrigidos para esses fatores, os pacientes com diabetes tipo 2 ainda tenham risco aumentado de desenvolver insuficiência cardíaca, principalmente por disfunção diastólica. Este fenômeno também foi descrito como cardiomiopatia diabética. Embora não se saiba muito sobre a etiologia desta doença, há evidências convincentes de pesquisas com animais de que um aumento do acúmulo de gordura cardíaca intracelular e disfunção mitocondrial, como observado no diabetes tipo 2, podem desempenhar um papel nesse desenvolvimento.

A razão para uma função mitocondrial reduzida na cardiomiopatia diabética não é completamente compreendida, no entanto, a via reguladora do gene do receptor alfa ativado por proliferador de peroxissoma (PPAR-α) foi identificada como um importante determinante da mudança no metabolismo do substrato e regulação do metabolismo oxidativo no diabetes tipo 2. Em estudos com animais, o papel do PPARα foi testado extensivamente. Em camundongos com superexpressão de PPARα com restrição cardíaca (MHC-PPAR), descobriu-se que o PPAR-α está envolvido na regulação positiva de CPT-1 nas mitocôndrias, o que aumenta a absorção de ácidos graxos de cadeia longa nas mitocôndrias e facilita a ácidos sofrem beta-oxidação. A exposição crônica a FFAs elevados regula negativamente o PPAR-α em cardiomiócitos de roedores, o que diminuiria ainda mais a função cardíaca pela inibição da oxidação de FA e aumento do acúmulo de gordura intracelular. Portanto, especula-se que o aumento na disponibilidade de ácidos graxos no diabetes tipo 2 e na obesidade (devido ao excesso de massa gorda) leva a uma diminuição no metabolismo cardíaco do PPAR-α e, portanto, a uma diminuição no metabolismo mitocondrial, que por sua vez é acompanhado por um aumento acúmulo de gordura cardíaca e lipotoxicidade cardíaca.

Até agora, estudos humanos sobre a expressão de PPAR no coração são escassos. Marfella et ai. encontraram expressão inalterada de PPAR-α em pacientes com síndrome metabólica. Por outro lado, Anderson et al. mostraram um nível de proteína PPAR-α ligeiramente reduzido e um nível de PGC1α ligeiramente mais alto no tecido atrial diabético, embora essas diferenças não tenham alcançado significância estatística nessa coorte de pacientes. Como este estudo foi realizado em um pequeno grupo de indivíduos e falhou em determinar os alvos a jusante do metabolismo do PPAR ou da função mitocondrial, ainda não está claro se, como em estudos com animais, também em humanos, uma expressão reduzida do PPAR-a está relacionada à disfunção mitocondrial . Portanto, há necessidade de estudos explorando o papel do PPAR-a no coração humano e as conexões com o metabolismo oxidativo e a função cardíaca. Camundongos sem a lipase cardíaca ATGL (camundongos ATGL-/-) foram, na verdade, devido a uma redução no metabolismo do PPAR, e que a cardiomiopatia nesses camundongos poderia ser completamente evitada pelo tratamento desses animais com ligantes PPAR-a sintéticos. Curiosamente, pacientes com uma mutação no mesmo gene ATGL também são caracterizados por acúmulo excessivo de gordura cardíaca e muscular e redução da função mitocondrial. O tratamento de dois pacientes com essas mutações (que é uma mutação muito rara) com um agonista de PPAR (bezafibrato) resultou em melhora da função mitocondrial e redução no acúmulo de lipídios musculares e cardíacos. Esses dados suportam a noção de que um metabolismo de PPAR perturbado pode estar envolvido no desenvolvimento de cardiomiopatia, também em humanos. No entanto, infelizmente, há dados limitados sobre a expressão de PPAR no coração diabético humano com insuficiência. Portanto, há necessidade de estudos que validem esses mecanismos em humanos, pois esses achados podem ter grandes consequências; a prevenção e o tratamento do acúmulo de lipídios cardíacos com medicamentos que melhoram a função mitocondrial, como os agonistas do PPAR, podem ser úteis para pacientes com diabetes tipo 2. Também em outras doenças cardíacas, como insuficiência cardíaca crônica e doença isquêmica do coração, foi sugerido que o acúmulo de gordura e a disfunção mitocondrial podem desempenhar um papel, o que significa que esses pacientes também podem se beneficiar do tratamento com medicamentos que visam a função mitocondrial.

Embora haja evidências convincentes de que a função mitocondrial desempenha um papel importante no metabolismo cardíaco, medir a função mitocondrial cardíaca de forma não invasiva in vivo continua sendo um desafio. A função mitocondrial in vivo pode ser estimada de forma não invasiva com Espectroscopia de Ressonância Magnética 31P (31P-MRS), em que a relação Fosfocreatina (PCr) sobre Trifosfato de Adenosina (ATP) é medida (relação PCr/ATP). Vários estudos demonstraram que essa relação é reduzida em pacientes com diabetes tipo 2 e que uma relação PCr/ATP baixa prediz mortalidade em pacientes com insuficiência cardíaca15-17. No músculo esquelético, foi demonstrado que a ressíntese de PCr se correlaciona fortemente com a capacidade oxidativa mitocondrial18. No entanto, se este método no coração realmente reflete a função mitocondrial em humanos não foi revelado.

Na 31P-MRS é utilizado um método de medição bidimensional, no qual múltiplos cortes são planejados sobre o coração. Uma fatia é planejada diretamente na base do coração no plano logo abaixo das válvulas e contém tecido ventricular e septal de ambas as câmaras. Aqui o sinal para aquisição do espectro será derivado. Este método pode ser validado contra o padrão ouro para a função mitocondrial: respirometria ex vivo do tecido cardíaco19. Assim, as taxas de respiração mitocondrial são medidas em homogeneizados de tecido sob exposição de diferentes substratos, estimulando diferentes complexos da cadeia de transporte de elétrons da mitocôndria. Uma questão é que a respiração mitocondrial pode diferir entre o tecido atrial e ventricular. No entanto, apesar das diferenças nas frequências respiratórias absolutas, o comportamento dos diferentes complexos e as frequências respiratórias relativas (entre complexos) têm se mostrado fortemente relacionados19. Como é relativamente fácil obter tecido cardíaco do apêndice atrial durante a cirurgia, os pesquisadores propõem usar o tecido atrial obtido durante a cirurgia para validar o 31P-MRS como uma ferramenta para determinar a função mitocondrial. Os pesquisadores usarão uma ampla gama de pacientes para garantir uma variedade de funções mitocondriais cardíacas e para examinar se a função mitocondrial cardíaca é realmente reduzida em pacientes diabéticos tipo 2.

No entanto, como o 31P-MRS ainda é uma técnica em desenvolvimento e a distância até a bobina receptora é crucial para a obtenção de espectros de boa qualidade, os pesquisadores pretendem incluir apenas homens neste momento (pois o aumento da massa mamária em mulheres pode diminuir o sinal para taxas de ruído e, portanto, qualidade espectral para análise). Portanto, a validação desse método será válida apenas para a população masculina deste estudo.