Implicação de compostos bioativos quelantes de ferro dietéticos em mecanismos moleculares de envelhecimento celular induzido por estresse oxidativo Parte 2

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3.2. Senescência Celular

A senescência celular é um dos marcadores comuns do envelhecimento do organismo. A característica mais proeminente desse processo celular fundamental é a parada permanente do ciclo celular, que é acompanhada pelo acúmulo intracelular de macromoléculas danificadas, bem como um fenótipo secretor e metabolismo alterado [55,56]. Dois tipos de senescência celular foram reconhecidos em células de mamíferos; estes são referidos como "senescência replicativa" e "senescência celular induzida por estresse" [56]. A primeira normalmente ocorre após um certo número de divisões em diferentes tipos de células. Foi descrito há várias décadas em fibroblastos humanos cultivados [57]. Este fenômeno foi posteriormente atribuído ao atrito dos telômeros, o encurtamento gradual das extremidades lineares dos cromossomos em cada replicação de DNA [58]. Por outro lado, a senescência celular induzida pelo estresse é amplamente independente do comprimento dos telômeros e representa uma resposta aguda a vários estressores, incluindo estresse oxidativo, estresse genotóxico, deterioração mitocondrial, hipóxia, privação de nutrientes e ativação aberrante de oncogenes |56,{ {8}}. Curiosamente, o estresse oxidativo é um denominador comum para todos esses casos, pois pode estar envolvido em todos os sinais estressantes mencionados acima [62-65].

A senescência celular está indubitavelmente ligada ao envelhecimento do organismo [55,56].benefícios do cinomorium,No entanto, as células senescentes não são detectadas exclusivamente em tecidos envelhecidos; eles podem ser detectados em qualquer estágio da vida e podem desempenhar papéis benéficos em um amplo espectro de processos fisiológicos e patológicos humanos, incluindo embriogênese, cicatrização de feridas e supressão tumoral [56,61]. No entanto, o acúmulo constante de células senescentes com a idade tem efeitos prejudiciais e tem sido associado a doenças e morbidade relacionadas ao envelhecimento [56,59,66-69].

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Quanto à sua morfologia, as células senescentes apresentam marcas comuns, incluindo corpos celulares aumentados, achatados e de formato irregular; uma composição alterada da membrana plasmática; uma perda de condensação nuclear; e um conteúdo lisossomal aumentado de beta-galactosidase associada à senescência (SA- -gal)J70,71]. Eles também manifestam alterações dramáticas em seu perfil secretor, exibindo um aumento da expressão e secreção de citocinas e quimiocinas pró-inflamatórias, fatores de crescimento, componentes da matriz extracelular (metaloproteinases de matriz, serina proteases) e ROS [59]. Todas essas mudanças também são acompanhadas pelo acúmulo intracelular progressivo de um "resíduo" biológico não degradável que é convencionalmente chamado de "lipofuscina" ou "ceróide" ou mesmo "pigmento de idade"[72-74].

As seções subsequentes descrevem os aspectos mecanicistas da formação da lipofuscina e propõem possíveis meios para dificultar ou impedir seu acúmulo.

3.3. Formação e Acumulação de Lipofuscina em Células Senescentes

O pigmento conhecido hoje como "lipofuscina" foi descoberto e relatado em 1842 pelo histologista holandês Hannover [75]. O termo lipofuscina foi inicialmente usado por Borst em suas palestras, mas foi publicado pela primeira vez por Hueck em 1912 [76,77]. O nome foi derivado da palavra grega lipo (que significa gordura) e da palavra latina fuscus (que significa escuro ou escuro). A formação e o acúmulo de lipofuscina são alterações características com manifestação universal em células senescentes[78-80] e são mais profundas em células pós-mitóticas de vida longa, como neurônios, cardiomiócitos, células musculares esqueléticas e células epiteliais pigmentares da retina (RPE) [ 74,81]. Essas células continuam a viver normalmente por muito tempo após a cessação de sua proliferação, mas acumulam gradualmente quantidades crescentes de lipofuscina que não podem ser degradadas ou exocitadas.

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Usando várias técnicas para detectar células senescentes, observou-se que a taxa de acúmulo de lipofuscina em tipos semelhantes de células pós-mitóticas de diferentes organismos está inversamente relacionada ao seu tempo de vida [82]. Em particular, a taxa foi rápida em espécies de vida curta e lenta em espécies de vida longa, indicando que o acúmulo de lipofuscina provavelmente tem efeitos deletérios nas funções celulares e está relacionado ao encurtamento do tempo de vida de um organismo [80,83,84] . Apesar da importância significativa dessa correlação, os mecanismos bioquímicos exatos subjacentes ao acúmulo de lipofuscina, bem como sua repercussão nas funções celulares, permanecem pouco compreendidos.

A lipofuscina foi encontrada principalmente nos lisossomos, mas também em menor quantidade no citosol de células envelhecidas [85,86]. Apresenta um amplo espectro de autofluorescência com coloração amarelo-acastanhada [80,87], mas sua estrutura e composição permanecem pouco definidas. Embora sua composição varie em diferentes tipos de células, demonstrou-se que é composta principalmente de proteínas e lipídios oxidados (como triglicerídeos, ácidos graxos livres, colesterol e lipoproteínas) e um pequeno número de carboidratos e fragmentos de nucleotídeos conectados entre si por ligações covalentes de vários tipos [84].jacinto do desertoA fixação de ferro em sua superfície também representa uma característica comum da lipofuscina [88,89].

Embora os efeitos finais do acúmulo de lipofuscina nas funções celulares permaneçam obscuros, foi demonstrado que ela pode inibir as atividades dos sistemas de degradação de proteínas proteassômicas e lisossômicas. Além disso, há evidências experimentais mostrando que ele pode catalisar a formação de radicais livres reativos através de íons de ferro redox-ativos (ferro lábil) ligados à sua superfície [89].

3.4.Lipofuscina como material superoxidado em células expostas ao estresse oxidativo

Como a lipofuscina compreende um agregado altamente oxidado composto principalmente por proteínas e lipídios reticulados covalentemente |90], é razoável postular que o ferro lábil – capaz de catalisar a geração de radicais livres extremamente reativos – esteja envolvido nas vias de sua formação [91]. Evidências derivadas principalmente de sistemas experimentais mostraram que a exposição das células a níveis aumentados de estresse oxidativo invariavelmente leva ao desenvolvimento de um forte fenótipo senescente em diferentes tipos de células, com a aceleração paralela da formação intracelular e acúmulo de materiais semelhantes à lipofuscina [87,89,92,93]. Etapas sucessivas distintas que levam à formação de lipofuscina são ilustradas na Figura 2.

Conforme discutido acima, a presença de ferro lábil é necessária para a geração de ROS altamente reativas (grau HO e RO*), que são responsáveis ​​pela oxidação e superoxidação de macromoléculas celulares (Figura 2A, B). Além disso, macromoléculas modificadas oxidativamente podem inibir a degradação de proteínas e sistemas de reparo celular, facilitando assim ciclos fúteis de aumento das taxas de oxidação (Figura 2C). O acúmulo gradual de componentes celulares superoxidados e não degradáveis ​​nas células leva à formação de lipofuscina (Figura 2D), que se propõe a contribuir para o processo de envelhecimento celular (Figura 2E).

Figura 2. Representação esquemática das etapas sequenciais que levam à formação da lipofuscina e contribuem para o envelhecimento celular. Observe que o Fe2 plus é necessário para a geração de ROS altamente reativas (HO e RO), que são responsáveis ​​pela oxidação e superoxidação de macromoléculas celulares (A, B). Macromoléculas superoxidadas podem inibir os sistemas de reparo celular (especialmente o proteassoma 20S), facilitando assim ciclos fúteis de aumento progressivo das taxas de oxidação (C). Componentes celulares não degradáveis ​​oxidativamente modificados são gradualmente acumulados nas células como agregados covalentemente interligados na forma de lipofuscina(D), fato que se propõe influenciar o processo de envelhecimento celular (E). Pontas de seta e pontas chatas indicam a indução e inibição, respectivamente, de processos.método de extração de flavonóides pdfCuriosamente, Marzabadi et al.[94] observaram que o acúmulo de lipofuscina foi prevenido em células com depleção de ferro pelo uso da droga quelante de ferro desferrioxamina, indicando que a formação de lipofuscina requer radicais livres altamente reativos, como grau HO e grau RO (Figura 2). Obviamente, esses radicais reativos podem iniciar reações em cadeia que levam a produtos de degradação da peroxidação lipídica, que provocam a formação de ligações cruzadas indegradáveis ​​e não específicas de componentes celulares.

Em conjunto, os resultados acima indicam que o equilíbrio sensível entre o nível de peróxido intracelular e o ferro lábil disponível determina o desencadeamento de uma variedade de efeitos tóxicos que culminam com o acúmulo de lipofuscina, bem como a indução de senescência celular e morte celular por apoptose. ou necrose [29,95].

A indução da senescência celular por peróxidos também pode ser alcançada por diferentes vias. Por exemplo, as taxas intermediárias de células H, O, podem induzir diretamente a ativação de MAP quinases específicas e a transdução de sinais de senescência, que desencadeiam a ativação do eixo p16INK4aINK4A e resultam na indução da senescência celular [64,65,92 ,96]. Por outro lado, concentrações mais altas de HO, como é o caso de áreas fortemente inflamadas que atraem fagócitos ativados, podem induzir oxidação direta catalisada por ferro no DNA que posteriormente desencadeia vias de sinalização de senescência. Em ambos os casos, a formação paralela e o acúmulo de macromoléculas celulares modificadas oxidativamente representam consequências aparentes. Deve-se notar, no entanto, que a questão de saber se o acúmulo de lipofuscina representa um fator causal para a senescência celular ou é a consequência dela permanece uma questão central, mas não concluída.

3.5. Homeostase intracelular do ferro e formação de lipofuscina

Como discutido acima, o ferro é um elemento essencial para células e organismos vivos porque participa de diversas reações bioquímicas que suportam funções básicas como transporte de oxigênio, respiração celular e síntese e reparo de DNA. No entanto, o ferro também pode estar envolvido em reações que levam à geração de radicais livres prejudiciais, conhecidas como reações do tipo Fenton. Para minimizar a toxicidade do ferro, os mamíferos desenvolveram mecanismos sofisticados que regulam sua disponibilidade35,37I. Apesar disso, uma porção pequena e finamente ajustada de ferro redox-ativo, geralmente referido como "ferro lábil", está sempre presente, presumivelmente representando o movimento real do ferro entre os diferentes compartimentos celulares [6,38]. Assim, o ferro lábil representa um parâmetro celular dinâmico que pode responder a uma variedade de estímulos alterando seu nível, visando equilibrar a prevenção de danos celulares e a garantia das demandas celulares.

Em condições de concentrações temporariamente elevadas de peróxidos (convencionalmente chamadas de estresse oxidativo), o ferro lábil pode mediar os seguintes eventos: (a) o início e propagação de reações em cadeia de peroxidação lipídica, (b) oxidação de proteínas e reticulação, (c) indução de danos no DNA, como quebras de fita simples e dupla, e (d) o desencadeamento de uma variedade de vias de sinalização redox complexas [10,29,43]. Todos esses efeitos catalisados ​​pelo ferro podem levar à senescência celular acompanhada pela formação e acúmulo de lipofuscina.

Vale ressaltar aqui que já comprovamos em uma série de publicações a prevenção de danos no DNA induzidos por H2O2-e apoptose em células com níveis de ferro lábil empobrecidos usando uma variedade de agentes quelantes de ferro [11 ,29,42,43,97]. Nestas investigações, usamos um sistema experimental baseado em cultura de células in vitro no qual diferentes tipos de células humanas foram expostas ao estresse oxidativo na forma de H e O e o dano no DNA nuclear foi estimado quantitativamente usando o ensaio do cometa, um método sensível que detecta a formação de quebra de fita simples de DNA em células individuais. Curiosamente, a pré-incubação de células com uma série de antioxidantes fortes conhecidos, como ácido ascórbico, o-tocoferol, Trolox, N-acetilcisteína e ácido o-lipóico antes da exposição ao H, O, não ofereceu nenhuma proteção [7]. ]. Uma vez que a capacidade desses agentes de combater os radicais livres foi estabelecida em numerosos estudos in vitro, os resultados negativos mencionados acima foram atribuídos à incapacidade desses agentes de eliminar efetivamente os radicais livres reativos gerados no interior das células.

Um parâmetro importante da reticulação catalisada por ferro pode ser a facilitação da ligação covalente de componentes celulares solúveis oxidados a membranas biológicas. Tal evento deve dificultar a exocitose dos materiais aderidos à membrana, levando ao seu acúmulo intracelular permanente. É razoável especular que as membranas lisossômicas devem ser alvos primários neste caso devido à sua proximidade com o local de formação da lipofuscina. De fato, a lipofuscina tem sido frequentemente detectada dentro de células abraçadas por segmentos da membrana lisossomal [98].

Dada a importância do ferro lábil disponível para a formação e acúmulo de lipofuscina, a regulação de sua homeostase intracelular parece ser de extrema importância no processo de envelhecimento. A valorização da disponibilidade de ferro lábil como fator central que determina a oxidação e superoxidação de componentes celulares e o acúmulo de lipofuscina nas células podem abrir caminho para o desenvolvimento de novas estratégias, visando interferir e modular o relógio biológico do processo de envelhecimento.

3.6. Inativação de sistemas de reparo por componentes celulares superoxidados

As estratégias celulares para o reparo de diferentes componentes celulares oxidados variam amplamente, dependendo da natureza dos componentes específicos. Por exemplo, os nucleotídeos de DNA oxidados são removidos e substituídos por normais através de um processo chamado "reparo por excisão de nucleotídeos, enquanto as proteínas oxidadas são degradadas em aminoácidos únicos que podem ser reutilizados para a síntese de novas proteínas.

Existem vários sistemas diferentes de degradação de proteínas: nas células, existem enzimas lisossômicas; no citosol, existem proteassomas e calpaínas; na matriz mitocondrial, encontram-se as proteases Lon (proteases dependentes de ATP); e na membrana mitocondrial, estão as proteases triplo-A [78,98-100]. Além disso, além de proteínas modificadas oxidativamente, os lisossomos também podem absorver e degradar organelas fortemente danificadas, como mitocôndrias ou parte do citoplasma em processos chamados autofagia mediada por chaperon, macroautofagia e microautofagia [82,101].

Apesar do fato de que a maioria das biomoléculas e organelas modificadas oxidativamente podem ser eficientemente reparadas ou degradadas pelas células, observou-se que algumas delas se acumulam com a idade, sugerindo a inadequação inerente dos mecanismos de renovação celular.flavonóidesFoi demonstrado que componentes celulares já oxidados podem sofrer modificações oxidativas adicionais, levando à formação de produtos que os sistemas de degradação celular são incapazes de lidar [34,84]. O acúmulo desses conglomerados não degradáveis ​​pode, por sua vez, prejudicar a funcionalidade dos sistemas de degradação, agravando os efeitos e levando a um ciclo vicioso, conforme esquematicamente ilustrado na Figura 2.

Em casos de condições de estresse oxidativo aumentado e duradouro, a capacidade de reparo das células em geral e a capacidade de degradação de proteínas, em particular, podem atingir níveis de saturação, levando à presença persistente de componentes oxidados. Esta situação aumenta a probabilidade de oxidação adicional de componentes já oxidados e a formação de modificações oxidativas adicionais e mais profundas, incluindo formações de ligações covalentes intra e intermoleculares. A complexidade geral das estruturas químicas formadas excede a capacidade de degradação dos sistemas proteolíticos celulares (especialmente o proteassoma 20S), levando ao acúmulo gradual de materiais "lixo" indegradáveis ​​e superoxidados dentro das células, principalmente em lisossomos [82,102].

Juntos, o acúmulo de materiais superoxidados dentro das células aumenta a probabilidade de oxidação adicional de componentes celulares já oxidados ao longo do tempo, facilitando assim o início de um ciclo vicioso de oxidação, superoxidação e acúmulo; tudo isso acaba levando ao comprometimento progressivo das funções celulares, como é aparente no envelhecimento e na senescência.

3.7. Lisossomos como os principais locais de formação de lipofuscina

Como resultado da degradação autofágica normal, o compartimento lisossomal é extremamente rico em ferro lábil, uma vez que muitas macromoléculas e organelas autofagocitadas contêm ferro. A presença combinada de ferro redox ativo e baixo pH nos lisossomos facilitam a formação de radicais extremamente reativos a partir de peróxidos relativamente não reativos através da reação de Fenton. Portanto, essa organela é extremamente sensível ao leve estresse oxidativo que as células experimentam naturalmente durante a flutuação transitória do estado estacionário intracelular de H, O. Os HO·s gerados induzem instantaneamente oxidações em cadeia de componentes lisossômicos, como proteínas e lipídios de membrana, levando à formação de materiais semelhantes à lipofuscina que, de fato, demonstraram ser acumulados nos lisossomos.

Em casos de condições de estresse oxidativo intenso e de longa duração, a presença simultânea de H2O2 e ferro lábil induz mais oxidação em cima de biomoléculas au-fagocitadas já oxidadas, levando a produtos superoxidados que são reticulados com múltiplas ligações covalentes .hesperidina usaEste material, além de ser resistente à degradação, pode inibir os sistemas de reparação celular, como já foi comprovado em proteassomas [85,102]. Esta proposta é fortemente apoiada pela observação de que a combinação de estresse oxidativo com a inibição de proteases lisossômicas retardou a degradação de macromoléculas autofagocitadas e proporcionou mais tempo para sua oxidação, acelerando dramaticamente a formação de lipofuscina em células cultivadas [7]. A própria lipofuscina pode se originar de diferentes tipos de material auto ou heterofagocitado. Em muitas células, especialmente nas altamente aeróbicas, como miócitos cardíacos e neurônios, as mitocôndrias autofagocitadas constituem a maior parte do material intralisossomal indegradável. Forte evidência para a origem mitocondrial de uma parte significativa do corpo da lipofuscina representa a observação de que abundantes subunidades de ATP sintase estão presentes em células carregadas de lipofuscina [103]. No entanto, em células scavenger profissionais com fagocitose ativa, como macrófagos, células microgliais e células epiteliais pigmentares da retina, uma porção substancial de seu conteúdo de lipofuscina também pode ser derivada.

3.8. Detecção de células senescentes

O reconhecimento de células senescentes é uma questão crítica dada a crescente evidência do papel da senescência em patologias humanas [56,104]. Além disso, o campo da quimioterapia em rápida expansão requer a detecção precisa de células senescentes [105]. Vários marcadores que detectam sensores de senescência celular são apresentados na Tabela 1. Descobertas recentes indicaram a implicação da senescência na COVID-19, justificando a aplicação de quimioterápicos para o tratamento ou prevenção de pacientes com COVID-19 [106.

O acúmulo de lipofuscina recém-formada pode ser detectado e quantificado usando microscopia eletrônica, confocal e de fluorescência, bem como citometria de fluxo [108,109]. Além disso, a lipofuscina pode ser detectada com base em sua autofluorescência em combinação com várias técnicas histoquímicas e citoquímicas [68,87,110,111]. Particularmente, GL13, um análogo químico Sudan Black-B(SBB) biotinilado que está comercialmente disponível como "SenTraGorTM", interage com a lipofuscina e permite a identificação precisa de células senescentes in vitro e ex vivo aplicando um método de detecção mediada por anticorpos [ 56.107.110]. Empregando este ensaio, a determinação quantitativa dos níveis de lipofuscina solúvel ou extraída em sobrenadantes de cultura de células, fluidos corporais e homogeneizados de tecidos também é possível [112]. A sequência de eventos que levam ao acúmulo de lipofuscina durante a senescência e sua interação com a lipofuscina é apresentada esquematicamente na Figura 3A. Imagens representativas de células Li-Fraumeni-p21WAF1/Cip1 Tet-OFF e ON (senescente), coradas com SenlraGor, são apresentadas na Figura 3B. Um forte sinal citoplasmático marrom é evidente em células senescentes (imagem à direita), enquanto nenhuma célula induzida é negativa (imagem à esquerda).

O desenvolvimento de aplicações teranósticas baseadas em nanotecnologia pode permitir o direcionamento preciso de células senescentes [113-115]. O mapeamento das células senescentes in vivo continua sendo um grande desafio. Neste contexto, o novo composto GL13 pode ser enriquecido pela incorporação de pontos quânticos ou outros nano-portadores apropriados e um casco hidrofílico para encapsular todo o sistema, tornando o GL13 um candidato promissor para imagens moleculares in vivo [114].

Figura 3. (A)SenTraGorTM reage especificamente contra a lipofuscina, o subproduto não degradável da senescência celular, permitindo a identificação precisa de células senescentes in vitro e ex vivo pela aplicação de um método de detecção mediada por anticorpos. (B) coloração SenTraGor em células Li-Fraumeni-p21WAF1/Cip1 Tet-OFF (imagem à esquerda) e ON (imagem à direita); ampliação original: × 200. 4. Compostos Bioativos Dietéticos e Estresse Oxidativo

Numerosos estudos epidemiológicos realizados principalmente durante a segunda metade do século anterior correlacionaram a dieta mediterrânea tradicional (a dieta que prevaleceu nas margens norte da bacia do Mediterrâneo) com menor incidência de certas doenças crônicas e redução dos riscos de morbidade e mortalidade [{{0 }}]. Assim, intensos esforços de pesquisa têm sido realizados para identificar agentes da dieta mediterrânea capazes de prevenir ou atenuar os efeitos deletérios do estresse oxidativo e delinear seu modo de ação molecular.

4.1.Compostos Bioativos na Dieta: Antioxidantes Eliminadores de Radicais Livres ou Quelantes de Ferro Fracos?

A dieta mediterrânea tradicional é caracterizada pelo alto consumo de azeite e alimentos vegetais, como frutas, legumes, cereais não refinados e leguminosas; consumo moderado de peixe, laticínios e vinho; e baixo consumo de produtos cárneos [119]. Seus benefícios para a saúde têm sido frequentemente atribuídos às altas quantidades de antioxidantes do tipo scavenger de radicais livres, que estão amplamente presentes em alimentos típicos dessa dieta. Supunha-se geralmente que tais captadores de radicais livres podem interagir e neutralizar os radicais livres, combatendo assim a oxidação no corpo e, consequentemente, retardando ou mesmo prevenindo a incidência de várias doenças crônicas, incluindo o processo de envelhecimento [120-123].

No entanto, os resultados dos maiores ensaios clínicos de suplementação antioxidante realizados até agora não mostraram proteção substancial contra o desenvolvimento de doenças crônicas [124-137]. Além disso, foram levantadas preocupações sobre a segurança da suplementação de altas doses de antioxidantes porque foram observadas ligações com riscos à saúde em alguns casos [138,139]. Esta falha pode ser explicada pelo fato de que radicais livres como o grau HO e o grau RO são extremamente reativos, atacando e oxidando instantaneamente e não especificamente todos os grupos químicos presentes nas proximidades de sua geração[140]. Assim, quando gerado dentro das células, é praticamente impossível para qualquer sequestrador de radicais livres derivado externamente para neutralizá-los. Deve ser enfatizado aqui que a única chance de proteger os constituintes celulares da oxidação e danos sob condições de estresse oxidativo é evitar a geração de tais radicais livres altamente reativos. Outra estratégia possível para evitar a oxidação de macromoléculas biológicas críticas como DNA e proteínas em tais circunstâncias poderia ser manipular o local de sua formação usando agentes quelantes de ferro. Conforme discutido abaixo, a dieta em geral e a dieta mediterrânea, em particular, contêm uma infinidade de quelantes de ferro fracos (Figura 4) que, quando capazes de passar pela membrana celular, podem separar o ferro lábil fracamente ligado de macromoléculas importantes, protegendo-os assim da oxidação indesejável, independentemente de inibirem ou não a reação de Fenton

Figura 4. A apresentação esquemática indica que os alimentos derivados de plantas da dieta mediterrânea contêm quantidades crescentes de compostos ligantes de ferro capazes de quelar o ferro lábil intracelular e prevenir a geração de radicais livres altamente reativos que são responsáveis ​​pela oxidação desregulada de constituintes celulares. Os alimentos típicos da dieta mediterrânea contêm numerosos compostos, incluindo álcoois fenólicos, ácidos fenólicos e flavonóides, que têm sido repetidamente propostos para atuar como antioxidantes de eliminação de radicais livres. Vários desses compostos foram examinados por nosso grupo de pesquisa e observamos uma forte relação entre a capacidade protetora de cada composto e sua capacidade de quelar ferro lábil intracelular, mas não com sua capacidade de eliminar radicais livres in vitro [8,9, 12]. Uma propriedade adicional necessária desses compostos que foram necessários para exercer sua capacidade de proteção, foi sua capacidade de atingir o interior da célula por difusão ou qualquer outro tipo de transporte através da membrana plasmática [11,42,141]. Com base nessas observações, propusemos que compostos bioativos presentes de forma ubíqua na dieta mediterrânea oferecem seus efeitos citoprotetores ao separar o ferro lábil intracelular de constituintes celulares críticos, diminuindo assim sua oxidação indesejável.

4.2.Os Agentes Quelantes de Ferro na Dieta Previnem a Formação de Lipofuscina?

Com base nas considerações acima, é razoável especular que os agentes bioativos quelantes de ferro presentes na dieta mediterrânea podem representar fatores-chave responsáveis ​​pela prevenção da formação de lipofuscina e, consequentemente, do processo de envelhecimento em geral. Até onde sabemos, esforços sistemáticos visando testar experimentalmente essa importante hipótese ainda não foram realizados.

Um grande número de moléculas quelantes de ferro com diferentes estruturas e características químicas estão contidas em uma dieta mediterrânea típica. Por exemplo, estudamos extensivamente extratos de plantas contendo numerosos polifenóis e estabelecemos que compostos fenólicos com um grupo orto-diidroxila são protetores contra o estresse oxidativo, enquanto aqueles que não possuem uma hidroxila ou que a localizam em uma posição meta ou para são totalmente ineficazes. [8,10-12]. Essas observações levantaram a questão adicional de saber se os agentes quelantes de ferro contidos nos alimentos são capazes de penetrar várias barreiras para atingir o interior das células-alvo. Nesse caso, os agentes dietéticos específicos podem ser considerados "antioxidantes indiretos" porque impedem a geração de radicais livres reativos em vez de desintoxicar após sua produção intracelular.

Em alguns casos, os íons de ferro lábeis intracelulares podem ser coordenados de forma incompleta com os agentes derivados da dieta devido à sua baixa absorção e considerável diluição no corpo, permitindo assim a participação do ferro nas reações redox. No entanto, os mesmos agentes geralmente possuem funções duplas porque podem incluir propriedades de ligação ao ferro e eliminação de radicais livres na mesma molécula. Assim, os quelantes de ferro derivados da dieta podem funcionar de duas maneiras: ou mitigando o dano celular induzido pelo estresse oxidativo, removendo o ferro lábil fracamente ligado de macromoléculas celulares vulneráveis ​​e inativando-o totalmente ou pela coordenação incompleta do ferro, que resulta em sua remoção de sua posição original, mas permite que ele permaneça redox-ativo e capaz de oxidar os quelantes de ferro derivados da dieta correspondentes.

5. Conclusões

Um dos conceitos mais proeminentes na área do envelhecimento hoje é a chamada "teoria dos radicais livres do envelhecimento". do metabolismo aeróbio. A geração contínua de tais radicais extremamente reativos causa a formação gradual e acúmulo de agregados não reparáveis ​​de constituintes celulares danificados. Esse material quimicamente indefinido, que consiste principalmente em proteínas e lipídios e que exerce uma fluorescência marrom-amarelada, é conhecido como "lipofuscina", ceróide" ou "pigmento da idade", e é considerado uma marca registrada do envelhecimento celular.

A lipofuscina é formada principalmente através de modificações oxidativas não controladas e inespecíficas de macromoléculas celulares. As células estão equipadas com sistemas de defesa multifacetados para vigiar e reparar macromoléculas oxidadas. No entanto, quando o estresse oxidativo intenso persiste por longos períodos de tempo, invariavelmente resulta na geração de radicais livres altamente reativos e na superoxidação de materiais já oxidados, criando produtos que não podem ser reparados, degradados ou mesmo exocitados. pelos sistemas celulares relevantes. Além disso, foi demonstrado que materiais superoxidados podem induzir uma inativação gradual dos sistemas de proteção e reparação celular, alimentando assim ciclos fúteis de aumento das taxas de acúmulo de lipofuscina.

Uma vez que radicais livres altamente reativos podem ser gerados em processos de oxidação catalisados ​​por ferro (reação de Fenton), a disponibilidade de ferro lábil representa uma pré-condição necessária para a formação e acúmulo de lipofuscina dentro das células. Com base nessas considerações, é plausível especular que a fina regulação da homeostase celular do ferro na distribuição geral e lábil do ferro, em particular, pode representar uma forma até então pouco apreciada de retardar a formação de lipofuscina intracelular e consequente envelhecimento celular (senescência). Mostramos anteriormente que vários fitonutrientes quelantes de ferro contidos na dieta do tipo mediterrâneo são capazes de penetrar nas membranas biológicas e atingir o interior das células [8,9,11,12]. Esses agentes quelam o ferro lábil intracelular (não necessariamente com alta afinidade) e assim determinam sua distribuição e, consequentemente, os locais de oxidação induzida pelo estresse oxidativo. De acordo com o mecanismo proposto, os fitoquímicos derivados da dieta devem combinar as seguintes características em sua estrutura para serem capazes de proteger as células em condições de estresse oxidativo: devem ser capazes (a) de penetrar nas membranas celulares; (b) de quelar células ferro lábil; e (c) no caso de uma interação do ferro ligado com peróxidos (a ocupação incompleta de seus sítios de coordenação), para eliminar o radical reativo formado.

Resumindo as conclusões da apresentação acima, podem ser feitas as seguintes afirmações: (a) o ferro lábil representa o principal agente responsável pela produção de radicais livres altamente reativos que são capazes de oxidar constituintes celulares em condições de estresse oxidativo, (b ) componentes celulares oxidados e especialmente superoxidados compreendem o corpo principal de lipofuscina que é formado e acumulado dentro das células nessas condições, (c) a depleção de ferro lábil intracelular por agentes quelantes de ferro impede a oxidação de componentes celulares e( d) nossa dieta e principalmente a dieta mediterrânea contém uma infinidade de compostos capazes de modular a distribuição intracelular de ferro.

Considerando as considerações acima em conjunto, é razoável esperar que a identificação de compostos nutricionais bioativos com as propriedades atribuídas possa permitir seu uso como ferramentas farmacológicas para ações protetoras concretas em condições de aumento do estresse oxidativo em células, tecidos e organismos inteiros. Essa proposta pode abrir novos caminhos para o desenvolvimento de estratégias que visem desacelerar as taxas de aparecimento e desenvolvimento de doenças relacionadas à idade.

Este artigo foi extraído de Antioxidants 2021, 10, 491. https://doi.org/10.3390/antiox10030491 https://www.mdpi.com/journal/antioxidants