Toxicologia de metalotioneína e cádmio - revisão histórica e comentários Ⅱ
Dec 19, 2023
4. Toxicidade do cádmio e sua modulação pelas metalotioneínas
Conforme mencionado na introdução, os médicos clínicos observaram pela primeira vez os efeitos tóxicos dos compostos de Cd. Em 1858, Sovet relatou [1] que sintomas respiratórios e gastrointestinais ocorreram em pessoas que usaram um agente de polimento contendo Cd. Publicações posteriores descrevem efeitos tóxicos nos rins, fígado e esqueleto, bem como toxicidade reprodutiva e câncer em humanos e animais (revisado em [3]). O Cd se liga aos MTs em todos os tecidos (Seção2) eefeitos adversos nos pulmões, o esqueleto, ofígado e rins, bem como câncer [3,19] provavelmente serão modificados pela ligação às metalotioneínas. No entanto, são poucos os estudos sobre esses efeitos protetores em outros tecidos além do fígado e dos rins.
4.1. Toxicidade hepática do cádmio - papel das metalotioneínas
Piscator 1964 [5] mostrou que o Cd estava ligado ao MT no fígado de animais repetidamente expostos a pequenas doses de Cd. Ele sugeriu um papel protetor para a MT na toxicidade tecidual. Conforme mencionado na Seção 3.3, os sais de Cd administrados a animais experimentais em uma única dose grande vão principalmente para o fígado, onde causam danos. Wisniewska-Knypl e Jablonska 1970 [53] e Nordberg et al., 1971 [8] mostraram que o Cd estava ligado ao MT no fígado de animais expostos ao Cd e sugeriram que a ligação forneceria proteção contra a toxicidade. Após uma única grande dose de Cd, houve toxicidade hepática e a ligação da MT no tecido hepático não ocorreu até vários dias após a administração [8]. Quando os animais foram pré-tratados com pequenas doses de cádmio e depois receberam uma dose grande, não houve toxicidade hepática e o Cd ligou-se ao MT [8]. Goering e Klaassen 1984 [54] mostraram que a resistência à hepatoxicidade era devida à MT pré-sintetizada. Esses estudos iniciais sobre o papel da MT na proteção do fígado foram posteriormente acompanhados e ampliados com investigações bioquímicas e morfológicas detalhadas, revisadas por Sabolic et al., 2010 [43]. No entanto, embora a toxicidade hepática ocorra em animais experimentais que receberam doses comparativamente grandes de Cd, não é frequentemente encontrada em humanos, porque a maioria das exposições ocorre a doses mais baixas durante períodos de tempo mais longos. A seção a seguir enfoca a toxicidade renal, uma vez que oefeitos renaistêm sido e ainda são considerados efeitos críticos em exposições de longo prazo ao Cd [19].
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4.2. Toxicidade renal do papel do cádmio nas metalotioneínas e seu conteúdo de Cd/Zn
Após uma única dose elevada de Cd, aparecem efeitos tóxicos nos órgãos reprodutivos e no fígado. Um ou alguns dias após uma dose única em animais, uma proporção aumentada de Cd no fígado liga-se às metalotioneínas, principalmente MT-1 e MT-2 [8,55]. Conforme mencionado na Seção 3.3, o Cd ligado ao MT é liberado do fígado para o plasma sanguíneo e subsequentemente filtrado através da membrana glomerular nos rins. A partir do filtrado glomerular, o Cd-MT é captado pelos túbulos renais proximais (Figura 2). Nas células tubulares, a CdMT entra nos lisossomas [56], onde os íons Cd são liberados da MT e alcançam outras organelas subcelulares. Descobertas posteriores foram revisadas por Sabolic 2010 [43]. Os íons Cd liberados causam lesão tubular renal se a MT protetora não estiver disponível para se ligar ao Cd liberado. Uma dose injetada em bolus de CdMT em animais sem exposição prévia ao cádmio causará danos tubulares renais a uma concentração em todo o rim de 9 ug/g de peso úmido. correspondendo a um nível de córtex renal de 11 ug/g, conforme mostrado em 1975 [57]. Níveis teciduais muito mais elevados são necessários para induzir dano tubular renal em animais com exposição prolongada ao cádmio, por exemplo, nos estudos de Nordberg et al., 1971 [8] e Nordberg e Piscator 1972 [58], toxicidade tubular no O rim não apareceu até que a concentração em todo o rim atingiu 130–170 µg/g. Nordberg et al., 1975 [57], sugeriram uma explicação para os diferentes níveis teciduais relacionados à toxicidade. Após uma única injeção de CdMT, o rápido transporte e captação de CdMT nos túbulos renais causa a liberação intracelular de quantidades consideráveis de íons Cd, porque eles são liberados da MT quando a proteína é degradada. Tal liberação causa toxicidade tubular renal em níveis relativamente baixos de Cd no tecido total. Esses níveis (cerca de 10 µg/g de tecido) seriam níveis mínimos no córtex renal para lesão tubular causada por Cd. Em exposições de longo prazo; níveis mais elevados de Cd total no tecido são tolerados porque há tempo para que ocorra a síntese local de MT, sequestrando íons Cd. Em exposições de longo prazo, tubulareslesão renalocorre em níveis teciduais ainda mais elevados quando o nível máximo de síntese local de MT é alcançado. Então, a acção sequestrante da MT será insuficiente. Nordberg et al., 1994 [59] também mostraram o efeito protetor do tecidoMT nos rins, sequestrando Cd de locais de ligação à membrana sensíveis nos túbulos renais de animais injetados com CdMT. Outros cientistas confirmaram posteriormente essas descobertas [41,42] em camundongos nulos para MT. Nesses camundongos, o acúmulo de Cd no rim é limitado e, como não há proteção MT dotecido renal,dano renalocorre em níveis baixos de tecido (ver também [60]).
Estudos de Elinder et al. (1987) [61] de animais expostos ao Cd (com síntese de MT intacta) demonstraram que nas frações de MT (MT-1 e MT-2) isoladas dos rins por cromatografia em gel, o quociente molar Cd/Zn aumenta com o aumento do nível de MT no tecido renal (Figura 3). O nível de MT é proporcional ao nível de Cd no tecido e à exposição cumulativa ao Cd. A mudança no quociente Cd/Zn ocorre porque o Cd se liga mais fortemente aos grupos SH em MT do que ao Zn. O Cd substitui assim o Zn na proteína. Quando o quociente Cd/Zn em MT é baixo, as células recebem proteção contra a toxicidade do Cd. Quando o quociente Cd/Zn aumenta, há menos sítios Zn- disponíveis para o Cd interagir e a proteção é menos eficiente. Com 0,1 mmol MT, ou seja, 0,5 mmol Cd (55 mg Cd/kg) no córtex renal, a proteção é prejudicada e a suscetibilidade à disfunção tubular aumenta. Quando o quociente Cd/Zn é 6, ou seja, 6 dos 7 sítios de ligação metálica no MT são ocupados por Cd, houve disfunção renal em todos os animais (em 0,4–0,5 mmol MT Figura 3). MT com quase todos os sítios de ligação ocupados por Cd, não pode ligar mais Cd, e a função sequestrante de MT está esgotada. Os resultados mostram como a MT atua na proteção celular contra o Cd. Estas descobertas explicam porque existe proteção até uma concentração crítica específica nas células tubulares renais. Quando as concentrações celulares totais de Cd aumentam acima deste nível, ocorrem efeitos tóxicos devido à interferência do Cd com enzimas dependentes de Zn e funções de membrana [62,63]. Esses achados apoiam o modelo (Figura 2) de que a CdMT, após captação nas células tubulares renais e transferência para os lisossomos, libera Cd que interfere na função celular [56,59,64]. Algumas evidências [65] sugerem um papel do transportador de zinco ZIP8 na expressão da toxicidade renal do Cd. Espécies reativas de oxigênio são formadas quando o Cd exerce seus efeitos tóxicos nas células tubulares renais [66], mas não sabemos exatamente como diferentes eventos influenciam o resultado. No entanto, há evidências em humanos expostos ao Cd por longos períodos de tempo que a proteinúria tubular se desenvolve quando a concentração de Cd no córtex renal excede 80-200 mg/kg [3,19,67]. Embora fosse possível utilizar informações sobre vias bioquímicas para refinar avaliações quantitativas de risco, tais modelos refinados ainda não estão disponíveis. O modelo explicativo na Figura 2 permanece válido mesmo que não descreva as vias moleculares detalhadas recentemente descobertas (ver acima e revisões [11,43]). Além disso, o status do Zn é importante porque provavelmente influencia a probabilidade de o Cd substituir o Zn na MT e a probabilidade do Cd interferir em alvos intracelulares moleculares sensíveis. A importância do status do Zn foi documentada em humanos [68] residentes em uma área da China contaminada com cádmio. Em exposições comparáveis ao Cd, as pessoas com um bom nível de zinco tiveram uma prevalência consideravelmente menor de disfunção tubular renal em comparação com aquelas com níveis baixos de Zn sérico e capilar.
Figura 3. Concentrações relativas (porcentagem) de Cd (círculos preenchidos), Zn (círculos abertos) e cobre (pontos pretos) nas frações de MT em relação à concentração total de MT. MT foi isolado de rins de coelhos com exposição variável ao Cd [61].
4.3. Estudos em humanos sobre cádmio e metalotioneína
4.3.1. Metalotioneína urinária como biomarcador de disfunção renal
Tal como mencionado na Secção 3.4, uma grande proporção de Cd na urina está ligada ao MT [31,45,69]. Como a disfunção dos túbulos renais significa reabsorção deficiente de todas as proteínas de baixo peso molecular (incluindo MT) da urina primária, haverá aumento da excreção dessas proteínas na urina. Os autores que mostraram que o Cd está ligado ao MT na urina também mostraram que pessoas expostas ao Cd com disfunção tubular excretam mais MT na urina do que pessoas não expostas ao Cd. Em um estudo epidemiológico, Shaikh et al., 1990 [70] incluíram 3.168 homens e mulheres em uma área do Japão poluída por cádmio e encontraram aumento na excreção de metalotioneína entre aqueles com disfunção tubular renal induzida por Cd. O aumento da excreção urinária de MT em relação à ocorrência de disfunção renal relacionada ao Cd também foi encontrado em trabalhadores expostos ao cádmio [46] e em pessoas com diabetes tipo 2 [47].
4.3.2. Expressão gênica da metalotioneína em linfócitos periféricos - um biomarcador de suscetibilidade tecidual à toxicidade do cádmio
O texto anterior revisou evidências mostrando que a MT serve como um eficiente eliminador intracelular de cádmio, diminuindo sua toxicidade ao se ligar ao Cd em vários tecidos (revisões [60,71]). Estudos em animais e humanos expostos ao Cd mostram a síntese de MT induzida pelo Cd no fígado e nos rins. Pela exposição in vitro ao Cd de linfócitos do sangue periférico (PBLs), a indutibilidade de MT e MTmRNA foi medida por RT PCR (isto é, expressão do gene MT (MT-GE) [72]. Lu et al. [72] realizaram tais medições e examinaram seu possível uso como biomarcador de desintoxicação geral de tecidos por MT. Eles recrutaram trabalhadores expostos ao Cd na província de Guangxi, China. Além das medições de MT-GE, os estudos dos trabalhos incluíram o Cd urinário como biomarcador de exposição e NAG na urina (UNAG) como biomarcador de efeito. Os resultados mostraram um nível aumentado de NAG urinário (UNAG) em relação ao aumento dos níveis de Cd na urina. Trabalhadores com altos níveis de MTmRNA em PBLs apresentaram níveis mais baixos de NAG na urina do que aqueles com baixos Níveis de MTmRNA em PBLs [72], quando comparados em níveis semelhantes de UCd. Esses resultados apoiam a hipótese de que o nível induzido de MTmRNA em PBLs reflete o nível de expressão de MT tanto em PBLs quanto no córtex renal. MT-GE em PBLs, portanto, pode ser usado como biomarcador da suscetibilidade dos tecidos à toxicidade do cádmio.
Outro estudo incluiu um grupo da população em geral [73]. Estudos de agricultores em uma área poluída por Cd na China incluíram medições de MT-GE em PBLs em níveis comparáveis de UCd, aqueles com alto MT-GE excretaram menos NAG urinário do que aqueles com baixo MT-GE (diferença estatisticamente significativa em UCd> 1 0µg/g Crea p < 0,001).
Os estudos mencionados em trabalhadores e agricultores expostos ao Cd mostram que o MT-GE nos PBLs pode ser utilizado como um biomarcador de suscetibilidade à toxicidade do Cd. No entanto, o tratamento in vitro com Cd de PBLs frescos é um requisito exigente em estudos de campo. Há necessidade de desenvolver métodos mais adequados para estudos de campo e esses métodos devem ser padronizados para que os resultados sejam comparáveis entre laboratórios [74]. Embora grupos expostos ocupacionalmente tenham sido estudados [75], grandes estudos populacionais ainda não estão disponíveis.
4.3.3. Autoanticorpos contra MT no plasma sanguíneo-um biomarcador de suscetibilidade à nefrotoxicidade por cádmio
Jin et al. [76] encontraram alta frequência de níveis elevados de anticorpos contra MT em soros de pacientes com alergia a metais. Esta descoberta estimulou o nosso interesse na possibilidade de tais anticorpos interferirem na proteção da MT nos tecidos de animais e humanos. Este foi o pano de fundo geral para os seguintes estudos: Chen et al., 2006 [46] mediram autoanticorpos contra MT (MTab) no plasma sanguíneo por ELISA. Em trabalhadores de fundição e controles na província de Hunan, China, medimos MTab no plasma sanguíneo, UCd, UNAG e UB2M (beta-2-microglobulina urinária). Houve aumento dos níveis de MTab em relação ao aumento de UNAG ou UB2M. Em níveis comparáveis de UCd, houve uma razão de chances de 4,2 (IC 1,2–14) para disfunção tubular para pessoas com níveis aumentados de MTab em relação àquelas com níveis baixos de MTab.
Experimentos em animais e estudos epidemiológicos fornecem evidências de que o diabetes dá origem a um aumento da sensibilidade ao desenvolvimento de disfunção renal relacionada ao Cd [77,78] revisado em [3]. Chen et al. [47] realizaram um estudo sobre o papel do MTab no desenvolvimento de disfunção tubular renal entre diabéticos em Xangai, China, com diabetes tipo 2. As medições incluíram MTab no plasma sanguíneo, UCd, UNAG, UALB (albumina urinária), UB2M e uma série de variáveis de base. UCd foi 0.05–4,17, GM 0,38 ug/g crea. Houve aumentos estatisticamente significativos de UNAG e UB2M em relação à UCd e uma razão de chances estatisticamente significativamente maior para disfunção tubular entre aqueles com MTab alto versus MTab baixo.
Em resumo, os estudos demonstraram que entre trabalhadores e diabéticos, níveis elevados de MTab foram associados a uma maior prevalência de disfunção renal tubular em comparação com aqueles com níveis mais baixos de MTab. O MTab no plasma sanguíneo é, portanto, um biomarcador de suscetibilidade ao desenvolvimento de disfunção tubular relacionada ao Cd. Não conhecemos o mecanismo detalhado por trás deste efeito, mas é provável que reflita uma interferência na proteção dos tecidos pela MT.
5. Observações Finais
Os efeitos adversos do Cd à saúde em humanos foram relatados pela primeira vez há 160 anos e a metalotioneína (MT), proteína de ligação ao Cd de baixo peso molecular, foi descoberta há mais de 60 anos. A presente revisão resumiu as evidências disponíveis sobre o papel dos MT na toxicologia do cádmio aplicada à avaliação de riscos. Concentrou-se nas nossas próprias conclusões a partir da década de 1970 e fez comentários sobre outras conclusões em relação à relevância e aplicabilidade na avaliação de riscos. Foram apresentadas evidências que apoiam o esquema (Figura 2) que explica a cinética do Cd e as interações com alvos renais ao provocar danos tubulares nos rins. Biomarcadores como a expressão do gene MT em linfócitos do sangue periférico e anticorpos MT no plasma sanguíneo foram desenvolvidos nos últimos vinte anos (Secção 4) para serem utilizados no refinamento de estudos epidemiológicos e para auxiliar nas avaliações de risco. No entanto, até onde sabemos, o uso destes biomarcadores atualmente é muito limitado. Observamos que nosso esquema explicativo para a toxicocinética e toxicodinâmica do cádmio nos rins (Figura 2) ainda é geralmente aceito e este modelo toxicocinético e toxicodinâmico é utilizado com sucesso para cálculos quantitativos de riscos de disfunção renal em relação à exposição ao Cd. Tais cálculos fornecem uma perspectiva valiosa sobre os resultados dos estudos epidemiológicos (Secção 3.5). Parecem existir oportunidades para utilizar mais evidências disponíveis nas avaliações de risco, por exemplo, para utilizar os biomarcadores relacionados com a MT e para ter em conta a influência do estado de Zn (Secção 4.1). Mesmo sem tais refinamentos nas avaliações de risco, é óbvio que níveis muito baixos de exposição ao Cd dão origem a efeitos adversos nos rins e noutros órgãos dos seres humanos. Em parte com base nas evidências resumidas na presente revisão, reconhece-se que os actuais valores-limite ocupacionais para o Cd em países de rendimento alto e médio são frequentemente superiores ao desejado. Estão em curso ações para valores mais baixos, por exemplo, na UE. Em alguns países de rendimento baixo e médio-baixo com mineração artesanal em pequena escala, há exposições excessivas ao Cd e a outros metais e há uma necessidade urgente de melhores condições. Isto é muito importante neste momento, quando existe uma procura global crescente de metais para combater as alterações climáticas. Esperamos que a aplicação do conhecimento resumido nesta revisão ajude a melhorar as avaliações de risco e as condições para grupos populacionais expostos ao cádmio em vários países.
Referências
1. Sovet, U. Intoxicação causada por pó utilizado na limpeza de Prata. Pressione. Med. 1858, 9, 69–70. (Em francês)
2. Landrigan, P.; Bose-O'Reilly, S.; Elbel, J.; Nordberg, G.; Lucchini, R.; Bartram, C.; Grandjean, P.; Mergler, D.; Moyo, D.; Nemery, B.; e outros. Reduzir doenças e mortes causadas pela mineração artesanal e de pequena escala (MAPE) – A necessidade urgente de uma mineração responsável no contexto da crescente procura global de minerais e metais para a mitigação das alterações climáticas. Meio Ambiente. Saúde 2022, no prelo.
3. Nordberg, GF; Akesson, A.; Nogawa, K.; Nordberg, M. Capítulo 7 Volume II Cádmio. No Manual de Toxicologia de Metais, 5ª ed.; Nordberg, GF, Costa, M., Eds.; Elsevier: Amsterdã, Holanda; Academic Press: Londres, Reino Unido, 2022; páginas 141–196.
4. Margoshes, M.; Vallee, BL Uma proteína de cádmio do córtex renal equino. Geléia. Química. Soc. 1957, 79, 4813–4814. [RefCruz]
5. Piscator, M. Sobre cádmio em rins humanos normais, juntamente com um relatório sobre o isolamento de metalotioneína de fígados de coelhos expostos ao cádmio. Norte. Hig. Tidskr. 1964, 45, 7
6. (Em sueco) 6. Nordberg, GF; Piscator, M.; Lind, B. Distribuição de cádmio entre frações proteicas de fígado de camundongo. Acta Farmacol. Toxicol. 1971, 29, 456–470. [RefCruz]
7. Nordberg, GF; Nordberg, M.; Piscator, M.; Vesterberg, O. Separação de duas formas de metalotioneína de coelho por focagem isoelétrica. Bioquímica. J. 1972, 126, 491–498. [RefCruz]
8. Nordberg, GF; Piscator, M.; Nordberg, M. Sobre a distribuição de cádmio no sangue. Acta Farmacol. Toxicol. 1971, 30, 289–295. [RefCruz]
9. Nordberg, M.; Nordberg, GF Distribuição de cádmio e cloreto de cádmio ligados à metalotioneína em camundongos. Meio Ambiente. Perspectiva de Saúde. 1975, 12, 103–108. [RefCruz]
10. Kr˛e˙zel, A.; Maret, W. A Química Bioinorgânica das Metalotioneínas de Mamíferos. Química. 2021, 121, 14594–14648. [RefCruz]
11. Thévenod, F.; Wolff, NA Transporte de ferro no rim: implicações para a fisiologia e nefrotoxicidade do cádmio. Metalômica 2016, 8, 17–42. [RefCruz]
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