Mitofagia em Isquemia Cerebral e Lesão por Isquemia/ReperfusãoⅡ

PATOFISIOLOGIA DA LESÃO DE ISQUÊMICA-REPERFUSÃO (FIGURA 2)

Classificação Clínica do AVC Isquêmico

O AVC isquêmico, também conhecido como isquemia cerebral, é um tipo significativo de todos os casos de AVC. Esta doença ocorre quando coágulos sanguíneos ou placas bloqueiam ou estreitam as artérias cerebrais. Dependendo da condição patológica, o AVC isquêmico pode ser dividido em vários subtipos: estenose arterial intracraniana, oclusão arterial aguda e oclusão arterial crônica. A estenose arterial intracraniana refere-se ao estreitamento das artérias causado pela formação de depósitos de gordura denominados placas ateroscleróticas e pelo espessamento concomitante das paredes dos vasos.

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Nas artérias intracranianas, incluindo artérias cerebrais médias, artéria basilar, artérias carótidas e artérias vertebrais intracranianas, os vasos sanguíneos estreitados podem reduzir significativamente o fluxo sanguíneo, levando a um evento isquêmico (Chimowitz et al., 2005; Banerjee e Chimowitz, 2017). Uma análise sistemática com foco no papel da aterosclerose intracraniana no AVC isquêmico indica que a estenose indutora de aterosclerose de grau superior a 30% pode ser uma causa de infarto cerebral fatal (Mazighi et al., 2008). A placa aterosclerótica é trombogênica. Uma vez que sua tampa é rompida, um coágulo instável pode ser formado para estreitar ou ocluir completamente as artérias. O coágulo sanguíneo que bloqueia o local afetado pode se formar localmente ou se originar em outro lugar, como no coração, e embolizar pelo sistema circulatório.

A ruptura de placas e embolias de coágulos geralmente está associada à oclusão arterial aguda, manifestando sintomas de AVC em horas (Malhotra et al., 2017). A oclusão também pode ser crônica (durando mais de 4 semanas) se o cérebro alterar a hemodinâmica cerebral e compensar o fluxo sanguíneo construindo circulação colateral em resposta ao suprimento sanguíneo arterial reduzido (Sundaram et al., 2017). Nesse caso, com compensação colateral suficiente, a doença pode ser assintomática e benigna (Powers et al., 2000); A oclusão crônica sem compensação suficiente da circulação colateral ainda pode resultar em hipoperfusão cerebral crônica, levando ao infarto isquêmico. Em alguns casos, pacientes com oclusão crônica podem recanalizar espontaneamente por um longo período de tempo (mais de 3 meses) (Delgado et al., 2015).

Manejo do AVC Isquêmico

Agentes trombolíticos e procedimentos de recanalização são desenvolvidos como estratégias de reperfusão para recuperar o fluxo sanguíneo nas artérias afetadas. Normalmente, diferentes abordagens terapêuticas são dadas a esses três subtipos de AVC no cenário clínico. Devido a limitações técnicas, é difícil distinguir com precisão a estenose grave e a oclusão aguda das artérias (Clevert et al., 2006). Ainda assim, o diagnóstico correto pode ser benéfico para um tratamento ideal e um melhor prognóstico. A trombólise intravenosa é a única terapia aprovada para pacientes com EIA e pode ser administrada até 3 horas após o início dos sintomas. No entanto, os resultados clínicos do tratamento médico trombolítico isolado para pacientes com estenose grave e oclusão mostraram prognóstico pior do que o esperado e menos eficácia (Mokin et al., 2012).

Ensaios clínicos com foco na lise de coágulos sugerem que a terapia trombolítica intravenosa sozinha tem uma baixa taxa de recanalização de apenas 30 a 40 por cento entre os pacientes (Chen et al., 2012). Outra análise dos resultados clínicos da trombólise intravenosa para oclusão da artéria carótida interna sugere que a taxa de resultados favoráveis ​​é de 25% (Mokin et al., 2012). Tratamentos de revascularização, incluindo implante de stent ou endarterectomia, foram recomendados para pacientes com estenose moderada ou grave. Em comparação com a trombólise intravenosa, os receptores de trombectomia têm uma incidência significativamente reduzida de AVC ipsilateral, o que significa um melhor prognóstico. As terapias arteriais também alcançam um melhor resultado em pacientes com oclusão aguda (Mokin et al., 2012). No entanto, no cenário clínico, a endarterectomia não é considerada uma opção por muitos no tratamento da oclusão completa da ACI, uma vez que esta operação ainda é tecnicamente desafiadora para prevenir a geração de trombo pós-operatório e manter um bom prognóstico (Kao et al., 2007; Chen et al ., 2012; Faggioli et al., 2013).

Até agora, a busca por tratamentos eficazes para a oclusão crônica continua. Tratamentos médicos como drogas anti-agressão plaquetária ou ativadores de plasminogênio tecidual intravenoso podem ser administrados aos pacientes para diminuir o risco de acidente vascular cerebral. Abordagens cirúrgicas como endarterectomia e stent também podem ser usadas no tratamento da oclusão crônica, embora ainda mostrem algumas desvantagens aparentes. Como na oclusão aguda, a endarterectomia pode falhar em casos com organização complexa de coágulos, e a taxa de sucesso da recanalização atinge apenas 40% em pacientes com oclusão crônica (Thompson et al., 1986; Xu et al., 2018). A hipoperfusão ainda ocorre em pacientes que falharam em restaurar o fluxo sanguíneo nas terapias de recanalização, o que se presume resultar na recorrência de eventos isquêmicos (Grubb et al., 1998). Além disso, no processo de implantação do stent, o coágulo pode se desprender quando o stent é liberado, bloqueando a artéria intracraniana e, portanto, pode causar complicações pós-operatórias (Xu et al., 2018).

Lesão de Isquemia-Reperfusão

Em pacientes que recebem terapias de recanalização, a restauração repentina do fluxo sanguíneo às vezes pode ser prejudicial, levando à chamada "lesão de reperfusão". A lesão de I/R refere-se à lesão de reoxigenação tecidual causada pelo retorno súbito do suprimento de sangue para tecidos anteriormente isquêmicos ou anóxicos. Durante a fase de isquemia, o suprimento de sangue abaixo dos requisitos funcionais padrão causará deficiências de oxigênio e nutrientes, levando a distúrbios metabólicos (Irie et al., 2014) e resposta inflamatória (Jin et al., 2013) nas áreas afetadas. A restauração do fluxo sanguíneo, portanto, tem sido considerada um tratamento fundamental para preservar a função tecidual. Muitas pesquisas e ensaios clínicos sobre tratamentos de reperfusão mostraram que as terapias de reperfusão, incluindo agentes trombolíticos intravenosos e intervenções endovasculares como trombectomia mecânica, são relativamente seguras e podem ajudar na recuperação de pacientes com AVC isquêmico agudo (AIS) quando administrados dentro de uma janela de tempo estreita (Kwiatkowski et al., 1999; Lees et al., 2010; Berkhemer et al., 2014; Jovin et al., 2015).

No entanto, a reperfusão também pode causar lesão secundária nos tecidos previamente isquêmicos, uma vez que o reabastecimento de nutrientes e oxigênio pode desencadear considerável produção e acúmulo de ERO e, ao mesmo tempo, alterar a homeostase do cálcio, resultando em estresse oxidativo excessivo e inflamação local. Tais alterações celulares causam dano celular e podem ativar a via de morte celular nos tecidos isquêmicos anteriores.

PProcesso e Mecanismos de Lesão I/R (Figura 2)

O estresse oxidativo excessivo desempenha um papel crítico na lesão de I/R

O estresse oxidativo é um distúrbio no equilíbrio entre os radicais livres e a capacidade antioxidante, e geralmente ocorre quando a produção de ERO supera a defesa antioxidante. No estágio isquêmico, o fluxo sanguíneo obstruído com menos oxigênio e suprimento de nutrientes induz uma mudança no metabolismo mitocondrial de aeróbico para anaeróbico, produzindo assim uma menor concentração de ATP e agentes antioxidantes nas células. O retorno tardio do fluxo sanguíneo para o tecido isquêmico pode causar a reativação da respiração aeróbica mitocondrial e, assim, aumentar a produção de ERO. Devido à diminuição do nível de agentes antioxidantes, a oxidação excede a antioxidação durante o período de reperfusão, causando aumento do estresse oxidativo.

Sistemas enzimáticos, incluindo o sistema xantina oxidase, o sistema NADPH oxidase, o sistema óxido nítrico (NO) sintase e a cadeia transportadora de elétrons da mitocôndria, estão envolvidos principalmente na ocorrência do estresse oxidativo. Em células normais, o metabolismo das purinas inicia-se a partir da conversão de ATP em inosina com a participação de desaminases e nucleotidases, seguido por sua posterior transformação em hipoxantina. A oxidação da hipoxantina a xantina e da xantina a ácido úrico ocorre posteriormente, e a xantina desidrogenase (XDH) e a xantina oxidase (XOD) atuam separadamente nesses dois processos de oxidação. XDH utiliza NAD plus como aceptor de elétrons para produzir NADH, e o estado de isquemia pode induzir sua mudança para XOD, que usa O2 como aceptor (Kinuta et al., 1989). A restauração do fluxo sanguíneo e do oxigênio pode estimular o processo de oxidação no metabolismo das purinas. Como o nível de XOD é previamente promovido, a formação de ácido úrico na fase de reperfusão é acompanhada pela produção de ânion superóxido (O2−) altamente reativo. O superóxido pode ser posteriormente transformado em peróxido de hidrogênio (H2O2) e no radical hidroxila (OH•), que estimula ainda mais o estresse oxidativo e causa danos. As NADPH oxidases são a fonte primária de ROS. Eles oxidam o NADPH a NADP plus e entregam elétrons ao O2, gerando superóxido ou H2O2.

Foi relatado que a família Nox/Duox de NADPH oxidases está envolvida na produção de ROS durante a lesão de I/R por sua atividade facilitada (Wang et al., 2006; Simone et al., 2014). Nox2 tem sido um foco na lesão I/R que ocorre no acidente vascular cerebral. Camundongos com deficiência de subunidade Nox e camundongos com pré-tratamento com apocinina (um inibidor de Nox2) mostram um volume de infarto notavelmente diminuído e um resultado clínico melhorado de acidente vascular cerebral (Chen et al., 2009; Jackman et al., 2009), sugerindo que as ROS induzidas por Nox desempenham um papel considerável na lesão de I/R. Além de produzir ROS imediatamente, as NADPH oxidases também estão regulando a produção de ROS estimulando o sistema NO sintase. O NO, também conhecido como fator relaxante derivado do endotélio, é produzido a partir da L-arginina pela sintase do óxido nítrico (NOS) de três fontes: NOS neuronal (nNOS), NOS induzível (iNOS) e NOS endotelial (eNOS). O papel do NO é variável: geralmente funciona como um agente antioxidante, mas sua interação com o ânion superóxido pode levar à formação do peroxinitrito (ONOO−) (Marla et al., 1997). As ROS criadas pelas NADPH oxidases podem oxidar a tetrahidrobiopterina (BH4), um cofator essencial que medeia a atividade da eNOS. A oxidação de BH4 posteriormente induz o desacoplamento de eNOS, resultando em diminuição da produção de NO e aumento da produção de ONOO− a partir de eNOS (Landmesser et al., 2003).

As mitocôndrias são o principal local de geração, ação e lesão do estresse oxidativo. O ROS pode ser gerado a partir do ETC. Na isquemia, o estresse celular pode induzir modificações pós-traducionais das proteínas de fosforilação oxidativa na ETC, tornando-as mais sensíveis à reoxigenação (Prabu et al., 2006). Complexos ETC interrompidos podem resultar em potenciais de membrana mitocondrial mais altos, positivamente associados a mais geração de ROS (Prabu et al., 2006). O aumento do estresse oxidativo pode atingir as mitocôndrias e danificar ainda mais a ETC, causando mais geração de ROS (Indo et al., 2007) subsequentemente. ROS de origens exógenas e geração de ROS mitocondrial podem levar a danos no DNA mitocondrial (Indo et al., 2007). Além disso, muito estresse oxidativo pode causar dano celular ou morte (Figura 2).

Sobrecarga de cálcio: outro distúrbio na lesão de isquemia-reperfusão

Além do estresse oxidativo causado por diferentes fontes, a sobrecarga de cálcio e o aumento anormal do nível intracelular de Ca2 plus são outras patologias importantes que desempenham um papel importante na lesão de reperfusão. A respiração anaeróbica na isquemia diminui o pH intracelular; assim, o trocador de Na+/H+ (NHE) permite o influxo de Na+ para manter o pH. O NHE é geralmente inativado durante a isquemia, mas sua atividade pode ser aumentada durante a reperfusão, levando a um grande influxo de Na+ (Allen e Xiao, 2003). Um nível mais baixo de ATP na isquemia também enfraquece a atividade das bombas de Na+ dependentes de energia, resultando em um nível mais alto de Na+ intracelular.

Um estudo em 1987 sugeriu que o desequilíbrio de sódio precedente seja a causa da sobrecarga de cálcio usando um modelo de carga de Na+ repleto de energia (Grinwald e Brosnahan, 1987). Deixar de retornar ao equilíbrio normal de Na+ após a restauração do oxigênio pode promover a função do trocador de Na+/Ca2+ (NCX) que é sensível ao nível intracelular de Na+, levando assim a um maior influxo de Ca2+. A sobrecarga de cálcio também é induzida pela liberação elevada de Ca2+ e captação limitada de Ca2+ de uma fonte interna, incluindo o retículo endoplasmático (ER) ou aparelho de Golgi (Chami et al., 2008). A absorção promovida de Ca2 plus pelas mitocôndrias ocorre mais tarde após a sobrecarga de cálcio citosólico (Brookes et al., 2004). A sobrecarga de cálcio citosólico e mitocondrial pode causar danos celulares de várias maneiras, incluindo a interrupção da função mitocondrial (Wang M. et al., 2015), promovendo a produção de ROS (Zhu et al., 2018) e induzindo a morte celular (Boehning et al., 2004; Zhu et al., 2018) (Figura 2).

Mitocmorte celular dependente de hondria em lesão de I/R

As alternâncias celulares, incluindo aumento do estresse oxidativo e sobrecarga de cálcio, podem levar à apoptose com envolvimento das mitocôndrias. Este processo é iniciado por alterações na permeabilidade da membrana mitocondrial controlada pelo poro de transição da permeabilidade mitocondrial (mPTP). É provável que a atividade do mPTP seja mediada pelo nível de Ca2 plus da matriz mitocondrial, e a sobrecarga de cálcio mitocondrial resultante da sobrecarga de cálcio citosólico pode facilitar a abertura do mPTP (Qian et al., 1999). A produção de ROS durante a lesão I/R, especialmente radicais hidroxila e peróxido de hidrogênio, também foi considerada indispensável na abertura do mPTP (Assaly et al., 2012). A membrana permeabilizada permite a ativação e inserção de membros pró-apoptóticos da família Bcl-2 BAX e BAK na membrana da mitocôndria (Wei et al., 2000; Kirkland et al., 2002).

Isso ajuda na transferência de proteínas mitocondriais, incluindo citocromo c da mitocôndria para o citosol, seguido pela interação entre citocromo c e dois cofatores, fator ativador de protease apoptótica 1 (APAF-1) e pró-caspase-9, para formam o apoptossomo, que eventualmente ativa a via de morte celular de sinalização da caspase–9-caspase-3 com eventos proteolíticos e fragmentação do DNA (Broughton et al., 2009). Esta via é referida como a via apoptótica dependente de caspase. Outra via de morte celular, a apoptose independente de caspase, pode ser ativada quando a energia celular está se esgotando (Daugas et al., 2000). A poli (ADP-ribose) polimerase-1 (PARP-1) é uma enzima nuclear localizada a montante da via (Yu et al., 2002).

Danos no DNA induzidos por ROS podem desencadear a superativação de PARP-1, na qual o NAD plus é usado, esgotando assim o armazenamento de energia. Yu et ai. (2002) também descobriram que a ativação de PARP-1 pode levar à liberação de seu fator indutor de apoptose alvo a jusante (AIF, uma flavoproteína mitocondrial) da intermembrana mitocondrial para o núcleo, causando condensação da cromatina e fragmentação de DNA em grande escala . Estudos indicaram que o AIF não tem um efeito direto de fragmentação do DNA (Susin et al., 1999; Wang et al., 2002). Assim, provavelmente precisa de um efetor downstream durante este processo. Estudos sugeriram que a endonuclease G pode interagir com o AIF e causar a fragmentação do DNA (Wang et al., 2002; Lee et al., 2005), embora sua interação ainda não esteja clara. A morte celular induzida por PARP{10}}é uma via única de morte celular. Geralmente exibe características de apoptose, sendo também considerada necrótica por alguns pesquisadores, uma vez que a apoptose clássica é dependente de energia (Ha e Snyder, 1999).

TO cérebro é suscetível a lesões de I/R

A lesão I/R pode ocorrer em muitos órgãos e tecidos, incluindo cérebro, coração, músculos esqueléticos e rins. Algumas características comuns são compartilhadas por lesão de I/R nessas áreas, incluindo produção elevada de ERO, sobrecarga de cálcio, inflamação e abertura de mPTP. No entanto, características específicas do órgão podem afetar a gravidade da lesão de I/R em diferentes órgãos. O cérebro, o órgão onde o dano irreversível ocorre dentro de 20 minutos após a isquemia e uma janela de tempo estreita (geralmente 3-4,5 h) pode ser dada para terapia de reperfusão, é considerado muito suscetível à lesão I/R (Ordy et al., 1993). .

As ROS no cérebro são geradas principalmente a partir de mitocôndrias, em vez de outras fontes enzimáticas de ROS como uma área metabolicamente ativa. O cérebro é responsável por mais de 20% do consumo total de oxigênio do corpo, mas com um nível de agente antioxidante relativamente baixo em comparação com outros órgãos, tornando-o vulnerável ao estresse oxidativo (Markesbery e Lovell, 2007; Damle et al., 2009; Kalogeris et al. , 2012). Além disso, o ferro lábil acumulado no cérebro pode reagir com H2O2 para produzir •OH altamente reativo. Essa reação estimula a oxidação e a peroxidação de ácidos graxos poliinsaturados massivamente acumulados no cérebro, causando ainda mais estresse oxidativo (Ferretti et al., 2008). Devido à suscetibilidade do cérebro a lesões de I/R, encontrar alvos para prevenir lesões de reperfusão no cérebro é significativo no tratamento de AVC.

Ampliação da Janela de Tempo Terapêutico no AVC Isquêmico: Recanalização Tardia

A recanalização bem-sucedida do vaso ocluído o mais cedo possível tem sido amplamente aceita como o princípio vital do tratamento da EIA. Infelizmente, por muitos anos, a maioria dos pacientes com AIS foi impedida de receber terapia de recanalização eficaz devido a uma janela terapêutica estreita. Nos últimos anos, uma série de ensaios clínicos indicou que a recanalização tardia ainda pode trazer benefícios em cérebros isquêmicos durante uma janela terapêutica expandida, até mais de 24 horas, vários dias e até mais de 1 mês após o início dos sintomas [Revisado por Kang e outros (2020)]. Clinicamente, os avanços nas técnicas de imagem permitiram uma melhor caracterização do tecido cerebral e do estado dos vasos na AIS. Os marcadores de isquemia cerebral são instruídos pela incompatibilidade de imagem ponderada por perfusão/imagem ponderada por difusão (PWI/DWI) e incompatibilidade de DWI/recuperação de inversão atenuada por fluido (DWI/FLAIR) na ressonância magnética (MRI).

A ressonância magnética com PWI ou tomografia computadorizada (TC) de perfusão (CTP) mostra diferentes níveis de hipoperfusão. Devido a esses desenvolvimentos, juntamente com os avanços nos dispositivos intervencionistas intravasculares, é possível expandir a janela de tempo de recanalização em certos pacientes. Cada vez mais estudos randomizados demonstraram que a recanalização tardia tem efeitos benéficos nos resultados de 90-dias. Dois ensaios clínicos randomizados e controlados de alta qualidade (DAWN e DEFUSE 3) de trombectomia mecânica endovascular relataram que a recanalização tardia seletiva com base na incompatibilidade de imagem melhorou os resultados de 90-dia dos pacientes, mesmo quando realizada 16–24 h após o início dos sintomas (Ragoschke-Schumm e Walter, 2018). Em resumo, apesar do risco de lesão I/R, que pode aumentar com o atraso da recanalização, a recanalização atrasada ainda é benéfica para um determinado subtipo de pacientes.

Efeito de neuroproteção Cistanche

Cistanche é um extrato vegetal conhecido por suas propriedades neuroprotetoras, e acredita-se que seu mecanismo de ação envolva efeitos antioxidantes, antiinflamatórios e antiapoptóticos. Existem vários testes relevantes e casos de aplicação relacionados aos efeitos neuroprotetores do Cistanche, que incluem:

1. Estudos in vitro: Estudos in vitro demonstraram que o extrato de Cistanche protege os neurônios dos danos induzidos pelo estresse, reduzindo o estresse oxidativo e a inflamação.

2. Estudos em animais: Estudos em animais demonstraram que Cistanche pode proteger contra danos neuronais causados ​​por isquemia cerebral, lesão cerebral traumática e exposição a neurotoxinas.

3. Estudos em humanos: há evidências clínicas limitadas sobre os efeitos neuroprotetores de Cistanche em humanos, mas alguns estudos sugeriram que ele pode melhorar a função cognitiva e reduzir o declínio da memória relacionado à idade.

Luoan Shen1†, Qinyi Gan1†, Youcheng Yang1, Cesar Reis2, Zheng Zhang1, Shanshan Xu3, Tongyu Zhang4 * e Chengmei Sun1,3 *

1 Zhejiang University-University of Edinburgh Institute, Escola de Medicina, Zhejiang University, Haining, China,

2 VA Loma Linda Healthcare System, Loma Linda University, Loma Linda, CA, Estados Unidos,

3 Instituto de Estudos Avançados, Universidade de Shenzhen, Shenzhen, China, 4 Departamento de Neurocirurgia, Hospital Xuanwu, Capital Medical University, Pequim, China