Avaliação dos efeitos neuro e hepatotóxicos da homocisteína em ratos utilizando uma abordagem bioquímica e comportamental : papel antioxidante do ácido fólico

Abstract

A homocistinúria é um erro inato do metabolismo bioquimicamente caracterizado pela deficiência da enzima cistationina b-sintase, o que promove um bloqueio na via de transulfuração da homocisteína, e consequente acúmulo tecidual desse aminoácido. Clinicamente os pacientes apresentam retardo mental, crises convulsivas, alterações vasculares, oculares, esqueléticas e hepáticas. Embora a hiperhomocisteinemia seja uma característica marcante da homocistinúria, o aumento nos níveis de homocisteína tem sido detectados em uma série de doenças neurodegenerativas, cérebro e cardiovasculares, bem como hepáticas. Nesse contexto, o objetivo geral da presente tese foi avaliar o efeito da hiper-homocisteinemia sobre parâmetros comportamentais e bioquímicos (estresse oxidativo, metabolismo energético e captação de glutamato) em cérebro, sangue e fígado de ratos. Também investigamos o papel neuroprotetor do ácido fólico. A hiper-homocisteinemia crônica reduziu as defesas antioxidantes enzimáticas e não-enzimáticas, bem como aumentou o dano ao DNA e o nível de espécies reativas ao ácido tiobarbitúrico em córtex parietal. As defesas antioxidantes sanguíneas também foram afetadas, e o dano ao DNA observado em córtex foi reproduzido em células nucleadas sanguíneas. A administração crônica de homocisteína resultou em danos oxidativos no fígado, reduzindo as defesas antioxidantes e o conteúdo de grupamentos tiólicos, bem como aumentando a peroxidação lipídica. O tecido hepático apresentou ainda alterações histológicas, demonstradas pela presença de infiltrado inflamatório, fibrose e redução no conteúdo de glicogênio/glicoproteínas. As hiper-homocisteinemias aguda e crônica alteraram a atividade da citocromo c oxidase possivelmente devido a alterações oxidativas; bem como afetaram o sistema glutamatérgico, reduzindo a captação de glutamato e o imunoconteúdo dos transportadores gliais em córtex parietal de ratos. O tratamento com ácido fólico preveniu as modificações oxidativas em córtex parietal e sangue de ratos, bem como as alterações na atividade da citocromo c oxidase. A inibição da Na+,K+- ATPase em córtex parietal e o déficit mnemônico espacial em ratos hiperhomocisteinêmicos também foram prevenidos pelo tratamento concomitante com ácido fólico, através de um mecanismo independente da redução dos níveis plasmáticos e cerebrais de homocisteína, e possivelmente relacionado à sua atividade antioxidante. A administração aguda de homocisteína resultou em déficit na consolidação da memória aversiva em ratos, associado à redução no imunoconteúdo de BDNF hipocampal. Esses efeitos foram prevenidos pelo pré-tratamento com ácido fólico. Em resumo, nossos resultados indicam que a homocisteína induz estresse oxidativo em córtex parietal, sangue e fígado de ratos; o que pode estar correlacionado com as demais alterações observadas nessa tese, tais como disfunção mitocondrial, redução na captação de glutamato e déficit mnemônico. Nossos resultados sugerem um efeito neuroprotetor do ácido fólico, prevenindo as alterações bioquímicas e comportamentais induzidas pela administração de homocisteína, possivelmente via ação antioxidante. Acreditamos que nossos achados possam colaborar para o esclarecimento dos mecanismos citotóxicos da homocisteína, bem como apoiar a avaliação da terapia com ácido fólico em pacientes hiper-homocisteinêmicos.

Homocystinuria, an inborn error of metabolism, is biochemically characterized by cystathionine -synthase deficiency and homocysteine tissue accumulation. Patients frequently present mental retardation, seizures, vascular, skeletal, ocular, and hepatic complications. Moreover, hyperhomocysteinemia has emerged as an important risk factor for neurodegenerative, vascular and hepatic diseases. In this context, the main objective of this doctoral thesis was to evaluate the effect of hyperhomocysteinemia on behavioral and biochemical parameters (oxidative stress, energy metabolism, and glutamate uptake) in brain structures, blood and liver of rats. We also investigated the neuroprotective role of folic acid. Chronic hyperhomocysteinemia reduced enzymatic and non-enzymatic antioxidant defenses, as well as increased DNA damage and the level of thiobarbituric acid reactive substances in parietal cortex of rats. Antioxidant defenses were also altered in blood of hyperhomocysteinemic rats, who presented increased DNA damage in blood nucleated cells. Chronic homocysteine administration induced oxidative stress in liver of rats, reducing antioxidant defenses and total thiol content, as well as increasing lipid peroxidation. Histological analyses revealed inflammatory infiltration, fibrosis and reduced glycogen/glycoprotein content in hepatic tissue. Acute and chronic hyperhomocysteinemia resulted in changes in cytochrome c oxidase activity, as well affected the glutamatergic system, inhibiting the glutamate uptake and reducing glial transporters immunocontent in parietal cortex. Folic acid administration prevented the oxidative alterations elicited by homocysteine in parietal cortex and blood of rats, as well the modifications on cytochrome c oxidase activity. Na+,K+-ATPase inhibition in parietal cortex and the spatial mnemonic deficit in hyperhomocysteinemic rats were prevented by folic acid concurrent administration, by a mechanism independent of homocysteine plasmatic and cerebral concentration reduction, and possible dependent of its antioxidant potential. Acute homocysteine administration induced a significant deficit in consolidation of aversive memory, associated to a reduction in hippocampal BDNF immunocontent. Folic acid pretreatment prevented both effects. In summary, our results showed that homocysteine administration induced oxidative stress in parietal cortex, blood, and liver of rats; which could be related to biochemical and behavior alterations found in this thesis, such as mitochondrial dysfunction, reduction in glutamate uptake, and mnemonic deficit. Our data suggest a neuroprotective effect of folic acid, preventing the biochemical and behavior alterations elicited by homocysteine, possible by its antioxidant properties. We believe that our data could collaborate for the explanation of homocysteine cytotoxicity mechanisms, as well support the evaluation of folic acid therapy in hyperhomocysteinemic patients.