Efeitos do poluente atmosférico material particulado fino (MP₂,₅) sobre o desenvolvimento da aterosclerose : parâmetros de ativação macrofágica e disfunção endotelial vascular

Abstract

A hipercolesterolemia é um fator de risco clássico para o desenvolvimento de doenças cardiovasculares. Além disso, a exposição ao poluente atmosférico Material Particulado Fino (MP0,1 – 2,5 μm) também tem emergido como um perigo para o desenvolvimento da aterosclerose. Uma vez inalado, o MP2,5 pode atingir a circulação sanguínea e causar efeitos sistêmicos, que incluem o comprometimento da vasodilatação dependente de óxido nítrico (NO), por induzir estresse oxidativo. No lúmen vascular, as partículas de MP2,5 são englobadas por monócitos, que podem reagir via polarização do seu fenótipo para um majoritariamente pró-inflamatório em condições estressoras. Com isso, as células do endotélio vascular ficam sob o efeito do poluente, e de mediadores parácrinos. Tendo isso em consideração, visamos analisar os efeitos do MP2,5 sobre o desenvolvimento de lesão endotelial vascular, com foco nos macrófagos e nas células endoteliais como mediadores desse processo. Dada a coexistência dos fatores de risco, também buscamos avaliar se o MP2,5 pode desempenhar efeitos agravantes sobre a hipercolesterolemia. Para tal, procedemos com a extração parcial do MP2,5 dos filtros coletados na Gávea, RJ, Brasil, em tampão salina. Essa suspensão foi submetida a ultrassonicação e centrifugação, para obtenção do sobrenadante denominado solução concentrada (SC). Então, a SC foi analisada quimicamente por Espectrometria de Massa por Plasma Acoplado Indutivamente (ICP-MS) e diluída nas concentrações de interesse. A exposição camundongos CF-1 ao poluente mostrou intenso papel do MP2,5 em comprometer o metabolismo do NO, principalmente via estresse oxidativo e inflamação. Em concordância, a exposição direta de células endoteliais da linhagem EOMA ao poluente, resultou em redução da disponibilidade de NO apesar da expressão e ativação da óxido nítrico sintase endotelial (eNOS). Encontramos efeito pró-inflamatório do poluente sobre o modelo animal, sobre o qual constatamos contribuição dos macrófagos como produtores de fatores oxidantes e inflamatórios. Ao expormos macrófagos da linhagem RAW264.7 ao MP2,5, encontramos características morfológicas, fagocíticas, oxidativas e inflamatórias, condizentes com a adoção de um fenótipo reativo, que favoreceu o acúmulo de triglicerídeos e a formação de células espumosas. Além disso, o secretoma dos macrófagos foi suficiente para comprometer a integridade da lâmina endotelial, via redução da viabilidade da linhagem EOMA, apesar dos mecanismos contra regulatórios ativados pelas células, como o aumento na disponibilidade de NO, possivelmente devido ao estímulo a defesa antioxidante. Por fim, ao associarmos a exposição ao MP2,5 a hipercolesterolemia em modelo animal, constatamos sinergia entre ambos os fatores de risco. A dieta hipercolesterolêmica alterou o metabolismo lipídico e hepático independentemente do poluente, enquanto o segundo fator de risco agiu majoritariamente sobre parâmetros oxidativos e inflamatórios. Assim, a combinação de ambos resulta no cenário perfeito para desenvolvimento e agravo de lesões ateroscleróticas. Com isso, nossos resultados corroboram a hipótese de que o MP2,5 tem potencial aterogênico por agir sobre células endoteliais e macrófagos, e que pode exacerbar condições de risco pré-existentes.

Hypercholesterolemia is a classic risk factor for the development of cardiovascular disease. In addition, exposure to the air pollutant Fine Particulate Matter (PM0.1 – 2.5 μm) has also emerged as a hazard for the development of atherosclerosis. Once inhaled, PM2.5 can reach the bloodstream and cause systemic effects, including impaired nitric oxide (NO)-dependent vasodilation by inducing oxidative stress. In the vascular lumen, PM2.5 particles are engulfed by monocytes, which can react by polarizing their phenotype to a mostly pro-inflammatory, under stressful conditions. As a result, the cells of the vascular endothelium are under the effect of the pollutant and paracrine mediators. Taking this into account, we aimed to analyze the effects of PM2.5 on the development of vascular endothelial injury, focusing on macrophages and endothelial cells as mediators of this process. Given the coexistence of the risk factors, we also intended to evaluate whether PM2.5 can aggravate the effects of hypercholesterolemia. To this end, we proceeded with the partial extraction of PM2.5 from the filters collected in Gavea, RJ, Brazil, in saline buffer. This suspension was submitted to ultrasonication and centrifugation to obtain the supernatant called concentrated solution (CS). Then, the CS was chemically analyzed by Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (ICP-MS) and diluted to the concentrations of interest. Exposure of CF-1 mice to the pollutant showed an intense role of PM2.5 in compromising NO metabolism, mainly via oxidative stress and inflammation. Accordingly, direct exposure of endothelial cells from the EOMA lineage strain to the pollutant resulted in reduced NO availability despite the expression and activation of endothelial nitric oxide sintase (eNOS). We found a pro-inflammatory role of the pollutant in the animal model, in which we found the contribution of macrophages as producers of oxidizing and inflammatory factors. When we exposed macrophages of the RAW264.7 lineage to PM2.5, we found morphological, phagocytic, oxidative, and inflammatory characteristics, consistent with the adoption of a reactive phenotype, which favored the accumulation of triglycerides and the formation of foam cells. In addition, the macrophage’s secretome was sufficient to compromise the integrity of the endothelial lamina, via a reduction in the viability of EOMA, despite the counter-regulatory mechanisms activated by the cells, such as the increase in the availability of NO, possibly due to the stimulation of antioxidant defense. Finally, when the exposure to PM2.5 was associated to hypercholesterolemia in an animal model, we found synergy between both risk factors. The hypercholesterolemic diet changed the lipid and hepatic metabolism independent of the pollutant, while the second risk factor acted mainly on oxidative and inflammatory parameters. Thus, the combination of both results in the perfect scenario for the development and aggravation of atherosclerotic lesions. Thus, our results corroborate the hypothesis that PM2.5 has atherogenic potential because it acts on endothelial cells and macrophages, and that it can exacerbate pre-existing risk conditions.