Investigação dos mecanismo relacionados à ação citoprotetora de astaxantina em modelo experimental de degeneração macular

Abstract

A degeneração macular relacionada à idade (DMRI) é uma doença degenerativa crônica e progressiva da retina, que pode levar à cegueira e, atualmente, afeta milhões de pessoas em todo o mundo. A DMRI é complexa e multifatorial, mas sabe-se que o estresse oxidativo nas células do epitélio pigmentar da retina (EPR) tem sido apontado como um dos principais fatores no desenvolvimento e na progressão da patogênese dessa doença. O estresse oxidativo desempenha um papel significativo devido ao consumo elevado de oxigênio pela retina, que demanda grande quantidade de energia e produz quantidade significativa de espécies reativas de oxigênio (EROs) como subprodutos do metabolismo. Quando a produção de EROs excede a capacidade dos sistemas antioxidantes, ocorre um desequilíbrio na homeostase redox, resultando na vulnerabilidade da retina como um todo. A astaxantina (AST) é um pigmento de coloração vermelho-alaranjado lipossolúvel que pertence a um grupo de carotenoides conhecidos como xantofilas. AST possui propriedades antioxidantes e anti-inflamatórias significativas. Essa molécula também apresenta elevado potencial farmacológico devido às suas propriedades químicas únicas, que lhe conferem vantagens bioativas, incluindo uma ação antioxidante e fotoprotetora superior à de outros carotenoides. Neste trabalho, investigou-se se um pré-tratamento com AST tem a capacidade de prevenir a disfunção mitocondrial em células humanas do epitélio pigmentar de retina (linhagem ARPE-19) expostas ao peróxido de hidrogênio (H2O2) em modelo de degeneração macular. Observou-se que a AST, na concentração de 20 μM, protegeu as células ARPE-19 contra o estresse oxidativo induzido por 300 μM de H2O2, prevenindo o desequilíbrio redox e o colapso bioenergético. O pré-tratamento com AST preveniu a perda de viabilidade celular e o dano oxidativo causado por H2O2 em lipídios, proteínas e no DNA. AST também apresentou ação protetora em parâmetros relacionados às mitocôndrias, promovendo a manutenção dos níveis de ATP, da atividade do Complexo I e do potencial de membrana mitocondrial (PMM). Além disso, foi demonstrado que o pré-tratamento com AST aumentou a atividade de γ-GCL e o níveis de GSH das células. A inibição de γ-GCL pela butioninasulfoxamina (BSO) suprimiu o efeito protetor promovido pela AST nas mitocôndrias e nas células expostas ao H2O2, demonstrando, assim, que o mecanismos de proteção pelo qual a AST atua prevenindo a disfunção nas células depende do eixo γ-GCL/GSH. AST também foi comparada com outros agentes citoprotetores conhecidos, como a N-acetilcisteína e o sulforafano, e observou-se que AST a 20 μM promoveu um efeito semelhante ao dessas outras moléculas.

Age-related macular degeneration (AMD) is a chronic and progressive degenerative disease of the retina that can lead to blindness and currently affects millions of people worldwide. AMD is complex and multifactorial, but oxidative stress in retinal pigment epithelium (RPE) cells has been identified as one of the main factors in the development and progression of its pathogenesis. Oxidative stress plays a significant role due to the high oxygen consumption by the retina, which demands a large amount of energy and generates a substantial amount of reactive oxygen species (ROS) as metabolic byproducts. When ROS production exceeds the capacity of antioxidant systems, an imbalance in redox homeostasis occurs, resulting in the vulnerability of the retina as a whole. Astaxanthin (AST) is a lipophilic red-orange pigment that belongs to a group of carotenoids known as xanthophylls. AST has significant antioxidant and anti-inflammatory properties. This molecule also displays high pharmacological potential due to its unique chemical characteristics, which confer bioactive advantages, including antioxidant and photoprotective action superior to those of other carotenoids. In this study, we investigated whether pretreatment with AST is capable of preventing mitochondrial dysfunction in human retinal pigment epithelial cells (ARPE-19 cell line) exposed to hydrogen peroxide (H2O2) in a model of macular degeneration. We observed that AST, at a concentration of 20 μM, protected ARPE-19 cells against oxidative stress induced by 300 μM H2O2, preventing redox imbalance and bioenergetic collapse. Pre-treatment with AST prevented the loss of cell viability and the oxidative damage to lipids, proteins, and DNA caused by H2O2. AST also exhibited protective effects on mitochondrial-related parameters, promoting the maintenance of ATP levels, Complex I activity, and mitochondrial membrane potential (MMP). Furthermore, we demonstrated that AST pretreatment increased γ-GCL activity and cellular GSH levels. Inhibition of γ-GCL by buthionine sulfoximine (BSO) suppressed the mitochondrial and cellular protective effects promoted by AST in cells exposed to H2O2, thus demonstrating that the protective mechanism by which AST acts to prevent cellular dysfunction depends on the γ-GCL/GSH axis. We also compared AST with other well-known cytoprotective agents, such as N-acetylcysteine and sulforaphane, and found that AST at 20 μM promoted a protective effect similar to these other molecules.