Avaliação da capacidade antioxidante in vitro e potencial protetor do óleo essencial de Nepeta cataria L. em um modelo de toxicidade aguda induzida por AlCl3 em larvas de Danio rerio

Abstract

O alumínio (Al), um metal ubíquo e de amplo uso em diversas atividades humanas pode induzir o estresse oxidativo e alterar a produção e degradação de neurotransmissores, contribuindo para a neurotoxicidade. Neste sentido, o estresse oxidativo e o desequilíbrio de neurotransmissores devido à exposição ao Al estão relacionados ao surgimento e à progressão de diversas doenças neurodegenerativas. Nesse contexto, a Nepeta cataria (Lamiaceae) surge como potencial alternativa para prevenir e/ou tratar a toxicidade induzida pelo Al, por ser fonte de compostos bioativos com propriedades antioxidantes e anticolinesterásicas. Este trabalho caracterizou o óleo essencial de N. cataria (OENC) por cromatografia gasosa acoplada à espectrometria de massas (CG-EM) e avaliou seu potencial antioxidante in vitro, bem como sua capacidade protetora em um modelo de toxicidade aguda por cloreto de alumínio (AlCl3) em larvas de Danio rerio (peixe-zebra). O somatório das concentrações dos estereoisômeros de nepetalactona (89,7%) mostrou que estes foram os compostos majoritários do OENC, seguidos por (-)-trans-cariofileno (5,06%), ß-pineno (1,84%), a-pineno (1,74%) e globulol (1,25%). OENC demonstrou atividade antioxidante in vitro pelo método da atividade sequestrante do radical DPPH (CE50 0,28 de mg/mL), potencial redutor de ferro (FRAP) (35,72 µmol eq. Fe2+/mL) e capacidade de absorção de radicais oxigenados (ORAC) (1.309 µmol ET/mL). In vivo, o óleo atenuou a peroxidação lipídica induzida por AlCl3, visto que os animais tratados simultaneamente com OENC e AlCl3 apresentaram níveis significativamente menores (94,91% em relação ao controle) de substâncias reativas ao ácido tiobarbitúrico (TBARS) do que os tratados apenas com AlCl3 (146,1% relativo ao controle). Contudo, OENC não protegeu contra a redução da atividade da catalase causada por AlCl3, nem foi capaz de modular a expressão de genes relacionados à resposta antioxidante. Embora o modelo de toxicidade aguda induzida por AlCl3 não tenha provocado aumento da atividade da acetilcolinesterase (AChE), o OENC per se reduziu a atividade dessa enzima (74,27% relativo ao controle), o que, porém, não alterou significativamente os níveis de acetilcolina nem os parâmetros comportamentais avaliados, indicando uma atividade anticolinesterásica moderada. As avaliações de docking molecular revelaram que os compostos de OENC foram capazes de formar complexos estáveis com a AChE de peixe-zebra (zAChE), com destaque para o globulol que formou pontes de hidrogênio com resíduos críticos que determinam a afinidade da enzima por inibidores. Em suma, OENC apresenta atividade antioxidante in vitro por diferentes mecanismos, fornece proteção significativa contra a peroxidação lipídica induzida por AlCl3 in vivo e possui ação anticolinesterásica per se. Estudos futuros são necessários para elucidar os demais mecanismos de ação que sustentam essas atividades.

Abstract: Aluminum (Al), a ubiquitous metal widely used in various human activities, can induce oxidative stress and alter the production and degradation of neurotransmitters, contributing to neurotoxicity. In this sense, oxidative stress and neurotransmitter imbalance due to Al exposure are related to the onset and progression of several neurodegenerative diseases. In this context, Nepeta cataria (Lamiaceae) emerges as a potential alternative to prevent and/or treat Al-induced toxicity, as it is a source of bioactive compounds with antioxidant and anticholinesterase properties. This study characterized the essential oil of N. cataria (OENC) by gas chromatography coupled with mass spectrometry (GC-MS) and evaluated its antioxidant potential in vitro, as well as its protective capacity in a model of acute aluminum chloride (AlCl3) toxicity in Danio rerio (zebrafish) larvae. The sum of the concentrations of nepetalactone stereoisomers (89.7%) showed that these were the major compounds of OENC, followed by (-)-trans-caryophyllene (5.06%), ß-pinene (1.84%), a-pinene (1.74%), and globulol (1.25%). OENC demonstrated antioxidant activity in vitro by the DPPH radical scavenging activity method (EC50 0.28 mg/mL), iron reducing potential (FRAP) (35.72 µmol eq. Fe2+/mL), and oxygen radical absorbance capacity (ORAC) (1,309 µmol ET/mL). In vivo, the oil attenuated AlCl3-induced lipid peroxidation, as animals treated simultaneously with OENC and AlCl3 had significantly lower levels (94.91% relative to control) of thiobarbituric acid reactive substances (TBARS) than those treated with AlCl3 alone (146.1% relative to control). However, OENC did not protect against the reduction in catalase activity caused by AlCl3, nor was it able to modulate the expression of genes related to the antioxidant response. Although the AlCl3-induced acute toxicity model did not cause an increase in acetylcholinesterase (AChE) activity, OENC per se reduced the activity of this enzyme (74.27% relative to the control), which, however, did not significantly alter acetylcholine levels or the behavioral parameters evaluated, indicating moderate anticholinesterase activity. Molecular docking evaluations revealed that OENC compounds were able to form stable complexes with zebrafish AChE (zAChE), with emphasis on globulol, which formed hydrogen bonds with critical residues that determine the enzyme's affinity for inhibitors. In summary, OENC exhibits antioxidant activity in vitro through different mechanisms, provides significant protection against AlCl3-induced lipid peroxidation in vivo, and has anticholinesterase activity per se. Future studies are needed to elucidate the other mechanisms of action that underlie these activities.