Efeitos da inibição da fosfodiesterase-3 sobre parâmetros cardiovasculares, inflamatórios e mortalidade durante a sepse experimental

Abstract

A sepse é uma disfunção orgânica causada por uma resposta imune desregulada do hospedeiro diante de uma infecção. Com isso, ocorrem profundas alterações que afetam o sistema cardiovascular, causam agregação plaquetária, migração de neutrófilos, prejudicam a estabilidade endotelial vascular e por fim, levam ao desenvolvimento da disfunção multiorgânica que se relaciona a alta mortalidade. Essas alterações celulares têm diferentes causas, dentre elas, a mudança nos níveis de nucleotídeos cíclicos (cAMP e cGMP) nos diferentes microdomínios de sinalização, levando a perturbações na transdução de sinalização intracelular. Diferentes pontos de vias que levam a síntese de cAMP e cGMP estão comprometidas durante a sepse. Diante disso, um importante alvo molecular na modulação do conteúdo de nucleotídeos cíclicos são as enzimas fosfodiesterases (PDEs), responsáveis por degradar e controlar a difusão de cAMP e cGMP, e a ativação de alvos moleculares no interior dos microdomínios de sinalização. Dentre as PDEs, a família PDE3 exibe atividade dual, controlando a hidrólise de ambos os nucleotídeos. O cilostazol é um inibidor seletivo de PDE3 aprovado e seguro no uso clínico como uma estratégia de aumento na biodisponibilidade de nucleotídeos cíclicos. Portanto, nós investigamos o impacto da inibição de PDE3 pelo cilostazol em parâmetros cardiovasculares, hemodinâmicos, inflamatórios e na sobrevida em um modelo experimental de sepse. A sepse foi induzida pelo procedimento cirúrgico de ligação e perfuração cecal (CLP) em ratos wistar machos e os animais controle foram os falso-operados (sham). Cilostazol (15 mg/kg, og) ou veículo foi administrado seis horas depois do procedimento cirúrgico. Em diferentes tempos ao longo de vinte de quatro horas após o procedimento de CLP foram obtidos parâmetros cardiovasculares, inflamatórios e relacionados a danos multiorgânicos, além da sobrevida dos animais que foi avaliada durante cento e vinte horas. Esse estudo foi aprovado pela Comissão de Ética no Uso de Animais da UFSC (CEUA, número 1667100417). Os animais sépticos apresentaram aumento no escore de gravidade de doença, hipotensão, taquicardia, redução no fluxo sanguíneo renal, prejuízo na resposta de hiperemia vascular pósoclusiva muscular, hiporreatividade vascular, inflamação sistêmica, desenvolvimento de disfunção multiorgânica e mortalidade ao longo do tempo. Além disso, observouse reduções no conteúdo plasmático e em alguns tecidos de nucleotídeos cíclicos, principalmente de cGMP. Não foram observadas alterações no conteúdo proteico de PDE3A e pPDE3A (Ser312) por conta da sepse. A inibição de PDE3A aumentou os níveis de cAMP no plasma e no tecido muscular nos animais sépticos, preveniu a queda no fluxo sanguíneo renal, reduziu marcadores de inflamação e má perfusão tecidual como o lactato, melhorou parcialmente a reatividade vascular para vasoconstritores, reduziu parcialmente a migração de neutrófilos e o extravasamento vascular tecidual. Entretanto, no tecido cardíaco gerou indícios de lesão por sobrecarga cardíaca por hiperativação de via receptores ß-adrenérgicos/cAMP/PKA, apesar de reduzir conteúdo de NOS2 e modular receptor A2A e ENT1. Por fim, o cilostazol quando associado a antibioticoterapia reduziu o risco de mortalidade nos animais no início da sepse. Diante dos resultados, a inibição de PDE3 parece agir na prevenção da progressão do quadro de sepse para choque séptico nos animais, exibindo alguns benefícios celulares que podem ser associados a modulação dos níveis de cAMP nos microdomínios de sinalização celular.

Abstract: Sepsis is a life-threatening organ dysfunction caused by a dysregulated host immune response to infection. Because of this, profound changes occur, impairing the cardiovascular system, causing platelet aggregation, and neutrophil migration, impairing vascular endothelial stabilization, and leading to multiorgan dysfunction establishment related to high mortality. These cellular alterations have different causes, including changes in cyclic nucleotide (cAMP and cGMP) levels in the distinct signaling microdomains, leading to disturbances in intracellular signaling transduction. Furthermore, different upstream pathways that lead to the synthesis of cAMP and cGMP are compromised during sepsis. Therefore, a critical molecular target in modulating the range of cyclic nucleotides are the phosphodiesterase enzymes (PDEs), responsible for degrading and controlling the diffusion of cAMP and cGMP and the activation of molecular targets restrict in the signaling microdomains. Among the PDEs, the PDE3 family exhibits dual activity, controlling the hydrolysis of both nucleotides. Cilostazol is a selective PDE3 inhibitor approved and safe for clinical use as a strategy to increase the bioavailability of cyclic nucleotides. Thus, we investigated the impact of PDE3 inhibition by cilostazol on cardiovascular, hemodynamic, inflammatory, and survival parameters in an experimental model of sepsis. Sepsis was performed by cecal ligation and puncture (CLP) procedure in male Wistar rats, and the control animals were sham-operated. Cilostazol (15 mg/kg, og) or vehicle was administered six hours later. After that, data were obtained at different times over twenty-four hours after the CLP procedure regarding cardiovascular, inflammatory and multiorgan damage parameters, in addition to percent survival during one hundred and twenty hours. This study was previously approved by the University Institutional Ethics Committee (Protocol number 1667100417). Septic animals presented increased disease severity score, hypotension, tachycardia, reduced renal blood flow, impaired post-occlusive muscular, vascular hyperemia response, vascular hyporeactivity, systemic inflammation, development of multiorgan dysfunction, and mortality over time. In addition, reductions in plasma and some tissues of cyclic nucleotide levels, mainly cGMP, were observed. No changes in PDE3A and pPDE3A (Ser312) protein content due to sepsis were observed. PDE3A inhibition increased cAMP levels in plasma and muscle tissue in septic animals. In addition, improved parameters such as renal blood flow renal, reduced biomarkers of inflammation and poor blood perfusion as lactate, partially improved vascular reactivity to vasoconstrictors, partially reduced neutrophil migration, and vascular tissue leakage. However, in cardiac tissue, it exhibited signs of injury due to cardiac overload due to hyperactivation of the ßadrenergic receptors/cAMP/PKA pathway, despite reducing NOS2 content and modulating A2A and ENT1 receptors. Ultimately, cilostazol, when associated with antibiotic therapy, reduced mortality risk at the onset of sepsis in animals. Given the results, PDE3 inhibition seems to prevent the progression of sepsis to septic shock in animals, showing some cellular benefits that may be associated with the modulation of cAMP levels in the cell signaling microdomains.