Modulation of the viability of cardiac fibroblasts in culture against hypoxia: role of different concentrations of glucose

Estudos mostram que a exposição ao meio hiperglicêmico ou diabetes protege o coração contra insultos patológicos, incluindo isquemia. A ativação de fatores anti-apoptóticos e proliferativos parece estar envolvida com esta cardioproteção. Este estudo foi desenhado para investigar a modulação da viabilidade de fibroblastos cardíacos submetidos à hipóxia tratados previamente com meio hiperglicêmico, e os efeitos de 15 dias de infarto do miocárdio (IM) na função ventricular em ratos diabéticos sobre os fatores de morte e sobrevida celular. Foram utilizados ratos Wistar machos e as análises foram realizadas no ventrículo esquerdo. Para as análises in vitro, os fibroblastos cardíacos foram obtidos por digestão enzimática (tripsina/colagenase), e cultivados em dois meios: baixa Glicose (5mM) e alta Glicose (25mM análogo ao plasma diabético). As células confluentes (80%) foram submetidas à hipóxia por incubadora modular com gás (5,6% de CO2 e 94,4% de N2); após as células foram mantidas em estufa a 37ºC por 6; 12; 24; 48 e 72hs. Experimentos de citometria de fluxo foram realizados para análise da viabilidade celular e fragmentação de DNA, ambas para verificação de apoptose e confirmadas pelas medidas de AnexinaV/FITC/IP. A expressão do fator de crescimento endotelial vascular (VEGF) foi medida no sobrenadante dos meios por ELISA. Para as análises in vivo, os ratos foram divididos (N=8/grupo) em grupos: controle (C), diabético (D), infartado (I) e diabético infartado (DI). Quinze dias após a indução do diabetes ou não, com injeção de estroptozotocina (50mg/Kg) ou tampão citrato, os grupos I e DI foram submetidos à ligadura da artéria coronária. Após 15 dias de IM e/ou 30 de diabetes, a função cardíaca (sistólica e diastólica) foi analisada por ecocardiograma, além da avaliação do tamanho do IM em 24 horas e 15 dias. As citocinas inflamatórias foram medidas por ELISA, a expressão gênica dos fatores de morte e sobrevida celular foram avaliados por PCR em tempo real, a atividade da caspase 3 foi medida por espectrofluorimetria, e a expressão protéica dos transportadores de glicose (GLUT) por Western blotting. A densidade capilar e a fibrose do coração foram quantificadas por análise histológica. A viabilidade celular mostrou homogenia em todos os tempos de hipóxia e em ambos os tratamentos de glicose. Em 6 horas verificamos fragmentação do DNA com marcação dos fosfolípides de membrana (apoptose) e % elevada de morte em ambos os tratamentos até 12hs. Após 24hs, ocorreu adaptação, havendo aumento de VEGF e diminuição da fragmentação do DNA com 48hs; após 72hs, observou-se apenas que o VEGF continuava aumentado. No meio hiperglicêmico, os valores de VEGF estavam maiores e a fragmentação menor quando comparados ao meio hipoglicêmico. O grupo DI apresentou melhora na função sistólica (fração de ejeção e de encurtamento), acompanhada de manutenção da função diastólica (tempo de relaxamento isovolumétrico e tempo de desaceleração do pico E), redução de 36% do tamanho do IM, redução das citocinas pró-inflamatórias (TNF- e IL-1), com ativação da apoptose (expressão aumentada de Fas, p53, Bax e atividade de caspase 3) e aumento dos fatores de sobrevivência celular (Bcl-2, HIF-1, VEGFa e IL8r). Além disso, o grupo DI apresentou aumento do GLUT-1 com diminuição do escore de fibrose e aumento da densidade capilar; resultados comparados ao grupo I. Este cenário é, provavelmente, um mecanismo de compensação, associado ao saldo positivo entre genes regulatórios relacionados com a sobrevivência celular programada, redução de citocinas inflamatórias, aumento da utilização de glicose como substrato energético, redução da fibrose e angiogênese. Em conjunto, estes achados sugerem uma maior plasticidade e resistência celular de fibroblastos cardíacos frente à hipóxia sendo esta favorecida pela hiperglicemia crônica em ratos diabéticosStudies showed that exposure to hyperglycemia or diabetes protects the heart against pathological insults, including ischemia. The activation of anti-apoptotic factors and proliferation seem to be involved in this cardioprotection. This study was designed to investigate the feasibility of modulation of hyperglycemic-environment pretreated-cardiac fibroblasts subjected to hypoxia, and the effects of 15 days of myocardial infarction on ventricular function in diabetic rats and on the causes of death and cell survival. Male Wistar rats were used and the analyses were performed in the left ventricle. For in vitro experiments, cardiac fibroblasts were obtained by enzymatic digestion (trypsin/collagenase) and they were cultivated in two different mediums: Low Glucose (5mM) and High Glucose (25mM similar to diabetic plasma). Confluent cells (80%) were subjected to hypoxia by modular incubator with gas (5.6% CO2 and 94.4% N2).at 37 ° C for 6, 12, 24, 48 and 72h. Flow cytometry was employed to the analysis of cell viability and DNA fragmentation, both for verification of apoptosis process and confirmed by AnexinaV / FITC / IP. The expression of vascular growth factor (VEGF) was measured in the supernatant medium by ELISA. For in vivo experiments, the rats were divided (N = 8/group) in control (C), diabetic (D), infarcted (I) and diabetic infarcted (DI).groups After 15 days of induction of diabetes by estreptozotocin (50mg/kg) or citrate buffer, the I and DI groups underwent coronary artery ligation. After 15 days of myocardium infarction (MI) and/or 30 of diabetes, cardiac function (systolic and diastolic) was analyzed by echocardiogram, as well as the size of infarction at both, 24 hours and 15 days. The inflammatory cytokines were measured by ELISA, the gene expression of factors for death and cell survival by real-time PCR, the activity of caspase 3 by spectrofluorimetry, the protein expression of glucose transporters (GLUT) by Western- blotting and, lastly, capillary density and fibrosis by histological analysis. Cell viability showed homogeneous at all times of hypoxia and in both glucose treatments. In 6 hours we found DNA fragmentation in the main phospholipid membrane (apoptosis) and high % of death in both treatments until 12 hours. After 24 hours, the cells entered into adaptation and after 48 hours it was verified an increase in VEGF expression and a decrease in DNA fragmentation. At 72 hours, no significant differences in the fragmentation were observed; however, there was an increase in VEGF expression. In the hyperglycemic medium we observed higher values of VEGF expression and less DNA fragmentation when compared to the hypoglycemic medium. In the DI group systolic function (% ejection fraction and fractional shortening) was better than in the I group and it was accompanied by the maintenance of diastolic function (IVRT and deceleration time of peak E). There was also a 36% reduction in infarction size in the DI group and reduced pro-inflammatory cytokines (TNF- and IL-1) with activation of apoptosis (increased expression of Fas, p53, Bax and caspase 3 activity) and increased cell survival factors (Bcl-2, HIF-1, VEGF and IL8r). Moreover, DI rats also showed an increase in GLUT-1 with decreased scores of fibrosis and increased capillary density when compared to the I group. This scenario is probably a compensatory mechanism associated with the positive balance of regulatory genes related to programmed cell survival, reduction of inflammatory cytokines, increased use of glucose as energy substrate, reduction of fibrosis and angiogenesis. Altogether, these findings suggest a greater plasticity and cellular resistance of cardiac fibroblasts to hypoxia and this is favored by chronic hyperglycemia in diabetic rats