Evaluation of the protective effect of carvedilol against the renal mitochondrial toxicity induced by cisplatin in rats

A cisplatina (cis-diaminodicloroplatina II) é um efetivo agente anticâncer, porém seu uso clínico é altamente limitado, predominantemente devido à sua nefrotoxicidade. Muitos estudos têm demonstrado que a cisplatina causa disfunção mitocondrial em células epiteliais renais devido à ação de espécies reativas de oxigênio tais como ânions superóxido e radicais hidroxila. A proteção seletiva das mitocôndrias renais contra espécies reativas de oxigênio geradas pela cisplatina é fundamental na quimioterapia de pacientes com câncer. Vários estudos têm sugerido que o carvedilol é capaz de proteger contra a toxicidade mitocondrial cardíaca induzida pelo quimioterápico doxorubicina. Assim, no presente estudo investigou-se o potencial protetor deste fármaco contra a toxicidade mitocondrial renal induzida pela cisplatina, bem como os mecanismos moleculares envolvidos nesta proteção. Foram estudados 4 grupos (n=6, cada) de ratos Wistar machos tratados da seguinte forma: (i) Grupo controle: uma injeção intraperitoneal (i.p.) de DMSO (0,2mL/200g, i.p.) imediatamente antes da injeção de solução salina isotônica (2 ml/200g, i.p.) e posteriormente uma injeção diária de DMSO (0,2mL/200g, i.p.) em dois dias consecutivos; (ii) Grupo cisplatina (CISP): uma injeção de cisplatina (10 mg/kg, i.p.); (iii) Grupo carvedilol (CV): uma injeção de carvedilol (1 mg/kg, i.p.), seguida de uma injeção diária de carvedilol em dois dias consecutivos (1 mg/Kg, i.p) e (iv) Grupo carvedilol + cisplatina (CV+CISP): uma injeção de carvedilol (1mg/kg, i.p.), imediatamente antes da injeção de cisplatina (10 mg/Kg, i.p.) seguida de uma injeção diária de carvedilol nos dois dias seguintes (1 mg/Kg, i.p.). Os animais foram sacrificados 72 horas após o início do tratamento. O grupo CV+CISP apresentou uma significativa redução na lesão renal, marcada pela diminuição da concentração de uréia e creatinina plasmáticas, quando comparado ao grupo CISP. A avaliação da função mitocondrial comprovou o efeito protetor do carvedilol contra a toxicidade mitocondrial renal da cisplatina através da significativa melhora nos valores da (i) RCR, (ii) do consumo de oxigênio no estado 3 e (iii) da razão ADP/O. Além disso, no grupo CV+CISP o potencial de membrana mitocondrial e a captação de cálcio mitocondrial foram preservados. Adicionalmente, a redução da oxidação do NADPH, da cardiolipina, da glutationa e das proteínas sulfidrilas, bem como a redução na formação de MDA no grupo CV+CISP sugerem efeito protetor do carvedilol contra o estresse oxidativo mitocondrial. O grupo CV+CISP também apresentou menor ativação da caspase-3, o que sugere menor indução de apoptose. Os grupos CISP e CV+CISP apresentaram concentrações semelhantes de platina na suspensão mitocondrial renal, indicando que o mecanismo de proteção do carvedilol provavelmente não envolve a formação de complexos e a subseqüente inativação da cisplatina. Os resultados do presente estudo são promissores, pois o carvedilol é um fármaco de uso seguro e já estabelecido na clínica e a comprovação do seu efeito protetor contribuirá para o desenvolvimento de novas estratégias de prevenção dos danos nefrotóxicos da cisplatina.Cisplatin (cis-diamminedichloridoplatinum II) is an affective anticancer agent; however its clinical use is highly limited, predominantly due to its nephrotoxicity. Many studies have shown that cisplatin cause mitochondrial dysfunction in renal epithelial cells due to the generation of reactive oxygen species, such as superoxide anions and hydroxyl radicals. The selective protection of the renal mitochondria against the reactive oxygen species generated by cisplatin is of critical importance in the chemotherapy of cancer patients. Some studies have suggested that carvedilol can protect against the cardiac mitochondrial toxicity induced by the chemotherapeutic agent doxorubicin. Therefore, in the present study we investigated the protective effect of carvedilol against renal mitochondrial toxicity, as well as the molecular mechanisms involved in this protection. We studied 4 groups (n=6, each) of male Wistar rats treated as follows: (i) Control group: one injection of DMSO (0,2 mL/200g body weight, i.p.), intraperitoneal injection (i.p.), immediately before the injection of isotonic saline solution (2mL/200g body weight) followed by one injection of DMSO (0,2 mL/200g body weight, i.p.) in the two following days; (ii) Cisplatin group (CISP): one injection of cisplatin (10 mg/kg body weight, i.p.); (iii) Carvedilol group (CV): one injection of carvedilol (CV) (1mg/kg body weight, i.p.) in three consecutive days and (iv) Carvedilol + Cisplatin group (CV+CISP): one injection of carvedilol (1mg/kg, body weight, i.p.) immediately before the injection of cisplatin (10mg/kg, body weight, i.p.), followed by one injection of carvedilol (1mg/kg, body weight, i.p.) in the two following days. Animals were killed 72h after the beginning of the treatment. CV+CISP group presented a significantly reduced renal injury, marked by the decrease of urea and creatinine plasmatic levels, as compared to the CISP group. The evaluation of the mitochondrial function showed the protective effect of carvedilol against the renal mitochondria toxicity induced by cisplatin, as demonstrated by the improvement in the values of (i) RCR; (ii) the oxygen consumption on state 3 respiration and ADP/O ratio. Besides that, in the CV+CISP group the mitochondrial membrane potential and the mitochondrial calcium uptake were preserved. Additionally, the lower oxidation of NADPH, cardiolipin, glutathione and sulfhydryl proteins, as well as the lower values of MDA in the CV+CISP group, suggests a protective effect of carvedilol against the mitochondrial oxidative stress. CV+CISP group also presented lower values of caspase 3, which suggests lower induction of apoptosis. The groups CISP and CV+CISP presented a similar platinum concentration in the mitochondrial suspension, which indicates that the protective mechanism of carvedilol probably does not involve complex formation with cisplatin and its ensuing inactivation. The present results are promising, since carvedilol is a safe drug, which is currently used in the clinical practice and the evidence of its protective effect will contribute to the development of new strategies to prevent the nephrotoxic damage of cisplatin