Tempol is renal protective in experimental diabetic nephropathy

Hipertensão arterial (HA) e diabetes mellitus (DM) são os dois maiores fatores de risco independentes para o desenvolvimento da doença renal crônica. Porém, HA e DM frequentemente coexistem em humanos e sua combinação acarreta aumento na incidência e gravidade da nefropatia e conseqüente progressão para doença renal terminal. Tanto a hiperglicemia quanto a HA induzem estresse oxidativo no rim, que está implicado na patogênese da nefropatia diabética. O aumento do estresse oxidativo, pela produção de superóxido dependente da via NADPH oxidase e pela diminuição da defesa antioxidante, acarreta danos renais, aumento da albuminúria e progressão da nefropatia diabética. Na presente série de estudos, investigamos os efeitos do tempol, um antioxidante mimético da superóxido desmutase endógena (SOD), no estado redox via NADPH oxidase e em danos renais induzidos pelo estresse oxidativo em um modelo experimental que combina HA genética (ratos espontaneamente hipertensos - SHR) e DM induzido por estreptozotocina. Os estudos foram descritos nos seguintes artigos: Artigo I: Neste artigo, investigamos se o tratamento com o antioxidante tempol melhora o estresse oxidativo e os conseqüentes danos renais, na presença de HA e fase inicial de DM. Parâmetros de estresse oxidativo e índices de lesão renal foram avaliados em ratos SHR pré-hipertensos de 4 semanas de idade, com 20 dias de DM. Ratos diabéticos receberam ou não tempol intraperitonealmente por 20 dias. O tratamento com tempol proporcionou o aumento da expressão renal do antioxidante SOD extracelular, diminuição da produção renal de superóxido via NADPH oxidase e redução na expressão de 8-hidroxi-2'-deoxiguanosina (8-OHdG), marcador de dano ao DNA induzido por estresse oxidativo, comparado com os animais diabéticos não-tratados. Além disso, o tratamento com tempol melhorou danos renais característicos da nefropatia diabética, como albuminúria e expressão de colágeno IV. Portanto, concluímos que o tratamento com o antioxidante tempol reestabelece o estado redox e previne danos renais induzidos pelo estresse oxidativo em estágio precoce de DM e HA. Artigo II: No segundo artigo investigamos como o tempol melhora a albuminúria em ratos diabéticos e hipertensos. Córtex renal e glomérulos isolados foram coletados de ratos SHR com 4 semanas de idade, após 20 dias de DM e tratamento com tempol. O tratamento com tempol restaurou os componentes da barreira de filtração glomerular em ratos SHR diabéticos, pois preveniu a depleção de podócitos por apoptose, além de evitar a redução da expressão de nefrina induzidas pelo DM. Tempol também reduziu a expressão da proteína poli(ADP-ribose) polimerase (PARP-1) ribosilada em glomérulos de SHR diabéticos, uma enzima nuclear ativada por danos ao DNA induzidos por estresse oxidativo, sugerindo redução na atividade de PARP-1. In vitro, glomérulos isolados incubados com H2O2 (espécies reativas de oxigênio) apresentaram elevado número de células em apoptose, e os tratamentos com tempol e com inibidor de PARP-1 evitaram a apoptose de células glomerulares. Portanto, concluímos nesse artigo que o tempol reduz albuminúria em ratos diabéticos e hipertensos pela diminuição da apoptose de podócitos induzida, em parte, por PARP-1. Em resumo, a presente tese fornece evidência de que o antioxidante tempol é renoprotetor na nefropatia diabética experimental, uma vez que restaura o estado redox, reduz o acúmulo de matriz extracelular, previne apoptose de podócitos induzida por PARP-1 e reduz albuminúria, sem alterar a glicose sangüínea e a pressão arterialHypertension (HTN) and diabetes mellitus (DM) are the two major independent risk for development of chronic renal disease. However, HTN and DM frequently coexist in human and the combination of these conditions increases the frequency and severity of nephropathy and end-stage renal disease. Both, hyperglycemia and HTN, can induce renal oxidative stress, which strongly contributes to the pathogenesis of diabetic nephropathy. Elevation in oxidative stress, by increasing NADPH oxidase-dependent superoxide production and by decreasing antioxidant defense, leads to renal injury, albuminuria and diabetic nephropathy progression. The present series of studies were therefore undertaken to investigate the effect of tempol, an antioxidant mimetic of the superoxide dismutase (SOD), in the redox status via NADPH oxidase and in oxidative stress-induced renal injury in an experimental model that combines genetic HTN (spontaneously hypertensive rats -SHR) and streptozotocin-induced DM. The studies were described in the following papers: Paper I: In this study we investigated whether the treatment with tempol improve the redox imbalance and consequent renal injury, in the presence of HTN and early stage of DM. Oxidative-stress parameters and indices of renal injury were evaluated in 4-week-old prehypertensive SHR with 20 days of DM. The diabetic rats either did or did not receive tempol intraperitoneally for 20 days. Treatment with tempol provided an elevation on the expression of renal antioxidant extracellular SOD, decreased the production of renal NADPH-dependent superoxide production and diminished 8-hydroxy-2'-deoxyguanosine (8-OHdG) expression, a marker of oxidative stress-induced DNA damage, compared with untreated diabetic group. Additionally, tempol treatment reduced renal damage parameters associated with diabetic nephropathy, such as albuminuria and collagen IV expression. Therefore, in the paper I we concluded that treatment with an antioxidant tempol reestablished the redox status and prevented oxidative stress-induced renal damage in early stage of DM and HTN. Paper II: In this study we investigated the mechanism by which tempol corrects albuminuria in early stage of experimental DM and HTN. Renal cortex and isolated glomeruli of 4-week-old prehypertensive SHR were collected after 20 days of DM and treatment with tempol. Tempol ameliorates the components of glomerular filtration barrier in the diabetic SHR by reducing podocyte apoptosis and depletion, and by restoring nephrin expression. Tempol also diminished the amount of ribosilated poly(ADP-ribose) polimerase PARP-1, a nuclear enzyme activated by DNA strand breaks due to oxidative stress, in the diabetic kidney of SHR, suggesting reduction of PARP-1 activity. In vitro, isolated glomeruli exposed to reative oxygen species by incubation with hydrogen peroxide showed a higher number of apoptotic cells that was prevented by tempol or a PARP-1 inhibitor. Therefore, in the paper II we concluded that tempol reduces albuminuria in experimental model of DM and HTN at least in part by diminish PARP-induced podocyte apoptosis and oxidative stress. In summary, the present thesis provides evidence that the antioxidant tempol is renal protective in experimental diabetic nephropathy by reestablishing redox status, reducing accumulation of kidney extracellular matrix, reducing PARP-1-induce podocyte apoptosis and albuminuria. These effects were independent of blood glucose and blood pressure reduction, the two most effective approaches for the treatment of diabetic nephropath