Nitrosative stress in the pathogenesis of diabetic retinopathy : implications in the outer blood retinal barrier and possible therapeutics targets

A patogênese da retinopatia diabética (RD) está associada ao estresse nitrosativo. Alterações na barreira hemato-retiniana (BHR) externa, formada pelas células do epitélio pigmentar da retina (EPR), estão associadas às fases precoces da RD e podem acarretar no desequilíbrio da manutenção dos fotorreceptores e consequentemente promoverem mudanças nas células neuronais da retina. O estresse nitrosativo como conseqüência do aumento da produção de óxido nítrico (NO¿) produzido pela super expressão da óxido nítrico sintetase induzida (iNOS) esteve presente em todas as camadas da retina, inclusive no EPR em condições de RD experimental in vivo precoce ou na linhagem celular humana do EPR (ARPE-19) expostas à alta concentração de glicose. O tratamento com agentes químicos como a S-nitrosoglutationa (GSNO), ou naturais (cacau enriquecido com polifenol) atuaram em diferentes vias de inibição da iNOS, prevenindo o estresse nitrosativo. Para o estudo in vivo com o colírio de GSNO (artigo I) foram utilizados animais espontaneamente hipertensos (SHR) com 4 semanas de idade. O diabetes (DM) foi induzido por STZ. Após a confirmação do DM (48 horas), os animais foram divididos em 6 grupos: controles (CTs) veículo; GSNO 900nm e GSNO 10?m ou DMs veículo; GSNO 900nm e GSNO 10?m. O efeito do tratamento com colírio de GSNO foi dependente da presença ou ausência da condição do DM. Nos animais CT, o GSNO atuou como um agente nitrosativo e nos animais DM preveniu o aumento da expressão da iNOS, preservando a retina funcional. Os estudos in vitro, demonstraram que o efeito do GSNO foi deletério ou protetor dependente da concentração de glicose. Nas células ARPE-19 expostas a condições normais de glicose, o tratamento promoveu um aumento na produção de NO¿ sem aumentar a expressão de iNOS e nas células sob alta glicose induziu uma modificação pós-translacional de proteína, a S-glutationilação da iNOS prevenindo o estresse nitrosativo. No estudo do cacau (artigo II), foi avaliado in vitro (ARPE-19 exposta a alta concentração de glicose) o seu efeito protetor dependente da concentração de polifenóis. Para isso foram testadas duas formulações de cacau que diferiram somente na concentração de polifenol: 0,5% para o cacau com baixo teor de polifenol e 60,5% para o cacau com alto teor de polifenol. A epicatequina (EC), encontrada na concentração de 12% no cacau com alto teor de polifenol foi tão eficaz quanto o próprio e esteve envolvida no controle da expressão da iNOS através da estimulação do receptor ?-opióide (DOR) diminuindo os níveis de TNF-?. A modulação da iNOS, preveniu a S-nitrosilação da caveolina-1 (CAV-1) e diminuição da expressão das junções intercelulares claudina-1 e ocludina através da prevenção da interação CAV-1?junções. Em ambos os estudos, o alvo terapêutico foi a iNOS em duas diferentes modalidades: modificação pós-translacional de proteína e modulação do TNF-? via DOR no EPR em modelos experimentais de RD. Os tratamentos apresentados neste trabalho demonstraram a iNOS como alvo terapêutico e mostraram-se eficaz em conter danos funcionais e morfológicos promovidas pela situação de mimetismo do DM no EPR demonstrando o importante papel da iNOS no desenvolvimento da RD.The pathogenesis of diabetic retinopathy (DR) is associated with nitrosative stress. Changes in outer blood-retinal barrier (BRB), formed by retinal pigment epithelium cells (RPE) are associated in the early stages of DR and can cause imbalance in the maintenance of photoreceptors and thereby cause changes on retinal neuronal cells. The nitrosative stress as a result of increased production of nitric oxide (NO) produced by overexpression of nitric oxide synthase (iNOS) was present in all layers of the retina and mainly in RPE cells in early in vivo experimental DR or in human RPE cell line (ARPE-19) exposed to high glucose condition. Therapy with chemical agents such as S-Nitrosoglutathione (GSNO) or natural compounds (enriched cocoa polyphenol) acted in different pathways of iNOS inhibition, preventing nitrosative stress. For the in vivo study with GSNO eye drops (article I), it were used spontaneously hypertensive rats (SHR) rats with 4 week old. Diabetes (DM) was induced by streptozotocin (STZ). After DM confirmation (48 hours), the animals were divided into 6 groups: controls (CTs) vehicle; GSNO 900nm and GSNO 10?m or DMs vehicle; GSNO 900nm e GSNO 10?m. The effects of treatments were dependent on glucose concentration. In CT animals, GSNO acted as a nitrosative agent and in DM rats prevented iNOS overexpression, preserving the retina function. In vitro study showed that GSNO protective or deleterious effects were dependent on the glucose concentration. In ARPE-19 cells exposed to normal glucose, the treatment promoted an increase of NO¿ production without increase iNOS expression and in cells under high glucose (HG) condition induced post-translational protein modification, S-glutationylation of iNOS, preventing nitrosative stress. In the study with cocoa (article II), it was evaluated its protective effect dependent on concentration of polyphenols in ARPE-19 cells under HG condition. For this study, the composition of cocoa was the same in both preparations with the only difference in the amounts of polyphenol, 0.5% for low polyphenol cocoa (LPC) and 60.5% for high polyphenol cocoa (HPC). Epicatechin (EC), found in 12% of HPC was similarly protective compare to HPC and it was involved in controlling iNOS expression by stimulation of the delta opioid receptor decreasing TNF- ? levels. The modulation of iNOS prevented S-nitrosylation of caveolin-1 (CAV-1) and decreased expression of claudin-1 and occluding tight junctions by preventing CAV-1/junctions interactions. The treatments presented here showed iNOS as a therapeutic target containing functional and morphological changes promoted by DM milieu in RPE showing the important role of iNOS in the development of DR