Καρδιοπροστατευτικές δράσεις του υδροθείου: φαρμακολογικές προσεγγίσεις και μηχανισμοί δράσης in vitro και in vivo

Abstract

Hydrogen sulfide (H2S) is a signaling molecule with protective effects in the cardiovascular system. To harness the therapeutic potential of H2S, a number of donors have been developed. The aim of the present study was to compare the cardioprotective actions of representative H2S donors from different classes and to study their mechanisms of action in myocardial injury in vitro and in vivo. Exposure of cardiomyocytes to H2O2 lead to significant cytotoxicity which was inhibited by sodium sulfide (Na2S), thiovaline (TV), GYY4137 and AP39. Inhibition of nitric oxide (NO) synthesis prevented the cytoprotective effects of Na2S and TV, but not GYY4137 and AP39, against H2O2-induced cardiomyocyte injury. Mice subjected to left anterior descending coronary ligation were protected from ischemia-reperfusion injury by the H2S donors tested. Inhibition of NOS in vivo blocked only the beneficial effect of Na2S. Moreover, Na2S, but not AP39, administration enhanced endothelial NOS and vasodilator stimulated phosphoprotein phosphorylation. Both Na2S and AP39 reduced infarct size in mice lacking cyclophilin-D (CypD), a modulator of the mitochondrial permeability transition pore (PTP). Nevertheless, only AP39 displayed a direct effect on mitochondria by increasing mitochondrial Ca2+ retention capacity, an evidence of decreased propensity to undergo permeability transition. We conclude that although all H2S donors tested limit infarct size, the pathways involved were not conserved. Na2S had no direct effects on PTP opening and its action was NO-dependent. In contrast, the cardioprotection exhibited by AP39, could result from a direct inhibitory effect on PTP, acting at a site different than CypD.

Το υδρόθειο (H2S) είναι ένα μόριο σηματοδότησης με προστατευτικές επιδράσεις στο καρδιαγγειακό σύστημα. Προκειμένου να αξιοποιηθούν οι θεραπευτικές δυνατότητες του H2S, έχουν αναπτυχθεί μια σειρά από δότες H2S. Ο σκοπός της παρούσας μελέτης ήταν να συγκρίνει τις καρδιοπροστατευτικές δράσεις αντιπροσωπευτικών φαρμάκων που ανήκουν σε διαφορετικές κατηγορίες δοτών H2S και να μελετήσει τους μηχανισμούς δράσης τους σε καρδιομυοκύτταρα in vitro και in vivo. Η έκθεση καρδιομυοκυττάρων σε Η2Ο2 οδήγησε σε σημαντική κυτταροτοξικότητα που ανεστάλη από θειούχο νάτριο (Na2S), θειοβαλίνη (TV), GYY4137 και ΑΡ39. Η αναστολή της συνθάσης του μονοξειδίου του αζώτου (eNOS) απέτρεψε τις κυτταροπροστατευτικές επιδράσεις των Na2S και θειοβαλίνη, αλλά δεν επηρέασε τη δράση των GYY4137 και ΑΡ39, έναντι της τοξικότητας που προκλήθηκε από το Η2Ο2. Στη συνέχεια ελέγξαμε τους δότες H2S σε μοντέλο ισχαιμίας-επαναιμάτωσης σε ποντίκια που υποβλήθηκαν σε μυοκαρδιακή ισχαιμία λόγω απολίνωσης του αριστερού πρόσθιου κατιόντος κλάδου της στεφανιαίας αρτηρίας. Όλοι οι δότες ήταν αποτελεσματικοί στην μείωση της εμφραγματικής περιοχής στο μοντέλο αυτό. Η αναστολή της eNOS in vivo είχε ως αποτέλεσμα να ανασταλεί το ευεργετικό αποτέλεσμα της Na2S, αλλά όχι και των άλλων δοτών (θειοβαλίνη (TV), GYY4137 και ΑΡ39). Σε συμφωνία με τα αποτελέσματα από τα λειτουργιακά πειράματα, το Na2S, αλλά όχι το AP39, αύξησε τη φωσφορυλίωση της eNOS και της πρωτεΐνης VASP (phosphoprotein associated protein). Τόσο το Na2S όσο και και το ΑΡ39 μείωσαν το μέγεθος του εμφράγματος σε ποντικούς στους οποίους έχει απαλειφθεί το γονίδιο της κυκλοφιλίνης-D (CypD), μιας πρωτεΐνης που ρυθμίζει την διαπερατότητα του μιτοχονδριακού πόρου (ΡΤΡ). Παρ' όλα αυτά, μόνο το AP39 εμφάνισε άμεση επίδραση στα μιτοχόνδρια, αυξάνοντας την ικανότητα των μιτοχονδρίων να κατακρατούν Ca2+. Συμπερασματικά, αν και όλοι οι δότες H2S έχουν την ικανότητα να μειώνουν την έκταση του εμφράγματος σε ζωικά πρότυπα μετά από ισχαιμία/επαναιμάτωση, δεν χρησιμοποιούν όλοι τις ίδιες οδούς σηματοδότησης. Το Na2S δεν ασκεί άμεση δράση στα μιτοχόνδρια και η δράση του ήταν εξαρτώμενη από το ΝΟ. Σε αντίθεση, η καρδιοπροστασία που παρουσιάζει το ΑΡ39, μπορεί να προκύπτει από μια άμεση ανασταλτική επίδραση στο μιτοχονδριακό πόρο, δρώντας σε κάποιο από τα συστικά του πόρου, όχι όμως στην CypD.