Preventive and therapeutic strategies for pulmonary arterial hypertension

Abstract

A hipertensão arterial pulmonar (HAP) é uma doença grave, caracterizada por remodelação progressiva da vasculatura pulmonar, frequentemente culminando em insuficiência do ventrículo direito (VD) e morte prematura. Apesar do progresso que tem sido feito nos últimos anos em termos de opções de tratamento, a HAP permanece uma doença incurável, com um mau prognóstico e uma elevada taxa de mortalidade. No presente trabalho, pretendeu-se explorar o potencial de diferentes abordagens preventivas e terapêuticas na HAP experimental. Para isso, três estudos experimentais foram realizados a fim de avaliar o impacto do exercício físico (Estudos I e II) ou do fármaco terameprocol (TMP) (Estudo III) na HAP. No Estudo I mostramos que o exercício físico moderado realizado ao longo da vida induziu diferentes adaptações moleculares nos ventrículos esquerdo e direito. Especificamente, o VD de animais treinados apresentou maiores alterações mitocondriais, mostrando um aumento na expressão de MnSOD e SIRT3, sugestivo de uma melhoria da capacidade antioxidante. Para explorar o impacto do exercício físico na HAP, no Estudo II avaliou-se o seu potencial efeito preventivo na insuficiência do VD secundária a HAP, no modelo animal da monocrotalina (MCT) submetido a 4 semanas de exercício físico em tapete rolante antes do desenvolvimento da doença. Os resultados indicam que o pré-condicionamento com exercício físico preveniu a remodelação da artéria pulmonar e a disfunção, hipertrofia e fibrose do VD. A nível molecular, o exercício físico preveniu o aumento do rácio MHC-beta/alfa e modulou a via de sinalização TWEAK/NF-κB. O exercício físico também preveniu o aumento da expressão da atrogina-1 e induziu um aumento da atividade da MMP-2. Com o objetivo de desenvolver novas estratégias farmacológicas para o tratamento da HAP, no Estudo III foi utilizada uma abordagem proteómica baseada em espetrometria de massa para procurar as vias moleculares moduladas pelo TMP em culturas primárias de células musculares lisas da artéria pulmonar isoladas de ratos injetados com MCT. A análise bioinformática dos dados de proteómica destacou a "regulação do tamanho da célula" e "resposta ao stress do retículo endoplasmático", como processos biológicos sobre-expressos pelo TMP, enquanto os processos biológicos "resposta ao TGF-beta" e "transcrição do ADN" foram encontrados sub-expressos. Dos fatores de transcrição modulados pelo TMP, a sub-expressão do HMGB1 parece estar relacionada com o efeito anti-proliferativo deste fármaco. Estas alterações moleculares induzidas pelo tratamento com TMP podem ter contribuído para a redução da remodelação vascular e consequentemente atenuado a disfunção e hipertrofia do VD associadas à HAP induzida pela MCT. Em geral, os nossos resultados sugerem que o pré-condicionamento com exercício físico e o tratamento com TMP podem ter relevância clínica na HAP. A modulação de vias de sinalização associadas à inflamação parece estar relacionada com os efeitos benéficos destas estratégias preventivas e terapêuticas.

Pulmonary arterial hypertension (PAH) is a severe disease, characterized by progressive remodeling of the pulmonary vasculature, usually culminating in right ventricle (RV) failure and premature death. Despite the progress that has been made in the last few years in terms of treatment options, PAH remains an incurable disease, with a poor prognosis and a high mortality rate. In the current work, we intended to explore the potential of different preventive and therapeutic approaches in experimental PAH. To accomplish that, three experimental studies were performed in order to assess the impact of exercise training (Studies I and II) or the drug terameprocol (TMP) (Study III) in PAH. In Study I, we show that lifelong moderate exercise training induced different molecular adaptations in the left and right ventricles. Specifically, the RV of trained animals presented greater mitochondrial changes, showing an increased expression of MnSOD and SIRT3, suggestive of improved antioxidant capacity. To explore the impact of exercise training on PAH, in Study II we evaluated its potential preventive effect on RV failure secondary to PAH, in the monocrotaline (MCT) animal model submitted to a 4-week treadmill exercise training before disease development. Data indicate that exercise preconditioning prevented pulmonary artery remodeling and RV dysfunction, hypertrophy and fibrosis. At a molecular level, exercise training prevented the increase in beta/alpha-MHC ratio and modulated the TWEAK/NF-κB signaling pathway. Exercise training also prevented the increase of atrogin-1 expression and induced an increase in MMP-2 activity. Envisioning the development of novel pharmacological strategies for PAH treatment, in Study III we used a mass spectrometry-based proteomic approach to search for the molecular pathways modulated by TMP in pulmonary artery smooth muscle cell primary cultures isolated from rats injected with MCT. Bioinformatic analysis of proteome data highlighted the “regulation of cell size” and “response to endoplasmic reticulum stress” as biological processes up-regulated by TMP, while the biological processes “response to TGF-beta” and “DNA-templated transcription” were found down-regulated. From the transcription factors modulated by TMP, the down-regulation of HMGB1 seems to be related with the anti-proliferative effect of this drug. These molecular alterations induced by TMP treatment may have contributed to the reduction of the vascular remodeling and consequently attenuated RV dysfunction and hypertrophy associated to MCT-induced PAH. In overall, our results suggest that exercise preconditioning and TMP treatment can be of clinical relevance in PAH. The modulation of inflammation-related signaling pathways seems to be behind the benefits of these preventive and therapeutic strategies.