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Papel do receptor adrenérgico Beta1 na responsividade

adrenérgica cardíaca durante tireotoxicose

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Os hormônios tiroideanos exercem uma ampla variedade de efeitos sobre desenvolvimento, crescimento e metabolismo dos tecidos. A tiroxina (T4), produto principal da glândula tiróide é relativamente inativa, e é convertida à forma ativa do hormônio, triiodotironina (T3), pelas enzimas 5’- desiodase do tipo I e II. As ações do hormônio tiroideano são resultantes da sua interação com receptores nucleares de T3 (TRs). Esses receptores ligam-se em regiões específicas dos genes alvo do hormônio tiroideano, modificando sua expressão.

Os receptores de hormônio tiroideano interagem com seqüências específicas dos genes alvo conhecidas como elementos responsivos ao hormônio tiroideano (TRE). Essa interação resulta na regulação positiva ou negativa da expressão gênica, dependendo da natureza do TRE e da presença de T3. Em células de mamíferos, TRs não ligados ao T3 geralmente suprimem a atividade basal de promotores que contêm TREs positivos (1). A ligação do T3 aos TRs reverte a supressão e estimula a transcrição a níveis que podem ser ainda maiores do que aquela do estado basal. Por outro lado, a atividade basal de promotores que contêm TREs negativos é estimulada por receptores não ligados ao ligante e a transcrição é reprimida após a ligação do T3 (2) (3).

Hormônios Tiroideanos e Sinalização Adrenérgica no Coração

É bem conhecido por clínicos e pesquisadores que o excesso de hormônio tiroideano circulante, fenômeno conhecido como tireotoxicose, apresenta profundas conseqüências para o coração. As implicações patológicas da relação entre tiróide e coração vão desde fibrilação atrial até colapso hemodinâmico e morte quando tireotoxicose severa é imposta a este órgão (4). Na verdade, pode- se determinar a severidade da tireotoxicose com base nas alterações cardiovasculares tais como taquicardia, arritmia e/ou hipertensão sistólica (5, 6).

Décadas atrás foi observado em pacientes que os sinais cardiovasculares e sintomas observados durante a tireotoxicose são muito semelhantes àqueles vistos durante estados de excesso de catecolaminas circulantes. No entanto, os níveis das catecolaminas séricas destes pacientes são normais ou até mesmo baixos (7). A fim de se explicar esses achados, levantou-se a hipótese de que a responsividade adrenérgica seria aumentada pela ação do hormônio tiroideano no coração de pacientes com tireotoxicose (5, 8). Enquanto diversos estudos mostrando a eficácia do bloqueio â-adrenérgico em melhorar os sintomas cárdicos de pacientes com tireotoxicose deram crédito a esta hipótese (6, 7), dados experimentais acumulados ao longo da década passada não foram conclusivos.

Os receptores adrenérgicos são essenciais para a modulação cardiovascular (9). Estes receptores são proteínas transmembranas que incluem seis isoformas á e três isoformas â, sendo todos ligantes para as catecolaminas endógenas, adrenalina e noradrenalina (10). Os três receptores â conhecidos (â1, â2 e â3) são expressos nos

miócitos cardíacos e estão envolvidos na regulação da freqüência cardíaca, força de contração e vasoatividade (11, 12). No entanto, é provável que a isoforma â1 medeie os

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efeitos inotrópico e cronotrópicos positivos da NE (13, 14) embora outros experimentos também atribuam à isoforma â2 participação relevante na regulação destes efeitos (14).

Não há dúvidas de que o tônus â-adrenérgico aumentado leva a alterações no status tiroideano de alguns tecidos. Por exemplo, no tecido adiposo marrom de pequenos mamíferos a termogênese adaptativa depende tanto da estimulação adrenérgica da proteína desacopladora, UCP1, que promove a liberação de calor pelo desacoplamento da fosforilação oxidativa da síntese de ATP, quanto da estimulação adrenérgica da desiodase do tipo II (DII), que promove a tireotoxicose tecido-específica via conversão do T4 em T3 (15). Como a DII também é expressa no coração humano (16), é possível que a ativação do sistema â-adrenérgico também aumente a concentração de T3 nos miócitos cardíacos. No entanto, como um aumento nos níveis plasmáticos de hormônio tiroideano leva ao aumento na responsividade â-adrenérgica no coração, ainda não é claro. É possível que os mecanismos envolvidos no sinergismo entre a tiróide e o sistema simpático envolvam aumentos na expressão dos receptores adrenérgicos e/ou alterações na função dos elementos da cascata de sinalização â-adrenérgica.

Diversos estudos relatam que o coração de ratos apresenta número aumentado de receptores adrenérgicos â (â-AR) após tratamento com hormônio tiroideano, assim como aumento na atividade na adenilato ciclase (8, 17, 18). Da mesma forma, um estudo em babuínos tratados com hormônio tiroideano também encontrou número aumentado de â-AR (18). Além disso, a capacidade de ligação de NE aos â-AR em membranas isoladas de ventrículos de ratos tireotóxicos apresenta-se temporariamente aumentada, retornando ao normal um mês após o final do tratamento com T4 (19). No entanto, o receptor adrenérgico â1 parece ser a isoforma que é

preferencialmente estimulada pelo T3 (20). Na verdade, o T3 regula a expressão do â1 em

nível transcricional (21). Estes dados com conjunto sugerem fortemente que o T3 aumenta de fato a sinalização adrenérgica no coração e que este efeito seja principalmente mediado pela isoforma â1. Porém, estes resultados não são consenso uma

vez que outros estudos não foram capazes de mostrar mudanças na resposta â-adrenérgica induzida pelo tratamento com hormônio tiroideano (22).

Bachman e colaboradores, utilizando um modelo de camundongos com nocaute para as três isoformas de â-AR (TKO), sugerem que os efeitos cardíacos observados durante a tireotoxicose são independentes do sistema adrenérgico (23). Neste experimento, no entanto, os camundongos foram tratados com doses correspondentes a 50 vezes a dose de reposição fisiológica. É possível que neste modelo o excesso de hormônio possa ter alterado outros parâmetros cardiovasculares, tais como a vasodilatação periférica secundária ao aumento no metabolismo energético induzido pelo T3.

A utilização de animais com nocaute para apenas uma isoforma dos â-AR pode trazer mais informações a respeito da interação entre o hormônio tiroideano e o

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sistema nervoso simpático, tais como os camundongos que apresentam nocaute apenas da isoforma â1. Os animais â1-/- já foram caracterizados (9) e apresentam frequência e força

de contração cardíacas normais. No entanto, não se observa aumento no cronotropismo ou inotropismo cardíaco por estimulação por isoproterenol. É interessante notar que nestes animais a ausência do receptor â1 não causou alterações na expressão dos

receptores â2. Estes dados indicam que neste modelo o receptor adrenérgico â1 é o

principal regulador destes parâmetros cardíacos.

O debate sobre os efeitos do hormônio tiroideano na sinalização â-adrenérgica já dura mais de meio século. No entanto, estudos definitivos levando em conta a dose adequada e a duração do tratamento com hormônio tiroideano assim como o controle de efeitos indiretos do T3 sobre o coração e sobre mecanismos sistêmicos compensatórios ainda não foram realizados.

Portanto, no presente estudo nós avaliamos o papel da isoforma â1 nas

alterações cardiovasculares induzidas pela tireotoxicose.

Métodos

Para este experimento utilizamos camundongos machos com nocaute para o receptor adrenérgico â1 (â1-/-). Estes animais foram doados pela Professora Patricia Chacur Brum

da Faculdade de Educação Física da Universidade de São Paulo, e foram mantidos no biotério do Centro de Ciências Biológicas e da Saúde.

Os animais foram mantidos em gaiolas coletivas com não mais que cinco animais recebendo água e comida ad libitum e foram divididos nos seguintes grupos:

- WT C57 (n=5): animais selvagens sem qualquer tratamento;

- WT C57+T3 20 (n=5): animais selvagens tratados com injeções diárias i.p. de T3

em dose correspondente a 20 vezes a dose de reposição fisiológica (60çg/g P.C.)

- WT C57+T3 40 (n=5): animais selvagens tratados com injeções diárias i.p. de T3

em dose correspondente a 20 vezes a dose de reposição fisiológica (120 çg/g P.C.)

- KOB1 (n=5): animais com knockout para receptor adrenérgico â1 sem qualquer

tratamento;

- KOB1+T3 20 (n=5): animais com knockout para receptor adrenérgico â1 tratados

com injeções diárias i.p. de T3 em dose correspondente a 10 vezes a dose de reposição fisiológica (60çg/g P.C.).

- KOB1+T3 40 (n=5): animais com knockout para receptor adrenérgico â1 tratados

com injeções diárias i.p. de T3 em dose correspondente a 10 vezes a dose de reposição fisiológica (120çg/g P.C.).

Antes do início do protocolo experimental, os animais foram submetidos ao procedimento de medida de pressão caudal pelo método de plestismografia por duas semanas para treinamento dos camundongos ao procedimento, assim como obtenção de valores basais. Após o treinamento, os animais foram tratados por 15 dias com T3 e

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foram realizadas medidas de pressão caudal e frequência cardíaca a cada três dias. O fim do tratamento foi determinado no momento em que os animais selvagens apresentarem aumento significativo na freqüência cardíaca.

Ao final do protocolo os animais foram eutanasiados e o coração foi retirado e o ventrículo esquerdo foi isolado e pesado.

Resultados

Para determinar o papel do receptor adrenérgico â1 na mediação dos efeitos do T3

sobre o coração durante a tireotoxicose, estudamos camundongos com nocaute para essa isoforma tratado com T3 nas doses correspondentes a 20 e 40 vezes a dose de reposição fisiológica. Como podemos observar na Figura 1 e 2, o tratamento com T3 20x não alterou o peso corporal tanto de animais selvagens quanto o dos animais KOB1. No entanto, o tratamento com a dose mais alta, 40x, reduziu significativamente o peso dos animais selvagens e KOB1. Embora não tenha alterado o ganho de peso, o tratamento com T3 na dose de 20x induziu aumento significativo do consumo de ração nos dois grupos estudados, sugerindo que o T3 elevou o gasto energético mesmo na ausência do receptor adrenérgico â1 (Figura 3). Na dose de 40x resultados similares foram

observados, ou seja, em ambos os grupos o T3 elevou a ingestão calórica. Embora não tenhamos medido os níveis de T3 plasmáticos, esses parâmetros fisiológicos nos dão condições de afirmar que os animais se encontravam em hipertiroidismo em ambas as doses utilizadas.

A fim de avaliar os efeitos do T3 sobre o coração de camundongos KOB1, medimos diversos parâmetros cardíacos. Antes do início do estudo, obtivemos várias medidas de pressão arterial e freqüência cardíaca em todos os animais estudados a fim de adaptá-los ao protocolo de medida experimental e assim minimizar os efeitos do estresse do ambiente (Figuras 4, 7 e 9). Após várias medidas, os parâmetros estudados permaneceram constantes e então demos início ao tratamento com T3.

Como podemos observar nas Figuras 5 e 6, o T3 induz aumento significativo na freqüência cardíaca (FC) dos animais selvagens de maneira dose dependente, uma vez que o tratamento com 40 x elevou ainda mais a FC dos animais. Já os animais KOB1 foram mais sensíveis ao tratamento com T3 na dose de 20x, pois nestes animais o aumento na FC foi cerca de 2.5 vezes maior do que a elevação observada nos animais selvagens. No entanto, na dose de 40x, o aumento do FC foi semelhante à dos animais selvagens.

Quando avaliamos a pressão arterial dos animais, podemos observar que todos os grupos tratados com T3, selvagens e KOB1, apresentaram elevação significativa da pressão sistólica e da pressão diastólica. Embora apenas cerca de 30% dos pacientes com tireotoxicose apresentem hipertensão sistólica e a hipertensão diastólica seja um evento ainda mais raro, todos os grupos avaliados no presente estudo apresentaram hipertensão sistólica e diastólica. É interessante notar que a ausência do receptor â1 não impediu esse

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A elevação dos níveis de hormônio tiroideano por determinado período de tempo aumenta a síntese proteica do coração e leva a hipertrofia cardíaca concêntrica. Nossos resultados confirmam o efeito do hipertiroidismo levando a hipertrofia cardíaca, como podemos observar na Figura 11. O tratamento com T3 em ambas as doses estudadas induziram ao aumento no peso do ventrículo esquerdo. Além disso, esse efeito do T3 parece independente da sinalização adrenérgica e um efeito direto sobre os miócitos cardíacos, pois os animais KOB1 apresentaram hipertrofia semelhante a dos animais selvagens.

Discussão

Os receptores adrenérgicos são essenciais na modulação cardiovascular (9, 24). As três isoformas do receptor beta são expressas nos miócitos cardíacos e regulam a freqüência cardíaca, contratilidade e vasoatividade. No entanto, diversos estudos sugerem que a isoforma beta1 seja a principal isoforma na mediação dos efeitos inotrópicos e cronotrópicos, enquanto as isoformas beta 2 e beta 3 estariam envolvidas na mediação do tônus vascular e na regulação do metabolismo (9, 24, 25). Embora não se possa descartar a existência mecanismos compensatórios no modelo de nocaute para apenas uma isoforma de receptor, consideramos o modelo usado no presente estudo, camundongos com nocaute para a isoforma â1, como um modelo adequado para

determinar se o efeito do hipertiroidismo sobre o coração é dependente da sinalização adrenérgica.

O estado hipertiroideo dos animais no presente estudo pode ser constatado pelo aumento no consumo de ração observado logo após o início do tratamento. Como se sabe, o T3 leva a um aumento na ingestão calórica por ação direta no Sistema Nervoso Central, mesmo antes do aumento no gasto energético e esta ação é mediada pela ativação do TRâ (26).

A FC é dependente de inúmeros fatores tais como tamanho corporal e temperatura. Os nossos dados confirmam que o hipertiroidismo induz alterações cardiovasculares, uma vez que os animais selvagens tratados com doses altas de T3 apresentaram aumento na freqüência cardíaca e elevação da pressão arterial. Esse efeito sobre o coração de animais selvagens já era esperado, uma vez que é conhecido da literatura que o T3 aumenta a resposta inotrópica do coração assim como leva à hipertrofia cardíaca (27). Os nossos resultados mostram que a FC em animais KOB1 sem tratamento é mais baixa do que dos animais selvagens, confirmando que essa isoforma é importante na regulação cronotrópica cardíaca. Em resposta ao tratamento com T3, a FC aumentou significativamente nos animais KOB1 e selvagens. Estes resultados confirmam estudo anteriores em que â bloqueadores foram administrados concomitantemente com T3 (28). No entanto, o aumento na FC nos animais KOB1 tratados com T3 20x foi significativamente maior quando comparada com os demais grupos estudados, sugerindo que a ausência desse receptor leva a uma maior sensibilidade do coração ao T3. Por outro lado, a dose mais alta de T3 não levou ao mesmo resultado. Assim, os nossos dados

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mostram que o receptor Beta1 não é necessário para a resposta cronotrópica ao hipertiroidismo.

O tratamento com T3 elevou significativamente a pressão sistólica e diastólica de forma semelhante nos animais selvagens e nos animais KOB1. Embora seja um fenômeno observado em apenas 30% dos pacientes, já foi descrito que o aumento no retorno venoso possa levar à hipertensão sistólica (29, 30). Normalmente, a queda na resistência periférica total leva a uma queda na pressão diastólica, mas não foi o que observamos no presente estudo. Essas alterações, no entanto, não necessitam da presença dos receptores adrenérgicos do tipo â1.

Também observamos hipertrofia cardíaca significativa em resposta ao hipertiroidismo de forma semelhante em animais selvagens e em animais KOB1. A hipertrofia cardíaca pode ser o resultado de mecanismos fisiológicos e moleculares ainda não totalmente esclarecidos. Há muito tempo se debate na literatura se a hipertrofia cardíaca pode ser classificada como sendo fisiológica ou patológica (31, 32). A hipertrofia fisiológica pode ser resultado de exercício ou do aumento da ação do hormônio tiroideano e é caracterizada pelo aumento nos níveis de SERCA2, MHC alfa e diminuição da MHC beta. Em contraste, a hipertrofia patológica é mediada pelo aumento na sobrecarga pressórica ou na pós carga. Além disso, se observa redução nos níveis de SERCA2 e MHC alfa e aumento na MHC beta. Como passar do tempo, a hipertrofia fisiológica compensatória pode resultar em dilatação cardiomiopática com consequente hipertrofia patológica (32). Como o hipertiroidismo do presente estudo foi mantido por apenas 15 dias, podemos concluir que o fenótipo dos animais é da hipertrofia fisiológica e, provavelmente, é uma resposta compensatória ao aumento no débito cardíaco. O aumento no peso do ventrículo esquerdo foi observado em ambos os grupos na mesma magnitude e assim podemos dizer que a hipertrofia induzida pelo hipertiroidismo também não depende da presença dos receptores adrenérgicos â1.

Em conclusão, podemos afirmar que as alterações cardíacas avaliadas no presente estudo não dependem da presença do receptor adrenérgico beta1.

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Legendas:

Figura 1. Animais selvagens e KOB1 tratados com T3 nas doses de 60ng/g PC ou

120ng/g PC correspondentes a 20x e 40x à dose de reposição fisiológica, respectivamente, durante 15 dias. A: Peso corporal antes e depois de 15 dias de tratamento com T3; B: Variação de peso corporal após 15 dias de tratamento com T3 e C: Consumo de ração antes e depois do tratamento com T3 conforme descrito. * vs. C57 e C57 20x, p<0.001; + vs. KOB1 e KOB1 20x, p<0.001. Valores expressos como média±EP.

120ng/g PC correspondentes a 20x e 40x à dose de reposição fisiológica,

respectivamente, por 15 dias. A: Frequência Cardíaca antes do início do tratamento com T3; B: Frequência cardíaca ao longo do tratamento com T3; C: Variação da FC após 15 dias de tratamento com T3. * vs. C57, p<0.001; + vs. C57 20x, p<0.001; # vs. KOB1, p<0.001. Valores expressos como média±EP.

120ng/g PC correspondentes a 20x e 40x à dose de reposição fisiológica, respectivamente, por 15 dias. A: Pressão Sistólica antes do início do tratamento com T3;

B: Pressão Sistólica ao longo do tratamento com T3. * C57, p<0.001; + vs. KOB1,

p<0.001; C: Pressão Diastólica antes do tratamento com T3; D: Pressão Diastólica ao longo do tratamento com T3. * C57, p<0.001; + vs. KOB1, p<0.001. Valores expressos como média±EP.

Figura 4. Peso do Ventrículo Esquerdo em animais selvagens e KOB1 tratados com

T3 nas doses de 60ng/g PC ou 120ng/g PC correspondentes a 20x e 40x à dose de reposição fisiológica, respectivamente, por 15 dias. * C57, p<0.001; + vs. KOB1, p<0.001. Valores expressos como média±EP.

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Increased thyroid hormone action of some duration markedly stimulates the cardiac protein synthesis and leads to a

concentric cardiac hypertrophy [6, 7].

longstanding debate has occurred in the literature if cardiac hypertrophy can be separated into a physiological versus a pathological type of cardiac hypertrophy [29, 30]. Physiological hypertrophy can be induced by exercise or by increased thyroid hormone action. It is characterized by increased SERCa2 levels, increased myosin heavy chain

(MHC) alpha levels, and decreased MHC beta levels. In contrast, pathological hypertrophy is, for example, mediated

by increase in pressure overload or hypertension with the heart contracting against an increased after load. Some of its hallmarks are decreases in SERCa2 levels, decreases in MHCa levels, and increases in MHCa levels.

It has been proposed that different signaling members In summary, hyperthyroidism of limited duration can lead to a compensated concentric cardiac hypertrophy. Since hyperthyroidism is in general of a limited duration, a physiological hypertrophic phenotype prevails. It also needs to be noted that in hyperthyroid patients, tachycardia and atrial fibrillation can occur and some of the heart failure observed in hyperthyroid patients may result from rate

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