Mitocôndria, função das células endoteliais e doenças vasculares

As mitocôndrias são talvez os sistemas de detecção sensíveis mais sofisticados e dinâmicos em células eucarióticas. O papel das mitocôndrias ultrapassa a capacidade de criar combustível molecular e inclui a geração de espécies reativas de oxigênio, a regulação do cálcio e a ativação da morte celular. Nas células endoteliais, as mitocôndrias têm um impacto profundo na função celular em condições saudáveis e doentes. Nesta revisão, resumimos as funções básicas das mitocôndrias nas células endoteliais e discutimos os papéis das mitocôndrias na disfunção endotelial e doenças vasculares, incluindo aterosclerose, disfunção vascular diabética, hipertensão arterial pulmonar e hipertensão arterial. Finalmente, as estratégias terapêuticas potenciais para melhorar a função mitocondrial em células endoteliais e doenças vasculares também são discutidas, com foco em antioxidantes direcionados à mitocôndria e restrição calórica.

 

 

INTRODUÇÃO

 

As mitocôndrias são os restos de bactérias aeróbias que invadiram células protoeucarióticas há um bilhão de anos. As mitocôndrias são a sede metabólica das células, alimentando a fosforilação oxidativa para a produção de adenosina 5-trifosfato (ATP) e conduzindo reações ao fabrico de metabólitos essenciais para a biossíntese de gorduras, nucleotídeos e proteínas. Os papéis das mitocôndrias em células eucarióticas vão além da sua capacidade de atuar como mediador metabólico. Estas organelas celulares regulam vários processos celulares, incluindo a proliferação (Mitra et al., 2009), imune abreviações: CE, célula endotelial; ROS, espécies reativas de oxigênio; ATP, 5-trifosfato de adenosina; RE, retículo endoplasmático; MtDNA, DNA mitocondrial; PGC-1α, co-activador γ do receptor activado pela proliferação de peroxissoma 1α; NRF, fator respiratório nuclear; TFAM, fator de transcrição A mitocondrial; TFBM, fator de transcrição B mitocondrial; Ang-II, angiotensina II; ETC, cadeia de transporte de elétrons; MROS, ROS mitocondrial; NADPH, fosfato de dinucleótido de nicotinamida adenina; NOX, NADPH oxidase; MitoKATP, canal de potássio sensível a ATP mitocondrial; MnSOD, superóxido dismutase de manganês; PON, paraoxonase; UCP, proteína de desacoplamento; Ψm, potencial de membrana mitocondrial; HIF, factor indutível por hipoxia; NO, óxido nítrico; ENOS, NO sintase endotelial; HUVEC, células endoteliais da veia umbilical humana; MCU, Ca2 + mitocondrial uniporter; MCUR1, regulador uniporter de cálcio mitocondrial 1; TNFR1,

receptor fac-tor de necrose tumoral 1; TNF-α, factor de necrose tumoral-α; MtNOS, NOS mitocondriais; PI3K, fosfoinositide-3 quinase; FoxO, caixa de Forkhead 'Other'; Bcl-2, linfoma de células B 2; BAX, proteína X associada a Bcl-2; LDL de boi, lipoproteína oxidativa de baixa

densidade; HDL, lipoproteína de alta densidade; AMPK, proteína quinase ativada por AMP; SVEC, linha de células endoteliais murinas transformadas com SV40; VEGF, factor de crescimento endotelial vascular; NF-kB, factor nuclear kappa B; PAH, hipertensão arterial

pulmonar; FHR, rato encapuzado Fawn; ADMA, dimetilarginina assimétrica; DDAH, dimetilargi-nove hidrolases; PAEC, células endoteliais arteriais pulmonares; EPC, células progenitoras endoteliais; [Ca2 +] m, Ca2 + intramitochondrial; [Ca2 +] c, Ca2 + citoplasmático; PARP, poli (ADP-ribose) polimerase; MPTP, poro de transição de permeabilidade mitocondrial; CSE, cistatina-γ-liasa; VCAM-1, molécula de adesão de células vasculares-1; TPP, trifenilfosfónio; Mito-Q, mitoquinona; DOCA, acetato de desoxicorticosterona; UV, ácido úrico; CR, restrição

calórica. Resposta (Zhou et al., 2011a), morte celular apoptótica (Kroemer et al., 2007) e mede os sinais secundários de massager para o núcleo (Al-Mehdi et al., 2012).

 

 

 

 

A capacidade de utilizar o oxigênio impulsiona o desenvolvimento e a evolução do sistema cardiovascular em organismos multicelulares (Dromparis e Michelakis, 2013). Nos sistemas vasculares normais, as mitocôndrias regulam vários processos além de providenciar ATP para as células vasculares. Nos tecidos vasculares humanos doentes, as mitocôndrias mudam de forma morfológica e funcional. Os ratos que não possuem proteínas mitocondriais normalmente morrem no momento exato em desenvolvimento quando o sistema cardiovascular se forma ou são mais sensíveis aos fatores de risco para o sistema cardiovascular (Miller et al., 2010; Shenouda et al., 2011; Dong et al., 2013; Kröller-Schön et al., 2013). As funções das mitocôndrias em tipos individuais de células vasculares atraíram crescente atenção científica. A artéria normal contém três camadas. A camada interna, a túnica íntima, é revestida por uma monocamada de células endoteliais (EC) que está em contato com o sangue. A camada intermediária, ou a mídia da túnica, contém células musculares lisas embutidas em uma complexa matriz extracelular. A adventitia, a camada externa da artéria, contém mastócitos, terminações nervosas e microvasos (Libby et al., 2011).

O contato direto das CE com o fluxo sanguíneo significa que eles são particularmente vulneráveis ​​a danos de moléculas no sangue, por um lado, e que eles têm papéis idealmente "guardados" por outro lado (ou seja, detectando alterações em componentes perfusados ​​e respondendo diretamente Ou transmissão de sinais reativos para células próximas, como células vasculares lisas) (Davidson e Duchen, 2007). A disfunção endotelial contribui para o desenvolvimento de quase todas as doenças vasculares. Embora as CE tenham baixo conteúdo de mitocôndrias, a dinâmica mitocondrial atua como um orquestrador pivotante da homeostase da CE em condições normais, O dano da dinâmica mitocondrial participa na disfunção endotelial e em diversas doenças vasculares. Nesta revisão, resumimos os avanços na compreensão dos papéis de mitochon-dria nas CE e os mecanismos pelos quais as mitocôndrias da CE participam de certas doenças vasculares, incluindo aterosclerose, disfunção endotelial diabética, hipertensão arterial pulmonar e hipertensão arterial. Finalmente, discutimos abordagens de focalização de mitocôndrias disponíveis recentemente para o tratamento de doenças vasculares.

 

 

MITOCHONDRIA EM FUNÇÃO ENDOTELIAL

 

CONTEÚDO MITOCHONDRIAL, LOCALIZAÇÃO SUBCALULAR, BIOGÊNESE E DINÂMICA EM CÉLULAS ENDOTELIALES

 

Em comparação com outros tipos de células com requisitos de energia mais elevados, o conteúdo de mitocôndrias nas CE é modesto. Em ECs de ratos, por exemplo, as mitocôndrias compõem 2-6% do volume celular em oposição a 28% nos hepatócitos e 32% nos miócitos cardíacos (Dromparis e Michelakis, 2013; Kluge et al., 2013). O baixo conteúdo das mitocôndrias nas CE pode indicar que a fosforilação oxidativa dependente das mitocôndrias não é tão importante para o suplemento energético nessas células. De fato, as CE obtêm uma grande proporção de sua energia a partir do metabolismo anaeróbio glicolítico da glicose. Nas ECs aórticas de porco cultivadas, mais de 75% de ATP é fornecido pela glicólise (Culic et al., 1997). Além disso, 99% da glicose é catabolizada em lactato em CEs microvasculares coronárias isoladas, cujo consumo de oxigênio é principalmente atribuível à oxidação de substratos endógenos (Spahr et al., 1989; Mertens et al., 1990). Na verdade, as mitocôndrias são mais propensas a servir principalmente como organelas de sinalização essenciais no endotélio vascular (Quintero et al., 2006).

A distribuição celular das mitocôndrias é importante para a sua função e a sua comunicação com outras organelas celulares (especialmente reticulo endoplasmático, ER) e núcleo. Por exemplo, nas CE de arteríolas isoladas do miocárdio humano, a mito-condária está ancorada no citoesqueleto. Essas mitocôndrias liberam ROS em resposta à deformação celular por esforço de cisalhamento (Liu et al., 2008). Além disso, a exposição das EC da artéria pulmonar à hipoxia desencadeia um movimento mitocondrial retrógrado que requer microtúbulos e proteína do microtúbulo da proteína dineína, resultando no agrupamento perinuclear de mitocôndrias. Esta redistribuição sub-celular das mitocôndrias é acompanhada pelo acúmulo de ROS no núcleo, que pode ser atenuado pela supressão do agrupamento perinuclear de mitocôndrias com noco-dazole para desestabilizar os microtúbulos (Al-Mehdi et al., 2012). Além disso, as mitocôndrias são um importante sistema tampão de Ca2 + que coopera com ER para manter a hemostasia celular Ca2 +. A este respeito, a sublocação e a interação com ER são críticos para o papel das mitocôndrias no tampão Ca2 + (Mironov et al., 2005). De fato, a distância entre ER e mitochon-dria está associada ao cálcio intramitochondrial, ao potencial da membrana mitochauta (ψm) e à apoptose dependente das mitocôndrias nas células vasculares da artéria de HAP (Sutendra et al., 2011).

O conteúdo das mitocôndrias, que é importante para a função celular, é regulado criticamente nas células. O conteúdo de mitochon-dria celular depende do equilíbrio entre biogênese mitochauta e mitófagos. A biogênese das mitocôndrias É um processo complexo e incompletamente compreendido envolvendo replicação de DNA de mitocôndria (mtDNA) e expressão de genes nucleares e mitocondriais. A nova formação de mitocôndrias é regulada pelo co-ativador γ do receptor de ativação da proliferação de peroxissoma 1α (PGC-1α), que ativa o fator respiratório nuclear (NRF) -1, NRF-2, o fator de transcrição A mitocondrial (TFAM) e o fator de transcrição B Mitocondrial (TFBM). As mitocôndrias são organelas dinâmicas que se fundem e dividem constantemente (designadamente denominadas dinâmica mitocondrial) e podem construir grandes redes intracelulares interconectadas. Durante o período de vida das mitocôndrias, os acúmulos de dano seguidos pela fusão mitocondrial e a fissão para gerar mitocôndrias funcionalmente normais e danificadas. As mitocôndrias saudáveis ​​reentram os ciclos de fusão e funcionam nas células, enquanto as danificadas despolitizam e sofrem mitófagos (Kluge et al., 2013). Essas atividades concertadas controlam a morfologia mitocondrial e a distribuição intracelular e determinam sua aparência específica do tipo celular. As atividades antagônicas e equilibradas das máquinas de fusão e fusão dão forma ao compartimento mitocondrial e o comportamento dinâmico das mitocôndrias permite que as células respondam às suas condições fisiológicas. Uma mudança para a fusão favorece a geração de mitocôndrias interligadas, enquanto que uma mudança para a fis-sion produz numerosos fragmentos mitocondriais (Westermann, 2010). Nos últimos anos, a pesquisa sobre fusão mitocondrial e fissão ganhou muito mais atenção, pois é importante para a compreensão de muitos processos biológicos, incluindo a manutenção de funções mitocondriais, apoptose e envelhecimento, nas EC (Detmer e Chan, 2007) . Os defeitos na biogênese e na dinâmica de mitochon-dria têm conseqüências prejudiciais sobre o suprimento bioenergético e contribuem para a disfunção endotelial e a patogênese das doenças cardiovasculares (Ong et al., 2010; Shenouda et al., 2011). Além disso, a observação de que a biogênese das mitocôndrias é inibida no envelhecimento das ECs vasculares é importante, particularmente porque doenças vasculares sistêmicas como aterosclerose e hipertensão são muitas vezes doenças do envelhecimento da população (Dromparis e Michelakis, 2013).

 

 

ROS MITOCHONDRIAL EM CÉLULAS ENDOTHELIALES

 

As mitocôndrias são fonte importante de espécies reativas de oxigênio (ROS) e servem como sistemas de buffer de ROS importantes (Figura

1). As mitocôndrias podem sentir sinais de perigo, como agentes infecciosos ou cristais de colesterol. As espécies reativas de oxigênio derivadas de mitocôndria (mROS) são sinais críticos para o início de respostas celulares ao estresse e fatores de risco de doença. O ψm alterado é um fator importante que desencadeia o excesso de produção de mROS na configuração de fatores de risco, incluindo

envelhecimento, hipercolesterolemia, hiperglicemia, tabagismo, infecções e hipoxia. Embora maioria dos elétrons que caem pelo gradiente redox da cadeia de transporte de elétrons (ETC) finalmente atinja V complexa, 1-3% de elétrons reagem de forma pré-madura com oxigênio, nos complexos I e III, para formar superóxido e outros tipos de ROS, coletivamente conhecidos como MROS (Dromparis e Michelakis, 2013).

Além dos complexos I e III, outras fontes de mROS foram identificadas nas ECs. Um desses exemplos é o fosfato de dinucleótido de nicotinamida adenina (NADPH) oxidase 4 (Nox4), que é altamente expresso em ECs e foi localizado em mitocôndrias em outros tecidos, embora a localização mitocondrial nas CE permaneça indescritível. Nox4 é o O membro da família Nox altamente expressado em todas as células do sistema cardiovascular e é regulado positivamente por uma grande variedade de agonistas e estresses celulares. Em CE, o Nox4 é sensível às forças mecânicas. Nox4 e seu homólogo Nox2 são necessários para a produção de ROS basal e para a proliferação da CE (Lassègue et al., 2012). Ao contrário de Nox1, o Nox endógeno produz predominantemente H2O2 em vez de O2 - (Dikalov et al., 2008). Curiosamente, um relatório atual apóia que a Nox4 é uma oxidação vascular da NADPH oxidante geradora de ROS, parcialmente através da prevenção da disfunção endotelial durante o estresse isquêmico ou inflamatório (Schröder et al., 2012). Outro exemplo é a proteína adaptadora do fator de crescimento p66Shc, que funciona na sinalização mitocondrial. P66Shc facilita a geração de H2O2 por oxidação do citocromo c (Giorgio et al., 2005; Paneni et al., 2012). A próxima fonte de mROS a ser introduzida é o potássio mitocondrial sensível à ATP Canal (mitoKATP). Embora a função do mitoKATP nas CE não seja bem investigada, as evidências atuais mostram que a ativação de mitoKATP phar-macológica protege contra a morte celular isquêmica em ECs cultivadas e evita a função vasodilatadora endotelial em corações de cobaia de Langendorff perfundidos submetidos à isquemia-reperfusão. Além disso, a inibição de mitoKATP chan-nels também reprime a apopto-sis de células endoteliais induzidas por alta glicose (Beresewicz et al., 2004; Feng e Zuo, 2011; Huang et al., 2012).

Uma vez que o mROS excessivo é produzido, as células simplesmente e rapidamente resposta ao estresse oxidativo direcionando diretamente o mROS excessivo. A superóxido dismutase de manganês (MnSOD), que é a dismutase predominante nas mitocôndrias, é rapidamente indutível e protege o superóxido na matriz mitocôndria por dismutação de superóxido a H2O2 (Dromparis e Michelakis, 2013). De outros Superóxido dismutases, como o CuZnSOD, amortecem o super-ideo que escapa para o espaço intermembranoso eo citoplasma ou mesmo extracelularmente. Os níveis de H2O2 são downregulated por enzimas antioxidantes, incluindo catalase e peroxidases. A catalase está localizada em peroxissomos citossolos. As peroxidases mitocondrales importantes incluem tioredoxina-2, peroxididoxina-3 e glutaredoxina-2. A glutationa peroxidase-1 está localizada tanto nas mitocôndrias como no citoplasma das CE (Kluge et al., 2013). Além da superóxido dismutase, outras pro-proteínas da mitocôndria também podem participar do amortecedor de mROS. A paraoxonase 2 (PON2) é um membro da família de genes PON que consiste em três proteínas (PON1, PON2 e PON3). PON2 é uma proteína associada à membrana intracelular que é amplamente expressa em células vasculares.

A proteína PON2 está localizada na membrana mitochauta interna, onde está associada ao complexo respiratório

III. PON2 liga-se com alta afinidade à coenzima Q10, um importante componente do ETC e reduz a produção de mROS (Devarajan et al., 2011).

Nossa revisão anterior em Antioxidantes e Redox Signaling tem discutido sistematicamente os recursos e funções da família de genes PON (She et al., 2012). As proteínas de desacoplamento (UCPs), uma família de cinco proteínas localizadas nas mitocôndrias, podem ser outra defesa antioxidante. As UCP geralmente tendem a limitar a produção de mROS. Por exemplo, a superexpressão de UCP1 nas ECs inibe a produção de mROS (Nishikawa et al., 2000; Cui et al., 2006) e a sobre-expressão de UCP2 em blocos de EC da aorta humana gordurosos geração de mROS induzida por ácido (Lee et al., 2005). UCP2 é a isoforma primária nas ECs. UCP2 modula criticamente a produção de ψm e

mROS (Duval et al., 2002; Lee et al., 2005). UCP2 pré-serve função endotelial através do aumento da biodisponibilidade do óxido nítrico (NO) secundário à inibição da produção de ROS no endotélio de ratos obesos diabéticos (Tian et al., 2012). A regulação positiva da UCP2

também melhora a disfunção endotelial induzida por hiperglicemia (Sun et al., 2013a).

Em níveis relativamente baixos, mROS pode ser moléculas de sinalização críticas que suportam a função normal ou compensatória da célula (Sena e Chandel, 2012). Esse fato significa que o mROS pode aumentar mesmo como parte da sinalização normal na célula enquanto as

mitocôndrias continuam sendo normais. Atualmente, os mROS são biologicamente importantes em uma variedade de sistemas fisiológicos, incluindo adaptação à hipóxia, regulação da autofagia, imunidade, diferenciação e longevidade. Por exemplo, as células utilizam um aumento agudo no mROS para estabilizar o fator induzível pela hipoxia (HIF) sob condição de hipoxia e subsequentemente restringir a produção de ROS em hipoxia crônica para evitar danos celulares (Sena e Chandel, 2012). No entanto, se a produção de mROS for significativamente aumentada (devido ao aumento dos níveis de oxigênio e ao metabolismo mitocondrial) e excede a capacidade de amortecimento de MnSOD, o dano oxidativo e a disfunção celular ou a morte ocorrem. O anião superóxido na matriz é altamente reativo e pode danificar o mtDNA, lipídios e proteínas. Os mROS também podem prejudicar os próprios complexos ETC que contêm enxofre de ferro, o que pode agravar ainda mais a produção de mROS e criar um ciclo vicioso que contribua para a disfunção endotelial e doenças vasculares. Na fase saudável ou inicial das doenças vasculares, a combinação da dinâmica mitocondrial, mitófagos e biogênese pode substituir as mitocôndrias danificadas ou seus componentes e manter a função mitocondrial normal. No entanto, estes Canais de lançamento ou influxo. As redes de mitocôndrias e ER estão em proximidade muito próxima; Na verdade, as duas organelas se comunicam e cooperam para regular o tráfico de cálcio e, assim, orquestra os principais aspectos da função endotelial (Kluge et al., 2013). O cálcio que entra e sai das mitocôndrias é altamente regulado. Em CE, o aumento induzido por H2O2 no cálcio de mitochon-dria pode depender em parte da diminuição da extrusão de cálcio através da inibição do permutador de sódio / cálcio (NCX) (Jornot et al., 1999). UCP2 e UCP3 são fundamentais para a atividade mitocondrial de Ca2 + uniporter (MCU) em CE humanas (Trenker et al., 2007). O regulador Uniporter de cálcio mitocondrial 1 (MCUR1) é uma proteína de membrana integral necessária para a absorção de Ca2 + mitocondrial dependente de MCU. O MCUR1 liga-se a MCU e regula a absorção de Ca2 + dependente de MCU sensível ao rutênio e com MCU (Mallilankaraman et al., 2012). A MICU1 enfrenta o espaço intermembranar para detectar o Ca2 + citoplasmático e regula o limiar de Ca2 + e a cooperabilidade do mitochon-drial uniporter (Csordás et al., 2013). A absorção mitocondrial de Ca2 + controla a sinalização intracelular de Ca2 +, o metabolismo celular, a sobrevivência celular e outras funções específicas do tipo celular por níveis de citoesulsos de Ca2 + e efeitos reguladores dos efectores mitocondriais (Rizzuto et al., 2012). O ψm muito negativo permite que a mito-chondria seque os íons positivos, como o Ca2 + do citoplasma. O cálcio mitocondrial é uma importante orquestra-tor da biogênese mitocondrial per se e aumenta a expressão de PGC1-α (Szabadkai e Duchen, 2008). As alterações fisiológicas nas concentrações mitocondriais ([Ca2 +] m) e citossolo ([Ca2 +] c) cálcio têm importantes efeitos regulatórios em muitos aspectos das funções mitocondriais, incluindo a produção de mROS, energética, motilidade, dinâmica e biogênese (Davidson e Duchen, 2007; Widlansky e Gutterman, 2011; Kluge et al., 2013).

Há evidências crescentes de que o calcário mitocondrial alterado contribui para a resposta endotelial ao estímulo patológico. Por exemplo, a absorção de cálcio mitocondrial estimula a produção de NO nas mitocôndrias das EC vasculares bovinas (Dedkova et al., 2004). A concentração endotelial global elevada de Ca2 + promove a ativação do eNOS, o que, por sua vez, leva à geração de NO (Katakam et al., 2013). A despolarização farmacológica das mitocôndrias endoteliais promove a ativação de eNOS por via dupla envolvendo elevação [Ca2 +], bem como a fosforilação eNOS induzida por fosfoinositide-3 quinase (PI3K). A despolarização das mitocôndrias nas CE promove a vasodilatação da artéria cerebral (Katakamet al., 2013). Além disso, a ativação do despejo de ectodomínio do receptor 1 do factor de necrose tumoral (TNFR1) pelo Ca2 + mitocondrial determina a gravidade da inflamação em microvasos de pulmão de rato. Esse efeito compensatório desencadeia a extensão da ativação endotelial sob condições inflamatórias (Rowlands et al., 2011). Além disso, as funções de muitas enzimas mitocondriais chave, incluindo PDH, são muito dependentes de Ca2 + (Dromparis e Michelakis, 2013; Kluge et al., 2013). O cálcio ativa as enzimas do ciclo do ácido tricarboxílico e a fosforilação oxidativa, aumentando assim a produção de ATP. Além do seu efeito direto sobre a atividade enzimática metabólica, uma diminuição do influxo de Ca2 + hiperpolariza as mitocôndrias, o que leva à disfunção mitocondrial e endotelial. REGULAÇÃO MITOCONDRIAL DA SENESCÊNCIA ENDOTHELIAL, APOPTOSE E MITÓFIA. Ao longo da última década, evidências acumuladas sugeriram um vínculo causador entre a disfunção mitocondrial e os principais fenótipos associados à senescência endotelial (Figura 3A). A senescência da CE está associada à diminuição da bio-gênese mitocondrial, à redução da massa mitocondrial e à expressão alterada dos componentes do ETC e outros componentes mitocondriais (Ungvari et al., 2008; Dai et al.,

2012). As mutações de mtDNA somáticas e a disfunção da cadeia respiratória acompanham a senescência endotelial normal. A produção de superóxido mitocondrial aumenta com a senescência replicativa. As mitocôndrias danificadas produzem superóxido excessivo e H2O2, que são determinantes importantes da senescência dependente de telômero no nível de célula única que é responsável pela variação célula-célula na vida útil replicativa (Passos et al., 2007). A disfunção do ETC participa criticamente na senescência endotelial. A deficiência do complexo ETC mitocondrial IV desempenha um Papel essencial na disfunção mitocondrial induzida pela senescência. Nas ECs da artéria pulmonar senescente, a atividade catalítica do método IV diminui em 84%, e o nível de proteína desta subunidade também é reduzido em CE senescentes. A downregulation do complexo IV é mediada por síntese reduzida e maior degradação do mRNA (Zhang et al., 2002). Além disso, em EC senegentes, o antioxidante mitocondrial MnSOD, que é regulado por FoxO e SIRT1, é significativamente downregulated, resultando em capacidade danificada de mROS buffering de mitocôndrias (Minamino e Komuro, 2007; Zhou et al., 2011b). Na ausência de UCP2, a estimulação do crescimento endotélico provoca a fragmentação da rede mitocondrial e a senescência prematura através de um mecanismo envolvendo a ativação de p53 mediada por superóxido (Shimasaki et al., 2013). Além de mROS, a mudança na morfologia mitocondrial, como as mitocôndrias interconectadas, é observada nas EC senescentes (Jendrach et al., 2005). As mitocôndrias das HUVEC senescentes mostram uma diminuição significativa e igual na atividade de fusão e fissão, indicando que esses processos são sensíveis ao envelhecimento e podem contribuir para o acúmulo de mitocôndrias danificadas durante o envelhecimento (Jendrach et al., 2005). Diminuição da expressão de Drp1 e Fis1, duas proteínas que regulam a fissão mitocondrial, medeiam o alongamento mitocondrial em células senescentes (Mai et al., 2010). Nox4 serve como um importante orquestrador da senescência da CE. Nox4 parece manter uma rede mitocondrial altamente interconectada, o que pode influenciar os mecanismos de fissão e / ou fusão mitochautais de uma maneira que poderia ser um fator contribuinte na perda de vida útil replicativa observada na senescência (Koziel et al., 2013) . O controle de qualidade mitocondrial alterado mostrou-se correlacionado com a disfunção endotelial no envelhecimento. Um desses exemplos é que a dinâmica mitocondrial desordenada e a perda de ψm são observados em modelos de células celulares de senescência em ECs. A melhora da aptidão mitocondrial, como evidenciado por ψm maior, aumento da produção de ATP e diminuição do dano ao mtDNA, está associada à vida útil prolongada das CE cultivadas (Mai et al., 2012). PGC-1α é o regulador central para biogênese e dinâmica mito-condrial. Um trabalho recente identificou o PGC-1α como um regulador negativo da senescência vascular (Xiong et

al., 2013). No total, as evidências atuais implicam que a disfunção da atividade tampão ROS mitocondrial e a dinâmica mitocondrial desempenham um papel fundamental na senescência CE.

 

As mitocôndrias estão implicadas nas vias de morte celular, incluindo apoptose e necrose, que foi revisada em outro lugar (Wang e Youle, 2009; Tait e Green, 2010). As mitocôndrias são mediadores centrais da apoptose em CE (Figura 3B). A apoptose intrínseca é iniciada por

estressores celulares, incluindo hipoxia, ROS, lipoproteínas de baixa densidade oxi-dized (LDL de boi) e danos ao DNA. Tais estímulos ativam as proteínas BH3-only, que inibem os fatores antiapoptóticos, incluindo o linfoma 2 de células B (Bcl-2) e permitem a ativação da proteína X associada a Bcl-2 (BAX) (Kluge et al., 2013). A suplementação de CE com antioxidantes direcionados às mitocôndrias inibe a absorção de ferro mitocondrial induzida pelo peróxido, dano oxidativo e apoptose (Dhanasekaran et al., 2004). Ox-LDL induz a disfunção do ψm, levando à liberação do citocromo c no citossol e, assim, estimula a apoptose das CE humanas. A supressão da apoptose pela CSA correlaciona-se com a prevenção da disfunção mitocondrial e, portanto, indica a importância da desestabilização mitocondrial em LDL induzida por boi apoptose (Walter et al., 1998). A oxidação contínua de lipoproteínas de alta densidade (HDL) em condições hiperglicêmicas pode induzir apoptose endotelial através de uma disfunção mitocondrial, após a deterioração da função vascular (Matsunaga et al., 2001). Alta glicose aumenta ROS intracelular e apoptose celular através de um mecanismo envolvendo interregulação entre geração citosólica e mROS. A ativação do péptido C da subunidade α da proteína quinasa AMP (AMPKa) inibe a alta geração de ROS induzida pela glicose, fissão mitocondrial, colapso ψm e apoptose da CE (Bhatt et al., 2013). O PGC-1α regula a geração de ROS e a apoptose nas CE, aumentando a oxidação dos ácidos gordos e aumentando a atividade de translocação de ATP / ADP (Won et al., 2010). O FOXO3a regula os protográficos endoteliais apoptóticos precoce e tardio durante a elevação da glicose através da sinalização mitocondrial e cas-pase (Hou et al., 2010). Os fatores que regulam a liberação do citocromo c participam criticamente na apoptose dependente das mitocôndrias da CE. A1, um dos membros da família Bcl-2, é localizado e funciona nas mitocôndrias. A1 é capaz de reprimir a despolarização mitocondrial, perda de citocromo c, clivagem da caspase 9, BID e poli (ADP-ribose) polimerase. A1 mantém a sobrevivência temporária das CE em resposta ao TNF-α, mantendo a viabilidade e a função mitocondriais (Duriez et al., 2000). A enzima reguladora do sinal de apoptose 1 (ASK1) medeia citoquinas e apoptose induzida por ROS em um caminho dependente das mitocôndrias. A superexpressão da tiorretoxina-2 inibe a apoptose induzida por ASK1 sem efeitos na ativação de JNK induzida por ASK1 na CE. Além disso, o knockdown específico de thioredoxin-2 na EC aumenta a liberação de citocromo c induzida por TNF / ASK1 e a morte celular sem aumento na ativação de JNK, clivagem de lances e translo-cation de Bax (Zhang et al., 2004). O fator de crescimento de hepatócitos (HGF), que é um novo membro dos fatores de crescimento angiogênicos, também pode inibir a liberação do citocromo c e a apoptose da EC por elevar o nível de Bcl-2 (Nakagami et al., 2002). Além da apoptose, as mitocôndrias também estão envolvidas na necrose. A necrose mediada por mitocôndria participa criticamente na disfunção dos miocitos cardíacos e na morte celular. No entanto, se a função mitochon-dria na necrose EC permanece evasiva. Um relatório recente mostrou que as mitocôndrias não contribuem para a necrose induzida por TNF-α em células SVEC, uma linha celular endotelial murina estabelecida (Tait et al., 2013). No entanto, continua a ser necessário explorar se as mitocôndrias participam da necrose nas CE de outras espécies ou espécies, ou se estímulos patológicos podem induzir a necrose da CE.

Autophagy é um processo celular conservado evolutivamente, no qual as células "se comem" para preencher a demanda de energia ou para reciclar substratos ou organelas que são danificadas. Mitophagy refere-se à autofagia seletiva das mitocôndrias. À medida que o dano mito-condilar se acumula, as redes passam por rearranjo e fissão para produzir diferentes populações de mito-chondria filha. Enquanto as mitocôndrias normais retornam novamente ao ciclo de vida das mitocôndrias, as pessoas danificadas sofrem mitófagos para reduzir o dano, como mROS (Figura 3C). A acumulação de evidências sugere que a alteração da mitofagia contribui para a patogênese de doenças vasculares,

incluindo diabetes mellitus, aterosclerose e doenças cardíacas hipertensivas. Vários estudos recentes examinaram o envolvimento da mitofagia nas CE sob condições de estresse oxidativo e privação de energia.O dano oxidativo induzido pela irradiação direcionada às mitocôndrias das CE promove a translocação de Parkina para mitochon-dria despolarizado e aumenta o nível de LC3-II e a formação de autofagosomas (Mai et al., 2012). Quando expostos ao hemin, as CE sofrem a peroxidação lipídica, levando à despolarização e mitófagos das mitocôndrias (Higdon et al., 2012). No entanto, também é relatado que a autofagia mediada por beclin-1 / LC3-II também é um mecanismo para que as ECs tamponem o LDL de boi também. Tomados em conjunto, a autofagia e mitófagos são respostas importantes das CE ao estresse oxidativo.

Em resumo, as mitocôndrias participam criticamente da senescência das células endoteliais, apoptose e mitófagos, e os três aspectos são importantes para a função das células endoteliais. No entanto, esses três processos são conhecidos individualmente na CE. Como eles crosstalk para regular a função endotelial permanece desconhecido. É interessante

para explorar se as mitocôndrias poderiam cooperar com esses processos na CE.

 

MITOCHONDRIA ENDOTHELIAL NAS DOENÇAS VASCULARES

 

A disfunção endotelial tem sido associada a uma variedade de estados de doença, incluindo aterosclerose, diabetes mellitus, doença arterial coronária, hipertensão e hipercolesterolemia. A disfunção mediada por mitocôndria das ECs é crítica nessas doenças. As mitocôndrias endoteliais servem como um sensor fundamental do ambiente local e transduzem sinais de dano, o que leva ao dano da mitocôndria, disfunção endotelial, remodelação vascular e doenças vasculares (Figura 4). Aqui nos concentramos na aterosclerose, disfunção endotelial diabética, PAH e hipertensão para discutir o papel das mitocôndrias endoteliais em doenças vasculares.

 

ATHEROSCLEROSE

 

A aterosclerose é uma doença crônica da parede arterial, que é a principal causa de morte e perda de anos de vida produtiva em todo o mundo. A aterosclerose começa com o recrutamento de células inflamatórias para a íntima. Portanto, a camada endotelial é a primeira barreira contra a aterosclerose, e a disfunção endotelial é freqüentemente envolvida na aterosclerose. A aterosclerose está associada a uma série de distúrbios metabólicos, incluindo diabetes, metabolismo lipídico anormal, obesidade; E metabolismo, implicando o componente mitocondrial. Curiosamente, as mitocôndrias endoteliais participam na aterosclerose. Um dos principais mecanismos subjacentes às mitocôndrias endoteliais na aterosclerose é o mROS elevativo, o que leva a disfunção endotelial ou apoptose, o primeiro evento; E inflamação, uma das características mais domiantes da artrosclerose. O importante é que as ECs são mais sensíveis ao dano mediado pelas espécies reativas do que as células dos músculos lisos (Ballinger et al., 2000). O mROS é aumentado em resposta a muitos indutores de aterosclerose, incluindo ox-LDL, triglicerídeos e hiperglicemia. Por exemplo, a exposição de ECs aos ácidos gordurosos livres, que aumentam a concentração em pacientes com síndrome metabólica, aumenta mROS (Du et al., 2006). Caso contrário, a hiperglicemia altera a dinâmica mitocondrial e aumenta o mROS nas ECs, enquanto a normalização do açúcar no sangue inibe a propressão do dano vascular (Nishikawa et al., 2000; Yu et al., 2006; Shenouda et al., 2011) . O ROS produzido no microambiente vascular causa danos mitocondriais e disfunção, o que, por sua vez, amplifica esse efeito em parte devido à redução da capacidade de armazenamento de ROS. A síntese de proteínas mitocondriais é inibida de forma dependente da dose por ONOO-, resultando em diminuição dos níveis de ATP celular e função redox mitocondrial (Ballinger et al., 2000). A síntese reduzida de NO contribui para a disfunção endotelial e pode estar relacionada à disponibilidade limitada de L-arginina, o substrato comum de NOS constitutivas e arginase citosólica I e arginase

mitocondrial

 

II. A arginase II mitocondrial modula a síntese de NO através de conjuntos de L-arginina não intercambiáveis ​​em ECs humanas. A sobreexpressão endotelial seletiva da arginase II induz a disfunção endotelial e melhora a aterosclerose em camundongos (Vaisman et al., 2012). A aterosclerose realmente acontece em pessoas idosas e mROS é elevado em tecidos vasculares envelhecidos. As CE vasculares com fenótipos associados à senescência estão presentes em lesões ateroscleróticas humanas, e a senescência da CE induzida por encurtamento de telomere pode contribuir para a aterosclerose (Minamino et al., 2002).

Outro alvo vulnerável de mROS é o mtDNA, devido à proximidade ETC e à falta relativa de mecanismos de reparação de mtDNA. Danos crescentes de DMmD em seres humanos em ateroscópio humano - Amostras rocosas em comparação com doadores de transplante com idade correspondente. Nos camundongos ApoE - / - propensos à aterosclerose e nas especificações arteriais humanas, a extensão da aterosclerose correlaciona-se com o dano do mtDNA (Ballinger et al., 2002). Uma vez que as mutações mitocondriais podem levar à produção de mais ROS, ela pode iniciar um ciclo de feedback positivo. A falha no reparo do DNA gera defeitos na proliferação celular, apoptose e disfunção mitocondrial, o que, por sua vez, leva a cetose, hiperlipidemia e aumento do armazenamento de gordura, favorecendo a aterosclerose e a síndrome metabólica. Além disso, isso também pode implicar a possibilidade de que as mutações de dano de mtDNA herdadas possam até iniciar dano vascular e aumentar o risco de aterosclerose (Nomiyama et al., 2004; Abu-Amero e Bosley, 2006; Sobenin et al., 2012a, b, 2013). Um relatório recente mostrou que o dano de mtDNA pode promover a aterosclerose independentemente de ROS através de efeitos sobre células musculares lisas e monócitos e correlaciona-se com placas de maior risco em humanos (Yu et al., 2013). No entanto, a relação entre aterosclerose e mutações mitocondriais nas ECs permanece evasiva.

Fatores que modulam a produção endotelial mROS sãoEvidenciou participar da aterosclerose. Um desses exames é a proteína adaptadora, p66Shc. O fato de que a expressão de p66Shc pode ser relevante na função cardiovascular é evidente a partir das observações de que os ratinhos knockout p66Shc são protegidos contra a disfunção endotelial dependente de ROS, relacionada à idade (Francia et al., 2004), induzida por hiperglicemia Disfunção endotelial (Zhou et al., 2011b), bem como induzidas por alto teor de gordura aterosclerose (Napoli et al., 2003; Martin-Padura et al., 2008). A função de p66Shc é regulada pelo SIRT1 no nível da cromatina (Zhou et al., 2011b). O trabalho anterior em nosso laboratório mostrou que os camundongos transgenicos SIRT1 específicos do endotélio exibem lesões ateroscleróticas menores, o que pode ser parcialmente atribuído à ROS local reduzida nas lesões (Zhang et al., 2008). Este efeito pode ser, pelo menos, parcialmente contribuído pelos efeitos do SIRT1 nas

mitocôndrias endoteliais, porque o resveratrol, um ativador da natureza do SIRT1, pode atenuar o estresse oxidativo mitocondrial nas EC coronárias (Ungvari et al., 2009). Além disso, a expressão endotelial específica da tiorredoxina mitocondrial 2 melhora a função das células endoteliais e reduz as lesões ateroscleróticas. Os ratinhos Thioredoxin-2 TG aumentaram os antioxidantes totais, reduziram o estresse oxidativo e aumentaram os níveis de NO no soro em comparação com os seus colegas de controle. De forma consistente, as aortas de ratos Thioredoxin-2 TG mostram vasoconstricção reduzida e vasodilatação aumentada (Zhang et al., 2007). A pesquisa atual se concentra principalmente no processo de oxidação-redução mediado por mitocôndrias. Outros papéis de mitochon-dria na função endotelial mediante na aterosclerose permanecem indescritíveis. Nosso entendimento atual indica que a aterosclerose é uma doença metabólica e o mentalismo das células endoteliais é importante para sua função na artéria. No entanto, desconhece-se se a alteração mediada por mitocôndrias no metabolismo na EC participa diretamente na aterosclerose.

 

DISFUNÇÃO VASCULAR DIABÉTICA

 

Diabetes mellitus está associado a um risco aumentado de doença cardiovascular, mesmo na presença de controle glicêmico intensivo. As CE vasculares são um importante alvo de danos hiperglicémicos. A disfunção mitocondrial desempenha um papel central na disfunção endotelial no diabetes mellitus tipo II (Kizhakekuttu et al., 2012). Nos pacientes com diabetes tipo II, a função mitocondrial é prejudicada, o que é evidente a partir do menor consumo de O2 mitocondrial, ψm, velocidade de rotação das células polimorfonucleares e relação GSH / GSSG e maior produção de mROS e fluxo de rolamento (Hernandez-Mijares et al., 2013).

O aumento induzido pela hiperglicemia na produção de ROS pelo ETC mitocondrial na EC tem sido implicado em dano vascular mediado pela glicose (Nishikawa et al., 2000; Brownlee, 2001; Du et al., 2003). A ativação da AMPK reduz a produção de mROS induzida por hiperglicemia e promove a biogênese mito-condrial em HUVECs (Kukidome et al., 2006). Tanto nas ECs maduras como nas EPCs, a ativação de AMPK por seus agonistas suprime a geração de ROS induzida por glicose elevada, promovendo a biogênese mitocondrial (Kukidome et al., 2006), inibindo a atividade da NADPH oxidase (Ceolotto et al., 2007) e induzindo A expressão da UCP2 mitocondrial (Xie et al., 2008) e MnSOD (Wang et al., 2011b). A ativação seletiva do endotélio da AMPK previne o comprometimento induzido pela diabetes mellitus na função vascular e na reendotelização (Li et al., 2012). A este respeito, o ativador AMPK, como a metformina, poderia servir de medicamento candidato para melhorar a mitocôndria e a posterior função endotelial. Curiosamente, um relatório recente mostrou que o mROS melhora a ativação de AMPK no endotélio de pacientes com doença arterial coronariana e diabetes (Mackenzie et al., 2013). Esse achado pode implicar que a glicose alta induz disfunção endotelial por upregulating mROS, que por sua vez leva à ativação da AMPK. Esta via de feedback pode ser um padrão conservado para que o corpo se proteja. A hiperglicemia inibe a função de eliminação de ROS por tioredoxina através da indução da proteína que interage a tiorredoxina (Txnip), que interage com a tiorrecoxina e serve como um inibidor endógeno (Schulze et al., 2004; Li et al., 2009). A superexpressão de Txnip aumenta o estresse oxidativo, enquanto que o silenciamento de genes Txnip restaura a atividade de tioredoxina em hiperglicemia (Schulze et al., 2004). Além disso, o Txnip induz inflamação através da modificação da cromatina na CE capilar residual em condições diabéticas (Perrone et al., 2009). Importantemente, os animais diabéticos exibem uma expressão vascular aumentada de Txnip e atividade de tiorretoxina reduzida, que se normaliza com o tratamento com insulina (Schulze et al., 2004). As mitocôndrias também contribuem para a apoptose da CE induzida por hiperglicemia. Além da superprodução de mROS, outras vias têm papéis essenciais neste processo. A despolarização das mitocôndrias tem sido implicada na apoptose induzida por hiperglicemia de CE aórtica humana. A apoptose em CE aórtica humana induzida por hiperglicemia envolve a despolarização mitocondrial e a superprodução de mROS, o que é impedido pela N-acetil-L-cisteína antioxidante (Recchioni et al., 2002). ROCK1 é um potente regulador da dinâmica mitocondrial na nefropatia diabética e Drp1 é um substrato direto para ROCK1. Em condições hiperglicêmicas, o ROCK1 fosforila a Drp1 e leva à fisção mitocondrial, a produção de mROS e posterior liberação do citocromo c (Wang et al., 2012). Nas EC retinianas, a alta conexões mitocondriais de baixo nível de glicose 43, que conduz à alteração da forma das mitocôndrias e à libertação do citocromo c (Trudeau et al., 2012). A fragmentação mitocondrial induzida por hiperglicemia com aumento concomitante na heterogeneidade ψm, redução do consumo de

oxigênio e liberação do citocromo c pode estar subjacente à apoptose da EC retiniana, como observado na retinopatia diabética (Trudeau et al., 2010). O poro da transição da permeabilidade mitocondrial (mPTP) é um canal sensível ao estresse oxidativo envolvido na morte celular. A concentração elevada de glicose leva a um estresse oxidativo que favorece a abertura da mPTP e a morte celular subsequente em vários tipos de células endoteliais e a metformina impede esta morte celular relacionada à abertura do mPTP (Detaille et al., 2005). Durante muito tempo, desconhece-se por que o dano vascular ainda ocorre em pacientes com diabetes, mesmo na presença de controle glicêmico intensivo. A memória hiperglicêmica pode explicar por que o controle intensivo da glicose não conseguiu melhorar os resultados

cardiovasculares em pacientes com diabetes. De fato, a hiperglicemia promove a disfunção vascular mesmo após a normalização da glicose. As observações acumuladas suportam o conceito de que o estresse hiperglicêmico orientado a ROS é lembrado na vasculatura. A proteína adaptadora mitocondrial p66Shc participa criticamente na memória hiperglicêmica nas CE vasculares. Nas EC aórticas humanas expostas a altas glicose e aorta de camundongos diabéticos, a ativação de p66Shc pela proteína quinase C β II (PKCβII) persiste após o retorno à

normoglicemia. A persistência da regulação positiva da p66Shc e a translocação mitocondrial estão associadas à produção contínua de ROS, redução da biodisponibilidade de NO e apoptose. O silenciamento de genes in vitro e in vivo de p66Shc, realizado no momento da normalização da glicose, desencadeia a produção de ROS, restaura a vasorelaxação dependente do endotélio e atenua a apoptose limitando a libertação de citocromo c, atividade de caspase 3 e clivagem de PARP (Paneni et al., 2012). Nosso estudo anterior mostrou que o SIRT1 inibiu a alta regulação p66Shc induzida por glicose nas HUVECs. Além disso, em comparação com ratinhos diabéticos de tipo selvagem induzidos por estreptozotocina, os ratinhos diabéticos transgênicos SIRT1 específicos do endotélio apresentaram diminuição da expressão de p66Shc, melhora da função endotelial e redução da acumulação de nitrotirosina e 8-OHdG (Zhou et al., 2011b). Esse achado implica que SIRT1 pode ser um importante regulador da memória hiperglicêmica. A relação entre SIRT1, p66Shc, estresse oxidativo, memória de dano e senescência endotelial foi discutida anteriormente (Chen et al., 2013).

Em conclusão, as mitocôndrias são essenciais para a disfunção endotelial induzida por hiperglicemia. A função mitocôndria neste processo através de pelo menos três caminhos: produção de mROS, apoptose e memória de dano. A hiperglicemia aumenta positivamente a produção de mROS e inibe a atividade do sistema de amortecimento ROS endotelial, o que leva ao dano do mtDNA e outros componentes mitocondriais que são importantes para a função endotelial normal. Além disso, o equilíbrio entre as vias antiapoptóticas e proapoptóticas está quebrado. Portanto, pesquisas atuais investigaram profundamente a participação de mitochon-dria em disfunção endotelial induzida por hiperglicemia.

No entanto, como a disfunção endotelial mediada por mitocôndrias contribui para doenças vasculares secundárias, como a aterosclerose, permanece obscura.

 

HIPERTENSÃO DE ARTERIA PULMONAR

 

A HAP é uma doença vascular ideal para discutir pelo fato de refletir toda a função das mitocôndrias até o momento. A HAP é causada por proliferação excessiva de células vasculares, tais como células musculares lisas e ECs que acabam por obliterar a luz arterial pulmonar e levar a insuficiência ventricular direita e morte prematura. A causa do remodelamento vascular na HAP permanece evasiva e o prognóstico da HAP ainda é fraco. As mitocôndrias anormais nas artérias pulmonares PAH suprimem a apoptose dependente das mitocôndrias e contribuem para o remodelamento vascular. Embora muitas investigações neste campo se concentrem em células musculares lisas, o papel da CE atrai atenções cada vez maiores. Semelhante à aterosclerose, a disfunção da CE e a apoptose parecem ser um evento inicial na PAH. No entanto, os estágios posteriores são caracterizados pela presença de ECs hiperproliferativas e resistentes à apoptose e células de músculo liso. Estas células exibem um perfil metabólico surpreendentemente semelhante ao das células cancerígenas (Dromparis e Michelakis, 2013).Na PAH, a sinalização mitocondrial regula a resposta aguda e crônica da circulação pulmonar à hipoxia e o defeito na oxidação mitocondrial da glicose contribui para a resistência à apoptose e diátese proliferativa. O interruptor oferece várias vantagens para a CE, incluindo: (i) desvio do piruvato para os caminhos anabolizantes; (Ii) supressão da apopto-sis por ψm hiperpolarizado; (Iii) inibição dos canais de Kv devido à diminuição do mROS, aumento do Ca2 + citosólico, que por sua vez, ativa o fator nuclear do fator de transcrição hiperproliferativo das células T ativadas (NFAT), cuja ativação causa baixa regulação dos canais Kv e regulação positiva das enzimas glicolíticas; e (Iv) ativação do HIF1, que aumenta a expressão da piruvato-desidrogênase e cinase (PDK), sustentando a supressão mitocondrial em outro loop de reforço feedback (Dromparis e Michelakis, 2013). Por exemplo, a lactato desidrogenase A converte o piruvato em lactato necessário para manter o fluxo rápido através da glicólise. As células endoteliais microvasculares pulmonares (PMVEC) utilizam glicólise aeróbica para sustentar suas taxas de crescimento rápido, que é dependente da lactato desidrogenase A (Parra-Bonilla et al., 2010).

O papel primário das mitocôndrias nas CE vasculares pode não ser a produção de ATP, mas, sob o controle do NO, para atuar como organelas de sinalização usando oxigênio de espécies derivadas de oxigênio como moléculas de sinalização. Com uma baixa concentração de oxigênio, o NO endógeno desempenha um papel fundamental na prevenção da acumulação e estabilidade do HIF1α. Em concentrações mais elevadas de oxigênio, NÃO facilita a produção de mROS (Quintero et al., 2006). O consumo de oxigênio das células PAH diminui, especialmente na respiração de estado 3 com sub-strates de glutamato-malato ou succinato, e esta diminuição paralelos de redução na atividade IV complexa e síntese de NO celular de PAH. As EC da artéria pulmonar da PAH diminuíram a atividade da dehy-drogenesa mitocondrial e diminuíram os números mitocondriais por conteúdo de células e mtDNA, todos os quais aumentam após a exposição a doadores de NO (Xu et al., 2007). Alterações de NO e MnSOD contribuem para a expressão patológica HIF-1α e representam menor número de mitocôndrias em PAH-EC (Fijalkowska et al., 2010). A dimetilarginina assimétrica (ADMA) é um inibidor competitivo endógeno de NOS. Os níveis elevados de ADMA são observados em um número de condições que afetam o sistema cardiovascular. Recentemente, a ADMA mostrou-se aumentar nos cordeiros Shunt secundários a uma diminuição da atividade de dimetilarginina hidrolases (DDAH) e que ADMA aumenta a nitração de proteínas mitocondriais em células endoteliais arteriais pulmonares de cordeiro cultivada (PAEC) (Sud et al., 2008; Sun et Al., 2011). O tratamento de cordeiros Shunt com L-arginina evita a redistribuição mitocondrial mediada por ADMA de eNOS, a inibição mediada por nitração do CrAT e mantém a homeostase da carnitina. Em troca, as concentrações de ATP e eNOS / proteína de choque térmico 90 são preservadas, o que diminui o desacoplamento de NOS e aumenta a geração de NO (Sun et al., 2013b). Em conjunto, as mitocôndrias endoteliais participam da HAP através de duas formas principais: glicólise aeróbica para fornecer substratos para o crescimento celular e para melhorar o sistema ROS para promover a proliferação celular e inibir a apoptose celular. No entanto, os estudos atuais se concentram principalmente no papel das células musculares lisas na HAP; Além disso, são necessárias investigações experimentais para estimar o papel da regulação mitocondrial da disfunção endotelial nesta doença.

 

HIPERTENSÃO

 

A hipertensão é uma condição associada ao estresse oxidativo, disfunção endotelial e aumento da resistência vascular, representando provavelmente uma causa e uma conseqüência de níveis elevados de espécies de ROS e nitrogênio. A disfunção mitocondrial, que antecede a disfunção endotelial, pode favorecer o desenvolvimento da hipertensão arterial. Estudos genéticos têm implicado o papel da mitocôndria na hipertensão. Os polimorfismos Gly482Ser no PGC-1α, um fator que controla a biogene-sis das mitocôndrias, estão associados à pressão

arterial e à hipertensão entre homens austríacos e indivíduos brancos (Oberkofler et al., 2003; Cheurfa et al., 2004; Andersen et al., 2005). Um estudo realizado na população coreana correlaciona os polimorfismos dependentes da idade em O gene de modelagem das mitocôndrias, OPA1, com pressão arterial e hipertensão (Jin et al., 2011). A disfunção mitocondrial causada pela mutação mitocondrial tRNAlle 4263A> G está envolvida na hipertensão essencial (Wang et al., 2011a). Em situações de perturbação metabólica, o aumento da geração de mROS pode desencadear a disfunção da CE, possivelmente contribuindo para o desenvolvimento da hipertensão (Puddu et al., 2008). Thioredoxin 2, uma enzima antioxidante específica das mitocôndrias, pode atenuar a hipertensão induzida por Ang-II (Widder et al., 2009). Nox2 contribui para a produção de mROS e disfunção da CE (Nazarewicz et al., 2013). A depleção de Nox2 em ratinhos knockout gp91phox inibe o celular e o mROS induzidos por Ang-II e atenua a hipertensão (Dikalov et al., 2014). Ang-II induz a produção endotelial mROS. Sobreexpressão, o MnSOD mitocondrial eleva o super-ideológico celular basal e estimulado por Ang-II. Além disso, camundongos transgênicos que sobre-expressam mitochondria MnSOD atenuam a hipertensão induzida por Ang-II (Dikalova et al., 2010).

 

Em comparação com os estudos sobre aterosclerose, diabetes e PAH, muito menos trabalho foi realizado na hipertensão, e esses estudos focam principalmente o mROS. É interessante investigar outros papéis das mitocôndrias na hipertensão. Por exemplo, o eNOS é importante para a função das células endoteliais e o eNOS é observado na hipertensão de modelos animais. Se a mitocôndria participar deste processo permanece desconhecida.

 

MITOCHONDRIA TARGETING INTERVENTION

 

Os fatores de risco induzem a disfunção mitocondrial na CE, o que contribui para a patogênese de várias doenças vasculares. Essas descobertas sugerem que as intervenções que restauram a função mitocondrial ou a "reeducação" das mitocôndrias podem ser protetoras na disfunção endotelial e nas doenças vasculares relacionadas. Aqui discutimos antioxidantes dirigidos pelas mitocôndrias e intervenções que melhoram as funções das mitocôndrias.

 

ANTIOXIDANTES DIRIGIDOS EM MITOCHONDRIA

 

Os ROS derivados de mitocôndria são importantes para a sinalização e a disfunção da CE no sistema vascular, uma estratégia que regule ROS para níveis físicos provavelmente será efetiva. Embora os ensaios clínicos de antioxidantes não-alvo (como vitaminas A ou E, selênio ou β-caroteno) não tenham demonstrado funcionar bem, os antioxidantes direcionados às mitocôndrias podem oferecer uma eficácia melhorada. Como a mito-chondria são as organelas mais carregadas negativamente. As moléculas positivamente carregadas têm uma captação preferencial nas mitocôndrias e atingem concentrações mitocondriais até 1000 vezes maiores do que no citoplasma. Portanto, uma estratégia para atingir mROS é vincular compostos antioxidantes com um catião lipofílico, como o trifenilfosfônio (TPP) (Dai et al., 2012; Smith et al., 2012).

Vários desses agentes foram projetados.

 

A mitoquinona (mitoQ) é reduzida ao ubiquinol na matriz mitocondrial. Os investigadores melhoram a função mitocondrial de forma seletiva, ligando mitoQ a TPP através de uma longa cadeia de alquilo lipofílico (James et al., 2005). A administração do mitoQ antioxidante direcionado às mitocôndrias protege contra o desenvolvimento da hipertensão, melhora a função endotelial e reduz a hipertrofia cardíaca em ratos jovens com hipertensão espontânea com risco de acidente vascular cerebral (Graham et al., 2009). Além disso, O mitoQ demonstrou prevenir a nefropatia diabética e a disfunção car-diac (Chacko et al., 2010; Vergeade et al., 2010). O MitoQ tem sido usado para atingir mROS em muitas doenças não-vasculares em animais e mesmo em testes clínicos em fase inicial (Smith e Murphy, 2010). Um trabalho recente demonstrou que o tratamento com mitoQ reduziu o conteúdo de macrófagos e a proliferação celular em placas de aterosclerose (Mercer et al., 2012). Uma estratégia semelhante foi realizada para fornecer α-tocoferol ou mitochondria-targeting TEMPOL (mitoTEMPO) para mito-chondria.

O  tratamento com mitoTEMPO atenua a hipertensão quando administrado no início da infusão de Ang-II e diminui a pressão sanguínea em 30 mm Hg

após o estabelecimento da hipertensão de sal induzida por Ang-II e DOCA, enquanto que uma dose similar de TEMPO não-alvo não foi efetiva. In vivo, mitoTEMPO diminui o O2 vascular, aumenta a produção vascular de NO e melhora o relaxamento dependente do endotélio. Curiosamente, ratos trans-genéricos que sobre-expressam MnSOD mostram hipertensão induzida Ang-II atenuada e estresse oxidativo vascular semelhante a camundongos tratados com mitoTEMPO (Dikalova et al., 2010). Outro mimetismo de MnSOD é a porfirina de Mn (III) tetrakis (ácido 4-benzóico) de metaloporfirina (MnTBAP). A administração de MnTBAP investe o fenótipo de HAP hiperproliferativo in vitro e in vivo (Archer et al.,

2010).

 

Alguns antioxidantes, que podem não ser projetados para atingir mito-chondria, demonstram melhorar a função das mitocôndrias de forma significativa. Um desses exemplos é a vitamina D, que tem sido conhecida por ser importante em muitas funções celulares de vários tecidos e órgãos diferentes do osso. Os receptores de vitamina D foram encontrados em todos os principais tipos de células cardiovasculares, incluindo cardiomiócitos, células da parede arterial e células imunes (Norman e Powell, 2014). A vitamina D sozinha ou em combinação com ZK191784 é capaz de prevenir a perda de potencial mitocondrial e a conseqüente liberação de citocromo c e ativação de caspase em HUVEC passando por estresse oxidativo (Uberti et al., 2013). Além disso, a vitamina D é um regulador de eNOS e rigidez arterial em camundongos

(Andrukhova et al., 2013). A insuficiência de vitamina D está associada ao esgotamento de células progenitoras endotélias circulantes e disfunção endotelial em pacientes com diabetes tipo 2 (Yiu et al., 2011). Uma única dose grande de vitamina D oral melhora a função endotelial em pacientes com diabetes tipo 2 (Sugden et al., 2008). No entanto, o papel da suplementação de vitamina D no manejo da doença cardiovascular continua a ser estabelecido.

 

RESTRIÇÃO CALORICA E MIMETICA

 

A restrição calórica (CR) é um regime alimentar que oferece benfeitos melhorando a função das mitocôndrias e o controle de quantidade. CR diminui mROS no complexo I e reduz o dano oxidativo ao mtDNA no coração do rato (Gredilla et al., 2001). Em modelos animais e pacientes

humanos, o CR aumenta a biogênese mitocondrial e a eficiência bioenergética (Nisoli et al., 2005; López-Lluch et al., 2006; Civitarese et al., 2007). O CR foi relatado pela primeira vez para baixar a pressão arterial no rato espontaneamente hipertenso há 35 anos (Young et al., 1978). Um trabalho recente mostrou que o CR melhora a hipertrofia dos cardiomiócitos induzidos por Ang-II, a inflamação vascular em parte através do perfil proteômico das mitocôndrias reprogramadas em ratos (Finckenberg et al.,2012). Além disso, o CR reduz a aterosclerose e o estresse oxidativo na aorta de camundongos ApoE - / - (Guo et al., 2002). Importantemente, CR pode reduzir significativamente o aparecimento de doenças cardiovasculares em macacos (Colman et al., 2009). No CR humana, a longo prazo é altamente eficaz na redução do risco de aterosclerose e hipertensão (Fontana et al., 2004). O CR sozinho e com o exercício reduz o risco de DCV em indivíduos saudáveis ​​não obesos (Lefevre et al., 2009). A CR é mostrada para regular vários orquestradores centrais no metabolismo, incluindo AMPK, SIRT1 e alvo de mamífero da rapamicina (mTOR), bem como fatores de crescimento semelhantes a insulina (Fontana et al., 2010). Os ativadores / inibidores dessas proteínas são demonstrados como imitadores de RC e medeiam a função mitocôndria.

 

O Resveratrol é um ativador da AMPK e SIRT1. O tratamento de ratos com resveratrol aumenta a expressão de eNOS, diminui o estresse oxidativo e melhora a função endotelial em pequenas artérias pulmonares. O resveratrol previne PAH induzida por monocrotalina em ratos (Csiszar et al., 2009). Além disso, o resveratrol supõe a aterosclerose em coelhos hipercolesterolêmicos sem afetar os níveis lipídicos plasmáticos (Wang et al., 2005). A metformina, que ativa o AMPK, mostrou inibir a apoptose de células de endotélio de mPTP e prevenir a disfunção endotelial em modelos experimentais (Schulz et al., 2008) e estimular o reparo microvascular em lesão pulmonar aguda (Jian et al., 2013). As tiazolidinedionas, incluindo a pioglitazona, foram notificadas para ativar PGC1-α, um fator a jusante de AMPK e SIRT1, e melhoram a biogênese mitocondrial em CE (Fujisawa et al., 2009). A rapamicina, o inibidor do mTOR, é evidenciada para atenuar a aterosclerose (Waksman et al., 2003), hipertensão e PAH (Morales et al., 2001; Nishimura et al., 2001). Em conjunto, as evidências acumuladas demonstram que antioxidantes dirigidos contra mitocôndrias, CR e seus mimeticos podem reduzir as doenças vasculares. No entanto, o que devemos notar aqui é que, embora essas intervenções possam melhorar a função da CE, serão solicitadas mais evidências para verificar os papéis essenciais das mitocôndrias endoteliais nesses processos, embora abordagens genéticas com transgene endotelial específico ou knockout de genes de mitocôndrias tenham fornecido Forte evidência de que as mitocôndrias endoteliais estão envolvidas em doenças vasculares. Portanto, as mitocôndrias endoteliais podem atuar como um alvo terapêutico promissor para melhorar a função endotelial e prevenir doenças vasculares.

 

OBSERVAÇÕES FINAIS

 

O conteúdo de mitocôndrias na CE é relativamente baixo em comparação com aqueles com demanda de alta energia. CE obtém uma grande proporção de energia do metabolismo anaeróbio glicolítico da glicose. Esses fatos que implicam as mitocôndrias na CE são improváveis ​​de atuar como uma fábrica de energia, mas, sentem o ambiente local que a EC enfrenta e orquestra a hemostasia e a função celular. Os sinais de risco ambientais persistentes podem prejudicar as mitocôndrias, que por sua vez produzem ROS excessivos e aceleram a senescência CE, a morte e a disfunção. A CE serve como a primeira barreira do sistema vascular, a disfunção da célula endotelial é considerada a base patho-lógica de várias doenças vasculares incluindo aterosclerose, disfunção vascular diabética, PAH e hipertensão arterial. Resgatando

Função mitocondrial, ou "reeducar" a mito-chondria danificada, foi demonstrada como possíveis intervenções para melhorar as condições vasculares tanto em modelos animais como em pacientes humanos. No entanto, várias questões interessantes estão no ar neste campo. A primeira questão é a comunicação mitocôndria-núcleo. Evidências de acumulação implicaram que as mitocôndrias podem enviar sinais para o núcleo, regulando os eventos no núcleo. Mais importante ainda, é interessante ver se o sinal das mitocôndrias influencia as observações epigenéticas no núcleo. A acetilação e a metilação das caudas de histonas são processos dinâmicos regidos por histona de / acetiltransferases, metiltransferases ou desmetilases. Co-fatores, incluindo flavina adenina dinucleótido (FAD), acetil-CoA e α-cetoglutarato (α-KG), estão associados aos processos de de / metilação ativa ou de / acetilação (Minocherhomji et al., 2012). Tanto o FAD como o a-KG são conhecidos por serem sintetizados em mitocôndrias de mamíferos. A este respeito, as mitocôndrias são criticamente importantes para a modificação epigenética no núcleo. Os níveis alterados desses co-fatores devido à deficiência / disfunção mitocondrial podem ter efeitos significativos na regulação do genoma nuclear e na função endotelial subseqüente. Além disso, a depleção de mtDNA resulta em mudanças significativas no padrão de metilação de vários genes (Smiraglia et al., 2008). A CE vascular é submetida a senescência, apoptose e mitófagos em condições de doença. Todos esses processos são regulados pelo menos em parte pelas mitocôndrias. Portanto, a segunda pergunta é se as mitocôndrias servem como moduladores fundamentais desses pro-pess, assim como orquestrando uma peça de som. Finalmente, no que se refere às abordagens direcionadas às mitocôndrias, os estudos atuais estão focados nos antioxidantes. Permanecem

grande parte desconhecido o papel dos metabolitos desregulados das mitocôndrias no dano das mitocôndrias e disfunção das células endoteliais. Se eles são importantes, eles podem servir como potenciais alvos para "reeducar" as mitocôndrias na CE, e posteriormente servir como alvos candidatos para terapia de doenças vasculares.