7. Aperfeiçoando os incineradores biológicos

7

 

Aperfeiçoando os incineradores

biológicos

 

Exatamente como nossas casas, as células geram lixo como uma

consequência inevitável de seu funcionamento normal. Também como

nossas casas, elas são capazes de eliminar a maior parte de seus resíduos —

apesar de reciclarem uma tal proporção deles que a casa mais ecológica do

mundo passaria vergonha. Porém, as células não conseguem reciclar

completamente todo o lixo que geram, e a parte que não é destruída se

acumula, acabando por prejudicar a célula em algum momento. Alguns

anos atrás, concebi uma nova abordagem para se lidar com este problema

que exemplifica, talvez melhor do que qualquer outra contribuição minha

nesta área, o valor da ampla interdisciplinaridade do conhecimento que é

tão rara na biologia hoje em dia.

 

Mary Shelley* não poderia imaginar uma cena melhor  — pensei, ao afundar minha espátula na relva suja do cemitério.

Uma análise rápida da vista do parque Coldham's Common inicialmente daria a impressão de que é um pequeno campo desinteressante e um pouco monótono no coração da Inglaterra. Mas saber a sua história transforma a percepção do local, abrindo os olhos da mente para que vejam um trecho quase selvagem, sombrio e fustigado pelo vento, como saído de um conto de terror gótico, no meio de uma planície delimitada por campos de futebol e estacionamentos, cortada ao meio por uma linha de trem. Embora às vezes seja usado para eventos públicos ou pastoreio de gado, o local passa a maior parte do ano solitário e abandonado, com sua única razão para fama vinda de sua associação com mortes em massa.

No final do século XVII, a Grande Praga passou sua foice pela Inglaterra. Quando seus dedos gelados se arrastaram até Cambridge, a praga tomou a vida de um terço a metade dos moradores — incluindo 16 dos 40 professores da Universidade — e fez o jovem Isaac Newton fugir para tentar sobreviver. Quando ela passou, os sobreviventes rapidamente despejaram anonimamente embaixo do solo não sagrado deste pequeno campo a maior parte das vítimas da praga. Mesmo antes de se tornar um túmulo coletivo, a área já era associada a infecção e morte: sua marca histórica mais antiga são as ruínas do Hospital de Leprosos de Cambridge do século XII. Para completar o clichê, na maioria dos dias do ano, Coldham's Common está comprovadamente vários graus mais frio do que as ruas empedradas a sua volta.

A cena, então, estava completa: eu, o "cientista maluco" (completamente caracterizado com uma longa barba e a pele pálida pouco tocada pelo sol), cercado pelos castelos e catedrais de estilo gótico de Cambridge da era do Iluminismo, tinha pulado várias cercas com furtividade irracional para entrar no último local de descanso dos restos mortais de incontáveis vidas, e estava agora cavando o solo de um túmulo coletivo, em uma busca intensa pelos segredos da Vida e da Morte.

Toma essa, Victor Frankenstein!

Devo confessar que o relato acima possui uma pequena quantidade de licença poética: a pessoa que realizou a tarefa acima não fui eu, mas uma estudante de pós-graduação do meu departamento da Universidade de Cambridge, e na verdade ela colheu a amostra de solo do parque Midsummer Common, não do parque vizinho Coldham's Common. Mas isso é só um detalhe. Para entender o que ela estava fazendo lá, vamos desviar o foco do cemitério para o depósito de lixo.

 

Os resíduos da sua vida Seja jogando coisas na lixeira sem pensar muito sobre isso, seja cuidadosamente lavando e separando os materiais recicláveis, nós no mundo desenvolvido geramos uma quantidade enorme de resíduos todos os dias. Quando decidimos que não precisamos mais de algo, ou que alguma coisa está danificada ou estragada demais para que valha a pena consertar, simplesmente a jogamos em uma sacola ou cesto e colocamos o lixo fora de casa para ser coletado, confiando em que os heróis — não reconhecidos, aliás — do departamento de limpeza urbana irão levá-lo embora e poderemos esquecer dele. Graças a uma eficiente infraestrutura de descarte de resíduos, um volume verdadeiramente impressionante de resíduos pode passar por nossas casas, locais de trabalho e ruas, e ainda assim esses lugares continuarem limpos, sem cheiros ruins e higiênicos.

Não foi sempre assim, é claro. Durante a maior parte da história da civilização, as ruas de nossas cidades eram literalmente esgotos, nos quais os cidadãos lançavam seu lixo e dejetos diretamente de suas janelas sem ligar para o que — ou mesmo quem — estava embaixo. A maioria de nós não consegue verdadeiramente imaginar quão imundas, fétidas e perigosas eram as cidades até muito recentemente. O preço de se viver em um ambiente tão tóxico pode ser observado na disparidade da expectativa de vida de pessoas vivendo em diferentes ambientes na Inglaterra do século XVII. Um inglês tipicamente viveria entre 30 e 40 anos se morasse no campo, mas se ele morasse em Londres, poderia-se esperar que vivesse somente de 21 a 34 anos.

Qualquer um que tenha vivido em uma cidade grande durante uma greve de recolhimento de lixo como a que quase paralisou Londres em 1976 entende quão vital é ter um sistema de recolhimento de lixo para a saúde e o andamento normal da vida diária. Em um prazo surpreendentemente curto, o lixo pode literalmente ser empilhado em montes precários de 3 metros de altura que desmoronam com o vento ou quando novos sacos são adicionados às suas toscas estruturas. E as montanhas de lixo não são somente feias: além do cheiro, o lixo atrai vermes, e com eles, doenças — especialmente quando o conteúdo dos sacos de lixo começa a se derramar nas ruas por causa dos ataques de animais, pela ação do clima, ou pela putrefação e liquefação de seu conteúdo. As calçadas ficam cada vez menos transitáveis, e até o tráfego na rua pode ser obstruído. As pessoas têm menos vontade de sair de casa ou ir às lojas. Uma greve que durou somente nove dias em 1968 chegou muito perto de acabar com Nova York.

Bem, algo similar ocorre com suas células à medida que elas envelhecem — só que, em certo sentido, é pior. Em vez de uma "interrupção de serviço" temporária, as células ao envelhecerem sofrem uma degeneração progressiva de sua infraestrutura de gestão de resíduos que faria os piores exemplos de deterioração do centro de cidades parecerem modelos de boa higiene.

Dois capítulos atrás, ao discutir o processo pelo qual as mitocôndrias mutantes se "expandem clonalmente" de forma a substituir todas as suas primas saudáveis na célula, apresentei a vocês o lisossomo — uma organela que chamei de "incinerador" celular. Na verdade, "centro de reciclagem" seria uma metáfora mais precisa do que incinerador, porque o trabalho do lisossomo não é destruir completamente os resíduos celulares, mas decompô-los a nível molecular em componentes mais básicos que podem ser usados como matéria-prima para a biossíntese de novas membranas celulares, enzimas e outros componentes importantes do maquinário celular. A metáfora do incinerador tem o objetivo de comunicar o poder extraordinário do lisossomo ao desmembrar a nível molecular os materiais que são jogados nele, assim como a natureza química (lembrem-se de que a queima é uma reação química) de seus métodos para decompor os resíduos em seus componentes fundamentais.

Embora a célula tenha, na verdade, uma variedade de mecanismos para reprocessar os constituintes celulares danificados, seus lisossomos lidam com alguns dos mais desafiadores entre eles, incluindo resíduos que ainda resistem após os outros sistemas de descarte de resíduos da célula terem tentado processá-los sem sucesso. Além disso, quando essas unidades alternativas de descarte de resíduos ficam elas mesmas desgastadas ou danificadas, cabe aos lisossomos decompô-las (frequentemente, junto com seus conteúdos semidigeridos). Este capítulo é sobre a deterioração dos depósitos de lixo aos quais a célula recorre como último recurso, e como poderíamos evitar este processo.

Limpando a bagunça da vida

As células, assim como as casas, estão constantemente produzindo e consumindo bens e gerando resíduos de diferentes tipos durante o processo. Um tipo de resíduo é semelhante a embalagens, canetas descartáveis ou quinquilharias cuja posse já começa a dar vergonha. Já pode ter tido um propósito em algum momento, mas hoje em dia não tem mais nenhum uso e seria melhor descartá-lo. Muitos constituintes celulares são assim; enzimas e moléculas de sinalização são "descartáveis", produzidas para uso temporário, ou até único, em resposta a condições momentâneas dentro ou em volta da célula, e precisam ser degradadas depois de realizarem seu propósito.

Um outro tipo de resíduo é mais como algo para o qual ainda haveria um uso, mas que não pode mais realizar sua função porque está quebrado. Assim como uma peça de porcelana da sua avó pode se transformar em um quebra-cabeça se cair ao chão, ou uma camisa pode ficar impossível de se usar no trabalho se tiver caído vinho tinto nela, os componentes celulares — desde os pequenos (enzimas individuais) até os muito grandes (organelas inteiras, como uma mitocôndria) — podem ficar incapazes de realizar sua função celular vital após sofrerem danos moleculares causados por radicais livres e outros produtos do lado sujo do metabolismo.

Por fim, um terceiro tipo de resíduos são os materiais genuinamente tóxicos. Assim como uma substância útil (por exemplo, queijo cottage) pode se tornar uma ameaça para a sua saúde ao passar por mudanças químicas (como emboloramento), os componentes celulares normais algumas vezes se tornam tóxicos à célula através de modificações em sua estrutura, ou por estarem presentes em excesso. Da mesma forma que ao encontrar o novo ecossistema crescendo no queijo cottage vocês fechariam o recipiente e o jogariam convictamente no lixo, a célula também precisa eliminar ameaças similares ao seu funcionamento.

 

Os detalhes sujos da reciclagem Todos esses resíduos (com exceção, novamente, dos que são destruídos pelo maquinário mais simples) são direcionados aos lisossomos da célula. Os lisossomos, quando em bom funcionamento, garantem que os resíduos sejam corretamente processados, removendo os subprodutos tóxicos do máquinário celular normal, devolvendo para a célula unidades básicas moleculares úteis a partir do "entulho" de componentes decompostos, e abrindo espaço para componentes celulares saudáveis e funcionais.

Mas o que exatamente são esses incineradores celulares? Os lisossomos são organelas delimitadas por membrana repletos de uma variedade de enzimas, cada uma das quais evoluiu de forma a atacar um "ponto fraco" na estrutura química de um resíduo que se acumulará em nossas células e nos matará se não for decomposto. Uma enzima lisossômica primeiro se prende a um resíduo que possui o tipo de estrutura química que ela evolutivamente é direcionada para destruir, e então torce seu formato como um minúsculo pé de cabra molecular, fisicamente quebrando as juntas moleculares do alvo. Isso é geralmente realizado através de um tipo de reação química chamada hidrólise, e por isso essas enzimas são chamadas de hidrolases (hidro- é o prefixo grego para água, como em "hidromassagem").

Os detalhes químicos exatos deste processo não são extremamente importantes para os nossos propósitos, mas vocês devem lembrar-se de um ponto chave. Para decompor um determinado resíduo, o lisossomo deve ter duas coisas: a enzima correta para o trabalho (uma que tenha como alvo uma vulnerabilidade na estrutura do resíduo específico em questão) e acidez suficiente em seu interior para que esta enzima funcione. Este último ponto é necessário porque diferentes níveis de acidez fazem com que enzimas e outras proteínas fiquem com formatos um pouco diferentes, de forma que se a acidez no lisossomo estiver incorreta, a enzima fica "torta" e assim não é mais capaz de fazer seu trabalho, assim como ocorreria com um pé de cabra que tivesse perdido sua curvatura. A acidez também é necessária para o funcionamento de proteínas que, primeiramente, translocam alguns resíduos para dentro do lisossomo, de forma que uma leve neutralização da acidez do lisossomo faz com que o lixo nem sequer possa ser trazido para o centro de reciclagem.

As enzimas lisossômicas, assim como as outras proteínas celulares, são criadas a partir das instruções presentes no DNA nuclear. Elas são então enviadas para o lisossomo, e entram nele por um maquinário muito diferente do complexo TIM/TOM da mitocôndria. Os prótons extras que criam a acidez do lisossomo são ativamente bombeados do corpo principal da célula para dentro do lisossomo por uma bomba que consome energia (ou seja, ATP) localizada em sua membrana (a ATPase vacuolar).

 

Combustão incompleta

Vocês não ficarão surpresos ao saber que coisas ruins acontecem se o corpo não produzir uma hidrolase lisossômica que é necessária para decompor um resíduo produzido em algum tipo de célula — ou se ele produzir uma forma defeituosa da proteína que não realiza seu trabalho adequadamente. Na verdade, esta é precisamente a descrição de um grupo raro mas bem estabelecido de doenças genéticas conhecidas como doenças de depósito lisossômico (DDLs).

Existem cerca de 40 doenças desse tipo, mas felizmente, só uma a cada 7.500 pessoas, aproximadamente, nasce com qualquer uma delas. As vítimas dessas doenças sofrem de algum tipo de falha em seus incineradores lisossômicos. Muitas delas carecem completamente do gene para uma enzima lisossômica, ou têm uma cópia mutante dele, o que resulta em uma versão deformada e inefetiva da hidrolase. Em outros casos, o problema é que uma das proteínas especializadas de transporte na superfície da membrana lisossômica está defeituosa ou ausente, de forma que o lisossomo não consegue trazer o lixo para dentro de si para decompô-lo.

Independentemente de sua origem em um determinado paciente, o resultado dessas mutações é uma doença degenerativa mortal. Os órgãos que uma determinada mutação afeta — e a intensidade em que isso acontece — variam de uma DDL para outra, dependendo de qual enzima ausente ou defeituosa está na raiz do problema. Isso ocorre porque diferentes tipos de células produzem diferentes resíduos a diferentes taxas, e cada resíduo em particular exerce um impacto patológico distinto na célula se não for degradado.

Porém, em todos os casos os pacientes são acometidos por patologias nos principais órgãos. Na doença de Gaucher, o baço incha e desenvolve-se anemia. Quanto à doença de Niemann-Pick, há duas formas hereditárias dela: na versão de progressão rápida (Tipo A), o fígado e o baço aumentam de tamanho e os nervos se degeneram desde o nascimento, com suas vítimas morrendo aos dois ou três anos de idade; na variedade de progressão lenta (Tipo B), os pacientes podem desenvolver nódulos gordurosos amarelos em suas pálpebras, pescoço ou costas, e pode ocorrer o aumento do tamanho do fígado, baço e nódulos linfáticos. E a síndrome de Hurler faz com que o formato facial fique retorcido e ocorram deformações ósseas, além de causar aumento do tamanho do baço e do fígado, rigidez das articulações, turvação dos olhos, demência precoce e perda de audição.

Os mecanismos exatos que ligam a falta de uma eliminação efetiva de resíduos às patologias específicas ainda não foram todos esclarecidos detalhadamente, mas a ideia básica está clara. Os resíduos não degradados se acumulam no lisossomo, fazendo com que este inche e ocupe espaço demais na célula, obstruindo o trânsito de outros materiais no corpo principal da célula. Ao mesmo tempo, os ácidos e enzimas dentro dos lisossomos ficam diluídos, o que inibe tanto sua capacidade de importar quanto de decompor outros resíduos para os quais a célula de fato tem as enzimas necessárias, estabelecendo-se assim um círculo vicioso.

Também há alguns casos em que aparentemente resíduos tóxicos não degradados se acumulam no corpo principal da célula. Isso pode ocorrer porque, para começar, eles nem são introduzidos no lisossomo sobrecarregado, ou senão porque a organela defeituosa começa a vazar ou até mesmo explode, expelindo sua carga tóxica — incluindo os ácidos e enzimas que carrega, que são essenciais para a funcionalidade lisossômica mas potencialmente mortais para o resto da célula.

 

As limitações lisossômicas e os resíduos

mortais Entretanto, além das patologias terríveis de ação precoce que assolam as vítimas dessas doenças genéticas, também sabe-se há bastante tempo que lixo não degradado se acumula nos lisossomos de todos nós ao envelhecermos. Chamada lipofuscina, ou, popularmente, "pigmento da idade", essa gosma nociva que se acumula é uma mistura de materiais lipídicos e proteicos derivados de membranas, metais reativos como ferro e cobre e uma variedade de outras moléculas orgânicas. É fácil vê-la no microscópio porque tem um brilho vermelho quando é exposta a luz de um comprimento de onda específico.

A lipofuscina, então, como afirmado acima, não é um composto único específico, mas um termo genérico para a mistura de resíduos resistentes que se recusam a ser decompostos após terem sido enviados ao lisossomo para degradação — materiais quimicamente tão complexos que o conjunto normal de enzimas lisossômicas simplesmente não consegue lidar com eles. Uma série de danos causados por radicais livres e glicação (a adesão aleatória de diferentes "ramos" das proteínas de um material devido à reação com os açúcares presentes no sangue e nas células) torce as estruturas desses resíduos sobre si mesmas como um origâmi molecular distorcido, enterrando os pontos vulneráveis dentro de suas estruturas de forma que as hidrolases lisossômicas não conseguem acessá-los para

decompô-los.1 Como resultado, esses materiais não são degradados adequadamente — e como os lisossomos são, na maioria dos casos, incapazes de exportá-los para fora da célula, esses materiais simplesmente se acumulam, ocupando cada vez mais espaço nos lisossomos de células de vida longa, como as do coração e do cérebro.

A lipofuscina foi primeiramente identificada no século XIX e amplamente ignorada pela biomedicina até se tornar um tema bastante abordado — e controverso — da biogerontologia nos anos 1970. Naquela época, parecia simplesmente óbvio para muitos pesquisadores que a lipofuscina devia nos fazer mal: ela lentamente preenche nossas células (tomando até 10% do espaço total em células do músculo cardíaco de primatas idosos, por exemplo), e o avanço de seu acúmulo acompanha a disfunção celular observada em animais à medida que envelhecem (incluindo pessoas). De fato, descobriu-se que a velocidade com a qual a lipofuscina se acumula no coração de uma determinada espécie é proporcional a sua velocidade de envelhecimento, de forma que macacos adolescentes, de meia-idade e velhos de duas espécies diferentes, com idades cronológicas muito distintas mas em estágios similares de seus ciclos de vida, têm aproximadamente o mesmo nível de lipofuscina entupindo suas células. Muitos pesquisadores propuseram uma hipótese similar àquela para as DDLs que explicaria os mecanismos pelos quais a lipofuscina contribui para o envelhecimento, envolvendo defeitos lisossômicos, acúmulo de resíduos, interferência no tráfego celular, e a liberação de enzimas tóxicas e acidez de lisossomos rompidos.

Porém, essa ideia era controversa. Muitos cientistas acreditavam que a lipofuscina era benigna, em parte justamente porque ela era tão difícil de degradar: com os pontos reativos de suas estruturas já englobados e unidos por causa dos danos anteriores causados por radicais livres e glicação, a lipofuscina é quimicamente muito inerte, e assim ela não interage com biomoléculas essenciais da mesma forma que radicais livres ou outras substâncias químicas interagem. Além disso, a aceleração da acumulação de lipofuscina em animais em experimentos ao negar-lhes as quantidades que seriam adequadas de vitamina E não levou ao encurtamento de suas vidas, como se esperaria de qualquer manipulação que intensificasse uma real causa do envelhecimento.

Esses resultados, porém, foram intensamente contestados por outros especialistas da área, pois não estava claro que o material cujo acúmulo foi intensificado pela deficiência de vitamina E era de fato lipofuscina. Muito daquilo que recebe esse nome na literatura científica mais antiga refere-se, na verdade, a outras substâncias relacionadas (frequentemente chamadas de ceroide) que possuem muitas das propriedades da lipofuscina mas que são muito mais fáceis de serem degradadas pela célula. Parecia provável que a deficiência de vitamina E estivesse aumentando a produção deste material relativamente manejável, enquanto que os níveis de lipofuscina "real" não

estariam sendo afetados.2 Além disso, embora o acúmulo de ceroide estivesse associado a diversas doenças (nas quais substâncias normalmente degradáveis não são degradadas — algo como DDLs não genéticas), ele não estava claramente relacionado com o envelhecimento "normal".

E assim, o debate continuou. Como muitos casos do tipo nos primeiros tempos da biogerontologia, os dados eram ambíguos, as definições eram imprecisas e havia pouca esperança de se chegar a uma resolução clara.

Eu mesmo não tinha me decidido por nenhum dos lados quanto a este assunto até a época em que terminei de escrever o primeiro rascunho da minha tese de doutorado. Porém, isso começou a mudar na primavera de 1998, quando conheci Ulf Brunk, professor catedrático de patologia na Universidade de Linköping (Suécia), na Oxygen Radicals Gordon Conference (Conferência Gordon sobre Radicais de Oxigênio) em Ventura, na Califórnia (EUA). Após ouvir sua apresentação sobre seus resultados mais recentes, comecei a levar mais a sério a lipofuscina quanto a ser um potencial vínculo que conectasse o caos intrincadamente orquestrado do metabolismo com a patologia do envelhecimento.

Brunk tinha feito um trabalho excelente em avaliar o papel da lipofuscina em células cardíacas in vitro — um importante desenvolvimento técnico, especialmente porque, no corpo, células cardíacas nunca se dividem. Quando uma célula se divide, sua carga de lixo celular — incluindo a lipofuscina — é dividida entre as duas células filhas. Cada uma tem agora, em média, metade da quantidade inicial, e isso continua a cada nova geração. Se o lixo só estiver sendo gerado bem lentamente, esse processo de diluição contrabalançará completamente a taxa de criação de lixo novo, e o lixo nunca se acumulará até um nível incontrolável. As células da pele, de rápida replicação, que tinham sido usadas em muitos dos trabalhos anteriores faziam exatamente isso — elas tendiam a diluir a lipofuscina e outros lixos celulares, e assim não conseguiam replicar os efeitos reais do acúmulo lisossômico em células essenciais que não se dividem, como aquelas do coração e do cérebro. Isso há muito havia sido reconhecido, mas tinha-se descoberto que as células cardíacas eram notoriamente difíceis de serem cultivadas em meio de cultura — em grande parte por causa dos altos níveis de oxigênio na atmosfera. Células em cultura, ainda assim, muito frequentemente são cultivadas em condições de ar atmosférico normal, apesar do fato de que o ambiente de nossos corpos contém somente cerca de um sétimo da concentração de oxigênio do ar.

Ao cultivar as mais longevas células cardíacas sob níveis mais fisiológicos de oxigênio, Brunk conseguiu mostrar que o aumento no estresse oxidativo — em outras palavras, um maior nível de danos por radicais livres — aumentava a formação de lipofuscina. Ele também confirmou as suspeitas anteriores em relação a como o acúmulo de lipofuscina poderia afetar a capacidade da célula de reciclar seus componentes usados. Além de tudo isso, ele também conseguiu demonstrar que células cardíacas mais velhas acumulam mitocôndrias danificadas — algo que não fariam se os lisossomos estivessem operando adequadamente, uma vez que o descarte de usinas elétricas celulares defeituosas é uma de suas principais responsabilidades na economia celular.

Com seu colaborador, Alex Terman, Brunk delineou uma teoria do

envelhecimento por "catástrofe de lixo",3 na qual a lipofuscina que vai se acumulando dentro do lisossomo dilui a acidez da organela e o suprimento de enzimas. Neste modelo, a lipofuscina também gasta muito das enzimas que o corpo da célula produz, ao sugá-las sem realizar um uso efetivo delas, desta forma desviando-as dos outros conteúdos lisossômicos ainda funcionais contra os quais poderiam ser usadas de forma efetiva.

À medida que os lisossomos das células acumulam resíduos com os quais não estão equipados para lidar, eles se tornam cada vez menos capazes de decompor os materiais dentro de si. Como resultado, o lixo em questão fica muito mais tempo no corpo principal da célula ou até mesmo preso dentro do lisossomo, antes de ser "incinerado". Durante este período, alterações químicas continuam a ocorrer na estrutura desses resíduos, deformando-os ainda mais e fazendo com que seja cada vez mais difícil que as hidrolases lisossômicas alcancem os pontos fracos de suas estruturas. Assim, mesmo o lixo celular padrão que os lisossomos estão, em teoria, bem equipados para degradar não é mais eficientemente decomposto, e em vez disso se acumula — o que dissipa ainda mais as enzimas hidrolíticas e a acidez do lisossomo. Em seus experimentos em cultura celular, Brunk e Terman demonstraram que a sobrecarga de lipofuscina pode inclusive provocar a morte celular, pois os lisossomos ficam abarrotados com os resíduos e sofrem ruptura.

Os dados que suportavam esse modelo eram persuasivos, e tive uma boa impressão dele imediatamente, chegando a colocar uma pequena referência

a ele na minha tese de biologia de Cambridge.4 Porém, eu ainda não estava convencido de que a falência lisossômica era verdadeiramente um fator significativo que contribuía para o envelhecimento, porque se a teoria estivesse correta, esperaria-se encontrar evidências conectando a lipofuscina a doenças reais relacionadas ao envelhecimento, e nenhuma evidência do tipo inicialmente surgiu quando fui procurar por elas.

Porém, aprendi rapidamente que essa aparente falta de dados era mais um problema de comunicação do que um vácuo de informações. Os pesquisadores tendem a se refugiar em seus campos de estudo estreitamente especializados, e consequentemente eles também raramente trocam informações e observam a confluência de observações em diferentes campos da ciência (ou mesmo em subcampos dentro destes campos). Logo percebi que se eu parava de falar especificamente de "lipofuscina" e começava a perguntar aos pesquisadores sobre a importância da disfunção lisossômica nas doenças que eles estudavam, eu era repentinamente inundado de evidências de que o acúmulo de lixo que deveria ser processado no lisossomo estava no cerne da questão — só que este fato estava sendo obscurecido pelo uso de jargões específicos para se referir a esses resíduos.

 

Fazendo a conexão com a patologia

Aterosclerose

Aproximadamente um ano após ter sido exposto pela primeira vez aos dados sugestivos de Brunk, estive na Gordon Conference on Atherosclerosis (Conferência Gordon sobre Aterosclerose) bienal, na qual ouvi uma análise sobre os processos complexos que levam alguém que tem muito colesterol no sangue a ter placas de gordura nas artérias (aterosclerose), doença arterial coronariana diagnosticável e por fim um ataque cardíaco. Como percebi rapidamente, os pesquisadores já estavam colocando a falência lisossômica no cerne dos eventos moleculares que fundamentam a formação de placas ateroscleróticas muito antes de eu começar a me interessar pelo assunto — e faziam isso sem nunca mencionar a palavra "lipofuscina".

A maioria das pessoas imagina as artérias ateroscleróticas como se fossem canos entupidos. O lixo gorduroso (seja gordura de bacon, seja colesterol no sangue) simplesmente se acumula na parte de dentro do tubo, cobrindo sua superfície e entupindo-o, bloqueando assim a passagem de fluidos — sendo esses fluidos, por exemplo, a água na sua pia ou o sangue em suas artérias. Na verdade, porém, sabemos há algum tempo que o processo é muito mais

complicado do que isso.5 A aterosclerose começa com um dano microscópico na parede do vaso sanguíneo. Muitas coisas podem causar ou contribuir para isso, incluindo a fricção da torrente de fluxo sanguíneo, a força da pressão sanguínea alta ou uma infecção; geralmente, porém, a causa é simplesmente o acúmulo do nosso velho amigo LDL (lipoproteína de baixa densidade), que tem a tendência de ficar preso lá. O corpo reage a este problema como a qualquer outro ferimento: secretando fatores que inflamam o local para atrair células do sistema imunológico chamadas macrófagos. Os macrófagos então se infiltram no tecido danificado para ajudar a curá-lo limpando os detritos.

Não contei muito a vocês sobre o LDL no Capítulo 5; agora é a hora de dar mais detalhes. Apesar de sua má reputação, o colesterol é na verdade um componente necessário das membranas celulares. Inclusive, o chamado colesterol "ruim" (LDL) no sangue é na realidade uma partícula transportadora, criada pelo corpo para levar o colesterol necessário às células, e essas células, por sua vez, têm receptores especializados criados para permitir que ele seja ingerido para seu uso interno.

Para que a maioria das células seja alcançada, as células que formam as paredes de nossos vasos sanguíneos devem permitir que o LDL passe entre elas para entrar mais adiante no tecido circundante. Porém, quando o colesterol é quimicamente modificado — ao ser exposto a radicais livres (LDL oxidado) ou a reações com o açúcar do sangue (LDL glicado), por exemplo — ele se torna mais propenso a se aglutinar e portanto perde mobilidade. Como os radicais livres e o açúcar no sangue são, respectivamente, subprodutos inevitáveis e matéria-prima necessária para alguns dos mais fundamentais processos metabólicos do corpo, eles são onipresentes. Portanto, as partículas de LDL estão constantemente submetidas a sua influência quimicamente prejudicial. Além disso, enzimas que estão programadas para chamar as células do sistema imunológico quando a parede do vaso é danificada também alteram o colesterol de formas que o tornam ainda mais tóxico.

Essa é a principal razão pela qual ter um alto nível de colesterol é ruim para a saúde. Quanto mais colesterol houver no sangue, mais contato ele terá com esses agentes danosos, e mais colesterol tóxico e modificado estará percorrendo o corpo.

Então, quando macrófagos são atraídos por um sinal inflamatório, eles encontram bastante lixo que precisa ser removido. Inicialmente, os macrófagos lidam razoavelmente bem com o lixo que estão internalizando e frequentemente conseguem remover os detritos com sucesso. Mas quando um vaso sanguíneo que já está comprometido continua a ser exposto a altos níveis de colesterol no sangue, a sinais inflamatórios criados pelo excesso de gordura corporal ou a resíduos nocivos vindos da fumaça de cigarros, o problema persiste e os macrófagos ficam na região por mais tempo.

Ao ingerir cada vez mais resíduos — especialmente um excesso de LDL modificado — o desempenho dos macrófagos começa a piorar. Uma porcentagem cada vez mais alta do volume de lixo não é processada corretamente, mas em vez disso se acumula dentro dos lisossomos dos macrófagos — ou, o que é igualmente ruim, é jogada para fora dos lisossomos sem ter sido destoxificada adequadamente, formando gotículas de colesterol modificado no corpo da célula.

A continuidade deste processo leva os macrófagos a se transformarem nos equivalentes celulares do chocantemente inchado "Sr. Creosote" do esquete no restaurante do filme Monty Python - O Sentido da Vida. Se tiverem visto esse filme, com certeza se lembrarão desta cena. O Sr. Creosote entra em um fino restaurante francês já de barriga cheia por ter comido muito e se sentindo muito enjoado, mas é empanturrado com "mexilhões, patê de foie gras, caviar Beluga, ovos Beneditinos e untuosos molhos de trufas, anchovas, licor Grand Marnier, bacon e creme de leite" pelo maître perversamente manipulador e extravagantemente "francês" (John Cleese). Creosote fica cada vez mais enjoado com o andar da refeição, mas quando finalmente tenta juntar força de vontade suficiente para parar de comer, ele é persuadido a comer somente uma última "pequeníssima" bala de menta pós-refeição. Quando o cliente já fora de si engole a bala, um olhar de desesperado terror toma seu rosto; enquanto o maître corre para se proteger, Creosote literalmente explode, com suas entranhas e almoço espalhando-se teatralmente sobre os funcionários e os outros clientes.

Imaginem que seus vasos sanguíneos são como esse restaurante, recebendo um fluxo constante de clientes exatamente iguais ao Sr. Creosote na forma de macrófagos que vêm jantar os produtos modificados de colesterol. Imaginem que eles simplesmente se recusam a ir embora quando vocês tentam fechar o restaurante, e em vez disso, continuam a encher a barriga até seus "estômagos" (lisossomos) não aguentarem mais — e continuam com esse processo até morrerem, e o restaurante (vasos sanguíneos) torna-se assim seu último local de descanso.

Vocês agora sabem, de forma resumida, como ocorre a gênese das "células espumosas" que se acumulam nas paredes de seus vasos, formando "estrias gordurosas" ao se tornarem o suficientemente numerosas para poderem ser vistas com um microscópio, e finalmente se desenvolvendo até se tornarem placas ateroscleróticas completas e instáveis — as bagunças encrustadas que se formam por fim no local da lesão, cheias de um miasma de coagulação sanguínea, moléculas de sinalização inflamatória e células espumosas mortas. Quando isto ocorre, seus dias de vida já estão contados. É só uma questão de tempo até que a pressão dentro e fora da placa cause sua ruptura, despejando seu conteúdo na corrente sanguínea. Esse conteúdo não é um líquido, mas uma horda de pedaços semi-sólidos, e esses pedaços são rapidamente levados de sua origem nas principais artérias para vasos progressivamente menores, onde ficam entalados, bloqueando o fluxo sanguíneo — às vezes no coração (causando um ataque cardíaco), e às vezes no cérebro (causando um derrame).

Então agora ficou claro que a disfunção lisossômica é o passo chave na conversão de macrófagos saudáveis em células espumosas zumbis — e na conversão de tecido saudável de vasos sanguíneos em uma bomba-relógio aterosclerótica. Este fato é amplamente reconhecido, mas infelizmente quase todos os pesquisadores estão buscando tratamentos antiquados essencialmente preventivos para este problema. Os fármacos existentes com ação antiaterosclerótica tentam evitar que os macrófagos se encham demais, reduzindo os níveis de colesterol no sangue ou a exposição do LDL a agentes metabolicamente ativos (açúcar no sangue, enzimas inflamatórias e radicais livres). Os fármacos que estão atualmente em fase de desenvolvimento tentam abordar o mesmo problema pelo outro lado, intensificando o transporte de colesterol para fora do sangue, células ou órgãos antes de que ele tenha a oportunidade de causar danos.

Enquanto isso, pesquisadores trabalhando com ciência básica em áreas que não envolvem o desenvolvimento de fármacos estão gastando muito tempo tentando entender exatamente o que causa as falhas de funcionamento dos lisossomos dos macrófagos, com a ideia de que, ao entenderem os detalhes específicos do processo, poderão projetar fármacos para interferir nos passos relevantes da cadeia metabólica. Infelizmente, a evidência é consistente com muitas interpretações diferentes e os dados são difíceis de conciliar, o que praticamente estagnou o progresso do desenvolvimento de terapias baseadas neste modelo.

Alguns pesquisadores, por exemplo, focam-se no fato de que in vitro o colesterol oxidado inibe o necessário processamento ("desesterificação") do colesterol normal (não modificado) nos lisossomos, desacelerando este processo o suficiente para causar um acúmulo mortal. Outros pensam que o LDL modificado, como a lipofuscina, é em si mesmo não degradável, e que assim, ao se acumular, dilui os elementos necessários para o lisossomo degradar outros materiais. Também há evidências de que algo no LDL modificado (ou algum subproduto metabólico dele) é nocivo ao funcionamento lisossômico — como a evidência (novamente in vitro) de que a variante 7-cetocolesterol (7-KC) do colesterol oxidado interfere na atividade da enzima ATPase localizada na membrana. Quando esta enzima é afetada, ela não consegue manter o nível suficiente de acidez nos lisossomos da célula para manter as hidrolases funcionando adequadamente, e assim há aqueles que pensam que aí é onde deveria-se procurar uma solução. E há ainda outros que pensam que os macrófagos simplesmente consomem LDL demais, de forma que seu volume total sobrecarrega a capacidade de processamento dessas células; sendo assim, desacelerar o consumo de LDL poderia também desacelerar o desenvolvimento da doença. 

Até o momento, não sabemos qual escola de pensamento está correta — e é improvável que consigamos resolver esta questão definitivamente em pouco tempo, porque as condições nas quais estão sendo realizados os estudos relevantes são diferentes demais das que estão presentes no corpo. Enquanto o debate científico continua, as doenças vasculares causadas pela aterosclerose continuam sendo a principal causa de morte no mundo desenvolvido — e outros problemas que surgem da mesma falha no processamento do colesterol podem estar ligados a uma ampla gama de outras doenças relacionadas ao envelhecimento.

Felizmente, uma intervenção cuja possibilidade me veio à mente

repentinamente alguns anos atrás6 — e que desde então tem sido trabalhada com maior detalhamento terapêutico em colaboração com outros

pesquisadores7,8 — oferece uma solução que elimina a necessidade deste tipo de mapa molecular detalhado do labirinto metabólico. Esta solução não se baseia em uma compreensão tão detalhada sobre o que causa as falhas lisossômicas na aterosclerose. Em vez disso, ela fornece uma maneira de limparmos o próprio lisossomo, em vez dos processos metabólicos que o sobrecarregam — e de uma forma que funcionará independentemente do que causar a sua falha inicial.

Antes de entrar nesse assunto, porém, vamos analisar uma outra temível doença do envelhecimento que tem a disfunção lisossômica em seu cerne: a deterioração do cérebro.

 

Doenças neurodegenerativas

Com exceção do caso do derrame — que discuti anteriormente e que é mais uma lesão pontual e traumática do que propriamente um processo degenerativo — o cérebro das pessoas que sofrem de qualquer uma das principais doenças neurodegenerativas mostra evidências de funcionamento lisossômico inadequado. Na maioria dos casos, o indicador mais significativo é a presença de um agregado característico de material proteico dentro das células cerebrais: corpos de Lewy no mal de Parkinson e na chamada, precisamente, "demência com corpos de Lewy" (DCL), proteínas huntingtinas agregadas na doença de Huntington, e emaranhados neurofibrilares (NFTs), formados por agregados de proteínas tau, na doença

de Niemann-Pick e no mal de Alzheimer.9 Ainda assim, como esses agregados não se localizam dentro do lisossomo, e não são eles mesmos lipofuscina, o papel da disfunção lisossômica nessas doenças ficou obscurecido — pois, novamente, pessoas que procurassem especificamente uma conexão com a "lipofuscina" poderiam acabar não tendo acesso a esses dados, ocultando-se a conexão.

Em diversos casos, porém, há evidências mais diretas de problemas no depósito de resíduos tóxicos. Algumas das mais notáveis dessas evidências foram recentemente descobertas nos cérebros de pacientes com Alzheimer, onde a decomposição de proteínas por outro dos principais componentes do sistema de reciclagem celular (o proteassoma) está gravemente prejudicada. Em alguns pacientes, isso pode ocorrer porque mutações no gene para uma proteína chamada ubiquilina fazem com que ela iniba a atividade da ubiquitina, uma proteína que "marca" proteínas para serem decompostas no proteassoma. Tanto os emaranhados neurofibrilares do mal de Alzheimer quanto os corpos de Lewy do mal de Parkinson estão cheios de ubiquitina, mas ainda assim o sistema do proteassoma parece incapaz de coletar esses materiais agregados.

A conexão com o aparato lisossômico é esta: os proteassomas que não estão fazendo seu trabalho colocam mais pressão sobre o sistema lisossômico pois os proteassomas defeituosos (e os materiais que não conseguiram destruir) são enviados para o lisossomo, aumentando a formação de

lipofuscina.10 Pelo menos um pouco dos resíduos que o proteassoma não consegue coletar — junto com as próprias unidades danificadas de proteassomas — é em última instância enviado ao lisossomo: este fenômeno foi definitivamente observado no caso de agregados na doença de Huntington que seriam normalmente degradados pelo proteassoma, e é provavelmente responsável pela descoberta de muita ubiquitina dentro dos lisossomos de neurônios de pacientes com Alzheimer.

Porém, as características mais dramáticas de descarte anormal de lixo no mal de Alzheimer são os sinais de mau funcionamento no próprio sistema lisossômico. Para dar um pouco de contexto: uma das principais maneiras pelas quais o lixo celular é enviado ao centro de reciclagem celular é por um processo chamado macroautofagia, no qual os resíduos em questão são engolidos inteiros por uma estrutura de membrana chamada autofagossoma ou vacúolo autofágico, que então se prende no lisossomo e se funde com ele (se isso parece familiar, é provavelmente porque mencionei este processo brevemente no Capítulo 5 como uma forma pela qual mitocôndrias danificadas são entregues ao lisossomo). O resultado, na prática, é um lisossomo maior, com uma única membrana fundida que envolve tanto os conteúdos do vacúolo autofágico quanto as enzimas hidrolíticas (e a acidez) do lisossomo original usadas para digerir esses conteúdos.

Estudos recentes mostraram que esse aspecto do funcionamento lisossômico está bastante prejudicado nos cérebros de pacientes com

Alzheimer.11 Já se sabe há algum tempo que o sistema lisossômico no cérebro com Alzheimer está, como o proteassoma, aparentemente ao mesmo tempo hiperativo e inativo: é como se o neurônio fosse um motorista insensato de um carro com um motor desgastado, tentando compensar sem sucesso o estrago dos cilindros pisando com mais força no pedal do acelerador. Novos trabalhos sugerem uma razão principal para esta falha: as células cerebrais — e especificamente as células localizadas em áreas do cérebro que são mais seriamente afetadas pela doença — estão cheias de estruturas formadas por vacúolos autofágicos com muitas camadas, que são como as conhecidas bonecas russas, com um vacúolo autofágico dentro de um outro maior, que por sua vez está dentro de outro vácuolo autofágico ainda maior.

Algumas dessas estruturas parecem se formar quando vacúolos autofágicos não conseguem se fundir com os lisossomos, e ficam na célula tempo suficiente para começarem a sofrer danos, sendo, por fim, danificados tão gravemente a ponto de serem vistos como lixo; neste ponto são então engolidos por outro vacúolo autofágico. Depois, o ciclo se repete, quando o novo vacúolo autofágico também não consegue se fundir. Em outros casos, parece que os vacúolos autofágicos fundiram-se com um lisossomo, mas que o lisossomo está tão fraco — ou talvez tão imaturo — que não consegue degradar os conteúdos do vacúolo autofágico.

É uma situação que me lembra muito o infame Khian Sea, um navio que foi contratado pela cidade de Filadélfia (EUA) em 1986 para transportar cinzas de incineradores para serem descartadas em uma ilha artificial nas Bahamas. Infelizmente, o governo das Bahamas não tinha dado aos operadores do Khian Sea permissão para despejar seus resíduos lá. E assim começou um cruzeiro de 14 anos do lixo, no qual o navio viajou de porto em porto, tentando descartar sua carga em diferentes países no mundo todo — primeiro voltando à costa leste dos Estados Unidos, depois voltando para o sul rumo ao Caribe e à América do Sul, e finalmente perambulando tão longe quanto a Indonésia e as Filipinas.

Por fim, o Khian Sea — renomeado e com uma nova bandeira — se libertou de sua carga tóxica ao jogá-la ilegalmente nos oceanos Atlântico e Índico. Mais cedo ou mais tarde, só se pode esperar que os vacúolos autofágicos que estão perambulando também despejem seus conteúdos perigosos.

Todos os cientistas concordam sobre os fatos básicos: as principais doenças neurodegenerativas são caracterizadas pela presença de proteínas agregadas e disfunção lisossômica no cérebro, e está claro para todos os envolvidos que há algum tipo de conexão entre a clara falha de funcionamento dos sistemas de descarte de resíduos das células para lidar com os agregados e as doenças nas quais essa falha ocorre. A questão é só qual é essa conexão. Intuitivamente, faz sentido que o lixo agregado ocioso em nossas células cerebrais deva ser ruim para elas. A maioria dos cientistas da área compartilha desta intuição, e de fato é fácil demonstrar, em experimentos in vitro relativamente simples, que essas substâncias causam danos às células cerebrais às quais são adicionadas, incluindo o início de um círculo vicioso no qual o acúmulo de agregados interfere na função neuronal normal, levando a maiores disfunções lisossômicas e agregação de proteínas.

Outros, porém, têm uma interpretação diferente desses fenômenos. Surpreendentemente, alguns cientistas acreditam que agregados de proteínas podem de alguma maneira ser protetores. A ideia é que embora os agregados em si possam interferir na função celular a longo prazo por bloquear o tráfego celular devido simplesmente ao seu tamanho, as unidades solúveis altamente reativas que formam os agregados são ameaças muito mais imediatas para a saúde da célula. Ao prender essas unidades juntas em uma única cadeia celular agrupada, a célula pode impedir que ataquem outros aparatos celulares em seu meio, evitando uma ameaça mortal de curto prazo à saúde celular.

E também há aqueles que veem os agregados como sendo mais como um epifenômeno: um sinal de que algo está errado com a célula, mas não um fator contribuinte real para a patologia. Neste modelo, os depósitos proteicos não degradados são mais como a fumaça da pólvora de pistolas do que as próprias pistolas ou as balas que elas disparam: em si mesmos eles são mais ou menos inofensivos, mas sua presença é um sinal inconfundível de que se está em uma cena de crime. Talvez, por exemplo, algum outro contaminante esteja se acumulando no lisossomo, impedindo que ele incinere adequadamente o lixo celular, de forma que agregados se acumulam — mas os agregados em si não seriam a fonte do problema nem seriam um dos principais fatores contribuindo para a patologia celular. Isto ainda seria algo ruim, é claro, porque as células dependem de lisossomos funcionais — tanto para decompor constituintes celulares benignos que já chegaram ao fim de suas vidas úteis para usar suas partes para projetos futuros de construção celular, quanto para destruir resíduos genuinamente tóxicos. Porém, a fonte do problema não estaria nas óbvias pilhas de lixo que bagunçam o corpo principal da célula, e sim em outro lugar.

Por exemplo, os pacientes com Alzheimer podem ter mais mitocôndrias defeituosas que necessitam ser recicladas do que pessoas saudáveis, criando demandas que o lisossomo simplesmente não consegue satisfazer; assim que o lisossomo falha, outros componentes podem formar os agregados observados, mas ainda assim são as mitocôndrias disfuncionais que começaram a bola de neve. Mas novamente, é muito difícil fugir da conclusão de que os agregados proteicos resultantes são "quebra-molas" celulares que devem em algum momento causar, por si mesmos, sérios problemas às células.

Infelizmente, há evidências substanciais — tanto em doenças neurodegenerativas quanto no envelhecimento — que apoiam cada uma dessas posições. Digo "infelizmente" porque sinto que isso está paralisando os pesquisadores em suas jornadas em busca de curas. Os pesquisadores gastaram grande parte da década de 1990 em entrincheiradas "guerras santas" entre os "BAPtistas" (nomeados assim por causa da "Proteína Beta Amiloide") e os "Tauistas" (nomeados assim por causa dos emaranhados neurofibrilares, ou NFTs, à base de tau), cada um gastando energia considerável para tentar provar que seu candidato favorito seria o problema primário do mal de Alzheimer ("Mas o que é essa proteína beta amiloide?", vocês podem estar se perguntando; aprenderão bastante sobre isso no Capítulo 8). Hoje em dia, há uma rixa similar sobre as diferentes interpretações sobre o papel geral dos agregados proteicos em doenças neurodegenerativas. No pensamento mais antiquado — no qual a meta é encontrar fármacos que interrompam os processos metabólicos que levam a uma doença ou pelo menos perturbem a parte do caminho metabólico que causa mais danos — problemas desse tipo devem ser definitivamente resolvidos em detalhes antes de podermos sequer começar a projetar tratamentos para humanos, uma vez que interferir nos caminhos metabólicos é algo arriscado que só pode levar a danos se o processo que está sendo bloqueado acabar sendo um espectador inocente.

Portanto, ainda mais do que com a aterosclerose, as abordagens médicas tradicionais para as doenças neurodegenerativas estão, em relação aos agregados proteicos, paralisadas por causa da compreensão inadequada da

conexão entre o lixo em questão e a doença em si.12 Novamente, porém, tenho uma solução em mente que torna desnecessária a resolução dessas ambiguidades.

 

Degeneração macular

Apesar de não querer provocá-los, quero falar sobre o papel crítico de agregados não degradados em um terceiro e importante aspecto do envelhecimento antes de finalmente revelar minha proposta de terapia para todas as doenças que envolvem algum tipo de falha lisossômica — incluindo o envelhecimento em si. Este terceiro problema relacionado ao envelhecimento é a degeneração macular relacionada à idade (DMRI). Há menos suspense nesta seção pois não há controvérsias sobre o envolvimento dos agregados na DMRI. Este é um caso clássico de como ciclos bioquímicos que certamente não podemos eliminar levam à destruição dos sistemas nos quais estão inseridos. A visão, como todos os outros processos da vida, é mediada, em última instância, por uma complexa e cuidadosamente controlada reação química em cadeia, e nossas percepções conscientes correspondem, todas elas, aos fenômenos eletroquímicos específicos que esta cascata desencadeia em nossos cérebros. Para enxergar um objeto, a energia da luz que se reflete nesse objeto e entra no cristalino de nossos olhos deve ser traduzida para uma linguagem de sinalização química que corresponda a nossa "visão" subjetiva do objeto.

Para nossas finalidades, o passo importante neste processo de tradução — importante porque é fatal para as células que sofrem de falhas nele, e portanto para nossa vista — é o ciclo (quase) perpétuo entre duas formas de

um derivado da vitamina A.13 As células bastonetes e cones de nossos olhos contêm a forma de "estoque" deste composto (11-cis-retinal), que é quimicamente transformado em um derivado "ativado" (trans-retinal) quando absorve a energia da luz que está entrando nos olhos. Esta forma ativada é utilizada como um sinal que aciona a descarga eletroquímica do nervo óptico, que carrega o sinal para o cérebro; depois, normalmente, uma enzima converte essa forma de volta para a forma de "estoque", deixando-a pronta para a próxima rajada de luz.

Porém, qualquer sistema que dependa de componentes quimicamente instáveis sempre correrá o risco de que sua química reativa destrua os rigorosos controles dos sistemas aos quais deveriam servir. Neste caso, o trans-retinal pode reagir com algumas moléculas lipídicas que formam a membrana celular, levando, através de uma complexa série de passos, à formação de um produto final resistente chamado A2E. Este composto é completamente resistente à digestão no lisossomo, e assim é uma grande fonte de lixo não degradado nos lisossomos dessas células. Com o tempo, tanto A2E é produzido e absorvido pelos lisossomos sem ser degradado que este pode ocupar até um quinto do volume celular total das células que o acumulam. Estas células desafortunadas produzem o epitélio pigmentar retinal (RPE) dos olhos — uma parte responsável por manter o funcionamento correto das áreas sensíveis à luz na retina.

Entretanto, novamente, por causa da terminologia específica usada (A2E, em vez de "lipofuscina"), o papel da insuficiência lisossômica tem sido — e me perdoem minha piada infame — obscurecido.

 

Problema dos resíduos tóxicos — Solução

dos resíduos tóxicos

Na manhã em que eu estava jogando algumas roupas em uma mala ao me preparar para ir à reunião da Society for the Free Radical Research (Sociedade para a Pesquisa de Radicais Livres) em Dresden em 1999, eu via a insuficiência lisossômica — e o resultante acúmulo de resíduos celulares — como talvez o passo chave que ligava o aumento do estresse oxidativo causado por mutações mitocondriais com a idade com a real patologia do envelhecimento. Lembrem-se de que no Capítulo 5, eu disse que nessa época eu já tinha um esquema que explicava como as mutações mitocondriais em poucas células poderiam propagar toxinas para células mitocondrialmente saudáveis localizadas em outros lugares do corpo. O que não expliquei no Capítulo 5, principalmente porque quando desenvolvi a Hipótese do Foco Redutor eu não sabia, é de que forma essas "toxinas" são tóxicas — ou seja, que danos elas podem causar às células que as ingerem.

Porém, um ano depois, este mistério estava começando a se resolver. Ficava claro — quando se superava o apego ao termo "lipofuscina" — que a incapacidade de descartar resíduos específicos estava na raiz das mais terríveis doenças que acompanham o envelhecimento biológico: a aterosclerose, a degeneração macular relacionada à idade e as doenças neurodegenerativas como o mal de Alzheimer. A questão era que o tipo de resíduo que estava ligado a uma determinada doença era específico para o tipo de célula e o diagnóstico em particular.

Então, aconteceu de Ulf Brunk estar novamente apresentando seus dados em Dresden. Ao ouvir sua palestra e analisar seus slides — o brilho vermelho revelador da lipofuscina em células asfixiadas, com seus diagramas gerados em computador ilustrando a teoria da "catástrofe de lixo" dele e de Terman — percebi que era uma perda de tempo discutir se a lipofuscina contribui para o "envelhecimento" em um sentido restrito. Claramente, precisamos de uma forma de resolver este problema se quisermos proteger nosso corpo contra patologias relacionadas ao envelhecimento. Porém, também me convenci de que não seria suficiente tentar evitar o acúmulo de lixo atuando no início do processo, ao tornar as mutações mitocondriais inofensivas. Também teríamos que lidar com o lixo diretamente.

Mas como? Com os materiais resistentes em questão sendo tão multifacetados, e com os caminhos metabólicos, as identidades químicas e até os papéis específicos em patologias desses materiais sendo ainda amplamente desconhecidos, parecia que nenhuma abordagem clássica do tipo "bala mágica" — uma pequena molécula que atingiria um alvo terapêutico — funcionaria. E simplesmente colocar o lisossomo em marcha acelerada não resolveria realmente o problema: embora — como estudos

em animais mais recentes demonstraram14,15 — simplesmente melhorar a atividade dos lisossomos ou reabastecer seu fornecimento de enzimas pudesse desacelerar a progressão de doenças de depósito lisossômico, tais abordagens não poderiam efetivamente parar essas doenças. A natureza em si do problema é que o corpo simplesmente não tem as enzimas para degradar o lixo realmente pesado, e assim ele irá asfixiar as células, tirar o raciocínio, cegar e entupir artérias mais cedo ou mais tarde — e talvez mais cedo do que mais tarde.

A palestra de Ulf terminou, e com uma centena de outros cientistas, levantei-me e fui para o salão externo para o coffee break. O brilho vermelho da lipofuscina nos slides me fez pensar nela como o resíduo tóxico que é, e na célula que está envelhecendo como um minúsculo meio ambiente contaminado equipado com um sistema de gerenciamento de lixo lamentavelmente inadequado. Então, o trabalho de restaurar a saúde da célula era na verdade um tipo de trabalho de limpeza ambiental, e o que era

necessário era um projeto biomédico de superfund** para desenvolver novas tecnologias de remediação capazes de lidar com materiais que até o momento estiveram fora do alcance lisossômico.

Superfund!

De repente percebi que isso era mais do que uma metáfora (se vocês nunca ouviram falar do Superfund, tenham paciência, explicarei logo). Havia de fato locais em todo o planeta que deveriam estar seriamente contaminados com lipofuscina, porque seus solos tinham sido semeados com ela por gerações. Refiro-me, é claro, a cemitérios. Reflitam: centenas de corpos colocados sob a terra — às vezes em massa, como aconteceu por toda a Europa durante os horrores da peste, e mais recentemente após genocídios, como em Ruanda e outros lugares. Esses solos deveriam estar repletos de agregados provindos de corpos em decomposição.

Ainda assim, até onde sei, não há acúmulo de lipofuscina em cemitérios — e se houvesse, certamente saberíamos disso, porque a lipofuscina é fluorescente. Meses depois, quando eu estava discutindo sobre o assunto com meu colega cientista de Cambridge John Archer, ele elaborou essa desconexão sucintamente: "Por que cemitérios não brilham no escuro?".

Organismos do solo me pareciam a explicação mais provável. Bactérias, fungos e outros micróbios normalmente desempenham um papel quanto a transformar nossos restos em adubo, é claro, mas não era tão óbvio assim que seriam capazes de digerir algo tão resistente à ação enzimática quanto a lipofuscina. Além do mais, lembrei-me, sabíamos há décadas que micróbios do solo demonstram uma diversidade surpreendente em suas escolhas de comida.

Os cientistas ficaram interessados neste fenômeno nos anos 1950, quando notou-se que os níveis de muitos poluentes difíceis de degradar em locais contaminados estavam muito menores do que se esperaria. Uma grande parte da explicação acabou sendo o rápido desenvolvimento evolutivo de organismos que se reproduzem rapidamente como bactérias. Qualquer substância cheia de energia representa um banquete em potencial — e portanto, um nicho ecológico — para qualquer organismo que possua as enzimas necessárias para digerir este material e liberar sua energia armazenada. A presença de altos níveis de um material do tipo, portanto, cria um poderoso "impulso" evolucionário que impele o desenvolvimento evolutivo das enzimas necessárias nos microrganismos que entram em contato com o material. E isto ocorre especialmente se a substância não é fácil de decompor, porque as chances são boas de que a maioria dos outros organismos na vizinhança não tenha as enzimas capazes de realizar esta degradação.

Em 1952 foi proposto que esse "impulso" poderia ser forte a ponto de garantir que, passando-se tempo suficiente, a evolução encontraria uma maneira de criar micróbios com a capacidade de digerir qualquer coisa que déssemos a eles que fosse ao mesmo tempo baseada em carbono e rica em energia de forma a ser uma fonte de combustível que valesse a pena. A isso foi dado o inesquecível nome de "princípio da infalibilidade microbiana". Embora isso tenha se mostrado um pouco exagerado — ninguém até agora encontrou um microrganismo que possa comer Teflon, por exemplo — estudos nas décadas seguintes tenderam a confirmar o princípio geral. Cientistas do U.S. Geological Survey (Serviço Geológico dos Estados Unidos) coletaram estudos de caso mostrando que microrganismos estavam decompondo quantidades significativas de uma variedade de poluentes químicos orgânicos no esgoto. Derramamentos de óleo, solventes clorados, pesticidas — seja o que for: bactérias do solo aprendiam como digerir quase tudo que era dado a elas, deixando somente resíduos inócuos como dióxido de carbono e água.

As primeiras tentativas dos cientistas de usar essa capacidade falharam pois estavam tentando inventar organismos sob medida, imitando o que a natureza já estava fazendo muito bem. Mas por fim, os pesquisadores perceberam que simplesmente não eram tão capazes (nem, mais precisamente, tão rápidos) quanto as forças da natureza. A partir dessas observações desenvolveu-se a biorremediação: a exploração da habilidade da evolução de gerar novas capacidades digestivas em microrganismos para a limpeza intencional de ambientes contaminados. "Superfund" foi o nome de uma iniciativa do governo dos Estados Unidos para estimular e comercializar a pesquisa em biorremediação.

Enquanto tomava meu café em Dresden, minha mente completou essa cadeia de pensamentos, voltando até minha reflexão original sobre o lisossomo como um sistema de descarte de resíduos tóxicos inadequado. O lisossomo já lida com os resíduos da célula usando enzimas para decompô-los em seus constituintes. Porém, não está equipado com a habilidade de lidar com todos os possíveis resíduos. Isso é exatamente o que se esperaria a partir da teoria da evolução. Lembrem-se novamente de que, como discutimos no Capítulo 3, a evolução somente configura nosso corpo para durar o quanto seu nicho ambiental permitiria que durasse. No ambiente paleolítico no qual evoluímos, isso significava cerca de três décadas — muito menos tempo do que leva para a lipofuscina ou os agregados ateroscleróticos de colesterol se acumularem em níveis mortais.

Por este motivo, a evolução nunca se importou em equipar o lisossomo com enzimas feitas para lidar com esses resíduos, ao nunca haver tido uma razão boa o suficiente para fazê-lo. Porém, como vimos, parece muito provável que as forças evolutivas tenham impelido microrganismos do solo a desenvolverem essas habilidades de forma a explorarem uma nova fonte de combustível — uma questão, para eles, de sobrevivência básica. Não só a teoria da evolução e o "princípio da infalibilidade microbiana" fazem esta previsão, mas ela também parece ser confirmada pela ausência de grandes acúmulos de lipofuscina em locais de sepultamento coletivo: se não fosse assim, todos esses locais teriam um brilho assustador, em vez disso acontecer somente em filmes de terror cafonas.

De repente todas as ideias se juntaram. A faísca imaginativa da metáfora caiu no combustível de dados bem concretos dentro do ambiente rico em oxigênio da teoria da evolução, e um incêndio se espalhou pelo meu cérebro. Essas duas observações implicavam que poderíamos realizar um tipo de biorremediação médica, na qual identificaríamos as bactérias do solo que já limpam nosso lixo não degradado após termos morrido, determinaríamos quais são as enzimas que permitem às bactérias fazerem isso e então colocaríamos essas enzimas nos lisossomos de pessoas que ainda estivessem vivas e pudessem se beneficiar disso. A Figura 1 ilustra este ciclo.

Figura 1. A biorremediação médica, utilizando as enzimas

microbianas que transformam pessoas mortas em pessoas

decompostas, poderia retardar, desde o começo, muitos dos

processos que transformam jovens em velhos e por fim em mortos.

Essas enzimas dariam novos poderes a nossos centros de reciclagem celular, permitindo-lhes processar materiais que atualmente permanecem não degradados dentro de nós — não só prevenindo, mas revertendo seu acúmulo patológico. Nossos cérebros seriam limpos de emaranhados neurofibrilares; os macrófagos morrendo em nossas artérias se revigorariam, o que permitiria que limpassem as toxinas do LDL oxidado e que o tecido vascular necrótico finalmente cicatrizasse; e os cegos voltariam a enxergar. Células envelhecendo em todo o nosso corpo, que estão asfixiando-se em sua própria sujeira, ficariam limpas e novas de novo.

Normalmente, quando tenho uma ideia nova, dou-me alguns dias para tentar encontrar falhas nela antes de compartilhá-la com outras pessoas. Mas dessa vez eu me sentia extremamente confiante. Tirei meu nariz do copo de café, procurei pelo Dr. Brunk e o vi do outro lado do salão: gordinho, grisalho, sério mas com um quê de compaixão no semblante que o fazia parecer um ativista social contra o envelhecimento. Após alguns passos decididos eu já estava na sua frente.

"Escuta, Ulf" — eu disse rapidamente — "acabei de ter uma ideia fantástica..."

Um teste feito nas coxas

Eu estava um pouco desapontado com a reação de Brunk, apesar de não ter certeza de quanto do que eu estava vendo era um reflexo de sua avaliação sobre a viabilidade do esquema inteiro em oposição a sua ousadia inerente, ou de minha explicação confusa e recém-saída do forno. Talvez fosse só precaução nórdica. Independentemente do que fosse, estava claro que, embora não estivesse depreciando minha proposta, Brunk claramente não estava sofrendo uma combustão espontânea em seu cérebro vinda das minhas intensas ondas cerebrais.

Ainda assim, continuei a conversa e perguntei-lhe o que pensava sobre possíveis maneiras de realizar testes preliminares para avaliar a ideia. A primeira coisa — concordamos — seria testar a solidez da própria fundação do castelo de ideias que eu tinha acabado de construir: a ideia de que microrganismos do solo estão, de fato, rotineiramente digerindo lipofuscina em corpos. Felizmente, havia uma maneira relativamente simples de realizar este teste: coletar alguns microrganismos do solo em um local provavelmente "rico" em restos humanos, e então avaliar se conseguiam decompor lipofuscina in vitro.

Porém, o que se poderia pensar ser a parte simples — obter a lipofuscina necessária para avaliar as capacidades de bactérias de cemitérios — era na verdade quase impossível de realizar no mundo real. Há somente pequenas quantidades de lipofuscina na maioria de nossas células, e os tecidos nos quais há mais (como o coração) não estão tão prontamente disponíveis; assim, conseguir uma quantidade útil do material seria um desafio. Mas Brunk disse que poderia conseguir para mim um excelente substituto: lipofuscina sintética usada por pessoas que trabalhavam na sua área, que é criada simplesmente expondo-se a mitocôndria a radiação ultravioleta suficiente para induzir ligações cruzadas em suas proteínas de membrana. O lixo resistente resultante tem o mesmo espectro de fluorescência que a lipofuscina real, e parece ter também as mesmas propriedades físicas e químicas — o que já se esperaria, visto que a maioria dos especialistas acredita que a lipofuscina é em grande parte formada por restos de mitocôndrias inadequadamente degradadas, danificadas por radicais livres e deixadas estagnadas no lisossomo.

O próximo passo seria conseguir microrganismos de um solo que tivesse sido exposto a um grande suprimento de lipofuscina, para procurar por aqueles que, na minha hipótese, teriam sido responsáveis por decompor a lipofuscina. Minha mente já tinha saltado para o fato de que John Archer — o homem que mais tarde faria a piada do "cemitério brilhante" — estava trabalhando com biorremediação em Cambridge. Assim, ele conhecia bem as técnicas usadas por cientistas do ramo para isolar e cultivar cepas bacterianas capazes de digerir resíduos tóxicos clássicos, e para identificar e clonar os genes envolvidos na produção das enzimas responsáveis por esta habilidade. Se eu pudesse conseguir sua ajuda, poderíamos fazer a mesma coisa com hidrolases que digerem lipofuscina.

 

Tomb Raider ("Saqueadora de Túmulos")

Felizmente, John imediatamente ficou fascinado pela ideia toda e concordou em tentar realizá-la. Então, foi sua aluna de pós-graduação que estava, como uma boa cientista louca, no parque Midsummer Common no crepúsculo de um dia do final do verão, cavando o solo de uma antiga sepultura coletiva com uma espátula, procurando não corpos, mas criaturas minúsculas e misteriosas que possuem o poder de transformar o lixo agregado mais resistente de nossos corpos em adubo.

A sensação de imersão em um livro de terror gótico só durou um momento. Após o solo ser colhido e levado ao laboratório, John e sua aluna isolaram os micróbios e os colocaram em placas de petri com a lipofuscina sintética como sua única fonte potencial de comida. Então, esperamos para ver se a força da seleção natural revelaria a existência de cepas capazes de sobreviver com uma dieta de lipofuscina pura.

Quase imediatamente, os micróbios que tínhamos isolado começaram a exibir o característico brilho vermelho da lipofuscina sob a luz fluorescente dos microscópios especializados. Isso ainda não significava um sucesso, porque só indicava que os micróbios estavam engolindo o material; não estavam necessariamente digerindo-o. Mas não demorou muito para que claras diferenças começassem a surgir entre as diferentes cepas. A maioria das colônias de micróbios estava em um estado de crescimento paralisado, não conseguindo prosperar devido à falta de alimento. Mas algumas delas estavam claramente apreciando um banquete macabro: suas quantidades estavam crescendo rapidamente à medida que suas enzimas hidrolíticas lentamente decompunham a gosma resistente em componentes úteis, despedaçando suas ligações químicas orgânicas complexas para liberar a energia estocada. Em um curto prazo, já tínhamos uma amostra de microrganismos equipados com enzimas que podiam digerir a lipofuscina da mesma maneira que as enzimas em nossos estômagos digerem um bife.

A hipótese tinha sido confirmada. O desafio seguinte seria mover essas enzimas para os nossos próprios lisossomos. Ninguém fez isso ainda, e de fato em um determinado sentido a tarefa está exatamente onde estava quando terminei meu trabalho com John Archer. Felizmente, porém, não precisamos criar uma área completamente nova da medicina para ir adiante com esta ideia (que a partir de agora chamarei de "LysoSENS"), porque a biotecnologia fundamental necessária para realizá-la já está em utilização na clínica médica. Médicos pioneiros já estão há vários anos introduzindo enzimas lisossômicas "estrangeiras" em pacientes — não por causa do envelhecimento, mas por causa de doenças de depósito lisossômico.

 

Limpando o ralo

Doenças de depósito lisossômico (DDLs) — as síndromes que hoje sabemos serem o resultado de mutações em genes que codificam o nosso conjunto normal de enzimas lisossômicas — já eram conhecidas décadas antes dos pesquisadores descobrirem o que as causava. Quando sua origem ficou clara, porém, uma forma de tratar a maioria das DDLs tornou-se evidente: a terapia de reposição enzimática (TRE — não confundam essa abreviatura com a terapia de reposição de estrogênio). Em pessoas que não têm uma enzima para algum resíduo metabólico comum, resíduos celulares não degradados se acumulam dentro do lisossomo (e também fora dele, no corpo principal da célula), e como resultado inevitável ocorre a disfunção celular. Portanto — raciocinou-se — se a enzima correta pudesse ser entregue ao lisossomo, o centro de reciclagem celular retornaria a seu funcionamento normal, o lixo acumulado seria decomposto, as células voltariam a ser saudáveis e os pacientes poderiam levar uma vida normal.

Após algumas décadas de trabalho, vítimas de três das mais comuns DDLs são hoje tratadas com sucesso com terapias desse tipo. Por exemplo, há cerca de 4.000 pessoas que hoje em dia têm vidas normais apesar de terem a doença de Gaucher, graças a injeções regulares da enzima lisossômica que suas células não são capazes de produzir por si mesmas. O processo de desenvolvimento de fármacos tem sido razoavelmente claro, apesar de desafiador tecnicamente. Doença após doença, os pesquisadores identificaram a enzima cuja ausência causava o transtorno; modificaram-na de diversas maneiras para que pudesse ser injetada, absorvida pelas células e entregue aos lisossomos dos pacientes, onde funcionam exatamente como a mesma enzima funciona no restante das pessoas quando é produzida por suas próprias células; e observaram os sintomas desaparecerem, as vidas serem prolongadas, e as vítimas serem capazes de viver a vida que o resto de nós pode ter.

Evidentemente, todos enfrentamos esse mesmo problema fundamental no caso das doenças por disfunção lisossômica de longo prazo: em algum momento, todos sofreremos de "doenças de depósito lisossômico" relacionadas à idade (como doenças neurodegenerativas ligadas à idade, degeneração macular e aterosclerose), mesmo que só uma pequeníssima parte da população seja afetada pelas atualmente reconhecidas DDLs congênitas (doença de Gaucher e outras do tipo). Embora as origens exatas dos dois tipos de DDLs sejam diferentes (nas DDLs congênitas, a origem são mutações genéticas raras em genes para hidrolases lisossômicas que são parte do legado evolutivo padrão de nossa espécie, enquanto que nas DDLs relacionadas ao envelhecimento, a origem é nunca termos desenvolvido evolutivamente as enzimas necessárias para decompor emaranhados neurofibrilares, A2E, etc.), a natureza molecular das DDLs congênitas e relacionadas ao envelhecimento é essencialmente a mesma — e como bioengenheiros antienvelhecimento, isso é suficiente para que possamos fazer nosso trabalho, que é limpar os danos moleculares acumulados. Para alcançar este objetivo, teremos que enfrentar uma série de desafios específicos. Felizmente, em todos os casos temos opções disponíveis com as quais já temos experiência, ou para as quais soluções já claramente à vista estão sendo desenvolvidas por pesquisadores de outras áreas da biomedicina.

 

Primeiro desafio: identificar enzimas

adequadas

Nossa incursão de "roubo de túmulos" no parque Midsummer Common provou que existem enzimas que degradam restos de mitocôndrias cheios de ligações cruzadas, sendo que estes restos, acredita-se, são individualmente o maior componente na formação da lipofuscina. Porém, ainda não sabemos exatamente qual enzima ou grupo de enzimas está fazendo o trabalho. Além disso, enzimas que degradam essa lipofuscina sintética não serão suficientes: também temos que identificar outras enzimas que lidem com os resíduos que entopem os lisossomos em uma variedade de tecidos e que estão associados a diversos estágios de doenças.

Isso não significa, necessariamente, encontrar enzimas que degradem qualquer tipo conhecido de agregado, como os emaranhados neurofibrilares. Como expliquei anteriormente, as bagunças que vemos não são necessariamente o que está causando os problemas: elas podem ser a fumaça em vez do fogo em si. Por exemplo, é possível que algum outro tipo de lixo seja na verdade o responsável por alimentar o sistema e, portanto, os agregados que se acumulam como um monte de lixo nas ruas sejam simplesmente o resultado do lisossomo não conseguir lidar com sua carga normal. Na verdade, o problema pode nem ser a presença de materiais não degradáveis: em diversas doenças, alguns pesquisadores mostraram evidências que sugerem que o problema é uma substância (por exemplo, A2E na degeneração macular) que diretamente inibe a atividade da bomba responsável por manter o lisossomo ácido o suficiente para que suas enzimas funcionem.

Felizmente, novamente não precisamos nos incomodar com isso. Mais uma vez, temos que lembrar que nosso trabalho não é desmembrar as minúcias do metabolismo, mas limpar danos relacionados ao envelhecimento. Para fazer isso, podemos seguir o exemplo dos especialistas em biorremediação: jogar enzimas no problema até o problema ser solucionado (o funcionamento normal lisossômico ser restaurado), e então identificar a enzima responsável. Em princípio, essa é uma tarefa simples — mas quando a área da biorremediação primeiramente começou a fazer isso 30 anos atrás, foi necessário muito trabalho duro e demorado para de fato determinar-se quais das centenas de enzimas em uma cepa de microrganismo eram responsáveis por decompor os resíduos que eram alvo do processo.

Uma das minhas razões para estar otimista, portanto, é o fato de que muito progresso foi feito naquela época — e hoje em dia, temos ferramentas moleculares muito mais sofisticadas disponíveis para o trabalho. Uma delas é um método chamado caracterização molecular, mas esse nome é um

pouco enganoso***. Ele sugere encontrar uma característica identificadora clara e única de um indivíduo — como uma impressão digital — e então encontrar o indivíduo que tem essa mesma característica. Em vez disso, a caracterização molecular está baseada no fato de que membros de uma família de organismos coesa tendem a carregar genes com sequências amplamente similares, e que (similarmente) genes para uma variedade de enzimas com funções amplamente similares dentro de uma comunidade do tipo também tendem a ter trechos de código similares.

Isso nos permite selecionar os genes (e portanto, as enzimas) de interesse a partir de duas frentes distintas. Uma opção é focar em uma classe de enzimas cujos genes codificadores estamos procurando (neste caso, enzimas hidrolases), e então procurar por genes que se adequem ao padrão geral e sejam expressos em grande quantidade quando o organismo originário está se banqueteando com o conteúdo de lisossomos disfuncionais. A outra opção é identificar, dentro de uma comunidade de organismos, quais organismos específicos estão prosperando mais quando só se dá esse conteúdo como alimento — e, portanto, quais carregam os genes que codificam essas enzimas que mais efetivamente desmembram o conteúdo lisossômico.

Outra ferramenta poderosa a nosso alcance são os microarranjos de DNA ou chips de DNA: são ferramentas que identificam, em tempo real, quais genes em um organismo estão sendo ativamente expressos em um determinado momento. Portanto, se pudermos isolar cepas que estão prosperando com uma dieta de dejetos lisossômicos, poderemos sequenciar suas bibliotecas genéticas, e então testar quais desses genes estão sendo usados intensamente quando esses microrganismos estão se banqueteando com os resíduos.

Podemos também usar técnicas que nos permitem "silenciar" (ou seja, remover) genes específicos dessas cepas, e então testá-las novamente. Se silenciarmos um gene em uma determinada cepa de micróbios e verificarmos que os mutantes passam fome com uma dieta que anteriormente era para eles como o paraíso de um glutão, poderemos inferir que o gene em questão codifica uma proteína que é essencial para a sequência de processos envolvidos em digerir esses materiais. Poderemos então identificar esses genes e verificar se as enzimas que codificam são aquelas cruciais para reforçar o ponto fraco de nosso arsenal hidrolítico humano.

 

Segundo desafio: colocá-las nas células

Assim que tivermos enzimas disponíveis para fazer o trabalho, teremos que encontrar maneiras de colocá-las dentro das células que as necessitam. Nem todos os tipos de células terão os mesmos tipos de resíduos: como vimos acima, estágios particulares de doenças são caracterizados por resíduos agregados específicos, e isso (como é especialmente provável no caso do A2E na degeneração macular) ocorre devido aos caminhos metabólicos específicos que os produzem. A intensidade do esforço que teremos que fazer para enfrentar este desafio dependerá de como, exatamente, as colocaremos no corpo — e temos novamente diversas opções para isso.

Atualmente, por exemplo, médicos tratam pacientes com DDLs injetando de forma intravenosa formas modificadas de sua enzima lisossômica faltante. É claro que a enzima não faria nenhum bem ao paciente se ficasse só passeando na corrente sanguínea, podendo até causar algum dano se estivesse ativa (pois poderia começar a atacar proteínas funcionais), e por isso as enzimas são modificadas de forma a garantir que se dirijam aonde são necessárias. Primeiro, elas são direcionadas às células corretas. Na doença de Gaucher, por exemplo, os macrófagos são especialmente vulneráveis à falta da enzima que causa a doença. Assim, a enzima é acoplada a moléculas de direcionamento que já são reconhecidas pelo macrófago como passaportes para entrada. A mesma estratégia poderia, portanto, ser utilizada para direcionar enzimas necessárias para eliminar as substâncias que fazem com que os lisossomos dos macrófagos fiquem disfuncionais na aterosclerose.

Este método tem a vantagem de ser relativamente simples para implementar a curto prazo e de já ser usado para tratar uma doença reconhecida (de forma que existe muita experiência prática e clínica com a técnica básica que podemos aproveitar). Ele tem, porém, muitas limitações. Há, especialmente, uma grande dificuldade para usá-lo para mover enzimas através da protetora barreira hematoencefálica, que é um escudo altamente efetivo conformado para proteger o cérebro contra a exposição às muitas substâncias potencialmente tóxicas presentes na corrente sanguínea. Obviamente, injetar enzimas que não podem alcançar o cérebro limita severamente os benefícios — e esse problema representa uma barreira quase intransponível para seu uso no tratamento de doenças neurodegenerativas relacionadas ao envelhecimento. Mesmo hoje em dia, alguns pacientes com doença de Gaucher desenvolvem complicações neurológicas como resultado da deficiência enzimática, e hidrolases injetadas são de pouca ajuda para esses pacientes.

Felizmente, os cientistas estão avançando quanto a formas de mover proteínas através da barreira hematoencefálica — e, no futuro, provavelmente teremos sistemas de entrega muito melhores. Em um prazo relativamente curto, devemos ser capazes de desenvolver uma forma de terapia celular, que envolveria inocular no paciente células que produzissem a enzima necessária e a secretassem na corrente sanguínea ou

no fluido que fica em volta das células.16 Isto seria, portanto, como uma versão biológica de um adesivo de nicotina, fornecendo uma dose contínua da enzima. E poderia ser extremamente útil: hoje em dia, pacientes com DDLs dependem de injeções regulares de enormes quantidades de sua enzima necessária, e é possível que simplesmente a quantidade das (várias) enzimas necessárias para combater todos os tipos de disfunções lisossômicas causadas pelo envelhecimento ou por doenças relacionadas ao envelhecimento possa tornar as injeções impraticáveis. Um motivo pelo qual tanta enzima seria necessária é que algumas dessas enzimas são proteases — ou seja, elas decompõem proteínas — mas enzimas são proteínas, de forma que as proteases no lisossomo na verdade destroem a si mesmas e umas às outras.

E, evidentemente, o ideal seria modificar nossas próprias células usando terapia genética somática, introduzindo DNA para instruir as células relevantes a produzirem justamente as enzimas de que precisam para serem saudáveis. Isso, e também a opção da terapia celular, ainda estão muito longe da clínica médica antienvelhecimento — mas novamente, felizmente, os principais obstáculos serão primeiramente enfrentados para uma variedade de doenças mais reconhecidas, desde a anemia falciforme até a síndrome da imunodeficiência combinada grave que cria "bebês bolha". Assim, provavelmente poderemos pegar carona nessas pesquisas até certo ponto. De fato, assim que a terapia genética somática estiver disponível para uso no tratamento de doenças genéticas relativamente comuns, sem dúvida ela será usada por pesquisadores de DDLs como uma forma de repor os genes para as hidrolases lisossômicas ausentes em seus pacientes. Novamente, o uso específico da terapia genética para fornecer melhores soluções para pacientes de DDLs será uma fonte útil de informação e colaboração para desenvolver uma versão de terapia genética para o projeto LysoSENS.

 

Terceiro desafio: colocá-las nos lisossomos

Este terceiro desafio é similar ao segundo: as enzimas lisossômicas não nos farão nenhum bem — e provavelmente podem até nos causar alguns problemas — se entrarem (ou, no caso da terapia genética, se forem sintetizadas) dentro das células onde são necessárias mas não forem então levadas ao lisossomo onde o lixo se acumula e onde há a acidez de que necessitam para funcionar. Novamente, uma solução em potencial já está em uso no tratamento das DDLs: o uso de moléculas do açúcar manose-6-fosfato, que são reconhecidas e absorvidas — junto com sua carga — pelo lisossomo.

Mas também nesse caso, estamos aprendendo a preparar algumas outras cartas na manga. Poderíamos ser capazes de usar uma solução alternativa, transformando um sistema de direcionamento que é atualmente usado para garantir que resíduos sejam entregues ao lisossomo em um método para enviar enzimas para o coração do mesmo sistema (esse sistema chama-se autofagia mediada por chaperonas). Os lisossomos absorveriam a enzima como se fosse um dos diferentes tipos de resíduos celulares, mas em vez disso estariam incorporando uma hidrolase capaz de preservar e restaurar seu funcionamento normal.

Poderíamos também tirar proveito de sistemas de entrega que já são usados no organismo do qual originalmente teríamos isolado as enzimas em questão. A biorremediação tipicamente usa bactérias porque elas digerem sua comida rapidamente. Fungos, ao contrário, são geralmente vistos como lentos demais para agir e crescer para que possam fornecer soluções viáveis para manchas de óleo ou locais contaminados com derramamento de substâncias químicas. Mas tratando-se de um problema de acúmulo lento de resíduos tóxicos em pouca quantidade, como a falência lisossômica relacionada ao envelhecimento, essas questões não seriam um problema. A vantagem de usar fungos é que eles — assim como nós e diferentemente das bactérias — têm uma estrutura própria parecida com o lisossomo chamada vacúolo, que tem muitas das características chave da estrutura humana equivalente (incluindo, por exemplo, a necessidade de um ambiente ácido interno para funcionar corretamente). Enzimas tiradas dessas fontes, portanto, podem já vir equipadas com várias características que seriam úteis para o projeto LysoSENS em humanos.

 

Quarto desafio: possíveis efeitos colaterais

Mesmo quando tivermos maneiras de entregar enzimas úteis aos lisossomos das células afetadas, ainda teremos que enfrentar o desafio chave de evitar que a intervenção em si nos cause danos. Um problema em potencial é que as enzimas em questão poderiam, como foi sugerido anteriormente, também ser ativas em outro lugar além do lisossomo. Uma razão para se supor que isso não será um grande problema é o fato de que, como já mencionei algumas vezes, as enzimas lisossômicas geralmente necessitam um meio bastante ácido para funcionar adequadamente, e assim elas provavelmente serão praticamente inativas no corpo principal da célula.

Porém, poderíamos também modificar ainda mais a enzima de forma que ela só se tornasse ativa após ter sido absorvida pelo lisossomo. Uma modificação possível desse tipo seria acoplar uma sequência prolongada de aminoácidos que evitariam que a enzima ficasse ativa, mas que seria cortada pelas enzimas presentes e ativas no lisossomo, liberando a forma ativa para funcionar em seu local de destino. Este conceito parece bastante complicado, mas já é usado pela célula para entregar de forma segura alguns membros do conjunto padrão de enzimas lisossômicas humanas, e portanto esta técnica deve ser adaptável sem excessiva dificuldade.

Um outro problema em potencial é que a enzima possa causar uma reação imunológica, assim como qualquer proteína "estrangeira" poderia causar. Porém, a experiência com as DDLs sugere que isto não será um problema tão grande como se esperaria de início. Lembrem-se de que para uma pessoa que nasceu sem a capacidade de produzir as enzimas hidrolíticas que o resto de nós produz, essas proteínas são tão "estrangeiras" quanto as hidrolases microbianas serão para todos nós. Normalmente, aprendemos a tolerar as proteínas de nosso próprio corpo porque nosso sistema imunológico é exposto a elas bem cedo em nosso desenvolvimento pré-natal e infantil, o que permite que ele as reconheça como "parte do corpo". Ao nunca terem passado pelo processo de exposição a tais proteínas cedo na vida (porque sem o gene, a proteína não pode ser construída), os pacientes com DDLs não têm tolerância imunológica a elas. E nesses pacientes, reações imunológicas de fato ocorrem. Mas, tranquilizadoramente, elas são sempre leves, e diminuem com o tempo. Aparentemente, isto ocorre porque as terapias de reposição enzimática entregam enzimas ao lisossomo de uma forma que não permite que a célula as capture e deixe em exibição na superfície da célula, alertando um desconfiado sistema imunológico de sua presença.

Além disso, mesmo se a experiência com enzimas recentemente introduzidas não for a mesma (por exemplo, se acabarmos por ter razões para usar a terapia genética e a autofagia mediada por chaperonas em vez da terapia de reposição enzimática), não estaremos necessariamente encalhados. Diminuir uma resposta imunológica excessiva é uma parte necessária de muitos procedimentos médicos, desde transplantes de órgãos até medicamentos diários para alergia, e estamos ficando melhores nisso com o passar do tempo. Poderíamos também, em algum momento, ser capazes de produzir a proteína dentro da medula óssea, como já foi feito com algumas enzimas lisossômicas; isso também poderia ajudar a induzir tolerância, por causa do papel das células da medula óssea em nossa imunidade.

 

Dentro e fora

Como podem ver, há vários obstáculos para se superar antes de sermos capazes de usar enzimas hidrolíticas novas para limpar o lixo em nossas células, evitando ou revertendo muitos dos problemas de saúde mais debilitantes da idade avançada. Porém, como mostrei, para todos esses problemas aparentemente existem soluções perfeitamente plausíveis que já estão em uso no tratamento das DDLs reconhecidas (as congênitas) ou que têm claras rotas de implementação que estão sendo intensamente estudadas por pesquisadores de todo o mundo. Uma vez identificadas as enzimas que necessitamos hoje, uma terapia de primeira geração poderá parecer-se bastante com a terapia de reposição enzimática para as doenças de depósito lisossômico existente hoje em dia: cara, inconveniente, e de escopo limitado, mas que salva vidas. E então, com o passar do tempo, melhoraremos progressivamente a terapia, tornando-a mais abrangente e aumentando sua segurança e eficiência em sintonia com o avanço da terapia genética e de outras tecnologias facilitadoras que também serão utilizáveis nos tratamentos de DDLs.

Assim como em casos anteriores, a busca por esta solução dependerá de uma síntese interdisciplinar da pesquisa realizada em áreas que aparentemente têm muito pouco a ver com o envelhecimento, e de trabalhos originais feitos por cientistas dedicados à meta de adaptar as tecnologias existentes aos novos problemas associados com o processo do envelhecimento. O que é claramente necessário é fazer com que capital privado e público sejam investidos na metade final da equação, que sofre de uma séria falta de investimento de dólares e de mentes, e sem isso o maior assassino de todo o mundo moderno continuará a aleijar, torturar e matar os seres humanos a nossa volta em novas levas enormes todos os dias.

Deixem-me agora mudar o foco do lixo que fica dentro de nossas células para parte do lixo agregado que cobre nossas células, explicando quão nocivo ele é, o que podemos fazer em relação a isso e como as ameaças que ele impõe à saúde — e as soluções terapêuticas — estão intimamente ligadas ao problema da disfunção lisossômica que estivemos abordando aqui.

OceanofPDF.com