Diabetes mellitus e o sistema purinérgico

Diabetes mellitus e o sistema

 

purinérgico

 

Naiara Stefanello, Karine Paula Reichert

 

Diabetes mellitus: dados

epidemiológicos

 

O diabetes representa um dos maiores problemas de saúde pública do mundo e vem tomando proporções epidêmicas nos últimos anos. As complicações dessa doença trazem perda econômica substancial para os doentes e suas famílias, para os sistemas de saúde e para as economias nacionais, devido aos custos médicos diretos, à perda de trabalho e salários. Além desses aspectos, de acordo com o estatuto da Organização Mundial da Saúde (OMS), em 2018, foi estimado que mais de 420 milhões de pessoas possuíam diabetes, sendo a sétima causa de morte em 2016. Essa prevalência está associada principalmente a fatores de risco, como obesidade e sobrepeso. Dados da OMS demonstram que mais de um em três adultos acima de 18 anos tem sobrepeso e mais de um em dez é obeso. Em 2016, a estimativa era de que 1,6 milhão de mortes foram diretamente causadas pelo diabetes. Outras 2,2 milhões de mortes foram atribuídas à glicemia elevada em 2012 (World Health Organization, 2019).

Na América do Sul e no México, foram 209.717 adultos de 20-79 anos que morreram como resultado do diabetes (11% de todas as causas de morte); 44,9% dessas mortes aconteceram em pessoas com menos de 60 anos de idade. Metade dessas mortes foi no Brasil. Além disso, o Brasil é o sexto país do mundo em gastos com diabetes, porém, quando se considera o gasto por pessoa, o Brasil não se estabelece entre os dez países que têm maior investimento médio por individuo com diabetes (IDF, 2017).

 

Caracterização e classificação do diabetes

O diabetes mellitus (DM) é um grupo heterogêneo de doenças metabólicas caracterizadas por hiperglicemia resultante de defeitos na secreção de insulina e ou na ação da insulina (Classification and diagnosis of diabetes, 2017). A patogênese dessa doença está relacionada a mudanças no metabolismo de carboidratos, proteínas e ácidos graxos que levam a alterações na sinalização do hormônio insulina. Essas alterações são decorrentes da destruição autoimune das células β pancreáticas com deficiência de insulina e também de uma falha na ação da insulina decorrente da diminuição da sensibilidade à insulina (Gannon, 2001; Classification and diagnosis of diabetes, 2017).

De acordo com diferentes características, pode-se dividir o diabetes em grupos. Diabetes tipo 1 afeta entre 5-10% das pessoas com essa doença. Pode ser conhecida como diabetes insulino-dependente (Gannon, 2001) ou diabetes juvenil (World Health Organization-Department of Noncomunicable Disease Surveillance Geneva, 1999). É resultado de uma destruição autoimune das células β do pâncreas. Diferentes tipos de autoanticorpos foram encontrados para as células das ilhotas, insulina, descarboxilase do ácido glutâmico e para o insulinoma-2. Usualmente, um ou mais desses autoanticorpos estão presentes quando a hiperglicemia é detectada nesses pacientes. Essa destruição autoimune é variável, ocorrendo de forma rápida em alguns casos, como em crianças e jovens, e de forma lenta em adultos. Especificamente, alguns pacientes apresentam a cetoacidose como a primeira manifestação da doença. Outros casos apresentam uma modesta hiperglicemia de jejum que rapidamente evolui para uma hiperglicemia severa e associada ou não com a cetoacidose e na presença de algum outro fator desencadeante, como o estresse ou infecções. Em outros casos, a destruição das células β ocorre, mas permanece uma função residual decorrente de uma destruição incompleta dessas células, o que pode prevenir a cetoacidose por muito tempo, contudo, a pessoa desenvolverá, eventualmente, a dependência à insulina. Esses casos são mais frequentes em adultos do que em crianças (Classification and diagnosis of diabetes, 2017). Em alguns casos de DM tipo 1, não se sabe a etiologia, pois apresentam insulinopenia e cetoacidose, no entanto não apresentam evidências de autoimunidade; nesses casos, pode ser classificada como diabetes idiopática.

A forma mais predominante é o diabetes mellitus tipo 2, devido à sua prevalência em 90-95% dos casos. Também pode ser chamada de diabetes não insulino dependente (Gannon, 2001) ou diabetes do adulto (World Health Organization-Department of Noncomunicable Disease Surveillance Geneva, 1999). Os pacientes apresentam resistência à insulina e possuem uma relativa deficiência de insulina. Os fatores que levam ao desenvolvimento do DM tipo 2 estão relacionados com a obesidade, a qual por si só pode levar à diminuição da sensibilidade à insulina (Roberts-Toler et al., 2015). Esses pacientes parecem possuir os níveis de insulina normais ou elevados com o intuito de compensar a resistência à insulina, a qual pode ser diminuída com a redução de peso ou tratamento farmacológico. Além disso, o risco de desenvolver diabetes tipo 2 aumenta com a idade e o sedentarismo (Ligthart et al., 2016; Rockette-Wagner et al., 2015).

Por muito tempo, o diabetes mellitus gestacional (DMG) era definido somente por uma intolerância à glicose durante a gravidez, independente de essa condição persistir ou não depois da gestação. Mulheres com diabetes no primeiro trimestre de gravidez seriam classificadas no grupo do DM tipo 2. Mulheres grávidas com diagnóstico de diabetes no segundo ou terceiro trimestre de gravidez que não é, claramente, DM tipo 1 ou tipo 2 são classificadas como DMG (Classification and diagnosis of diabetes, 2017). As características do DMG estão relacionadas com a diminuição da glicose plasmática e com a sensibilidade à insulina, além de ocorrer uma alteração na liberação de citocinas inflamatórias, tais como o fator de necrose tumoral (TNF-α), o qual pode contribuir para a resistência à insulina (Baz et al., 2016).

Há também outros tipos específicos de diabetes: 1) defeito genético nas células β, que se caracteriza como um diabetes familiar com idade de diagnóstico precoce e transmissão autossômico-dominante (revelado pela presença de três gerações de mesma linhagem afetadas) associado a defeitos no âmbito da secreção de insulina, levando à definição como DM tipo MODY (Schober et al., 2009); 2) defeitos genéticos na ação da insulina, que, em alguns casos incomuns de diabetes, levam a alterações nos receptores de insulina, o que causa também uma resistência à insulina grave. Outros fatores que podem levar ao desenvolvimento do diabetes são: 3) doenças do pâncreas exócrino, como pancreatites, traumas, infecções e cânceres pancreáticos; 4) endocrinopatias, em que alguns hormônios antagonizam o efeito da insulina e, portanto, quando em excesso, podem levar ao desenvolvimento do diabetes; 5) drogas, algumas das quais podem alterar direta ou indiretamente as ações da insulina, glicocorticoides, agonistas β-adrenérgicos e outros; 6) infecções por certos vírus, que têm sido associadas com a destruição das células β; e 7) outras síndromes, como algumas síndromes genéticas que são acompanhadas por hiperglicemia, a exemplo da síndrome de Down (Baynest, 2015; World Health Organization-Department of Noncomunicable Disease Surveillance Geneva, 1999). Dependendo do indivíduo e também do período em que a patologia foi diagnosticada, não há como ser classificada em um só grupo. Uma pessoa com diabetes gestacional pode não se recuperar da hiperglicemia e evoluir para um quadro de diabetes tipo 2.

 

Mecanismo de liberação da insulina

 

Normalmente, a sinalização da insulina é mediada pelo pâncreas, onde o transportador de glicose (GLUT) 2 medeia a entrada da glicose na célula. Após entrar na célula β, a glicose é fosforilada, pela hexocinase, à glicose-6-fosfato, que seguirá preferencialmente para a glicólise e produção de piruvato. Em seguida, segue para a produção de acetil-CoA e ciclo do ácido cítrico. Finalmente, leva à produção de ATP, o qual promove o fechamento dos canais de K+ sensíveis a ATP. O efluxo reduzido de K+ despolariza a membrana celular e os canais de cálcio voltagem-dependentes se abrem, aumentando nos níveis de cálcio citosólico, culminando com secreção dos grânulos de insulina por exocitose. A insulina liberada na corrente sanguínea atingirá diferentes tecidos, tais como tecido adiposo e muscular, onde irá ligar-se a seu receptor e levará à inserção do transportador de glicose dependente de insulina respectivo na membrana plasmática; então, a glicose pode ser captada nesses tecidos. No caso do diabetes, não há a presença da insulina ou a insulina é resistente; assim, os transportadores de glicose não se inserem na membrana plasmática, e a glicose permanece na corrente sanguínea, caracterizando a hiperglicemia (Antonioli et al., 2015).

Esse quadro pode ser mimetizado de forma satisfatória em modelos animais, em que se pode induzir uma hiperglicemia por diferentes formas: por manipulação genética, mudanças na dieta, cirurgicamente ou por manipulação química. Um exemplo de seleção genética é a linhagem de camundongos do tipo NOD, os quais são importantes para se compreender a patogênese do DM tipo 1, devido ao fato de desenvolverem espontaneamente a patologia. Embora algumas características desenvolvidas possam ser diferentes das características humanas, estudos com esses animais são muito úteis para o desenvolvimento de formas de prevenção. Outro exemplo são os ratos BB, uma seleção de ratos Wistar que desenvolvem espontaneamente hiperglicemia. Contudo, ambos são modelos para DM tipo 1. Para estudar o DM tipo 2, os ratos Zuckerfatty apresentam mutação no receptor de leptina, promovendo a hiperfagia e obesidade em quatro semanas, o que leva tardiamente à resistência à insulina e também ao diabetes (King; Bowe, 2016). O diabetes tipo 2 também pode ser induzido através da manipulação da dieta, a qual é alterada para um maior consumo de carboidratos e/ou gordura para a promoção de ganho de peso, que está associada com a resistência à insulina e alteração no metabolismo da glicose e gorduras, podendo levar ou não ao desenvolvimento do DM tipo 2 (Lozano et al., 2016; Srinivasan et al. (2005).

A estreptozotocina (STZ) (Stefanello et al., 2014) ou o Aloxano (Lunkes et al., 2004) são compostos químicos que também podem induzir modelos experimentais de diabetes através da manipulação química. Essas drogas são absorvidas pelo GLUT 2 do pâncreas por possuírem uma estrutura semelhante à glicose (Schnedl et al., 1994). A STZ leva à depleção do ATP e também à produção de espécies reativas que contribuem para o dano no DNA. Ambas levam à morte das células β. Doses de 100-200 mg/kg em camundongos e de 50-60 mg/kg em ratos levam à hiperglicemia (Okizaki et al., 2015; Stefanello et al., 2016). O diabetes pode ser estudado pela retirada parcial do pâncreas através da manipulação cirúrgica. Pode-se avaliar os efeitos da glicemia na redução da massa de células β, bem como avaliar a sua regeneração. Além disso, todos esses modelos podem ser aplicados de forma somatória, podendo-se associar, por exemplo, modelos de dieta com a administração de STZ, bem como a remoção do pâncreas associado ao uso da STZ. De certa forma, todos levam a um denominador comum, a hiperglicemia (Hardikar et al., 1999; Schmatz et al., 2009).

Diagnóstico do diabetes

 

A hiperglicemia pode ser diagnosticada através de alguns critérios preconizados pela Associação Americana de Diabetes (ADA ‒ American Diabetes Association), que se baseia nos níveis de glicose plasmática após oito horas de jejum ou através do teste oral de tolerância à glicose (TOTG) realizado após duas horas da ingestão de 75 g de glicose. Ou ainda pode se associar outros critérios, como a hemoglobina glicosilada (HbA1C). Um quarto critério pode se basear nos sintomas clássicos da hiperglicemia ou crises hiperglicêmicas associadas com uma glicose plasmática de ≥200 mg/dL (11,0 mmol/L). Os valores para diagnóstico de hiperglicemia podem ser definidos por 100-125 mg/dL (5,6-6,9mmol/L) para glicemia de jejum e 140-199 mg/dL (7,8-11,0 mmol/L) para o TOTG. Para os níveis de HbA1C, considera-se que indivíduos que apresentam entre 5,7-6,4% (39-46 mmol/L) apresentam maiores riscos para o desenvolvimento do diabetes (Classification and diagnosis of diabetes, 2017).

Entretanto, as doenças metabólicas, como o diabetes, geralmente já estão presentes antes de serem diagnosticadas clinicamente e, muitas vezes, algumas das complicações comuns já estão sendo manifestadas. Os sintomas clássicos desta patologia são poliúria, polidipsia, polifagia e perda involuntária de peso; o diabetes, porém, é assintomático na maioria dos casos, o que retarda o diagnóstico e o tratamento (Atkinson; Eisenbarth, 2001; Brasil. Ministério da Saúde, 2006).

 

Complicações do diabetes

 

A longo prazo, o desequilíbrio metabólico do diabetes pode levar a danos, disfunções ou até falência em vários órgãos, especialmente olhos, rins, nervos, cérebro, coração e vasos sanguíneos (Rahimi et al., 2005). Dessa forma, pacientes com DM estão mais susceptíveis a desenvolver complicações macro e microvasculares, que são as principais causas de morbidade e mortalidade do diabetes.

A hiperglicemia crônica é a maior causa de complicações no diabetes e é a responsável por levar à morte os pacientes. Embora o DM tipo 1 e tipo 2 tenham uma patogênese diferente, as complicações provenientes da hiperglicemia são semelhantes. As complicações microvasculares são a retinopatia, neuropatia e nefropatia. A hiperglicemia é responsável por muitas das mudanças na vasculatura da retina, incluindo prejuízo no fluxo sanguíneo, aumento da adesão de leucócitos e monócitos e obstrução de capilares, resultando em hipóxia localizada (Sheetz; King, 2002). As manifestações clínicas da neuropatia são dor, parestesia e perda sensorial, o que aumenta o risco de queimaduras, lesões e ulceração do pé. Estão relacionadas com espessamento da membrana, proliferação e hipertrofia das células endoteliais, além da tensão de oxigênio reduzida (Tesfaye; Selvarajah, 2012). A nefropatia é bem caracterizada, com o acúmulo de matriz extracelular que progride para hipertrofia e hiperfiltração e posterior inflamação do glomérulo. Por último, leva à apoptose das células. Três são as principais vias de indução da progressão da nefropatia: 1) ativação das vias de polióis e proteína cinase C (PKC), 2) formação de produtos finais de glicação avançada e 3) hipertensão intraglomerular (Wada; Makino, 2012).

As complicações macrovasculares estão relacionadas com doença vascular periférica, infarto do miocárdio e acidente vascular encefálico. A hiperglicemia através dos produtos de glicação avançada (AGE) promove a ativação do fator nuclear-κB (NF-κB), que modula vários genes alvo pró-inflamatórios e pró-aterocleróticos nas células do músculo liso vascular, células endoteliais e macrófagos (Casella et al., 2015). O NF-κB estimula os monócitos a se infiltrarem no espaço subendotelial. Com a hiperglicemia, os macrófagos aderem-se e aumentam a expressão de genes pró-inflamatórios e moléculas de adesão endotelial, contribuindo para a iniciação da formação da placa aterosclerótica. Pode-se salientar que a hiperglicemia está relacionada com o aumento na atividade da NADPH oxidase, enzima geradora de espécies reativas de oxigênio (EROs), o que leva a uma contribuição no estresse oxidativo, também relacionado com a disfunção endotelial (Gray et al., 2013).

Além disso, os altos níveis de glicose e EROs levam à inibição da produção de óxido nítrico (NO), contribuindo ainda mais para a disfunção endotelial vascular (Sena et al., 2013). Relacionado com as alterações macrovasculares, pode-se destacar também que o aumento da produção de EROs contribui para a modificação e oxidação do LDL (lipoproteínas de baixa densidade), as quais estão intimamente relacionadas com a progressão da placa aterosclerótica e, consequentemente, com alterações nos vasos (Barona et al., 2012).

Os mecanismos pelos quais a hiperglicemia pode estar relacionada com as complicações do diabetes podem ser os seguintes: 1) via dos polióis, 2) formação de AGE, 3) EROs intermediárias e 4) PKC (Sheetz; King, 2002). A via dos polióis leva à produção de sorbitol e consumo de NADPH pela aldoseredutase, que é ativada com o aumento da glicose plasmática. O sorbitol promove alterações osmóticas na célula e desenvolvimento da catarata, enquanto o sorbitol e o aumento de NADP+ podem contribuir com lesões vasculares. Na via de formação de AGE, as proteínas são glicosiladas pela glicose, a chamada reação de Maillard. Essas proteínas têm um prejuízo em sua função. Tanto as proteínas intracelulares como as estruturais, como o colágeno, podem sofrer essa glicosilação (Genuth et al., 2015). Os receptores para AGE (RAGE), quando ativados, podem promover a morte celular (Liu et al., 2016). No metabolismo normal da glicose a ATP, ocorre a produção de espécies reativas na cadeia transportadora de elétrons (Nishikawa et al., 2000). Além disso, a autoxidação da glicose também leva à produção de espécies reativas e à glicação de proteínas (Chetyrkin et al., 2011; Hunt et al., 2015).

A PKC é uma enzima sinalizadora intracelular muito importante, responsável pela regulação de muitos processos (Wu-zhang; Newton, 2013). A ativação da PKC, juntamente com o aumento das espécies reativas sob condição de hiperglicemia estão relacionados com o desenvolvimento da nefropatia diabética (Zhu et al., 2015). Em adição, a ativação da PKC leva a alterações na permeabilidade vascular, desregulação no NO, aumento da adesão de leucócitos e alteração no fluxo sanguíneo (Sheetz; King, 2002). Todas as alterações nessas vias contribuem para as complicações observadas no diabetes (Schulingkamp et al., 2000; Zhao et al., 2010). Algumas complicações são em tecidos específicos, e alguns desses importantes tecidos serão descritos nas próximas seções. Esses tecidos sofrem amplas alterações em diferentes vias de sinalização, entre as quais está a purinérgica, que destacaremos na próxima seção.

 

Sistema Purinérgico

 

As purinas (ATP, ADP e adenosina) e as pirimidinas (UDP e UTP) são importantes moléculas sinalizadoras que medeiam muitos efeitos biológicos através dos receptores purinérgicos (Burnstock; Verkhratsky, 2012). O ATP, ADP, UTP e UDP ligam-se aos receptores P2, enquanto a adenosina se liga a receptores P1.

Tanto os receptores P1 quanto P2 estão localizados em muitos tecidos, principalmente pâncreas, sistema vascular, sistema nervoso central (Burnstock; Evans; et al., 2014; Coutinho-Silva et al., 2007; Delekate et al., 2014; Hechler; Gachet, 2015). No SNC, está descrita a presença desses receptores em muitas estruturas, sendo associada também com o desenvolvimento de diversas patologias, como doença de Alzheimer (Delekate et al., 2014; Gold; El Khoury, 2015), enquanto esses receptores, principalmente os P2Y, estão relacionados com a função plaquetária e a promoção de trombos (Hechler; Gachet, 2015). As plaquetas são conhecidas por expressar os receptores P2X1, P2Y1, e P2Y12, nos quais predomina a sinalização por ADP através da ativação dos receptores P2Y1 e P2Y12, que é crítica para iniciação da agregação plaquetária (Eltzschig et al., 2012; Idzko et al., 2014; Schmatz et al., 2013). Os receptores P2X7 e o P2X4, por exemplo, estão presentes no rim, e sua expressão pode ser aumentada em patologias envolvendo processos inflamatórios nesse tecido (Solini et al., 2014). Os purinoreceptores estão envolvidos com a secreção biliar, metabolismo do glicogênio e lipídico. A ativação dos receptores de P2Y1 em hepatócitos humanos e roedores estimula a enzima glicogênio fosforilase (Burnstock; Vaughn; et al., 2014). No pâncreas, os receptores purinérgicos são muito importantes, pois o ATP, através dos receptores P2Y1, está relacionado com a liberação de insulina. Nas ilhotas pancreáticas, o P2X4 está expresso nas células β e δ (Burnstock; Novak, 2013). Já nas células α, são expressos os receptores P2X7 que migram para o centro da ilhota à medida que as células β são destruídas em modelos animais de diabetes (Coutinho-Silva et al., 2007).

Os receptores de ADO estão amplamente distribuídos em tecidos metabolicamente ativos, tais como pâncreas, fígado e tecido adiposo, além de estarem presentes em células do sistema imune, indicando um importante papel na regulação desses tecidos. No pâncreas, a ADO está relacionada com o metabolismo da glicose (Koupenova; Ravid, 2013), bem como com a secreção da insulina, e ainda controla a regeneração e proliferação das células β. O receptor A1 inibe a liberação de insulina e o A2A tem um efeito oposto, estimulando a secreção de insulina, enquanto o A2B não tem efeito descrito na estimulação desse hormônio. A ADO também está envolvida no desenvolvimento do DM tipo 1, devido à sua interação com as células imunes e as células β, onde o receptor A2A inibe a secreção de IL-2 e IFN-γ pelas células T CD4+ e células T helper e ainda suprime os linfócitos T CD8+ (Antonioli et al., 2015). Em adição, camundongos knockout para CD39 tratados com STZ desenvolvem diabetes mais rapidamente que camundongos wild-type e, ainda, a upregulation da CD39 tem efeito protetor na indução do diabetes. Isso poderia contribuir com o aumento na produção de ADO e estimulação dos seus receptores (Chia et al., 2013).

Além disso, a sinalização da insulina e a consequente resistência a esse hormônio no DM tipo 2 podem ser inibidas pela liberação de citocinas pró-inflamatórias liberadas por infiltrados de macrófagos e outras células imunes no fígado, músculo, pâncreas e tecido adiposo. Os receptores de ADO também estão relacionados com efeitos antagônicos nesses tecidos. O receptor A1 inibe a lipólise e o receptor A2B diminui o processo inflamatório nos adipócitos, enquanto nos hepatócitos, esses receptores estão relacionados com a gliconeogênese e glicogenólise. No músculo, podem estimular ou diminuir a captação de glicose. De forma geral, a ADO e seus receptores contribuem para a diminuição da resistência à insulina (Antonioli et al., 2015).

Estudo com pacientes com DM tipo 2 não obesos tem demonstrado que a atividade ou expressão da enzima ADA se encontra aumentada, o que contribui com a diminuição dos níveis de ADO (Khemka et al., 2013; Kurtul et al., 2004). Além disso, o aumento da expressão da ADA promove a ativação das células dendríticas através da diminuição da ADO, levando à desregulação das células T autoimunes e à autodestruição das células β pancreáticas (Antonioli et al., 2015).

Cada tecido responde a hiperglicemia de forma diferenciada, dar-se-á destaque a alguns tecidos importantes que sofrem mudanças e são amplamente pesquisados.

 

Pâncreas

 

O pâncreas é um órgão que contém duas populações distintas de células: as células exócrinas, que secretam enzimas no trato digestivo; e as células endócrinas, que secretam hormônios na corrente sanguínea. As células endócrinas são agrupadas principalmente nas ilhotas de Langerhans, que são aglomerados esféricos compactos no tecido exócrino. Existem quatro tipos principais de células endócrinas: as células β, que secretam insulina e compõem a maioria das células nas ilhotas; as células α, secretadoras de glucagon; as células δ, que secretam somatostatina; e as células PP, que secretam polipeptídeo pancreático (PP) (Edlund, 2001). As células β são as mais envolvidas no desenvolvimento do diabetes, como citado anteriormente. No diabetes mellitus tipo 1, devido a fatores ambientais, ocorre uma destruição dessas células que produzem insulina. Como resultado, a massa e função das células β pancreáticas são destruídas, e os pacientes tornam-se dependentes de insulina exógena. No diabetes tipo 2, a secreção de insulina pode estar próxima do normal, pelo menos no início, mas os tecidos-alvo podem ser resistentes à insulina. Com a progressão da doença, os fatores de estresse metabólico e as citocinas, como a interleucina IL-1β, contribuem para diminuir a massa e a função das células β (Burnstock; Novak, 2013).

Igualmente, o pâncreas também é regulado pelo sistema purinérgico. Estudos têm demonstrado que algumas ectonucleotidases estão relacionadas com a quebra do ATP a adenosina. Nas ilhotas pancreáticas, ATP pirofosfatase, fosfatase alcalina, ecto-5’-nucleotidase e NTDPase1-3 foram encontrados (Lavoie et al., 2010). De modo geral, ATP estimula a secreção de insulina enquanto que adenosina através dos receptores A1 medeiam a inibição da secreção de insulina e que receptores A2A atuam aumentando a proliferação de células β (Andersson et al., 2012; Burnstock; Novak, 2013). Estudos com humanos e animais demonstram que alguns receptores purinérgicos são encontrados nas células β e que outros são encontrados nas células α. Contudo, poucos estudos têm sido conduzidos com as células α. Os receptores P2X1 – P2X7, PY1, P2Y2, P2Y4 e P2Y6, P2Y11 – P2Y13 foram encontrados nas células β. A presença dos receptores P2X1, P2X2, P2X4 e P2X6, presentes em ratos, não foi confirmada em células humanas (Cieślak; Roszek, 2014). Mas foi confirmado que as células β humanas apresentam receptores P2X3 (Jacques-Silva et al., 2010), receptores P2X5, receptores P2X7 (Burnstock, 2013). Em condições fisiológicas, o receptor P2X7 não está envolvido no metabolismo das células β, pois a ativação desse receptor exige altas concentrações de ATP acima de 100 mM (Di Virgilio; Vuerich, 2015).

Os grânulos nas células pancreáticas contêm não apenas insulina, mas também ATP e ADP, e sua liberação é regulada pela ativação do receptor P2X2 presente nas células β (Karanauskaite et al., 2009). ATP é liberado juntamente com insulina nas células β em resposta a uma rápida diminuição nos níveis de glicose no sangue ativa o receptor P2X3, que resulta no aumento da concentração de Ca2+ intracelular e amplificação da liberação de insulina (Jacques-Silva et al., 2010).

Existem inúmeros receptores P2Y presentes nas células β do pâncreas, e sua expressão é diferente entre as espécies animais. Estudos em células de tumorais de ilhotas pancreáticas (insulinoma) indicaram a presença de receptores P2Y, como P2Y1, P2Y2, P2Y4, P2Y6, P2Y11, P2Y12 e P2Y13 (Santini et al., 2009). Em humanos, foi demonstrada a presença dos receptores P2Y11 e P2Y12 nas células β pancreáticas (Burnstock, 2013).

Cieślak e Roszek (2014) reuniram informações de diferentes receptores P2Y e seus efeitos nas células do pâncreas, pois alguns estudos relatam que a ativação de receptores P2Y pode aumentar ou diminuir a secreção de insulina, dependendo do subtipo de receptor. A maioria dos estudos mostram que a ativação dos receptores P2Y e P2Y4 estimula a secreção de insulina induzida por glicose e que a ativação dos receptores P2Y1 e P2Y6 inibe a secreção de insulina. Outro estudo sobre os mesmos receptores mostrou que a ativação dos receptores P2Y1 e P2Y6 estimula a secreção de insulina quando altas concentração de glicose são encontradas (Cieślak; Roszek, 2014).

Algumas alterações são mais proeminentes em pâncreas diabético. Burnstok e Novak (2013) têm destacado em sua publicação que algumas mudanças são observadas no pâncreas diabético, dentre as quais se podem citar: os receptores P2Y1 estavam presentes nos capilares intra-ilhota, enquanto os receptores P2X4 estavam presentes nas células β e δ; os receptores P2X7 são encontrados migrando para o centro das células α para substituir as células β perdidas em ratos diabéticos induzidos por STZ e com camundongos NOD (Burnstock; Novak, 2013; Coutinho-Silva et al., 2007; Vieira et al., 2016).

Estudos têm demonstrado que a sinalização dos receptores P2Y, principalmente P2Y1, se mantém, embora haja a destruição das células β. No pâncreas de ratos, ADPβS, um potente agonista do receptor P2Y1 induziu liberação de insulina similar à dos ratos controle, e isso foi independente da concentração de glicose (Tang et al., 2017). Agonistas para esse receptores seriam uma medida interessante para a estimulação de insulina principalmente no diabetes mellitus tipo 1, contudo, esse receptor está presente nas células endoteliais e contribuem para a promoção da vasodilatação, efeito colateral não desejado para esses pacientes (Novak, 2008), como se observa na

Figura 1.

Figura 1: Sinalização do sistema purinérgico no pâncreas

 

Fonte: autoras (2019).

* Alguns receptores P2 têm efeitos descritos e contraditórios.

Estudos têm demonstrado que P2Y1 pode estar associado com

um aumento na liberação de insulina. Por sua vez, receptores P1

também precisam de mais estudos para consolidar o efeito do

sistema purinérgico, mas algumas evidências demonstram que o

receptor A1 pode estar ligado com uma sinalização deficiente da

insulina.

A presença do receptor de adenosina também foi demonstrada nas células β pancreáticas, principalmente os receptores A2A e A1. Estudos com antagonistas da adenosina não seletivos mostraram que a adenosina pode melhorar a secreção de insulina e reduzir a produção de glicose. Estudos com Zebrafish demonstraram que o agonista de adenosina 5’-N-etilcarboxamidoadenosina (NECA) apresentou capacidade de regeneração de células β através do receptor de adenosina A2A, aumentando a proliferação de células β e acelerando a restauração da normoglicemia no peixe-zebra (Andersson et al., 2012). Por outro lado, os antagonistas do receptor A2B recém-sintetizados PSB-1115 e PSB-53 apresentaram potencial antidiabético indicado pela diminuição dos níveis de glicose no sangue e aumento dos níveis de insulina plasmática em ratos Wistar em doses distintas, e insulina plasmática elevada em ratos diabéticos in vivo e liberação aumentada de insulina in vitro (Rüsing et al., 2006). Em adição, parece que camundongos A1 (-/-) têm distúrbios na secreção de insulina e glucagon no pâncreas quando estimulados por 16.7 mM glicose

(Johansson et al., 2007), o que é ilustrado pela Figura 1. Diversos estudos têm demonstrado a influência dos P1 e P2 receptores na sinalização da insulina em pâncreas e mais estudos precisam ser feitos para que a forma como o sistema purinérgico modula o pâncreas seja bem esclarecida.

 

Sistema Nervoso Central

 

O sistema nervoso central (SNC) é um tecido bastante complexo, com uma variedade de tipos celulares, os quais são capazes de coordenar todo o organismo, através de ações voluntárias e involuntárias. Por mais que o SNC represente uma pequena porcentagem do nosso peso corporal, ele é responsável por aproximadamente 20% do consumo total de O2 e 25% de glicose no organismo, apresentando reservas energéticas extremamente baixas quando comparada a sua elevada taxa metabólica. Dessa forma, o metabolismo cerebral requer um suprimento contínuo de glicose, para a manutenção da sua fisiologia e funcionamento, sendo que os neurônios são as células do SNC que mais requerem energia nas atividades sinápticas (Biessels et al., 2001; Harris et al., 2012).

No caso do DM, a desregulação metabólica da glicose, pode causar danos diretos ao cérebro devido ao fato da restrita internalização desta fonte energética para as células nervosas. Além disso, a insulina também exerce um papel fundamental no crescimento e desenvolvimento de tecidos e está envolvida em processos de aprendizagem e memória. A diminuição na concentração de insulina no sistema nervoso central contribui para o declínio cognitivo, uma vez que os receptores de insulina encontram-se amplamente distribuídos em estruturas cerebrais como córtex e hipocampo (Bondy; Cheng, 2004; Chiu et al., 2008; Zhao; Alkon, 2001).

Estudos têm demonstrado que pacientes diabéticos apresentam um risco elevado em desenvolver doenças cerebrovasculares como o acidente vascular cerebral, encefalopatia diabética, doença de Alzheimer e outras demências (Kapogiannis; Mattson, 2011; Luchsinger, 2008). Podem ser chamadas de “encefalopatias diabéticas” as alterações provocadas pela hiperglicemia no encéfalo, contudo essa denominação não é amplamente aceita pelos pesquisadores Nelson et al. (2009), pois, de acordo com Mijnhout e colaboradores (2006), não parecem combinar com os leves problemas cognitivos geralmente vistos em pacientes diabéticos. Então, tem sido sugerido que o termo “declínio cognitivo associado ao diabetes” descreve um estado de ligeira a moderada disfunção cognitiva, em particular retardamento psicomotor e reduzida flexibilidade mental, que não são atribuíveis a outras causas (Mijnhout et al., 2006; Zheng et al., 2016).

Além disso, alguns estudos têm apresentado que a hiperglicemia induz a declínio cognitivo resultante de anormalidades estruturais e funcionais no encéfalo (Biessels et al., 2002). Essas alterações poderiam estar relacionadas com defeitos na potenciação a longo prazo em fatias de hipocampo, o qual está intimamente relacionado com a capacidade do encéfalo em formar memória (Biessels et al., 2002; Trudeau et al., 2004). A hiperglicemia também pode levar ao aumento na permeabilidade da barreira hematoencefálica, o que pode contribuir com a reatividade vascular e o envelhecimento acelerado da parede vascular (Coleman et al., 2004).

Esses sintomas estão também relacionados ao sistema purinérgico, uma vez que o ATP é um neurotransmissor excitatório, armazenado em vesículas sinápticas nos terminais nervosos sendo liberado junto com outros neurotransmissores. Além da ativação neuronal, o ATP também possui uma função de mensageiro neurônio-glia e marcador inflamatório. Todas as funções que este nucleotídeo pode vir a desenvolver sob condições fisiopatológicas intervêm da sua ligação com seus diferentes receptores (citados na seção anterior).

Em ratos diabéticos induzidos com STZ, foi demonstradopor Duarte e colaboradores (2007) diminuição das concentrações de ATP no líquido cefalorraquidiano e análise por Western blot mostrou que a densidade de vários receptores P2 (P2X (3,5,7) e P2Y (2,6,11) estava diminuída nos terminais nervosos do hipocampo. Isso indica que a sinalização sináptica de ATP está globalmente deprimida em ratos diabéticos, o que pode contribuir para a diminuição da plasticidade sináptica associada ao diabetes (Duarte et al., 2007).

Alterações no metabolismo do ATP e uma deficiência na sinalização intracelular induzida por este nucleotídeo podem resultar na disfunção neurotransmissora (Duarte et al., 2007; Reichert et al., 2018). Ainda mudançasnas atividades da Ca 2+ + + e Na , K -ATPase provocam morte neuronal devido aos distúrbios nos eletrólitos intracelulares, como observado por Stefanello et al. (2014) no diabetes induzido por STZ.

Além disso, o diabetes é associado com a inflamação crônica, e o sistema purinérgico é capaz de desencadearum mecanismo neuroinflamatórioem resposta a processos danosos no SNC. Na microglia, células imunes do SNC, a ativação do receptor P2X7 pode levar a liberação de citocinas pró-inflamatórias como a interleucina 1β (IL-1β) e fator de necrose tumoral α (TNFα) (Solini et al., 2008). A ativação do P2X7 pode levar a processos de morte celular, principalmente, por apoptose, favorecendo condições para o desenvolvimento de doenças neurodegenerativas (Anderson; Nedergaard, 2006), como mostra a próxima figura.

Figura 2: Liberação de IL-1β e TNF-α pela ativação do P2X7

pelo ATP na micróglia no córtex cerebral

 

Fonte: autoras (2019).

* No córtex cerebral, estudos têm demonstrado que a ativação

do P2X7 pelo ATP na micróglia pode levar a liberação de IL-1β e

TNF-α, os quais poderiam contribuir com a morte de células gliais

e neurônios caracterizando um dos mecanismos para a

neurodegeneração.

Estudos com roedores demonstram uma elevada ativação do P2X7 em células de glia de um modelo de neuropatia diabética, assim como encontrado em córtex total de animais diabéticos (Liu et al., 2017; Reichert et al., 2018). Desta forma, o uso de antagonistas do receptor P2X7 pode ser um potencial agente terapêutico para doenças inflamatórias, como o diabetes.

Já a adenosina desempenha um papel regulatório da função neuronal, tendo como uma de suas principais características seu potente efeito neuromodulador no SNC, controlando a excitabilidade neuronal e liberação de neurotransmissores, além de ter controle sob a vasodilatação cerebral e fluxo sanguíneo em células corticais (Fredholm et al., 2005). Assim como as outras moléculas sinalizadoras que compõem o sistema purinérgico, a adenosina age através de seus receptores. Destes, o receptor inibitório do sub-tipo A1 é o mais abundante no SNC e está vinculado a ações neuroptotetoras (Abbracchio; Cattabeni, 1999). O receptor A2A é encontrado predominantemente no estriado, mas também está presente em córtex e hipocampo (Rosin et al., 1998). Ao contrário do receptor A1, o receptor A2A está associado a situações crônicas de neurodegeneração, de forma que sua ativação favorece a perda de memória e declínio cognitivo (Rebola et al., 2005). Alguns estudos mostram que o equilíbrio entre os receptores de adenosina inibitórios A1 e estimulatório A2A é modificado no hipocampo de ratos diabéticos induzidos por estreptozotocina (Duarte et al., 2006). Duarte e colaboradores sugerem que o mecanismo pelo qual o diabetes induzido por estreptozotocina conduz à modificação observada da densidade dos receptores de adenosina hipocampais ainda são incertos, mas que em outras doenças cerebrais crônicas, a down-regulação em longo prazo dos receptores A1 seria consequência de sua ativação prolongada pela adenosina endógena, que está aumentada nessas condições. A ativação prolongada dos receptores A1 levaria à sua regulação negativa, contudo, ainda não é claro se a indução de diabetes porestreptozotocina aumenta os níveis extracelulares de

adenosina no hipocampo (Figura 3).

Figura 3: Depressão na sinalização do ATP pela densidade

diminuída de P2X e P2Y

 

Fonte: autoras (2019).

* Estudos em hipocampo de ratos diabéticos tem demonstrado

que receptores P2X e P2Y encontram-se com sua densidade

diminuída podendo levar a depressão na sinalização do ATP.

Ainda, receptores A1 poderiam ter sua densidade diminuída

enquanto receptores A2A, aumentada. Esses efeitos poderiam ser

consequência de um aumento nas concentrações de adenosina.

Por sua vez, Stefanello e colaboradores (2016) têm demonstrado que em córtex cerebral não há alterações nos níveis de adenosina (Stefanello et al., 2016). Mais estudos estão sendo realizados com o intuito de desvendar as alterações no sistema nervoso central provocados pela hiperglicemia na condição diabética.

 

Plaquetas

 

A parede vascular e as células circulantes são bastante alteradas pela hiperglicemia. As plaquetas são fragmentos celulares derivados do megacariócito e possuem tempo de vida médio em torno de sete a dez dias na corrente sanguínea (Kim et al., 2013). Quando ativadas, liberam grânulos contendo em seu interior moléculas sinalizadoras que contribuem para a coagulação sanguínea, tais como ATP, ADP, tromboxanos, prostaglandinas, serotonina, glutamato e interleucinas (Shi; Morrell, 2011). As plaquetas de pacientes diabéticos são caracterizadas pela desregulação de várias vias de sinalização e tem sido sugerido que elas são hiper-reativas, mostrando aumento da adesão, ativação e agregação (Kim et al., 2013). A hiper-reatividade das plaquetas não está totalmente elucidada, mas pode estar associada à redução na fluidez das membranas (Raffaelli et al., 2015), alteração na homeostase dos íons cálcio e magnésio (Kim et al., 2013), glicação de proteínas na superfície da membrana (Zhu et al., 2012), aumento da adesão e ativação plaquetária, bem como também com o aumento no volume das plaquetas (Gasparyan et al., 2011) e níveis de radicais livres e diminuição nas defesas antioxidantes (Raffaelli et al., 2015). Dessa forma, o diabetes tem sido associado com o desenvolvimento de trombos e, consequentemente, com o desenvolvimento de doenças cardiovasculares (Gremmel et al., 2016; Kim et al., 2013).

As plaquetas expressam os subtipos de receptores P2Y1, P2Y12, P2X1 e P1 envolvidos na agregação plaquetária e na mudança de forma (Burnstock, 2017). As plaquetas mostraram conter altas concentrações de ATP que quando liberado no meio extracelular é rapidamente decomposto em ADP pelas ectonucleotidases presentes na membrana das plaquetas e nas células endoteliais. É conhecido que o ADP é um agonista da agregação plaquetária, já o ATP pode atuar como uma molécula agregante, mas é dependente de suas concentrações (Soslau; Youngprapakorn, 1997).

O controle das concentrações desses nucleotídeos é realizado pelas ectonucleotidases presentes nas plaquetas e vasos sanguíneos. É descrito por Schetinger et al. (2008) que as diferenças catalíticas entre NTPDase1 e NTPDase2 estão associadas a diferenças na capacidade de regular a função plaquetária (M. et al., 2010). Essa afirmação está baseada no estudo realizado por pesquisadores canadenses: a NTPDase1 pode anular a agregação plaquetária, enquanto a expressão da NTPDase2 provavelmente promove a formação de microtrombosplaquetários em locais de extravasamento após lesão do vaso (Sévigny et al., 2002).

Por sua vez, os receptores purinérgicos estão envolvidos a partir do momento em que esses nucleotídeos possam ligar-se. O receptor P2Y1 inicia a agregação plaquetária, mas não é suficiente para uma agregação plaquetária completa em resposta ao ADP, enquanto o receptor P2Y12 é responsável pela conclusão da agregação estimulada pelo ADP. O P2Y12 é o alvo molecular das drogas antitrombóticas clopidogrel, prasugrel e ticagrelor. E é responsável pela maioria dos efeitos potenciadores do ADP quando as plaquetas são estimuladas por agentes como trombina, colágeno ou complexos imunes. Por sua vez, o receptor P2X1 está envolvido na alteração da forma das plaquetas e na ativação por colágeno sob condições de cisalhamento (Hechler; Gachet, 2011).

A hiperglicemia não tratada leva a alterações macro e microvasculares. Disfunções no endotélio dos vasos sanguíneos compreendem grande importância para o desenvolvimento de doenças cardiovasculares (Sena et al., 2013). A hiperglicemia é um dos principais fatores de risco para a disfunção endotelial, condição que é encontrada tanto em pacientes com DM tipo 1 quanto com DM tipo 2 (Lozano et al., 2016). Além disso, a disfunção endotelial tem sido relacionada com o desenvolvimento de aterosclerose e trombose, estando também ligada ao aumento da agregação das plaquetas no diabetes (Ishida et al., 2014; Sena et al., 2013).

Estudos demonstram um aumento na agregação de plaquetas de ratos diabéticos através de ensaios envolvendo a agregação estimulada por diferentes concentrações de ADP em plaquetas provenientes de ratos diabéticos (Stefanello et al., 2016). Além disso, mudanças na adesividadeplaquetária e reatividade foram encontradas em pacientes diabéticos, bem como um aumento na hidrólise de nucleotídeos pelas enzimas ectonucleotidases em plaquetas desses mesmos pacientes (Lunkes et al., 2003). A insulina também é uma importante molécula sinalizadora na inibição da ativação das plaquetas, sendo que uma das vias é sua inibição na supressão induzida pelo receptor P2Y12 na formação do AMPc, atuante na inibição da agregação plaquetária (Ferreira et al., 2006). Uma vez que está diminuída ou as células são resistentes a ela, a insulina não pode exercer seus efeitos na inibição da agregação plaquetária, por isso tanto os animais quanto os pacientes diabéticos possuem maior agregação plaquetária.

A adenosina também apresenta um papel importante na função plaquetária, podendo serliberada de células da parede vascular e plaquetas noespaço extracelular como um produto de degradação do ATP. Ao se ligar com seus receptores específicos (P1), este nucleosídeo estimula a adenilil ciclase acoplada à proteína G nas plaquetas e aumenta os níveis intracelulares de AMPc, inibindo a ativação plaquetária (Varani et al., 1999). Os receptores do sub-tipo A2A são os mais predominantes nas plaquetas. Porém, alguns estudos recentes têm demonstrado uma expressão semelhante do receptor do sub-tipo A2B nestas células (Ledent et al., 1997; Yang et al., 2010), como mostra a próxima figura.

Figura 4: Plaquetas – fragmentos responsáveis pela agregação

das plaquetas

 

Fonte: autoras (2019).

* No diabetes há um aumento na sinalização pelo P2Y1 e

P2Y12 que estimulam a ativação e agregação das plaquetas. Contudo, o receptor A2A quando ativado pela adenosina atua bloqueando a estimulação da agregação plaquetária.

Pesquisas científicas apontam que em plaquetas humanas, o receptor A2A medeia um aumento nos níveis de AMPcDionisotti et al. (1996). Em experimentos in vitro, a agregação plaquetária induzida por colágeno foi inibida após o tratamento com um agonista deste receptor (Linden et al., 2008). Esses dados sugerem que o uso de agonistas para o A2A podem contribuir nos casos clínicos, quando a inibição da função plaquetária se faz necessária.

 

Considerações finais

 

O sistema purinérgico, amplamente presente em diferentes tecidos por todo o corpo, está envolvido em uma gama de efeitos, contribuindo para o bom funcionamento desses tecidos, de modo que, em diversas doenças, componentes do sistema purinérgico são encontrados alterados, principalmente no diabetes. Diversos antagonistas e agonistas foram ou estão sendo estudados na tentativa de que regulando esses componentes alterados, podemos conseguir controlar os sintomas observados no diabetes. Contudo, pelo mesmo fato que torna o sistema purinérgico tão importante – estar em muitos tecidos – leva também a existência de muitos efeitos colaterais. O principal objetivo é desenvolver novos compostos que sejam tecido-específicos na tentativa de poder agir localmente minimizando os efeitos colaterais, mas mantendo efeitos que beneficiariam esses pacientes.

 

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