5 Indução de Autofagia para Promover a Sobrevivência Neuronal
Inibição Crónica da Autofagia acelera a taxa de envelhecimento; é portanto tentador especular que a autofagia sustentada pode preservar da senescência celular. Não surpreendentemente, a acumulação de evidências sugere que a indução farmacológica da autofagia pode ser uma potencial abordagem terapêutica relevante para uma série de desordens neurodegenerativas.106 A possibilidade de uma activação duradoura da autofagia poder resultar na digestão prejudicial das organelas, componentes celulares críticos, e na autocombustão celular deve, contudo, ser tida em conta. Estas dúvidas foram de certa forma dissipadas por dados recentes de uma série de sistemas experimentais. De facto, verificou-se que a autofagia é bastante selectiva para a eliminação de agregados proteicos em vez de elementos celulares saudáveis. Os agregados proteicos bem como toda a maquinaria necessária para sustentar a autofagia estão confinados à região pericentriolar num processo que requer o citoesqueleto do microtubo e a deacetilase HDAC6.78 A realização da activação terapêutica da autofagia depende de uma profunda compreensão e manipulação precisa das vias de sinalização a montante que regulam este processo. O regulador principal da autofagia é a concentração intracelular e extracelular de aminoácidos. A proteína cinase EIF2AK4 é activada por tRNAs vazios e controla assim o nível de aminoácidos disponíveis. O EIF2AK4 activado inicia a autofagia catalítica da fosforilação do factor de iniciação eucariótica eIFα2.107 O conteúdo extracelular de nutrientes essenciais, tais como aminoácidos, é em vez disso monitorizado através de um receptor transmembrana não ainda definido108 que pode controlar o mTOR. O mTOR integra uma série de vias de sinalização, tais como insulina e factores de crescimento, cálcio intracelular e inositol.109 O estado energético, em particular o nível de glicose e lípidos, é monitorizado também pelo AMPK. O AMPK é uma serina e/ou trionina quinase que é desencadeada pelo aumento do AMP/diminuição do nível de ATP. Especificamente, o AMPK é activado pela ligação de AMP assim como pela fosforilação em Thr172 por LKB1.110 O AMPK inibe a mTOR, induzindo assim a autofagia. As proteínas p53 também estão envolvidas na modulação da autofagia: enquanto que o citosólico p53 bloqueia a autofagia,111 o nuclear translocado p53 desencadeia-a.112 Em particular, o p53 inibe a actividade mTOR através da indução do AMPK. Finalmente, a presença de agregados proteicos intracelulares pode induzir directamente a autofagia.113 Ainda está por resolver quais destas cascatas sinalizadoras estão centralmente implicadas em doenças neurodegenerativas. A rapamicina e os análogos derivados, os rapalogues, induzem a autofagia através da inibição da mTORC1.114 Em particular, nos sistemas de mamíferos, a rapamicina inibe especificamente a mTORC1, abolindo assim a actividade cinase da mTOR.115 Vários resultados experimentais independentes demonstram que os rapalogues protegem as células do impacto citotóxico da caça e das espécies alfa sinucleares.116 Além disso, os rapalogues prejudicaram a neurodegeneração e aumentaram a sobrevivência em modelos animais de ataxia HD e espinocerebelar.117,118 Para apoiar ainda mais o papel protector da autofagia, a actividade prosurvival da rapamicina e dos rapalogues perdeu-se no modelo celular da doença após a inibição da autofagia via 3-MA.119,120 A indução da autofagia foi demonstrada para promover a sobrevivência dos neurónios dopaminérgicos em vários modelos PD. Expressão excessiva da morte neuronal reduzida de Beclin 1 num modelo de DP roedor. Especificamente, a sobreexpressão mediada por lentiviral de beclin 1 por injecção estereotaxica no córtex temporal e hipocampo de ratos autofagia activada por sobrepressão de alfa-sinucleína, reduziu a acumulação de alfa-sinucleína, e melhorou a patologia neuronal.121 Ao apoiar a eliminação de agregados proteicos e mitocôndrias danificadas, a autofagia pode mitigar o stress oxidativo. Por exemplo, a rapamicina reduziu robustamente não só a acumulação de agregados poli-ubiquitinados, mas também a morte neuronal em ratos expostos à rotenona.122 Embora a rapamicina já esteja em uso clínico (por exemplo, em oncologia), tem efeitos secundários deletérios sobre a função pulmonar e o sistema imunitário. Para limitar os eventuais efeitos secundários da rapamicina nas células B e T e para reduzir o stress oxidativo nos neurónios dopaminérgicos, foi proposto combinar doses baixas de rapamicina ou análogas com antioxidantes. Evidências fortes, contudo, apontam para a necessidade de níveis basais de stress oxidativo (em particular espécies superóxidas), para induzir uma resposta autofágica. Em particular, a coadministração com antioxidantes tiol ou não tiol como a N-acetil cisteína ou vitamina E não só bloqueou a acção proautofágica da rapamicina nos neurónios primários, como também prejudicou a autofagia basal e precipitou a formação de depósitos tóxicos de alfa-sinucleína.123 Foram relatados resultados comparáveis no tratamento com diferentes moléculas antioxidantes como o tocoferol e o ácido lipóico.124,125 Tais resultados têm relevância clínica: de facto, vários compostos com capacidades antioxidantes putativas ou previstas são de uso comum na população saudável. Considerando que mais de 60% dos doentes afectados por doenças neurológicas, especificamente Huntington e Parkinson, tomam tais suplementos,126,127 é urgentemente necessário um conhecimento mais profundo da conversa cruzada entre a autofagia e o stress oxidativo. Os esforços para desenvolver compostos clinicamente relevantes beneficiariam de agentes capazes de amortecer o stress oxidativo sem prejudicar a autofagia. Na verdade, alguns compostos naturais, como o resveratrol, o kaempferol, a quercetina e a curcumina,128 demonstram estas propriedades. Por exemplo, a curcumina, um composto obtido do cominho picante (derivado de Cuminum cyminum), inibe a mTOR, activa a autofagia, e suporta a eliminação dos agregados A53T. Além disso, estudos independentes demonstraram que certas funções do mTORC1 escapam à inibição da rapamicina. Dadas estas limitações, juntamente com propriedades farmacocinéticas sub-ótimas, tais como uma biodisponibilidade deficiente, têm sido procuradas estratégias farmacológicas alternativas. Foram agora identificadas várias pequenas moléculas que abolem a actividade da cinase do mTOR, competindo com o ATP pela bolsa de ligação do mTOR.129 Compostos como PP242, Torin1, WYE-354, e Ku-0063794 inibem a actividade tanto do mTORC1 como do mTORC2 e são mais eficientes e selectivos do que a rapamicina em termos de indução de autofagia.130,131 Além disso, um complexo macromolecular composto por beclin 1, PI3K, UVRAG, e AMBRA1 é necessário para permitir a formação de auto-fagosoma e subsequente ligação e clivagem do LC3 à membrana fagosome. Várias moléculas regulam tanto mTORC1 como PI3K tais como PI-103 e NVPBEZ235. Estes compostos são mais eficazes do que os agentes que visam quer mTOR quer PI3K.132 Recentemente, descobriu-se que a metformina (N, N-dimetilbiguanida), um biguanida usado como terapia na diabetes prejudica a proliferação de células linfoma através da activação de AMPK.133 Assim, a metformina pode emergir como um agente autofago-indutor promissor. Outros medicamentos já em uso clínico foram considerados capazes de induzir a autofagia. O lítio, um agente estabilizador do humor que actua em várias vias, incluindo inositol e GSK3B, suporta a eliminação de agregados de caça em modelos de HD via indução de autofagia independente de mTOR.134,135 Curiosamente, um regime farmacológico que inclui neurónios protegidos de valproato e lítio contra insultos de MPTP num modelo de DP roedor via autofagia.136-138 Finalmente, a acumulação de evidências sugere a potencial aplicação terapêutica da trehalose. A trehalose é um dissacarídeo encontrado em vários organismos diferentes, desde bactérias a plantas, mas não é sintetizada em mamíferos. Por exemplo, é o principal açúcar presente na hemolinfa dos invertebrados. Diferentes fontes de alimentação humana contêm uma quantidade significativa de trealose (cogumelos e mel, entre outros). A trehalose tem muitas propriedades interessantes: protege as células de altas ou baixas temperaturas, ausência de água e stress oxidativo.139 A trehalose é uma molécula importante para aplicações industriais e médicas. Estas aplicações incluem a utilização como aditivo alimentar para aumentar a doçura e promover a conservação em liofilização. Trehalose está também incluída em preparações de anticorpos para estabilização durante a congelação ou dessecação.140 Muitos efeitos benéficos da trehalose surgem da sua acção de chaperone sobre as proteínas.141 Por exemplo, a trehalose previne a deposição amilóide num modelo de doença de Alzheimer,142 bem como a agregação de proteínas mediadas por poliglutamina in vitro e em modelos de rato de HD.143 Trehalose reduziu com sucesso a agregação de proteínas em modelos de rato de PD144 e aboliu a toxicidade da alfa-sinucleína.145-147 Estudos recentes mostraram que a trehalose aumenta o número de auto-fagosomas e promove a mitofagia por um mecanismo ainda não resolvido. Aparentemente, a trehalose actua independentemente da via de mTOR e aumenta a quantidade de mediadores proautofágicos tais como beclin 1, Atg12, Atg7, ou Atg5.146 A trehalose não passa livremente através das membranas celulares, mas é absorvida pelas células de mamíferos através de endocitose e pinocitose.106 Uma questão crucial é representada pela farmacocinética da trehalose no corpo humano. Intrigantemente, embora os vertebrados careçam dos genes biossintéticos da trehalose, expressam a trehalase, uma enzima que hidrolisa eficazmente a trehalose em dois monómeros de glucose.148 Assim, ao serem ingeridos, a trehalose degrada-se rapidamente. A trehalase é expressa como uma glicoproteína ancorada em GPI na membrana da mucosa intestinal microvillus e na borda da escova renal.149 Nos humanos, acredita-se que a trehalase intestinal é a principal enzima que metaboliza a trehalose. A trehalase intestinal catalisa a degradação rápida da trehalose alimentar a tal ponto que a trehalose não é encontrada na corrente sanguínea, nem mesmo em níveis transitórios ou baixos. Apesar disto, a trehalose na água potável induziu a autofagia e reduziu a acumulação de proteínas no SNC e no fenótipo motor melhorado em vários modelos diferentes de ratos de PD.144,146,150 Esta evidência sugere que o metabolismo da trehalose é menos eficiente em ratos. Não foram relatados efeitos secundários em estudos da fase I em que os pacientes foram expostos a doses crescentes de trehalose.151 No entanto, é de notar que alterações da actividade da trehalase resultam em problemas digestivos. De facto, sujeitos deficientes na actividade da trehalase mostram uma forte intolerância à trehalose e manifesta dor abdominal diarreia.152 Em qualquer caso, tendo em conta os efeitos protectores complementares da trehalose em vários modelos in vivo e in vitro de proteopatias, a trehalose é um tratamento promissor em doenças neurodegenerativas, incluindo Parkinsons.