Resumen
Antecedentes
Como subtipo de hipertensión pulmonar (HP), la enfermedad venooclusiva pulmonar (PVOD) es una enfermedad devastadora y potencialmente mortal si no se trata con un tratamiento eficaz. Se ha informado que el hidrógeno exhibe efectos antioxidantes y antiinflamatorios en un modelo de rata inducido por monocrotalina de HP. En este estudio, investigamos los efectos del gas hidrógeno inhalado en la prevención y el tratamiento de la PVOD inducida por mitomicina C (MMC) en ratas.
Métodos
Se indujo la PVOD en ratas hembra Sprague-Dawley mediante inyección intraperitoneal de MMC a una concentración de 3 mg·kg− 1·wk− 1 durante 2 semanas. Se administró la inhalación de gas hidrógeno (H2) a través de una jaula diseñada para ratas simultáneamente o dos semanas después de la administración de MMC. La gravedad de la PVOD se evaluó mediante mediciones hemodinámicas y análisis histológico. Se midieron los niveles de expresión de control general no reprimible 2 (GCN2), factor nuclear eritroide 2 relacionado con el factor-2 (Nrf2), hemooxigenasa-1 (HO-1) y proteínas relacionadas con la transición endotelial a mesenquimal (EndoMT) en el tejido pulmonar. Se determinaron los niveles de citocinas proinflamatorias de peroxidación lipídica en suero.
Resultados
El H2 inhalado mejoró la hemodinámica y la función cardíaca derecha, revirtió la hipertrofia ventricular derecha y previno la reconstitución de los vasos pulmonares tanto en los enfoques de prevención como de tratamiento. Disminuyó los niveles de malondialdehído (MDA) en el suero y la expresión de NADPH oxidasa 1 (NOX-1) en el tejido pulmonar. Reguló la vía de señalización Nrf2/HO-1 y el factor antiinflamatorio GCN2 en el tejido pulmonar, acompañado de una disminución de los macrófagos y las citocinas proinflamatorias. Nuestros datos sugirieron que la inhalación de H2 contrarrestó eficazmente la EndoMT inducida por MMC, como lo demuestra la detección de marcadores endoteliales (p. ej., VE-cadherina y CD31) y marcadores mesenquimales (p. ej., vimentina y fibronectina). Investigaciones posteriores revelaron que el H2 preservó p-Smad3 e indujo p-Smad1/5/9.
Conclusión
La inhalación de H2 inhibe eficazmente la patogénesis de la PVOD inducida por MMC en ratas. Este efecto inhibidor puede atribuirse a las propiedades antioxidantes y antiinflamatorias del H2.
Introducción
La enfermedad venooclusiva pulmonar (EVP) es una enfermedad rara y devastadora que se caracteriza por el estrechamiento de las vénulas pulmonares, lo que produce una elevación progresiva de la presión y la resistencia arterial pulmonar. Comparte características clínicas y hemodinámicas similares a la hipertensión arterial pulmonar idiopática, que es un subgrupo importante de la HP del grupo 1. Sin embargo, el diagnóstico de la EVP es un desafío debido a su inicio lento, lo que a menudo conduce a un diagnóstico tardío y un mal pronóstico (1, 2). A pesar de que se observó y describió hace 70 años, los mecanismos exactos que subyacen a la EVOP siguen siendo en gran medida desconocidos. Recientemente, el uso de agentes quimioterapéuticos ha surgido como un factor de riesgo potencial para la inducción de EVOP (3). Estudios retrospectivos han demostrado una fuerte asociación entre la exposición a fármacos de quimioterapia como bleomicina, cisplatino y mitomicina C (MMC) y una mayor incidencia de EVOP (4, 5). Desafortunadamente, actualmente no existen alternativas viables a estos agentes sin efectos secundarios. Además, el papel causal de la quimioterapia en la EVOP se ha corroborado mediante el establecimiento exitoso de un modelo de rata con EVOP inducida por MMC, que exhibe una oclusión significativa de la vena pulmonar y características fisiopatológicas típicas de la hipertensión pulmonar, incluida la presión sistólica ventricular derecha elevada (RVSP), aumento del índice de Fulton (relación del ventrículo derecho (RV) con el ventrículo izquierdo (LV) + tabique (S)) y remodelación de la vasculatura pulmonar distal (5). Si bien la EVOP y la HP comparten muchos síntomas clínicos y características hemodinámicas, se considera que las personas con EVOP responden menos a la terapia vasodilatadora pulmonar debido a las complicaciones del edema pulmonar. Por lo tanto, es de suma importancia descubrir estrategias terapéuticas nuevas y efectivas para la EVOP.
El hidrógeno molecular (H2) es un gas diatómico incoloro, insípido, inodoro, no irritante y altamente inflamable. Se ha descubierto que tiene efectos positivos en varios sistemas orgánicos, incluidos el cerebro, el corazón, los pulmones, los riñones, el hígado y el páncreas.6,7,8). El H2 ha demostrado efectos protectores contra el estrés oxidativo al mitigar las respuestas inflamatorias en enfermedades como la enfermedad de Alzheimer, los trastornos hematológicos y la enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC) (9, 10). Los estudios han informado que la inhalación de H2 puede aliviar, de manera dependiente de la dosis, la inflamación pulmonar inducida por el humo del cigarrillo en ratas (10). Además, se ha descubierto que la inhalación de H2 en alta concentración revierte la remodelación de las vías respiratorias pequeñas inducida por el humo del cigarrillo e inhibe el deterioro de la función pulmonar en ratones (11). El agua hidrogenada también ha demostrado efectos terapéuticos en un modelo de rata con PH inducido por monocrotalina al reducir la expresión de citocinas inflamatorias (12).
Dados los efectos positivos del H2 en varios sistemas orgánicos y su capacidad para atenuar las respuestas inflamatorias y reducir el estrés oxidativo, la inhalación de H2 puede representar un nuevo enfoque para la prevención y el tratamiento de la HP y para mitigar los efectos secundarios de los fármacos de quimioterapia. En este estudio, nuestro objetivo fue investigar el papel del H2 en un modelo de rata de PVOD inducida por MMC.
Métodos
Modelo animal
Se adquirieron ratas Sprague-Dawley hembras (150–180 g) del Centro de Animales Experimentales Médicos de Guangdong (Guangzhou, China) y se alojaron en una instalación libre de patógenos específicos (SPF). Todos los protocolos experimentales fueron aprobados por el Comité de Cuidado y Uso de Animales de la Universidad Médica de Guangzhou y se realizaron de acuerdo con los procedimientos publicados previamente (5). Para establecer un modelo de rata de PVOD, las ratas recibieron inyecciones intraperitoneales de MMC (MedChemExpress, Cat. #HY-13,316) en una dosis de 3 mg·kg− 1·wk− 1 durante un período de 2 semanas. Posteriormente, las ratas se dividieron aleatoriamente en cuatro grupos: grupo de control normal (N, n = 15), grupo tratado con MMC (MMC, n = 15), grupo de prevención de H2 (HP, n = 15) y grupo de tratamiento con H2 (HT, n = 15). A las ratas del grupo de control se les administró el mismo volumen de solución salina al 0,9% que la inyección de MMC. En el grupo HP, se administró H2 simultáneamente con la inyección de MMC. Por el contrario, en el grupo HT, la inhalación de H2 comenzó 2 semanas después de la inyección inicial de MMC. Todas las ratas fueron sacrificadas 4 semanas después de la primera inyección de MMC. Como se ve en la Fig. 1A, para el grupo HP, se administró H2 al mismo tiempo que la inyección de MMC, mientras que para el grupo HT, la inhalación de H2 se administró 2 semanas después de la primera inyección de MMC. Se utilizó todo el número de ratas (n = 15 por grupo) para calcular la tasa de supervivencia, y el resto de las ratas supervivientes se sacrificaron para experimentos posteriores.
Figura 1El gas hidrógeno alivia la enfermedad venooclusiva pulmonar inducida por MMC (PVOD). El modelo de rata de PVOD se estableció mediante dos inyecciones intraperitoneales de mitomicina C (MMC, 3 mg/kg/semana). Se administró a las ratas una inhalación de gas hidrógeno en una mezcla estandarizada (42 % H2, 21 % O2, 33 % N2) durante 1 hora dos veces al día desde el día de la inyección de MMC y durante 28 días, o 14 días después de la inyección de MMC y durante 14 días. A:Grupos y procedimiento de los diferentes esquemas experimentales: Normal (N), MMC (M), prevención con H2 (HP), tratamiento con H2 (HT). El grupo normal de ratas fue expuesto al aire. B–a:Tasa de supervivencia (n = 15 por grupo); B–b:Cambio de peso (n = 15 por grupo); B–do: Presión sistólica del ventrículo derecho (RVSP, mmHg, n = 7 por grupo); B–d:Hipertrofia ventricular derecha caracterizada por el índice de Fulton (FI, relación de peso del ventrículo derecho (VD)/ventrículo izquierdo (VI) + septo (S), n = 7 por grupo). do: Imágenes representativas de tinción con hematoxilina y eosina (H&E) y espesor calculado de los microvasos pulmonares dentro del rango entre 0-25 μm y 25-50 μm. La barra de escala representó 25 μm (alejado) como se indica (n = 5 por grupo, 3 campos microscópicos por rata). Todos los datos se presentaron como medias ± SEM. Se utilizó un ANOVA unidireccional para la comparación entre cuatro grupos. *P < 0,05 frente al grupo normal, #P < 0,05 frente al grupo MMC
Imagen de tamaño completoAdministración de H2 y O2 inhalados a ratas
Los gases moleculares H2 y O2 se generaron a través de la electrólisis de agua destilada (dH2O) por la máquina (Shanghai Asclepius Meditec Co., Ltd., Shanghai China), lo que dio como resultado una proporción fija de 66,7 % H2 a 33,3 % O2 (proporción 2:1). Para garantizar que la concentración de oxígeno en las jaulas de las ratas se mantuviera constante con el aire de la habitación y para evitar cualquier efecto potencial de hipoxia o hiperoxia, el gas nitrógeno (N2) se mezcló para crear una mezcla de aire en las jaulas de los roedores que contenía H2 (42 %), O2 (21 %) y N2 (37 %). Esta mezcla de aire se entregó a las ratas inyectadas con MMC a través de una cámara sellada que se conectaba al aire exterior a través de un orificio, con un caudal bajo de 3,8 L/min. Las ratas de los grupos de control normales (N) y MMC recibieron aire normal. Se monitorearon las concentraciones de H2, O2 y CO2 al inicio y al final de cada período de inhalación para garantizar la estabilidad de cada componente en el aire.
Ecocardiografía y mediciones hemodinámicas
Se realizó una ecocardiografía a cada grupo de ratas (n = 6 en cada grupo) utilizando un sistema de imágenes Vevo 2100 equipado con un transductor de matriz lineal MS250 (13-24 MHz) (FUJIFILM Visual Sonics, Toronto, Canadá). La presión sistólica del ventrículo derecho (RVSP) y el índice de hipertrofia del ventrículo derecho (RVHI) se midieron utilizando el mismo método que describimos anteriormente (n = 7 en cada grupo) (13). Después de la ecocardiografía y las mediciones hemodinámicas, las ratas fueron sacrificadas después de la extracción del pulmón y el corazón bajo anestesia con pentobarbital sódico al 3% (30 mg/kg, ip).
Ensayo inmunoabsorbente ligado a enzimas (ELISA)
Se extrajeron aproximadamente 4 ml de sangre del corazón derecho con una jeringa y se mezclaron en tubos con anticoagulante EDTA, seguido de una centrifugación a baja velocidad (800 g, 10 min). El plasma se obtuvo del sobrenadante y se preparó para la prueba ELISA. Se midió la concentración de IL-1β, IL-6,…
