Mecanismos e efeitos de doenças relacionadas ao excesso de metionina e de homocisteína são temas de pesquisas

Pesquisadores estudam as manifestações da hiperhomocisteinemia, da hipermetioninemia e da homocistinúria e as formas pelas quais podem contribuir para o desenvolvimento de outras patologias, como disfunções cerebrais e cardiovasculares
Cinentista mexendo em tubos de ensaio em um laboratório
Estudo envolve pesquisadores da UFRGS e do Hospital de Clínicas de Porto Alegre - Foto: Thiago Cruz/UFRGS

A metionina é um aminoácido essencial, o que significa que o corpo não é capaz de sintetizá-la, e, portanto, deve ser obtida por meio da alimentação. Encontrada, principalmente, em alimentos ricos em proteína, como ovos, carnes e derivados do leite, a substância é necessária para funções importantes do organismo, como a síntese proteica e a produção de creatina, um composto que fornece a energia que os músculos precisam para se mover, e dos aminoácidos cisteína e taurina, que ajudam o corpo a eliminar toxinas e a construir tecidos fortes e saudáveis, além de promover a saúde cardiovascular.

Como todo aminoácido, a metionina é metabolizada pelo fígado, e um dos resultados da sua metabolização é a produção da homocisteína. O nível de homocisteína no corpo, por sua vez, é regulado pelo processo de remetilação, que converte a substância novamente em metionina, em uma reação que requer ácido fólico e vitamina B12, ou por meio da transulfuração, que a transforma em cisteína.

Alguns fatores, entretanto, podem levar o corpo a concentrar quantidades elevadas de metionina ou de homocisteína, e, em excesso, as duas substâncias podem ser muito prejudiciais. A alta concentração de homocisteína, configurada pela hiper-homocisteinemia, é considerada fator de risco para patologias cardiovasculares e cerebrais, aterosclerose, derrame, trombose e para doenças neurodegenerativas, como Alzheimer e Parkinson. Já o excesso de metionina, caracterizado pela hipermetioninemia, pode ocasionar desordens neurológicas, deficit cognitivo e edema cerebral.

Entre as principais causas do acúmulo de metionina e de homocisteína estão dietas pobres em ácido fólico e vitamina B12 ou com ingestão exagerada de proteínas, sedentarismo e alterações genéticas nas enzimas envolvidas no metabolismo dos dois aminoácidos, como é o caso da homocistinúria, doença causada pela deficiência da enzima cistationina beta-sintetase (CBS). As pessoas afetadas pela homocistinúria podem apresentar diversos sintomas, como disfunção motora, osteoporose, deficit cognitivo e tromboembolismo. A doença é genética e não tem cura, mas seu tratamento pode ser feito a partir da suplementação de ácido fólico e de vitaminas B6 e B12 e da restrição de metionina na dieta.

Segundo a professora do Departamento de Bioquímica da UFRGS Angela Wyse, o nível normal de homocisteína no sangue é de até 10 micrômetros (μM) por litro de sangue. Concentrações de 20μM a 30μM já são consideradas fator de risco para Alzheimer, Parkinson e outras doenças neurodegenerativas. Em alguns portadores de homocistinúria, a quantidade de homocisteína chega a 500μM por litro de sangue.

Apesar de a hiper-homocisteinemia severa ser rara, estima-se que, aproximadamente, um em cada 20 indivíduos apresente uma versão leve da disfunção. Angela lembra, entretanto, que essa é uma enfermidade subdiagnosticada: “Deve haver número grande de pessoas com hiper-homocisteinemia leve ou moderada sem diagnóstico”.

A professora também enfatiza a importância da detecção precoce da homocistinúria. Quando diagnosticada ainda no período neonatal, é possível prevenir várias das complicações típicas da doença, propiciar uma melhor qualidade de vida ao paciente e aumentar o sucesso dos tratamentos. Entretanto, apesar de ser identificável pelo teste do pezinho, este não a inclui obrigatoriamente. “Geralmente os sintomas são percebidos somente depois que a criança começa a falar e a andar”, comenta Angela. E, quando não diagnosticada, a doença pode levar a diversas complicações, como infarto do miocárdio e até a morte de crianças. “Quantas crianças morrem sem sequer saber por quê”, lamenta.

Com o objetivo de elucidar os mecanismos por trás da hiper-homocisteinemia, da hipermetioninemia e da homocistinúria, um grupo de pesquisadores da UFRGS e do Hospital de Clínicas de Porto Alegre (HCPA) vem desenvolvendo diversos estudos. As pesquisas se iniciaram há cerca de 20 anos, logo após o doutorado de Angela. Segundo a professora, havia um desconhecimento geral quando deu início às investigações. “Nosso primeiro artigo foi publicado em 2002 e, na época, só se abordava, praticamente, a relação com os danos vasculares”, relata. Desde então, foram feitos avanços importantes no que se refere aos modos por meio dos quais esses distúrbios agem, aos seus efeitos no corpo e a como o acúmulo de metionina e de homocisteína pode contribuir para o desenvolvimento de outras patologias.

Desde o início dos estudos, o grupo já publicou mais de 100 artigos e formou cerca de 20 pessoas na linha de pesquisa no Programa de Pós-graduação em Bioquímica da UFRGS. Segundo a professora, entre as descobertas mais importantes está a interferência da homocisteína no metabolismo energético da célula. Também são desenvolvidos estudos referentes a alterações comportamentais, como os efeitos nas memórias de referência, espacial e de curta e longa duração. “Nesse período, abriu-se um novo olhar para outros danos bioquímicos decorrentes da homocistinúria. Hoje, já se sabe que é fator de risco para doenças neurodegenerativas. Também fizemos testes com animais e estudamos os mecanismos relacionados ao processo inflamatório.” Além disso, Angela aponta que o tema também tem ganhado visibilidade e espaço em eventos científicos.

 

Neurotoxicidade e alterações cardiovasculares

Estudos com cultura de células (in vitro) realizados pelo grupo de Angela investigaram os efeitos da homocisteína em células do sistema nervoso central, avaliando sua neurotoxicidade. Concluiu-se que os astrócitos envolvidos em quase todos os processos do sistema nervoso central são as primeiras células neurais afetadas pelo excesso de homocisteína.

Além disso, testes com ratos indicaram que a hiper-homocisteinemia crônica provocou estresse oxidativo no coração dos animais, com a produção de espécies reativas e a diminuição de defesas antioxidantes, o que pode contribuir, ao menos em parte, para as alterações cardiovasculares características dos pacientes com a doença. Os testes também demostraram que a administração de ácido fólico preveniu os efeitos da homocisteína, provavelmente por causa de suas propriedades antioxidantes.  Segundo os pesquisadores responsáveis, essa foi a primeira vez em que foram estudados os efeitos da hiper-homocisteinemia crônica e do ácido fólico sobre o estresse oxidativo no coração de jovens ratos.

Outro estudo investigou os efeitos da hiper-homocisteinemia leve crônica nos níveis de citocinas pró-inflamatórias no cérebro, no coração e no sangue dos ratos, de forma a melhor compreender sua associação com a inflamação, fator relacionado com o desenvolvimento e a progressão de diversas doenças cerebrais e cardiovasculares. Os animais, que receberam injeções de homocisteína em níveis similares aos considerados fator de risco para doenças cardiovasculares e cerebrais, apresentaram danos oxidativos e aumento dos níveis de citocinas pró-inflamatórias, que podem afetar a neurotransmissão e a modulação da memória, assim como o comportamento e a sensação de medo dos animais. Os achados indicam que níveis elevados de homocisteína podem provocar inflamação sistêmica e forneceram uma nova base para se entenderem os mecanismos de toxicidade da homocisteína nos tecidos cerebrais e cardiovasculares.

 

Creatina e lesões musculares

Os pesquisadores também avaliaram os efeitos da creatina sobre as alterações bioquímicas provocadas pela hiper-homocisteinemia. A creatina é uma substância sintetizada pelo fígado, rins e pâncreas que participa de processos metabólicos das células musculares e que pode ter efeitos protetores e antioxidantes sobre certas doenças neuromusculares e neurodegenerativas. Sua suplementação pode ser uma terapia promissora para diversas patologias, incluindo doenças musculares.

Como o estresse oxidativo desempenha um papel importante no comprometimento motor e muscular observado em pacientes com hiper-homocisteinemia, a creatina pode melhorar essas lesões. Com base nisso, os pesquisadores investigaram parâmetros de estresse oxidativo em músculos de ratos e os efeitos da administração de creatina. Os animais receberam duas injeções de homocisteína e uma de creatina por dia, do 6º ao 28º dia de vida, de forma que a concentração de homocisteína chegasse a 500μm por litro de sangue, similar ao encontrado em humanos com homocistinúria. Os testes concluíram que a administração da creatina reduziu o nível de homocisteína no sangue dos ratos e preveniu os efeitos da hiper-homocisteinemia.

 

Hipermetioninemia gestacional

Foram analisados ainda os efeitos do excesso de metionina durante a gestação e suas possíveis consequências para o cérebro do bebê. O objetivo era identificar fatores que podem causar danos às estruturas e às funções do cérebro em desenvolvimento durante o período pré-natal, uma vez que a hipermetioninemia pode estar associada a disfunções neurológicas.

Divididas em dois grupos, ratas grávidas receberam duas doses diárias de metionina durante o período de gestação, sendo que o segundo grupo recebeu o dobro de metionina do primeiro. Além disso, o grupo-controle recebeu uma solução salina. Após as ratas darem à luz, um grupo de filhotes foi morto no sétimo dia de vida, e outro, no 21º dia, para a remoção do encéfalo. As mães foram mortas 21 dias depois do parto. Ambas as doses aumentaram o nível de metionina no encéfalo das mães, e somente a maior dose aumentou a quantidade da substância no encéfalo dos filhotes. Foi observado também que a hipermetioninemia materna afeta as atividades da Na+,K+-ATPase e da Mg2+-ATPase.

A Na+,K+-ATPase, também conhecida como bomba sódio-potássio, é  uma enzima que utiliza a energia proveniente da degradação do ATP em ADP e fosfato para transportar íons de sódio para fora das células e de potássio para dentro delas. Os resultados demonstraram uma diminuição significativa em sua atividade nos filhotes que morreram aos 21 dias de idade, o que pode levar à diminuição do transporte de sódio e de potássio pela membrana e à consequente acumulação de sódio e água no interior das células. As alterações na atividade dessa enzima podem explicar o edema cerebral por vezes observado em pacientes com hipermetioninemia, além de estarem associadas a doenças neurológicas e a limitações do processo de aprendizagem.

Já a Mg2+-ATPase é a principal enzima que atua na manutenção da concentração de magnésio em células cerebrais e está envolvida no controle da síntese de proteínas e no crescimento celular. Assim como ocorreu com a Na+,K+-ATPase, também se verificou uma diminuição na atividade dessa enzima nos filhotes que morreram após 21 dias. A redução da atividade da Mg2+-ATPase tem sido relacionada à redução da capacidade de aprendizagem e ao deficit cognitivo. Segundo Angela, o fato de os danos somente terem sido detectados nos ratos de 21 dias de idade, e não nos de sete dias, é explicado pelo efeito das defesas antioxidantes maternas, que protegem os recém-nascidos.

 

Testes com pacientes

Os pesquisadores realizaram também alguns estudos clínicos, como um que avaliou os danos no DNA dos glóbulos brancos de pacientes com homocistinúria sob tratamento baseado em dieta com restrição proteica e suplementação de ácido fólico e vitaminas B6 e B12. A partir da avaliação de nove pacientes, comparados com o mesmo número de indivíduos saudáveis, foi demonstrado, pela primeira vez, segundo os pesquisadores, que pessoas com deficiência da enzima CBS apresentam maiores níveis de danos no DNA quando comparados ao grupo controle – o que pode ocorrer devido ao excesso de produção de radicais livres. Os achados foram corroborados por testes in vitro, que apontaram que, quanto maior a concentração de homocisteína, maior a quantidade de danos no DNA. Os pesquisadores também perceberam que, mesmo sob tratamento, os pacientes apresentaram níveis elevados de homocisteína, demonstrando que a terapia não é suficiente para controlar a concentração da substância.

Em outro trabalho, que comparou portadores de homocistinúria sob tratamento e no momento do diagnóstico, o grupo demonstrou que a concentração de ácido fólico aumenta em pacientes tratados quando comparados aos não tratados, em uma relação inversamente proporcional aos níveis de homocisteína. Por outro lado, os níveis de vitamina B12 foram semelhantes nos dois grupos, indicando baixa adesão ao tratamento. Os resultados também demonstraram que os pacientes com deficiência na CBS apresentaram alterações em parâmetros bioquímicos, possivelmente causados pelo estresse oxidativo, e que o tratamento adequado é essencial para prevenir e reverter essas alterações.

 

Artigos científicos

VANZIN, Camila Simioni et al. Lipid, Oxidative and Inflammatory Profile and Alterations in the Enzymes Paraoxonase and Butyrylcholinesterase in Plasma of Patients with Homocystinuria Due CBS Deficiency: The Vitamin B12 and Folic Acid Importance. Cellular And Molecular Neurobiology, v. 35, n. 6, p.899-911, 25 mar. 2015.

WYSE, Angela et al. Creatine prevents the imbalance of redox homeostasis caused by homocysteine in skeletal muscle of rats. Genev. 545, n. 1, p.72-79, jul. 2014.

VANZIN, Camila Simioni et al. Homocysteine contribution to DNA damage in cystathionine β-synthase-deficient patients. Genev. 539, n. 2, p.270-274, abr. 2014.

WYSE, Angela et al. Mild Hyperhomocysteinemia Increases Brain Acetylcholinesterase and Proinflammatory Cytokine Levels in Different Tissues. Molecular Neurobiology, v. 50, n. 2, p.589-596, 5 mar. 2014.

WYSE, Angela et al. Development of an animal model for gestational hypermethioninemia in rat and its effect on brain Na+,K+-ATPase/Mg2+-ATPase activity and oxidative status of the offspring. Metabolic Brain Disease, v. 29, n. 1, p.153-160, 19 nov. 2013.

KOLLING, Janaína et al. Homocysteine Induces Oxidative–Nitrative Stress in Heart of Rats: Prevention by Folic Acid. Cardiovascular Toxicology, v. 11, n. 1, p.67-73, 13 nov. 2010.

LOUREIRO, Samanta Oliveira et al. Homocysteine induces cytoskeletal remodeling and production of reactive oxygen species in cultured cortical astrocytes. Brain Research, v. 1355, p.151-164, out. 2010.

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