Papel do óxido nítrico e de canais de potássio na vasodilatação induzida pelo gangliosídeo GM1

Abstract

O monossialotetra-hexosilgangliosídeo (GM1) é um glicoesfingolipídio presente nas membranas celulares que exerce propriedades antioxidantes e neuroprotetoras. Os mecanismos neuroquímicos envolvidos na neuroproteção induzida pelo GM1 não são completamente conhecidos. Recentemente, foi demonstrado que o GM1 aumenta a quantidade da enzima catalase no SNC por causar vasodilatação, e sugeriu-se que a vasodilatação possa ser responsável pelas suas propriedades neuroprotetoras. Contudo, o mecanismo pelo qual o GM1 causa vasodilatação não foi determinado. Dado o papel central do óxido nítrico (NO), bem como de canais de potássio no controle do tonus do músculo liso, o objetivo deste trabalho foi determinar a participação do NO e de canais de K+ na vasodilatação induzida pelo GM1. Primeiramente, avaliamos o efeito da administração de L-NAME (metil éster de NGnitro- L-arginina, 60 mg/kg, i.p.), um inibidor da enzima óxido nítrico sintase (NOS), na vasodilatação cerebral induzida pelo GM1 (50 mg/kg, i.p.) em ratos Wistar machos adultos. Verificamos que o L-NAME preveniu o aumento do diâmetro dos vasos cerebrais induzido pelo GM1. Tendo em vista a participação do NO no efeito vasodilatador do GM1, determinamos o conteúdo de nitritos e nitratos (NOx), bem como de hemoglobina (Hb) no hipocampo e no córtex cerebral, 15, 30 e 60 min após a administração de GM1. Observamos um aumento no conteúdo de Hb e uma redução dos níveis de NOx após 60 min. Dado que nitritos e nitratos podem ser removidos in vivo pelo sangue por ligação com a Hb, um possível efeito do GM1 sobre o conteúdo de NOx poderia ser mascarado. No intuito de contornar essa situação, determinamos os níveis de NOx em fatias de córtex cerebral incubadas com GM1 (0, 10, 30 e 100 µM). Verificamos que o GM1 (100 µM) aumentou os níveis de NOx em 30 min e, reduziu o conteúdo em 60 min, sem alterar o conteúdo de Hb. Ainda, mostramos que o L-NAME (100 µM) reverte o aumento de NOx induzida pela incubação com GM1 (100 µM, por 30 minutos) em fatias de córtex cerebral, sem alterar o conteúdo de Hb. Tendo em vista a participação do NO no efeito vasodilatador do GM1, e conhecendo a capacidade de ligação da Hb com o NO, determinamos a via de relaxamento muscular mediada pelo NO em anéis de artéria mesentérica superior isolada de ratos. Verificamos que o GM1 causou relaxamento vascular através de uma curva cumulativa de concentrações (10 nM a 3 mM), e também determinamos que a participação do endotélio é fundamental para este efeito. O efeito vasorelaxante do GM1 além de ser dependente da presença do endotélio vascular, é completamente bloqueado pela presença de L-NAME (1 µM), da mesma forma que os resultados encontrados nos experimentos com vasos cerebrais. Considerando que o NO formado no endotélio ativa a guanilato ciclase (GCs), também testamos o efeito do inibidor desta enzima (ODQ-1H-[1,2,4]oxadiazolo[4,3-alpha]quinoxalin-1-one) no efeito vasorelaxante do GM1. Neste caso, o efeito do GM1 foi bloqueado parcialmente pelo ODQ (10 µM). Além da participação da GCs, avaliamos o papel dos canais de K+ no efeito vasorelaxante do GM1. Verificamos que o tetraetilamônio (1 mM), um bloqueador não seletivo, assim como a glibenclamida (10 µM), bloqueador dos canais de K+ sensíveis ao ATP bloquearam parcialmente o efeito do GM1. Por outro lado, a apamina (50 nM), um bloqueador de canais de K+ dependentes voltagem e Ca²+ (KCa) de baixa condutância não alterou o efeito do GM1, enquanto que a caribdotoxina (50 nM), um bloqueador de KCa de alta condutância deslocou a curva de relaxamento para a direita. Em resumo, neste trabalho mostramos a participação do NO e dos canais de K+ na vasodilatação induzida pelo GM1. Embora mais estudos sejam necessários para estabelecer o mecanismo vasodilatador do GM1, sugerimos que uma terapia adjunta com GM1 ou com drogas correlatas é válida em condições clínicas onde o aumento do fluxo sanguíneo é associado a um melhor prognóstico, como doenças vasculares obstrutivas e doenças neurodegenerativas.

Monosialotetra-hexosylganglioside (GM1) is a glycosphingolipid present in most cell membranes which displays antioxidant and neuroprotective properties. Additionally, it has been recently demonstrated that GM1 increases catalase content in the CNS due to vasodilation, and it has been suggested that vasodilation may be responsible, at least in part, for the neuroprotective properties of GM1. However, the mechanisms underlying GM1-induced vasodilation have not been determined. Given the pivotal role of nitric oxide and potassium channels in the control of vascular tonus, we decided to investigate whether these mediators are involved in the vasodilation induced by GM1. Initially, we investigated the effect of L-NAME (NG-nitro-L-arginine methyl ester, 60 mg/kg, i.p.), an inhibitor of nitric oxide sinthase (NOS), on the cerebral vasodilation induced by GM1 (50 mg/kg, i.p.) in male wistar rats. L-NAME fully prevented the increase in outer diameter of pial vessels induced by GM1. In addition, we investigated the content of stable NO end products, namely, nitrites and nitrates (NOx), as well as the content of the hemoglobin (Hb) in the hipocampus and cerebral cortex 15, 30 and 60 min after GM1 administration. Interestingly, GM1 increased Hb content and decreased NOx content 60 min after administration. Since it has been demonstrated that NO end products like NOx can be removed from brain in vivo by blood flow, a possible effect of GM1 on NOx levels could be masked. Therefore, we decided to investigated the effect of GM1 (0, 10, 30 e 100 µM) on NOx content in slices of cerebral cortex. The incubation of slices with GM1 (100 µM) for 30 min significantly increased NOx levels. In addition, we observed decreased NOx levels after 60 min of incubation, without changes in Hb content. In order to obtain pharmacological evidence for the role of nitric oxide synthase (NOS) in GM1-induced increase of NOx content in situ, cortical slices were incubated with L-NAME (100 µM) in the presence or absence of GM1 (100 µM) for 30 minutes, and the NOx content was measured. L-NAME blunted GM1-induced increase of NOx content. Since it has been demonstrated that GM1 induces pial vessel vasodilation and increases NOx content in cerebral cortex, which are fully prevented by the nitric oxide synthase inhibitor L-NAME, we further investigated whether GM1 relaxes larger vessels, as well as the mechanisms by which GM1 causes vasorelaxation. We found that GM1 (10, 30, 100, 300 µM, 1 and 3 mM) induced vascular relaxation of the rat mesenteric artery, as determined by isometric tension studies in arterial rings contracted with 1 µM phenylephrine. The vasorelaxation induced by GM1 was abolished by endothelium removal, by incubation with LNAME (1 µM) and partially inhibited by the blockade of potassium channels by 1 mM tetraethylammonium, 10 μM glibenclamide, by the soluble guanylate cyclase inhibitor 1H- [1,2,4]oxadiazolo[4,3-alpha]quinoxalin-1-one (10 µM), and by 50 nM charybdotoxin, a blocker of large and intermediate conductance calcium-activated potassium channels. Moreover, GM1- induced relaxation was not affected by apamin (50 nM), a small conductance calcium-activated potassium channel blocker. Althogether, these results indicate that nitric oxide and potassium channels participate in the vasodilation induced by GM1. Although more studies are necessary to definitely establish the mechanisms underlying the GM1-induced vasodilation, we suggest that vasodilation may underlie some of the biological effects of exogenous GM1 ganglioside and that adjunct therapy with GM1 may be of value in clinical conditions in which increased blood flow is associated to a better prognosis, such as obstructive vascular and neurodegenerative diseases. We found that GM1 (10, 30, 100, 300 µM, 1 and 3 mM) induced vascular relaxation of the rat mesenteric artery, as determined by isometric tension studies in arterial rings contracted with 1 µM phenylephrine. The vasorelaxation induced by GM1 was abolished by endothelium removal, by incubation with LNAME (1 µM) and partially inhibited by the blockade of potassium channels by 1 mM tetraethylammonium, 10 μM glibenclamide, by the soluble guanylate cyclase inhibitor 1H- [1,2,4]oxadiazolo[4,3-alpha]quinoxalin-1-one (10 µM), and by 50 nM charybdotoxin, a blocker of large and intermediate conductance calcium-activated potassium channels. Moreover, GM1- induced relaxation was not affected by apamin (50 nM), a small conductance calcium-activated potassium channel blocker. Althogether, these results indicate that nitric oxide and potassium channels participate in the vasodilation induced by GM1. Although more studies are necessary to definitely establish the mechanisms underlying the GM1-induced vasodilation, we suggest that vasodilation may underlie some of the biological effects of exogenous GM1 ganglioside and that adjunct therapy with GM1 may be of value in clinical conditions in which increased blood flow is associated to a better prognosis, such as obstructive vascular and neurodegenerative diseases.