Aqui, apresentamos um protocolo para o desenvolvimento de uma plataforma multimodal para elucidar a disfunção vascular renal impulsionada por metabólitos cardíacos na síndrome cardiorrenal.
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Artigo de método
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Aqui, apresentamos um protocolo para o desenvolvimento de uma plataforma multimodal para elucidar a disfunção vascular renal impulsionada por metabólitos cardíacos na síndrome cardiorrenal.
A microbiota intestinal e seus cometabólitos hospedeiro-micróbio associados são cada vez mais reconhecidos como reguladores-chave do equilíbrio metabólico sistêmico e do eixo cardiorrenal, particularmente no contexto da síndrome cardiorrenal. Embora as evidências clínicas indiquem que a disfunção cardíaca pode iniciar ou exacerbar alterações patológicas renais, as principais moléculas de sinalização metabólica que medeiam o eixo cardiorrenal e seus mecanismos subjacentes permanecem indefinidos. Este estudo estabelece uma nova plataforma de pesquisa sistemática integrando assinaturas cardiometabólicas com análise da função vascular renal, compreendendo: (1) Isolamento e extração de metabólitos plasmáticos/fecais de pacientes com insuficiência cardíaca; (2) Técnicas de isolamento vascular renal ex vivo e cultura primária; (3) Uma estrutura de avaliação multimodal para interações metabólicas cardiorrenais, incorporando ensaios funcionais vasculares, testes bioquímicos moleculares para marcadores de lesão vascular renal e análises histopatológicas. Em comparação com controles saudáveis, os metabólitos de pacientes com insuficiência cardíaca prejudicaram a função vascular renal e induziram respostas inflamatórias, destacando seu potencial como biomarcadores funcionais na síndrome cardiorrenal. Este estudo não se concentra em um metabólito específico; portanto, será necessária uma maior identificação e validação dos tipos específicos de metabólitos que exercem efeitos patogênicos em estudos futuros usando técnicas analíticas como LC-MS/MS e RMN. A aplicação desta plataforma revelou que os metabólitos associados à doença cardíaca prejudicam a função vascular renal e a homeostase. Essas descobertas fornecem uma visão mecanicista sobre os fatores metabólicos das interações cardiorrenais e oferecem uma ferramenta translacional para identificar novos biomarcadores e alvos terapêuticos.
A Síndrome Cardiorrenal (RSC) é uma condição patológica complexa caracterizada por danos bidirecionais entre o coração e os rins. A intrincada interdependência entre esses dois órgãos foi descrita pela primeira vez por Robert Bright em 1836, que documentou sistematicamente mudanças estruturais significativas no coração associadas à doença renal avançada1. A prevalência da RSC está fortemente ligada à coexistência de doença cardiovascular (DCV) e doença renal crônica (DRC). Estudos indicam que aproximadamente 30% dos pacientes com insuficiência cardíaca também têm DRC, enquanto 44%-51% das mortes em pacientes com DRC são diretamente atribuídas a eventos cardiovasculares2.
O gerenciamento do CRS apresenta vários desafios significativos. Em primeiro lugar, o atendimento clínico permanece fragmentado, com falta de coordenação interdisciplinar e mecanismos de alerta precoce, muitas vezes levando a intervenções tardias durante a fase de descompensação3. Em segundo lugar, as estratégias de tratamento atuais enfrentam um dilema paradoxal. Terapias convencionais, como diuréticos e inibidores do sistema renina-angiotensina-aldosterona (SRAA), podem aliviar os sintomas de insuficiência cardíaca4; no entanto, seu uso prolongado ou em altas doses pode ativar o SRAA e o sistema nervoso simpático (SNS), exacerbando a hipóxia e a fibrose renal, contribuindo para a resistência diurética e piora da função renal5. Da mesma forma, embora os inibidores da enzima conversora de angiotensina (IECA) e os bloqueadores dos receptores da angiotensina (BRAs) possam mitigar o dano cardiorrenal, seu uso clínico é frequentemente limitado devido a preocupações com creatinina sérica elevada ou hipercalemia, com apenas 30% a 40% dos pacientes capazes de tolerar a terapia a longo prazo6.
Dados esses desafios, há uma necessidade urgente de identificar biomarcadores precoces eficazes e alcançar uma compreensão mais profunda da patogênese da RSC para facilitar a descoberta de novos alvos terapêuticos. No entanto, as limitações atuais na identificação de mediadores acionáveis da diafonia cardiorrenal - particularmente metabólitos específicos da doença que ligam diretamente a disfunção cardíaca à lesão vascular renal - impedem o progresso na resolução dessas necessidades clínicas não atendidas. Evidências emergentes sugerem que os metabólitos associados a doenças cardíacas podem servir como biomarcadores diagnósticos e condutores mecanicistas da RSC, reprogramando a homeostase vascular renal, mas seus papéis espaço-temporais no início ou amplificação da lesão renal permanecem mal caracterizados 7,8,9. Estudos recentes demonstraram que metabólitos endógenos, como ceramidas, podem agravar ativamente a inflamação e a remodelação vascular, particularmente em condições cardiorrenais, destacando a relevância mais ampla da detecção de metabólitos na patologia vascular10.
Dentre os compartimentos renais acometidos na RSC, a vasculatura é cada vez mais reconhecida como alvo primário e precoce da lesão. A disfunção endotelial na microcirculação renal - marcada por biodisponibilidade prejudicada do óxido nítrico, estresse oxidativo e expressão elevada de mediadores pró-inflamatórios e pró-trombóticos - contribui para a rarefação microvascular, aumento da permeabilidade vascular e hipóxia regional11. Paralelamente, as células musculares lisas vasculares (VSMCs), essenciais para regular o tônus arterial e a complacência, também são vulneráveis à desregulação metabólica na RSC. Evidências acumuladas indicam que os metabólitos associados à doença podem interromper a contratilidade do VSMC, promover a remodelação desadaptativa e contribuir para o aumento da rigidez vascular e comprometimento da perfusão renal. Apesar de seu papel fundamental, os mecanismos de disfunção vascular impulsionados pelo músculo liso permanecem pouco explorados nos modelos atuais de RSC 8,12. Essas alterações fisiopatológicas não apenas exacerbam o dano renal, mas também promovem ativação neuro-hormonal desadaptativa e distúrbios hemodinâmicos sistêmicos, prejudicando ainda mais a função cardíaca e perpetuando a progressão da RSC13. Assim, o direcionamento da lesão vascular renal oferece uma janela mecanicamente informativa para a patogênese precoce da RSC e fornece um foco racional para investigar as interações metabólicas coração-rim.
Para abordar essas lacunas, nosso estudo prioriza a identificação sistemática e a validação funcional de metabólitos associados à insuficiência cardíaca como reguladores centrais da progressão da RSC. Este trabalho preenche a desconexão crítica entre a descoberta de biomarcadores observacionais e a pesquisa de patogênese mecanicista, delineando como esses metabólitos induzem disfunção vascular renal, ativam cascatas inflamatórias e comprometem os mecanismos de reparo tecidual. Os modelos tradicionais usados para estudar a RSC - incluindo modelos animais, culturas de células in vitro e organoides derivados de células-tronco pluripotentes induzidas (iPSC) - têm limitações14. Os modelos animais sofrem de diferenças entre espécies que limitam a relevância clínica. As culturas in vitro carecem de integração em nível de órgão, enquanto os organoides derivados de iPSC - embora capazes de modelar interações cardiomiócitos-células epiteliais tubulares - permanecem funcionalmente imaturos e são limitados aos estágios iniciais de desenvolvimento15. Além disso, os sistemas organoides vasculares atuais consistem principalmente em monocamadas endoteliais ou microvasos primitivos, sem a camada contrátil do músculo liso e leituras funcionais necessárias para avaliar as respostas no nível do vaso à lesão metabólica16.
Em contraste, nossa plataforma emprega metabólitos cardíacos derivados de humanos e vasculatura renal humana ex vivo , permitindo artérias renais humanas ex vivo fisiologicamente relevantes e estruturalmente intactas, permitindo análises fisiologicamente relevantes e mecanicamente informativas das interações metabólicas cardiorrenais na interface vascular. Isso fornece uma vantagem única na modelagem da comunicação metabólica entre órgãos subjacente à progressão da síndrome cardiorrenal. Nossa plataforma pioneira de pesquisa cardiorrenal integrada sinergiza três inovações principais: perfil metabolômico de metabólitos plasmáticos/fecais derivados de insuficiência cardíaca, sistemas de isolamento/cultura renovascular ex vivo e avaliação funcional-molecular-histopatológica multimodal. Cada componente desta plataforma foi otimizado para reprodutibilidade e relevância translacional, incluindo o uso de 200 μL de plasma ou 0,1 g de material fecal por amostra, incubação de segmentos de artéria renal humana de 2 mm a 37 °C com 5% de CO2 por até 24 h e detecção quantitativa baseada em reação em cadeia da polimerase em tempo real (qRT-PCR) de marcadores de lesão vascular. Este sistema não apenas decifra o potencial diagnóstico das assinaturas de metabólitos, mas também vincula diretamente suas contribuições causais à patologia da RSC, permitindo a identificação de alvos terapêuticos por meio do mapeamento em nível molecular da desregulação metabólica entre órgãos. Ao unir a descoberta mecanicista com a tradução clínica, esse paradigma de foco duplo muda o gerenciamento da SRC do controle reativo dos sintomas para intervenções proativas orientadas por biomarcadores.
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Os protocolos experimentais e metodologias de caso empregados neste estudo foram aprovados eticamente pelo Departamento de Urologia do Primeiro Hospital da Universidade de Pequim (Código de Revisão Ética: 2023yan500-002) e pelo Peking Union Medical College Hospital (aprovação nº I-23PJ585), com estrita adesão aos princípios descritos na Declaração de Helsinque. Para este estudo, recrutamos pacientes do sexo masculino ou feminino hospitalizados no Peking Union Medical College Hospital (PUMCH) a partir de julho de 2019, diagnosticados com insuficiência cardíaca (IC) por pelo menos dois cardiologistas experientes. Um total de quatro pacientes com IC (HF1-HF4) foram incluídos para extração de plasma e metabólitos fecais. O consentimento informado por escrito foi obtido de todos os sujeitos antes de sua inclusão na pesquisa. O aparato experimental e os reagentes são mostrados na Tabela de Materiais.
1. Processamento de amostras de plasma e fezes - extração de metabólitos polares
2. Isolamento da artéria renal
3. Incubação da artéria renal com metabólitos de lesão cardíaca
4. Ensaio do anel da artéria renal
5. Exame histopatológico da artéria renal: coloração de hematoxilina-eosina
NOTA: Descarte reagentes perigosos e resíduos biológicos de acordo com os protocolos institucionais de biossegurança e higiene química. Especificamente, o xileno e o paraformaldeído devem ser coletados em recipientes de resíduos químicos rotulados e seláveis e armazenados em uma área designada de capela antes do descarte por manipuladores de resíduos perigosos certificados. O ácido acético usado para limpeza da câmara do miógrafo deve ser neutralizado e descartado seguindo os procedimentos padrão de descarte de resíduos ácidos. Não descarregue nenhum desses reagentes em pias de laboratório.
6. Detecção de biomarcadores moleculares associados à lesão renal
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A coorte foi composta por duas mulheres e dois homens, com faixa etária de 46 a 73 anos (média de idade: 64,0 anos). As medidas basais da pressão arterial mostraram pressão arterial sistólica variando de 109 a 168 mmHg e pressão diastólica de 68 a 115 mmHg. Todos os pacientes com IC tinham história de medicação registrada, incluindo agentes cardioprotetores comuns, como betabloqueadores, estatinas e antiplaquetários, com variações individuais nos inibidores do sistema renina-angiotensina e diuréticos. Para os controles, ...
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Pesquisas recentes em RSC identificaram a reprogramação metabólica como um mecanismo patológico chave, com metabólitos regulando a homeostase vascular renal 7,8,9. Embora os VSMCs desempenhem um papel crítico na regulação do tônus vascular e da complacência na RSC, nosso estudo fornece evidências diretas de que os metabólitos associados à lesão cardíaca prejudicam a contratilidade e a integridad...
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Os autores não têm conflitos de interesse a divulgar.
Este trabalho foi apoiado por doações do Programa Nacional de P&D da China (2021YFF0501401, 2018YFA0800501 para Y. Z., 2021YFF0501404 para Y. L.), Fundação Nacional de Ciências Naturais da China (82325004 e 92168114 para Y. Z., 82300286 para J. Z., 92168113 para E. D., 82170422 para Y. L.), Laboratório Haihe do Fundo de Inovação do Ecossistema Celular (No. HH22KYZX0047 a E. D), Fundação de Ciências de Pós-Doutorado da China (BX20220023, 2022M720288 a J. Z.), Fundação de Ciências Naturais de Pequim (7252157 a J. Z.). Fundação Municipal de Ciências Naturais de Pequim (7232096 a Y. L.), Projeto de Pesquisa do Terceiro Hospital da Universidade de Pequim no Laboratório Estadual de Homeostase e Remodelação Vascular (Universidade de Pequim; 2024-VHR-SY-07 a Y.Z.). A Figura 1 foi criada com Biorender.com com licenças aprovadas.
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| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| DMEM Glicose Alta | Gibco | Gato # 06-1055-57-1-ACS | |
| PBS | Solarbio | Gato # P1010 | |
| Penicilina-estreptomicina-anfotericina B | Thermo Fisher Científico | Gato# 15240062 | |
| Fenilefrina | MCE | Gato # HY-B0769 | |
| Sistema de transcrição reversa | Promega | Gato # A5001 | |
| Sistema estereomicroscópico | Leica | M80 | |
| Mistura master SYBR Green | Thermo Fisher Científico | Gato # 4309155 | |
| Sistema de medição de tensão vascular | DMT | 620 milhões |
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