Orientador: Erich Vinicius de Paula

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Ciências Médicas

Resumo: Há cerca de 50 anos sabe-se que pacientes com anemia falciforme (AF) apresentam maiores concentrações plasmáticas de heme livre. Recentemente, foi demonstrado que o heme é capaz de ativar a resposta imune inata, desencadeando resposta dependente de receptores "Toll-like", envolvendo a...

Resumo: Há cerca de 50 anos sabe-se que pacientes com anemia falciforme (AF) apresentam maiores concentrações plasmáticas de heme livre. Recentemente, foi demonstrado que o heme é capaz de ativar a resposta imune inata, desencadeando resposta dependente de receptores "Toll-like", envolvendo a expressão de vários genes pró-inflamatórios. Em consonância com estes achados, o papel pró-inflamatório do heme foi confirmado em diferentes modelos experimentais de AF, colocando este metabólito como potencial desencadeante da oclusão microvascular e síndrome torácica aguda. Tromboses micro e macro vasculares são características da AF, e o papel do heme na patogenia destes eventos foi recentemente sugerido pela demonstração de sua capacidade de induzir a expressão de fator tecidual (FT) em células endoteliais e monócitos. No entanto, a relevância funcional da expressão deste achado ainda não foi demonstrada através de marcadores clinicamente relevantes da coagulação. Métodos: A expressão do FT induzida pelo heme foi avaliada em células mononucleares de sangue periférico (PBMC) através de dois ensaios globais da hemostasia: tromboelastometria (TEM) e teste de geração de trombina (TGT). Sangue de voluntários saudáveis foram coletados por uma veia antecubital com mínima estase em tubos de citrato de sódio (1:10) ou heparina. A TEM foi realizada em amostras de sangue total (n=10) incubadas com 30 ?M do heme (Sigma¿Aldrich) durante 4 horas a 37°C, em um equipamento ROTEM (Pentapharm). A coagulação foi ativada pela adição de CaCl2. Como controle, amostras dos mesmos indivíduos foram incubadas concomitantemente com o veículo (n=10). O TGT foi realizado em amostras de plasma duplamente centrifugadas, separadas a partir de sangue total estimulado com heme ou veículo sob as mesmas condições (n=16). A TGT foi realizada utilizando flurímetro Fluoroskan Ascent® (Thermolab). A coagulação foi ativada com FT (5pM) e fosfolipídios ( Reagente PPP, Thrombinoscope). A expressão de FT foi avaliada por qRT-PCR. PBMC e neutrófilos foram separados por centrifugação de gradiente de densidade (Ficoll) e então incubados com 30 uM de heme (n=6) ou salina (n=6) por 24hs. Teste estatístico não-paramétrico foi utilizado em todas as análises. Resultados: a incubação do sangue total com 30 uM de heme resultou numa potente indução de expressão de FT quando comparado com o veículo em PBMC (AU) (0,03±0,06 vs 1,18±0,60; P=0,03). Não foi possível detectar a expressão de FT em neutrófilos. A ativação da coagulação induzida pelo heme pode ser demonstrada através da TEM. O Heme diminuiu significativamente o tempo de coagulação (seg) (562,1±88,2 vs 387±84.3; P=0,002) e a MaxV-t (tempo para a velocidade máxima) (651,4±119,2 vs 451,1±87,4; P=0,002), que são dois indicadores de um estado de hipercoagulabilidade. Uma tendência para a diminuição do tempo de formação do coágulo também pode ser observada (P=0.07). Nenhuma diferença pode ser observada na área sob a curva da TEM. Um perfil de hipercoagulabilidade, também foi observado no TGT. Mudanças estatisticamente significativas, compatíveis com a ativação da coagulação foram observadas em parâmetros como: pico de trombina (aumentado), tempo para atingir a trombina (diminuição), índice de velocidade (aumento), período de latência (diminuição) e StarTail (diminuição) (todos<0,05). Nenhuma mudança estatisticamente significativa pode ser observada no parâmetro de pontencial endógeno de trombina. Discussão e Conclusão: A TEM e o TGT são dois testes globais em hemostasia, amplamente utilizados para avaliação de estados de hipo e hipercoagulabilidade. Ambos os métodos tem sido utilizados em pacientes com AF, que apresentam estado de hipercoagulabilidade similar ao encontrado em nosso trabalho, caracterizada por um início mais rápido da ativação da coagulação. Nossos resultados demonstram pela primeira vez que o heme, em concentrações semelhantes às observadas em pacientes com AF, é capaz de estimular não só a expressão do TF em PBMC, mas também de alterar o equilíbrio da coagulação para um estado de hipercoagulabilidade. Estes resultados fornecem um suporte adicional à hipótese de que o heme é um mediador chave na trombose micro e macro vascular na AF e, possivelmente, em outras doenças hemolíticas. Nosso estudo também avaliou de forma preliminar, o efeito do heme sobre a fosforilação do resíduo S879 da proteína p120-catenina, como um marcador indireto da quebra de barreira endotelial. Os resultados, ainda preliminares, sugerem que pode haver um efeito do heme sobre a integridade de barreira endotelial, fato que será investigado em estudos futuros

Abstract: It has been known for more than 50 years that patients with sickle cell disease (SCD) present higher plasma concentrations of heme. More recently, it was shown that heme is capable to activate innate immune response, and to trigger a toll-like receptor-dependent response that involves the...

Abstract: It has been known for more than 50 years that patients with sickle cell disease (SCD) present higher plasma concentrations of heme. More recently, it was shown that heme is capable to activate innate immune response, and to trigger a toll-like receptor-dependent response that involves the expression of several pro-inflammatory genes. Accordingly, the role of heme as critical inflammatory mediator in SCD has been confirmed in different experimental models, suggesting that heme can be a trigger for microvascular occlusion and acute chest syndrome (ACS). The association between innate immune response and coagulation activation dates back to 450 million years in evolution, so that activation of the former is frequently accompanied by activation of the latter. Micro and macrovascular thrombosis are a hallmark of SCD, and the role of heme in the pathogenesis of these events has been recently suggested by demonstrations of heme-induced expression of tissue factor (TF) by endothelial cells and monocytes. However, the functional relevance of heme-induced TF expression on clinically-relevant coagulation markers has not been demonstrated. Methods: herein we evaluated heme-induced TF expression in peripheral blood mononuclear cells (PBMC), and used two different global assays of hemostasis, namely thromboelastometry (TEM) and Thrombin Generation Test (TGT) to evaluate the effect of heme on coagulation activation. Blood from healthy volunteers was drawn from an antecubital vein with minimal stasis in 0.106 sodium citrate tubes (1:10) or heparin. TEM was performed in whole-blood samples (n=10) incubated with 30 µM heme (Sigma-Aldrich) for four hours at 37oC, in a ROTEM equipment (Pentapharm). Coagulation was activated with the addition of CaCl2. Samples from same individuals incubated with vehicle were assayed concomitantly as controls (n=10). TGT was performed in double centrifuged plasma samples, separated from whole blood stimulated with heme or vehicle under the same conditions (n=16). TGT was performed using a Fluoroskan Ascent Flourimeter (Thermolab). Coagulation was activated with TF (5pM) and phospholipids (PPP reagent, Thrombinoscope). Expression of TF was evaluated by qRT-PCR. Heparin-anticoagulated blood was incubated with 30 µM heme (n=6) or vehicle (n=6) for 24 hours. PBMC and neutrophils were then separated by density gradient centrifugation (Ficoll). Non-parametric statistics were used in all analysis. Results: incubation of whole blood with heme 30 µM resulted in a potent induction of TF expression in PBMC compared to vehicle (AU)(0.03±0.06 vs 1.18±0.60; P=0.03). No TF expression could be detected in neutrophils. Heme-induced coagulation activation could be demonstrated by TEM. Heme significantly decreased the coagulation time (sec) (562.1±88.2 to 387±84.3; P=0.002) and the MaxV-t (time to maximum velocity) (651.4±119.2 to 451.1±87.4 ; P=0.002), which are two indicators of shift towards a hypercoagulable profile. A trend towards a lower clot formation time was also observed (P=0.07). No difference could be observed in the area under the TEM curve. A hypercoagulable profile was also observed in TGT in samples incubated with heme. Statistically significant changes compatible with a shift towards coagulation activation were observed in parameters such as peak thrombin (increased), time to peak thrombin (decreased), velocity index (increased), lagtime (decreased) and StarTail (decreased) (all P<0.05). No statistically significant change could be observed in the endogenous thrombin potential parameter (p=0.10). Discussion and conclusions: TEM and TGT are global hemostasis assays, widely used for evaluation of hypo- and hypercoagulable states. Both methods have been used in patients with SCD, who present hypercoagulable profiles similar to those obtained in our study, and characterized by faster onset and offset of coagulation activation. We demonstrate for the first time that heme, in concentrations similar to those observed in patients with SCD and other hemolytic disorders, is capable to not only stimulate the expression of TF by PBMC, but also to shift the coagulation balance towards a hypercoagulable state, similar to that observed in patients with SCD. These results provide additional support to the hypothesis that heme is a key mediator micro- and macrovascular thrombosis in SCD and possibly, in other hemolytic disorders. Our study also evaluated in a preliminary form the effect of heme on the phosphorylation of the residue S879 from p120-catenin, as a surrogate marker of endothelial barrier breakdown induced by heme. Though preliminary, our results suggest that heme might also affect endothelial barrier integrity. Additional studies are underway to evaluate this hypothesis