Flores Herrera O, Rendón Huerta E, Riveros Rosas H, Sosa Peinado A, Vázquez Contreras E, Velázquez López I (eds). Mensaje Bioquímico, Vol XXIX. Depto Bioquímica, Fac Medicina, Universidad Nacional Autónoma de México. Cd Universitaria, México, DF, MÉXICO. (2005). (http://bq.unam.mx/mensajebioquimico) (ISSN-0188-137X)

PARTICIPACIÓN DE LOS ADRENOCEPTORES α1D VASCULARES Y LA ANGIOTENSINA II EN LA HIPERTENSIÓN ARTERIAL

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Rafael Villalobos-Molina1,2, Daniel Godínez-Hernández2,3, Itzell A. Gallardo-Ortiz2, Pedro López-Sánchez3

Unidad de Biomedicina, Facultad de Estudios Superiores-Iztacala, U.N.A.M., Av. de los Barrios 1, Los Reyes Iztacala, Tlalnepantla 54090, México. 2 Departamento de Farmacobiología, Cinvestav-Sede Sur, 3 Sección de Estudios de Posgrado e Investigación, Escuela Superior de Medicina, I.P.N.. [email protected]

ROLE OF VASCULAR α1D-ADRENOCEPTORS AND ANGIOTENSIN II ON ARTERIAL HYPERTENSION Abstract.

α1-Adrenoceptor stimulation produces vascular smooth muscle contraction. Angiotensin II (Ang II) induces contraction and increases α1-adrenoceptor expression in vascular smooth muscle cells. Furthermore, captopril (an inhibitor of angiotensin converting enzyme, ACEi) diminishes α1- responses in rat aorta. We explored captopril effects on α1-adrenoceptor expression (both mRNA and protein), and phenylephrine-induced contraction in aorta of normotensive Wistar Kyoto (WKY) and pre-hypertensive (SHR) 5 weeks-old rats, with or without captopril therapy (3mg/kg/day/7days) dissolved in drinking water. Functional responses showed that captopril did not modify agonist apparent affinity for the receptor present in aorta (-logEC50 = pD2), neither antagonist affinity (pA2 = -log pKb) for BMY 7378 (a selective α1D-adrenoceptor antagonist, pA2, 8.63-9.20 among groups). However, maximal effects to phenylephrine in aorta of captopril-treated SHR diminished ≈ 50%. Basal expression of α1D-adrenoceptor mRNA is 35% higher in SHR than in WKY; α1A-adrenoceptor mRNA expression was higher in WKY, while α1Badrenoceptor mRNA was similar among rat strains, and protein for α1A- and α1B-adrenoceptors was not different among groups. Captopril diminished α1D-adrenoceptor mRNA expression 52% and 27% in SHR and WKY, respectively. Receptor protein was 48% higher in SHR than in WKY, and captopril therapy decreased it 45%. α1A-Adrenoceptor mRNA increased in captopril-treated 81

MENSAJE BIOQUÍMICO, Vol. XXIX (2005) SHR, and the ACEi did not induce changes in α1B-adrenoceptor mRNA nor protein, neither in α1Aprotein. Data suggest that α1D-adrenoceptors are responsible for contraction in aorta of WKY and SHR at this age, and ACE inhibition diminishes α1D-adrenoceptors expression and function in pre-hypertensive SHR, probably by avoiding α1D- expression due to a lack of Ang II. These findings might be related to vascular changes that contribute to hypertension development. Keywords: α1D-Adrenoceptors, hypertensive rats.

mRNA,

protein,

contraction,

captopril,

spontaneously

Introducción. La hipertensión es una enfermedad caracterizada por un aumento en la resistencia vascular periférica (1), esta alteración en la presión es el factor de riesgo mas importante para las enfermedades cardiovasculares, y es probablemente también el problema de salud pública más importante en las naciones industrializadas (2). Actualmente ocupa el primer lugar de las causas de morbilidad y de mortalidad en México (3) con un 25% de las muertes registradas, afectando principalmente a las personas de edad madura y ancianos (4). A pesar de la gran cantidad de investigaciones realizadas sobre el tema, no se conocen los eventos que conducen al desarrollo de la hipertensión arterial; sin embargo, en el ámbito vascular se han propuesto tres factores involucrados en la patogénesis de esta condición: 1) hipersensibilidad de los vasos sanguíneos a estímulos vasoconstrictores, 2) cambios estructurales en las paredes de los vasos sanguíneos y 3) disfunción endotelial (1,2), aunque es bien conocida la participación de otros órganos como el corazón, el riñón y el sistema nervioso central (5). Los cambios estructurales pueden ser un fenómeno de adaptación, en el cual la pared arterial se engruesa en respuesta al aumento en la presión arterial (1) y, como consecuencia, la hipertensión predispone al individuo a otras enfermedades cardiovasculares, como son: infarto al miocardio, accidente vascular cerebral, falla renal y aceleración de la ateroesclerosis (2, 5 ). En la respuesta a la noradrenalina, se ha sugerido a la hipersensibilidad del músculo liso vascular, como un elemento involucrado en la elevación y el mantenimiento de la presión arterial, en ratas espontáneamente hipertensas (SHR)1. No se conoce si este fenómeno está relacionado con un incremento en el número o en la afinidad de los adrenoceptores α1, con predominancia de alguno de los diferentes subtipos o con cambios en los eventos post-receptor, pues existe controversia en los resultados experimentales, ya que se han descrito: aumentos, disminuciones o inclusive, no cambios en la respuesta contráctil a la noradrenalina. Por otra parte, la disfunción endotelial presupone la disminución de los factores relajantes de la hipertensión [óxido nítrico (NO), prostaglandina I2 (prostaciclina, PGI2) y el factor hiperpolarizante derivado del endotelio (EDHF)] y el aumento de los factores contráctiles [prostaglandina H2 (PGH2), tromboxano A2 (TxA2) y otros prostanoides] en la hipertensión, lo que implica la desregulación del tono vascular (6).

1

del inglés: spontaneously hypertensive rat 82

Villalobos-Molina y cols. Las catecolaminas noradrenalina y adrenalina se comportan como neurotransmisores en el sistema nervioso central (SNC) y como hormona en los tejidos periféricos, respectivamente (7). Las acciones de estas aminas están mediadas por una variedad de receptores de membrana, miembros de la superfamilia de receptores de 7 dominios transmembranales, designados: adrenoceptores α y

β. Los adrenoceptores β se dividen en tres subtipos (β1, β2, y β3) y se consideran isorreceptores en la transducción hormonal, ya que generan la misma señal intracelular (incremento en el AMP cíclico), al estimular a la adenilil ciclasa vía una proteína Gs; mientras que los adrenoceptores α se dividen en dos familias (α1 y α2), son heterorreceptores pues los α2 disminuyen los niveles de AMP cíclico, al inhibir a la adenilil ciclasa vía una proteína Gi, y los α1 actúan por medio de la estimulación de una fosfolipasa C, vía una proteína Gq/11, generando inositol trisfosfato (IP3) y diacilglicerol (DAG), los cuales movilizan Ca2+ intracelular y activan a la proteína cinasa C (PKC), respectivamente (7). Adicionalmente, se han descrito alteraciones en las respuestas α- adrenérgicas en los diferentes modelos de hipertensión y en los diferentes tejidos estudiados (8). Así se tiene que, en la mayoría de los casos, no se conoce sí estas alteraciones: 1) contribuyen al desarrollo o mantenimiento de la hipertensión; 2) se presentan en respuesta a un aumento en la presión sanguínea o 3) no están relacionados con el aumento en la presión arterial (1, 8). La Angiotensina II (Ang II) tiene una función importante en la regulación de la presión arterial, a través de su síntesis sistémica vía el sistema renina-angiotensina (RAS). La Ang II actúa directamente sobre el músculo liso vascular como un potente vasoconstrictor, por estimulación de los receptores AT1. Indirectamente afecta la contractilidad y la frecuencia cardiaca al incrementar el tono del sistema nervioso simpático, esto es, modula la liberación facilitada de noradrenalina presináptica (9). Así, se ha reportado que los componentes de RAS, como la actividad de renina plasmática, el angiotensinógeno plasmático y la liberación renal de renina pueden estar aumentados en ratas SHR jóvenes y pueden contribuir a la patogénesis de la hipertensión genética (10-12). En el sistema cardiovascular los adrenoceptores α1 regulan la contracción cardiaca y arterial y han sido implicados en procesos patológicos como la hipertrofia cardiaca o las arritmias inducidas por isquemia (13-15). En las arterias de las ratas, se ha detectado la presencia de RNAm para los tres adrenoceptores α1 (α1A, α1B, y α1D), lo que demuestra que los genes de estos adrenoceptores se expresan (16, 17); sin embargo, al usar radioligandos como marcadores, en estudios funcionales y usando anticuerpos contra los adrenoceptores α1, para detectar la presencia de dichos adrenoceptores en membrana, se sabe que sólo 1 o 2 de los adrenoceptores α1 predominan para la contracción del músculo liso vascular (18-20). En este sentido, los adrenoceptores α1D se expresan funcionalmente en las arterias aorta, carótida, mesentérica, iliaca, femoral y renal, donde median la contracción inducida por agentes adrenérgicos (21-26) y su expresión funcional in vivo tiene un importante papel en el control de la presión arterial (20, 27, 28). Además, en las arterias que expresan el subtipo α1D como predominante para las respuestas contráctiles, pero no en los vasos sanguíneos que expresan al α1A, se ha demostrado que existe una población de receptores constitutivamente activos (es decir, los receptores no requieren noradrenalina para ser estimulados), lo que sugiere que los adrenoceptores α1D ejercen un papel modulador en las arterias de conductancia, evitando cambios súbitos en el diámetro arterial cuando se remueve el agonista, manteniendo el flujo 83

MENSAJE BIOQUÍMICO, Vol. XXIX (2005) sanguíneo (22, 29). La evidencia actual muestra que los adrenoceptores α1D vasculares están funcionalmente relacionados con la génesis y/o el mantenimiento de la hipertensión y parecen estar presentes en la vasculatura antes de que se establezca la hipertensión, por lo que se ha sugerido que hay un aumento en la población de esos receptores constitutivamente activos y que son los responsables de la patología y del alto tono simpatoadrenal en las ratas SHR (14, 20, 25, 30, 31). En el nivel vascular, muchas investigaciones han tratado de explicar la relación entre el sistema renina-angiotensina (RAS) y las vías adrenérgicas periféricas y su papel en la génesis de la hipertensión. Así, Schiffrin y cols. (32) mostraron un aumento en la Ang II y en los adrenoceptores α1 en la vasculatura de ratas SHR antes del desarrollo de la hipertensión (4 semanas de edad). In vivo, el efecto estimulador de Ang II sobre la síntesis de DNA en células de músculo liso vascular, disminuyó con el co-tratamiento con prazosina, el antagonista de los adrenoceptores α1 (33). Otras aproximaciones han mostrado que el captopril (un inhibidor de la enzima convertidora de angiotensina, ECA) en altas dosis inhibe la hipersensibilidad anormal, en los vasos de resistencia, a la fenilefrina (12, 34). Además, el bloqueo de RAS por inhibidores de la ECA o los antagonistas de los receptores AT1 en el periodo juvenil crítico puede atenuar, o aún, prevenir el desarrollo de la hipertensión (31, 35-38). Recientemente se describió que los adrenoceptores α1D activos constitutivamente desaparecen por la terapia con captopril (31). Por otro lado, la Ang II induce la expresión de los adrenoceptores α1D en células aisladas de músculo liso vascular de la aorta de rata (11) y ellos favorecen el aumento en la síntesis de proteínas (39), sugiriendo que estos 2 sistemas pueden estar relacionados entre si (“cross talk”) y con la génesis de la hipertensión. Así, planteamos como hipótesis que el captopril, al interferir con la producción de Ang II, disminuye la expresión y la función de los adrenoceptores vasculares α1D en las ratas jóvenes, pre-hipertensas SHR y que la incubación con Ang II de la aorta de ratas normotensas Wistar, favorecería la expresión de los adrenoceptores α1, principalmente del subtipo α1D. De esta manera, los objetivos que nos planteamos fueron: caracterizar el efecto del captopril sobre: i) la respuesta contráctil adrenérgica α1; ii) la expresión del ARNm (mensajero del ácido ribonucleico) que codifica para los adrenoceptores α1; iii) sobre la expresión de la proteína α1 en aorta de ratas normotensas WKY y SHR pre-hipertensas de 5 semanas de edad. Resultados. El captopril no modificó la afinidad aparente (-log EC50 = pD2, Tabla 1) a la fenilefrina en la aorta, así como tampoco la afinidad (valores de pA2 = -log pKb del antagonista, obtenidos por análisis de Schild) del BMY-73782 en la aorta (Tabla 1). El BMY-7378 tuvo alta afinidad (pA2, 8.63-9.20 entre los grupos) por los adrenoceptores α1D, de la aorta de ambas cepas de ratas (Figura 1, Tabla 1) y el RS17053 y la ciclazosina (antagonistas selectivos α1A y α1B, respectivamente), tuvieron baja afinidad (datos no mostrados), lo cual sugiere que no hay participación funcional de estos adrenoceptores en la respuesta contráctil. De manera

2

(un antagonista selectivo α1D)

84

Villalobos-Molina y cols. interesante, los efectos máximos a la fenilefrina en la aorta de ratas SHR tratadas con captopril disminuyeron ≈ 50%, sin presentarse cambios en las ratas WKY.

WKY

SHR

Control 3

2

Log (RC-1)

Log(RC-1)

2

1

0

1

0 7.4 7.6 7.8 8.0 8.2 8.4 8.6

7.4 7.6 7.8 8.0 8.2 8.4 8.6

2

-Log [BMY-7378] M

-Log [BMY-7378] M

Control BMY [1 x 10 -8.5] M BMY [1 x 10 -8] M

0

BMY [1 x 10 -7.5] M

Captopril 3mg/Kg/día/7 días 2

Log (RC-1)

2

3

Log (RC-1)

Contracción (g)

1

1

0

7.4 7.6 7.8 8.0 8.2 8.4 8.6

0

7.4 7.6 7.8 8.0 8.2 8.4 8.6

-Log [BMY-7378] M

2

1

-Log [BMY-7378] M

1

0 9

8

7

6

5

9

8

7

6

5

Fenilefrina -Log [M] Figura 1. Curvas concentración-respuesta a la fenilefrina y regresión de Schild (pA2), en ausencia y en presencia de concentraciones crecientes de BMY 7378, en arteria aorta de ratas WKY y SHR de 5 semanas, tratadas y no tratadas con captopril.

85

MENSAJE BIOQUÍMICO, Vol. XXIX (2005)

Tabla 1. Emax (g), pD2 (afinidad aparente a fenilefrina) y pA2 (afinidad a BMY 7378), en aorta aislada de ratas WKY y SHR de 5 semanas de edad, control y tratadas con captopril (3 mg/Kg/día durante 1 semana). Ratas WKY pD2 Emax (g)

Ratas SHR

control

Captopril

control

Captopril

8.37 ± 0.15

8.08 ± 0.21

8.40 ± 0.11

8.41 ± 0.17

1.69 ± 0.31

pA2

1.83 ± 0.23

8.8

1.46 ± 0.11

8.3

0.89 ± 0.1*

9.1

9.2

*p