artigo de revisÃo efeitos miocárdicos da endotelina-1 [68] · desenvolvimento de disfunção...

Efeitos Miocárdicos da Endotelina-1 [68]CARMEN BRÁS-SILVA, ADELINO F. LEITE-MOREIRA

Serviço de Fisiologia da Faculdade de Medicina da Universidade do Porto, Porto, Portugal

Rev Port Cardiol 2008; 27 (7-8): 925-951

ARTIGO DE REVISÃO

925

RESUMO

A endotelina (ET)-1 foi identificada em 1988como sendo um peptídeo vasoconstrictor

produzido pelo endotélio vascular. Sabe-se,actualmente, que a nível cardiovascular a ET-1

pode ser sintetizada não só pelo endotélio(vascular e endocárdico), mas também por

células miocárdicas.A activação dos receptores da ET-1 modula

uma grande variedade de processos biológicosincluindo o tono e crescimento vasculares, bem

como, a função contráctil miocárdica. Nosmamíferos, os seus efeitos são mediados por

dois tipos de receptores, ETA e ETB. Osreceptores ETA promovem vasoconstrição,aumento do inotropismo e mitogénese. Por

outro lado, os receptores ETB induzemgeralmente vasodilatação (mediada pela

libertação do óxido nítrico e de prostaciclinas),inibição do crescimento e proliferação celular e

depuração pulmonar da ET-1 circulante. Épossível ainda subdividir os receptores ETBB

em: ETB1 de localização endotelial epromotores de vasodilatação e efeitosinotrópicos negativos, e em ETB2 de

localização muscular e promotores devasoconstrição e efeitos inotrópicos positivos.

Vários estudos têm descrito elevados níveisplasmáticos e tecidulares cardíacos de ET-1 nainsuficiência cardíaca (IC) e fortes correlações

positivas entre os níveis de ET-1, odesenvolvimento de disfunção cardíaca e

severidade da IC. Este aspecto fez com que oantagonismo das acções da ET-1 se tornasse

num alvo atraente sob o ponto de vistaterapêutico, tendo resultado na procura

incessante de antagonistas da ET (antagonistasdos receptores e inibidores das enzimas de

conversão) pela indústria farmacêutica. O presente artigo constitui uma revisão acerca

ABSTRACT

Myocardial Effects of Endothelin-1

Endothelin (ET)-1 was originally identified in1988 as a vasoconstrictor peptide produced byvascular endothelial cells. It is now known thatET-1 can be produced by vascular andendocardial endothelium and by myocardialcells.Activation of endothelin receptors modulates awide variety of biological processes includingvascular tone, growth and myocardialcontractile function. In mammals, ET-1’seffects are mediated through binding to twotypes of receptors, ETA and ETB. ETA receptoractivation elicits vasoconstriction, positiveinotropism and mitogenesis, and acutelyincreases myocardial distensibility. ETBreceptor stimulation generally promotesvasodilatation, mediated by release of nitricoxide and prostacyclins, growth-inhibitoryeffects and clearance of ET-1 from thecirculation. ETB receptors can be furthersubdivided into ETB1, located in endothelialcells and responsible for vasodilatation andnegative inotropic effects, and ETB2, located insmooth muscle and myocardial cells andresponsible for vasoconstriction and positiveinotropic effects.Increased levels of cardiac and circulating ET-1 have been linked to development of cardiacdysfunction and severity of heart failure. Thishas fueled research into the development ofendothelin antagonists (ET receptor andconverting enzyme inhibitors) in view of thepotential benefits that might derive from theiruse in clinical practice.The present review will focus on currentunderstanding of the mechanisms mediatingthe myocardial actions of ET-1.

Recebido para publicação: Janeiro de 2008 • Aceite para publicação: Março de 2008Received for publication: January 2008 • Accepted for publication: March 2008

RESENHA HISTÓRICA

Oendotélio, vascular e endocárdico, é umimportante modulador das funções vascular

e miocárdica (1). Esta modulação é mediadapela libertação de várias substâncias, que actuamde forma autócrina e parácrina nas célulasendoteliais, musculares, ou em outras célulasadjacentes. Este conceito surgiu na sequência dadescoberta do factor relaxante derivado doendotélio por Furchgott e Zawadzki em 1980 (2),que apesar de só ter sido identificado como óxidonítrico (NO) alguns anos mais tarde, originouintensa investigação neste campo, alertando paraa importante função do endotélio.

A existência de um peptídeo constritorderivado do endotélio foi proposta, pela primeiravez, em 1985 por Hickey e colaboradores (3) econfirmada por Gillespie e colaboradores em1986 (4). Subsequentemente, Yanagisawa ecolaboradores em 1988 isolaram e identificarama estrutura desta substância contendo 21aminoácidos, um terminal C hidrofóbico e duaspontes cisteína no terminal N, num meio decultura de células vasculares endoteliais (5). Adescoberta deste potente vasoconstritor, entãodenominado endotelina (ET) (5), despertou grandeinteresse na comunidade científica mundial. Ademonstrá-lo estão os milhares de artigospublicados até à data sobre o sistema da ET.

A análise posterior de sequências genómicashumanas revelou a existência de três genesdistintos para a ET, codificadores de trêsisopeptídeos designados de ET-1, ET-2 e ET-3 (6,7)

(Figura 1). Cada um destes isopeptídeos éexpresso em diferentes células e tecidos. Aisoforma predominante no sistema cardiovas-cular humano é a ET-1, que corresponde à ETinicialmente identificada por Yanagisawa ecolaboradores. Uma quarta isoforma, original-mente identificada no Ratinho como constritorintestinal vasoactivo, é um análogo da ET-2humana e específico daquela espécie animal (8,9).

HISTORICAL OVERVIEW

Vascular and endocardial endothelium is animportant modulator of vascular and

myocardial function (1). This modulation ismediated by the release of various substanceswith autocrine and paracrine action inendothelial, muscle or other adjacent cells. Thisconcept was first put forward following thediscovery of endothelium-derived relaxing factorby Furchgott and Zawadzki in 1980 (2); althoughthis was identified as nitric oxide (NO) only someyears later, it stimulated research in this field andrevealed the important function of theendothelium.

The existence of an endothelium-derivedvasoconstrictor peptide was first suggested in1985 by Hickey et al. (3) and confirmed byGillespie et al. in 1986 (4). Subsequently, in 1988,Yanagisawa et al. isolated the peptide in culturedvascular endothelial cells and showed that itsstructure consisted of 21 amino acids, ahydrophobic C-terminal and two cysteineresidues at the N-terminal (5). The discovery ofthis potent vasoconstrictor, which was namedendothelin (ET) (5), aroused considerable interestin the international scientific community andthousands of articles have been published on theET system.

Subsequent analysis of human genomicsequences revealed the existence of threeseparate ET genes, coding for three isopeptides,designated ET-1, ET-2 and ET-3 (6, 7) (Figure 1).Each of these isopeptides is expressed indifferent cells and tissues. The predominantisoform in the human cardiovascular system isET-1, which is the one first identified byYanagisawa et al. A fourth isoform, originallyidentified in the mouse as a vasoactive intestinalconstrictor, is an analogue of human ET-2 andspecific to mice (8, 9).

In 1990, two receptors for ET were cloned:ETA and ETB

(10, 11). They both belong to the family926

Rev Port CardiolVol. 27 Julho/Agosto 08 / July/August 08

dos efeitos miocárdicos da ET-1 e dosmecanismos que lhes estão subjacentes.

Palavras-Chave

Endotelina-1; Receptores ETA; Receptores ETB; Inotropismo;

Lusitropismo; Endotélio; Miocárdio; Coração

Key words

Endothelin-1; ETA receptors; ETB receptors; Inotropy;

Lusitropy; Endothelium; Myocardium; Heart

Em 1990, foram clonados dois receptores comafinidade específica para as ETs: os receptoresETA e os receptores ETB

(10,11). Ambos pertencemà família dos receptores transmembranaresassociados a proteínas G, mas enquanto que oreceptor ETA se liga à ET-1 e à ET-2 com maiorafinidade do que à ET-3, o receptor ETB liga-seàs três isoformas com igual afinidade. O efeitovasoconstritor intenso e sustentado induzido pelaET-1 e o seu consequente envolvimento naprogressão de doenças cardiovasculares fez comque as ETs fossem conotadas como “the bad guysof circulatory control” (12) e se tornassem num alvoatraente sob o ponto de vista terapêutico. Estesaspectos e a necessidade crescente de melhorconhecer as acções fisiopatológicas destesagentes, foram determinantes para a procuraincessante de antagonistas dos receptores da ETpela indústria farmacêutica, de tal forma que,logo em 1992, surgiu o primeiro antagonista dosreceptores ETA, o BQ-123 (13). Pesquisassubsequentes originaram inúmeros antagonistasselectivos e não-selectivos para os receptoresETA e ETB, alguns dos quais têm sido usados emestudos pré-clínicos e em ensaios clínicos. Écontudo de salientar o desenvolvimento dosprimeiros antagonistas não-selectivos eficientespor administração oral, o Ro46-2005 e o Ro47-

of G-protein-coupled receptors, but while theETA receptor binds to ET-1 and ET-2 with higheraffinity than to ET-3, the ETB receptor bindsequally to all three isoforms. The potent,sustained vasoconstrictor effect of ET-1, andhence its role in progression of cardiovasculardisease, meant that ETs came to be regarded as“the bad guys of circulatory control” (12) and werethus an attractive therapeutic target. This,together with the growing need for a betterunderstanding of the pathophysiological actionof these agents, led to a determined search bythe pharmaceutical industry for ET receptorantagonists, and the first ETB receptor antagonist,BQ-123, appeared in 1992 (13). Subsequentresearch produced various selective andnonselective ETA and ETB receptor antagonists,some of which have reached the stage of pre-clinical studies and clinical trials. The firstefficacious orally-active nonselective antagoniststo be developed were Ro46-2005 and Ro47-0203(bosentan) (14, 15), the latter being the first ETreceptor antagonist to be approved by the USFood and Drug Administration for therapeuticuse in humans, for the treatment of pulmonaryhypertension.

Identification of the main enzymesresponsible for ET synthesis from its precursor, 927

CARMEN BRÁS-SILVA, et alRev Port Cardiol 2008; 27: 925-51

Endotelina-1Endothelin-1

CisSerCis

SerSerLeu

Met

Asp

LisGlu Cis Cis His Leu Asp lle lle Trp C

N

Val Tir Fen


CisSerCis

SerSer

Asp


N

Val Tir Fen

Trp

Leu


CisTreCis

FenTre

Asp


N

Val Tir Tir

Tir

Lis

Figura 1. Estrutura dasisoformas da endotelina. Osresíduos a preto correspondemaos que diferem da endotelina-1(Adaptado de (32)).

Figure 1. Structure of theendothelin isoforms. Theresidues shown in black arethose that differ fromendothelin-1 (adapted from (32)).

0203 (bosentan) (14,15), sendo que este último foitambém o primeiro antagonista dos receptoresda ET a ser aprovado pela Food and DrugAdministration para uso terapêutico em humanos,neste caso, para o tratamento de hipertensãoarterial pulmonar.

A identificação das principais enzimasresponsáveis pela síntese de ET a partir do seuprecursor, designadas enzimas de conversãoda ET (ECE)-1 e 2 (16-19), constituiu igualmenteum marco importante na história da ET. Osistema da ET ganhava assim novosconstituintes, as várias isoformas de peptidasesactivadoras, a acrescentar aos três isopeptídeosET e aos dois receptores associados a múltiplasvias de sinalização intracelular.

ASPECTOS MOLECULARES DOSISTEMA DAS ENDOTELINAS

Síntese e Secreção de EndotelinaO produto inicial do gene da ET é a pré-pró-

ET, um peptídeo de 212 aminoácidos que éconvertido por uma protease semelhante à furinaem big ET, de 38 aminoácidos. Esta, por sua vez,é processada em ET pelas enzimas de conversãoda ET, ECE-1, ECE-2 e ECE-3, cada uma delascom diversas isoformas. As ECEs pertencem àfamília das metaloproteases e localizam-se nascélulas endoteliais, células do músculo liso,cardiomiócitos e macrófagos. O significado daexistência de múltiplas isoformas de ECEspermanece por esclarecer, mas poderá estarrelacionado com a distribuição distinta emdiferentes compartimentos da mesma célula ouem diferentes tipos de células. Estas enzimasnão são, no entanto, as únicas promotoras dasíntese de ET, outras vias alternativas incluemmetaloproteases distintas das ECEs (como aendopeptidase neutra) e a quimase que cliva abig ET num peptídeo de 31 aminoácidos, aET1-31. Esta parece ser posteriormenteconvertida em ET pela endopeptidase neutra (20-22)

(Figura 2).A ET-1 é secretada pelas células endoteliais

através de duas vias: uma via constitutiva e umavia regulada (22,23). Assim, se por um lado, a ET-1 écontinuamente transportada e libertada porvesículas secretoras, via que é modulada ao nívelda síntese proteica e que é responsável pelalibertação basal de ET-1, por outro, ela pode

termed endothelin-converting enzymes (ECEs) -1and -2 (16-19), was also an important landmark in thehistory of ET. The ET system thus acquirednew constituents, the various isoforms of theactivating peptidases, in addition to the three ETisopeptides and the two receptors that are linkedto multiple intracellular signaling pathways.

MOLECULAR FEATURES OF THEENDOTHELIN SYSTEM

Synthesis and secretion of endothelinThe initial product of the ET gene is

preproendothelin (prepro-ET), a 212-amino acidpeptide, which is converted by a furin-likeprotease into big ET, with 38 amino acids. Thisin turn is synthesized into ET by the endothelin-converting enzymes ECE-1, ECE-2 andECE-3, each of which has various isoforms.ECEs belong to the metalloprotease family andare found in endothelial and smooth musclecells, cardiomyocytes and macrophages. Thesignificance of the existence of multiple ECEisoforms is still unknown, but it may be related totheir distribution in different compartments of thesame cell or in different types of cell. Theseenzymes are not, however, the only promoters ofET synthesis; alternative pathways includeother metalloproteases different from ECE (suchas neutral endopeptidase), and chymase, whichcleaves big ET into ET1-31, a 31-amino acidpeptide. The latter then appears to be convertedto ET by neutral endopeptidase (20-22) (Figure 2).

ET-1 is secreted by endothelial cells throughtwo pathways, one constitutive and oneregulated (22,23). Thus, while ET-1 is continuouslytransported and released by secretory vesicles, apathway that is modulated by protein synthesisand is responsible for basal release of ET-1, it canalso be secreted from the granules (Weibel-Palade bodies) where it is stored, in response tophysiological or pathophysiological stimuli.

The synthesis and release of ET-1 isstimulated by various physical and chemicalfactors, including low shear stress, hypoxia,acidity, and the action of angiotensin II,vasopressin, thrombin, growth factors andcytokines. On the other hand, it is inhibited byNO, natriuretic peptides, prostacyclins, heparinand increased blood flow, the latter due toincreased NO release by activation of shear stress928


ser também secretada a partir de grânulosespecíficos (corpos de Weibel-Palade) onde seencontra armazenada, em resposta a estímulosfisiológicos e fisiopatológicos externos.

A síntese/libertação de ET-1 é estimulada porvários factores físicos e químicos incluindo:baixos níveis de shear stress, hipóxia, acidez,angiotensina II, vasopressina, trombina, factoresde crescimento e citocinas. Pelo contrário, aprodução de ET-1 é inibida pelo NO, peptídeosnatriuréticos, prostaciclinas, heparina e aumentodo fluxo sanguíneo, este último através doaumento da libertação de NO por activação dosreceptores de shear stress nas célulasendoteliais (24). A secreção de ET-1 activa é assimcontrolada por regulação quer ao nível datranscrição genética, quer ao nível da actividadedas enzimas conversoras. A maioria dos factoresestimuladores actuam através da activação dafosfolipase C (PLC) e consequentemente daproteína cinase C (PKC), ou através de viasdependentes de proteínas cinases activadas pormitogénios (MAPKs), enquanto que os factoresinibitórios são mediados pela inibição dometabolismo do bifosfato de fosfatidilinositolinduzida pela via do monofosfato de guanosinacíclico (GMPc) (24,25).

A ET-1 é um componente normal do plasmahumano que está constantemente a ser produzidae removida. Em indivíduos saudáveis, asconcentrações de ET-1 são muito baixas,variando na maioria dos estudos entre cerca de0,3 pg/mL a 3 pg/mL (0,15-1,5 pM) (26). Égeralmente aceite que os níveis de ET-1 sãobastante superiores junto às células musculareslisas do que no lúmen vascular, devido à sualibertação predominantemente abluminal (27).

receptors in endothelial cells (24). Secretion ofactive ET-1 is thus regulated at both the genetictranscription level and at the level of convertingenzyme activity. Most stimulating factors activatephospholipase C (PLC) and consequently proteinkinase C (PKC), or the mitogen-activatedprotein kinase (MAPK) pathway, whileinhibiting factors inhibit the metabolism ofphosphatidylinositol biphosphate induced bythe cyclic guanosine monophosphate (cGMP)pathway (24, 25).

ET-1 is a normal component of human plasmaand is being constantly produced and removed.In healthy individuals, ET-1 concentrationsare very low, ranging between 0.3 and 3 pg/ml(0.15-1.5 pM) in most studies (26). It is generallyaccepted that ET-1 levels are considerably higherin smooth muscle cells than in the vascularlumen, due to its predominantly abluminalrelease (27). Brunner (28), however, demonstrated inisolated rat heart that baseline levels of ET-1secreted into the lumen of coronary vessels arefive times higher than those released intointerstitial fluid, although the resultingconcentrations are greater in the interstitial spacethan in the lumen. The authors attribute theseseemingly paradoxical differences to the rapiddilution of ET-1 in the coronary circulation.

Endothelin receptorsIn mammals, the effects of ET-1 are mediated

by binding to two types of receptors: ETA andETB. Other types of receptor have been identifiedin amphibians (29) and birds (30) but there is nomolecular evidence to date of their presence inmammals (31).

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Pré-pró-ET-1Prepro-ET-1

big ET-1

ET-1 (1-31)ET-1 (1-21)

Protease semelhante à furinaFurin-like protease

QuimaseChymase

ECEsChymaseNon-ECE metalloproteases

ECEsQuimaseMetalopreoteases não-ECEs

ECEs


big ET-2

ET-2 (1-31)ET-2 (1-21)


QuimaseChymase

ECEs


big ET-3

ET-3 (1-31)ET-3 (1-21)


QuimaseChymase

Figura 2. Síntese de endotelina. ECEs: enzimas de conversão da endotelina (Adaptado de (20)).

Figure 2. Endothelin synthesis (adapted from (20)). ECEs: endothelin-converting enzymes

Brunner (28) demonstrou, porém, em coraçõesisolados de Rato, que as quantidades basais deET-1 secretadas para o lúmen vascular são cincovezes superiores às lançadas para o fluidointersticial, embora a concentração resultanteseja maior no espaço intersticial do que no lúmendos vasos coronários. Os autores atribuíram estasdiferenças, aparentemente paradoxais, à rápidadiluição da ET-1 na circulação coronária.

Receptores da EndotelinaNos mamíferos, os efeitos da ET-1 são

mediados pela ligação a dois tipos de receptores:os receptores ETA e os receptores ETB. Tiposde receptores adicionais foram identificadosapenas em anfíbios (29) e em aves (30), nãoexistindo, contudo, até à data evidênciasmoleculares da sua existência em mamíferos (31).

No Homem, os receptores ETA e ETB sãocodificados por genes localizados noscromossomas 4q28 e 13q22, respectivamente,partilham cerca de 60% de identidade emaminoácidos (32) e cada um dos tipos é altamentepreservado nas várias espécies de mamíferos.Ambos os receptores contêm sete domíniostransmembranares e pertencem à classe 1(família A ou rhodopsin-like), da família dereceptores transmembranares associados aproteínas G (31). Estes receptores utilizam umcomplexo conjunto de moléculas sinalizadoras,que depende do tipo de receptor e do ligando emquestão (33).

Os receptores ETA e ETB distinguem-se nãosó pela sua afinidade de ligação às diferentesisoformas de ET (vide supra), mas também pelasua distribuição nos tecidos e células e pelosseus efeitos fisiológicos. Assim, no sistemacardiovascular, os receptores ETA são expressosnas células musculares lisas, nos cardiomiócitose nos fibroblastos, e os receptores ETB sãoexpressos predominantemente nas célulasendoteliais e em menor grau no músculo liso,nos fibroblastos e nos cardiomiócitos. Emtermos gerais, os receptores ETA, maisabundantes no sistema cardiovascular, pro-movem vasoconstrição, aumento do inotropismoe mitogénese (34). Por outro lado, os receptoresETB têm propriedades vasodilatadoras, mediadaspela libertação de NO (35) e prostaciclinas (36), eefeitos inibitórios do crescimento associados aapoptose (37,38). Este tipo de receptores é tambémresponsável pela depuração pulmonar da ET-1

In humans, ETA and ETB receptors are codedby genes located on chromosomes 4q28 and13q22 respectively and share around 60% oftheir amino acids (32); both types are highlyconserved in mammals. They both contain seventransmembrane domains and belong to class 1(family A or rhodopsin-like) G-protein-coupledreceptors (31). They use a complex series ofsignaling molecules, which are ligand- andreceptor-type specific (33).

ETA and ETB receptors are distinguishednot only by binding to different ET isoforms(see above), but also by their distribution intissues and cells and their physiological effects.In the cardiovascular system, ETA receptorsare expressed in smooth muscle cells,cardiomyocytes and fibroblasts, while ETBreceptors are predominantly found in endothelialcells and to a lesser extent in smooth muscle,fibroblasts and cardiomyocytes. In general, ETAreceptors are more abundant in the cardiovas-cular system, where they cause vasoconstrictionand increase inotropism and mitogenesis (34), whileETB receptors have vasodilatory effects,mediated by the release of NO (35) andprostacyclins (36), and growth inhibitory propertiesrelated to apoptosis (37, 38). The latter receptor isalso responsible for pulmonary clearance ofcirculating ET-1 (39, 40) and its re-uptake byendothelial cells (41).

At the vascular level, the two types of receptorcan be further divided. ETA receptors, found inmuscle cells, can be subdivided into ETA1 andETA2 depending on whether or not they aresensitive to the BQ-123 antagonist (42). ETBreceptors are classified as ETB1 in endothelialcells and responsible for vasodilation, and asETB2 in muscle cells and responsible forvasoconstriction (43). Similarly, in the heart, ETBreceptors in endothelial cells (ETB1) areresponsible for negative inotropic and lusitropiceffects, while those in the myocardium (ETB2)have positive inotropic and lusitropic action (44).

Various interactions between ETA and ETBreceptors have also been described (45-51), withthe existence of ETA-ETB heterodimers beingsuggested as a possible explanation. It has beendemonstrated that ETA and ETB receptors formconstitutive heterodimers and homodimers intransfected cells (52, 53). ETB receptors appear to beinternalized more slowly when in the form of

930


circulante (39,40) e pela sua recaptação pelas célulasendoteliais (41).

A nível vascular é possível ainda subdividirestes dois tipos de receptores. Os receptores ETA,de localização muscular, podem ser classificadosem ETA1 e ETA2 consoante são ou não sensíveisao antagonista BQ-123, respectivamente (42). Porseu turno, os receptores ETB podem serclassificados em ETB1 de localização endoteliale promotores de vasodilatação e em ETB2de localização muscular e promotores devasoconstrição (43). De forma similar, a nívelcardíaco os receptores ETB podem ser delocalização endotelial (ETB1) e responsáveis porefeitos inotrópicos e lusitrópicos negativos e delocalização miocárdica (ETB2) responsáveis porinotropismo e lusitropismo positivos (44).

Foram também descritas várias interacçõesdos receptores ETA com os ETB

(45-51). A existênciade heterodímeros ETA-ETB foi apontadacomo possível explicação. Foi demonstrado,recentemente, que em células transfectadas osreceptores ETA e ETB formam constitutivamenteheterodímeros e homodímeros (52,53). Os receptoresETB parecem ser internalizados mais lentamentequando presentes sob a forma de heterodímerosETA-ETB. Além disso, estes heterodímeros sóse dissociam após longa exposição a agonistasselectivos para os receptores ETB, contraria-mente aos homodímeros, que parecem serresistentes à dissociação induzida porligandos (52,53). Desconhece-se até que ponto adimerização dos receptores da ET ocorre emcélulas naturais e pode afectar a actividadebiológica deste peptídeo.

Depuração e Inactivação da EndotelinaVários mecanismos actuam em conjunto de

forma a degradar e a inactivar a ET-1, resultandonuma eficaz remoção deste peptídeo dacirculação. Estes processos determinam a suacurta semivida plasmática (inferior a 2 minutos)e têm lugar sobretudo nos pulmões, mastambém nos rins, fígado e coração (54-56). Oimportante papel dos receptores ETB naremoção da ET-1 da circulação, descrita pelaprimeira vez por Fukuroda e colaboradores (39),está agora claramente estabelecida e é aprincipal responsável pela manutenção debaixas concentrações plasmáticas (40).

A endopeptidase neutra tem sido apontadacomo sendo a enzima potencialmente implicada

ETA-ETB heterodimers. Furthermore, theseheterodimers only become dissociated afterprolonged exposure to selective ETB receptorantagonism, unlike homodimers, which appear tobe resistant to ligand-induced dissociation (52, 53). Itis not known to what extent dimerization of ETreceptors occurs in natural cells and how it mayaffect the peptide’s biological activity.

Endothelin clearance and inactivationVarious mechanisms act in conjunction in

ET-1 clearance and inactivation. These processesexplain its short plasma half-life (less than twominutes) and take place mainly in the lungs, butalso in the kidneys, the liver and the heart (54-56).The important role of ETB receptors in clearanceof circulating ET-1, first described byFukuroda et al. (39), is now firmly established; theyare mainly responsible for maintaining lowplasma concentrations (40).

It has been suggested that neutralendopeptidase may be involved in hydrolysis ofET-1 (57, 58).

Various studies have been published in recentyears that set out to characterize intracellulartrafficking of ET receptors, with the aim ofclarifying the mechanisms of receptordesensitization. The ligand-occupied ETBreceptor is internalized and targeted tolysosomes, where the receptor-ligand complex isdegraded, while the ETA receptor is targeted toendosomes and recycled (59-61). The rapid recyclingof ETA receptors may be related to their sustainedvascular effects; by contrast, the lysosomaldestination of ETB receptors is consistent withtheir role in clearance of circulating ET-1.However, some authors have found that ETBreceptors bind to caveolin and suggest that thiscauses them to be retained in caveolae and slowstheir internalization (62). Such interpretationsand extrapolation of the pathophysiologicalimplications should be treated with caution, sincethese studies were performed in artificial cellcultures (63).

VASCULAR EFFECTS OF ENDOTHELIN-1

Various studies in different animal specieshave demonstrated that exogenous administrationof ET-1 induces a biphasic vascular response: atransient fall in blood pressure followed by 931


na degradação da ET-1 (57,58). Nos últimos anos têm surgido alguns estudos

que visam caracterizar o tráfico intracelular dosreceptores da ET, no sentido de esclarecerpossíveis mecanismos de dessensibilização dosreceptores. O receptor ETB quando ocupado peloligando é internalizado e dirigido para oslisossomas, onde o complexo receptor-ligando édegradado, enquanto que o receptor ETA édirigido para os endossomas e reciclado (59-61). Arápida reciclagem dos receptores ETA poderáestar relacionada com os efeitos vascularessustentados a que estão associados; pelocontrário, o destino lisossómico dos receptoresETB é consistente com o seu papel na depuraçãode ET-1 da circulação. Não obstante, algunsautores verificaram que os receptores ETB seligam à caveolina e sugerem que esta ligaçãopoderá assegurar a sua localização caveolar eevitar a sua rápida internalização (62). Estasinterpretações e a extrapolação de implicaçõesfisiopatológicas devem contudo ser prudentes,uma vez que estes estudos foram realizados emculturas celulares artificiais (63).

Efeitos Vasculares da Endotelina-1Inúmeros estudos demonstraram, em diversas

espécies animais, que a administração exógenade ET-1 induz uma resposta vascular bifásica quese inicia por uma redução transitória da pressãoarterial, à qual se segue uma fase hipertensivasustentada (64). Está actualmente bem definido quea fase depressora envolve um endotéliofuncionante e uma resposta fisiológica àestimulação dos receptores ETB1 endoteliais,enquanto que a vasoconstrição resultante da fasehipertensiva é mediada pelos receptores ETA

(24).Este efeito bifásico é também dependente daconcentração de ET-1, a qual em concentraçõesbaixas induz vasodilatação e em concentraçõesmais elevadas (superiores a 4 pM, no Rato) induzvasoconstrição (24, 28).

Os receptores da ET são extensivamenteexpressos na vasculatura, aspecto que éconsistente com o papel fisiológico ubiquitário daET na homeostasia vascular. Os receptores ETAsão os principais responsáveis pelo efeitovasoconstritor arterial. Nos vasos pulmonares (65-67)

os receptores ETB estão presentes em maiornúmero do que nas artérias de outros leitosvasculares e exercem também efeitosvasoconstritores. Os receptores ETB localizados

sustained hypertension (64). It is now establishedthat the depressor effect involves normallyfunctioning endothelium and is a physiologicalresponse to stimulation of endothelial ETB1receptors, while the vasoconstriction in thehypertensive phase is mediated by ETA receptors(24). This biphasic effect is also dependent onET-1 levels: low concentrations inducevasodilation, while higher concentrations (over 4pM in the rat) cause vasoconstriction (24, 28).

ET receptors are widely expressed in thevasculature, which is consistent with theubiquitous physiological role of ET in vascularhomeostasis. ETA receptors are mainlyresponsible for the arterial vasoconstrictor effect.ETB receptors are found in greater numbers inpulmonary vessels (65-67) than in other vascularbeds, and also cause vasoconstriction. ETBreceptors in endothelial cells have vasodilatoreffects triggered by release of NO (35) andprostacyclins (36). The expression of ETB receptorsin coronary artery endothelium is low (68), andthus ET-1 acts principally as a coronaryvasoconstrictor (69). However, ET-1 has arterialvasodilator effects in most other vascular bedsand in physiological conditions, as demonstratedby various studies using ET receptor antagonistsand transgenic animal models (24).

Various interactions have been describedin recent years between ET-1 and other regulatorsof vascular function. It is known, for example,that ET-1 increases NO release throughstimulation of endothelial ETB1 receptors andthat in turn NO inhibits production of ET-1by endothelial cells (70, 71). Besides NO, severalother mediators can block ET-1-inducedvasoconstriction, either directly or indirectly(by reducing production) including prosta-glandins (36), adrenomedullin (72), relaxin (73), atrialnatriuretic peptide, ghrelin (74), and endothelium-derived hyperpolarizing factor (75). Curiously, allthese vascular relaxing factors, except relaxin,are secreted in response to stimulation ofendothelial ETB1 receptors. Moreover, ET-1levels are controlled and maintained atvasodilatory concentrations by the continuousclearance process mentioned previously.

ET-1 also increases the activity of othervasoactive substances such as angiotensin II (76),norepinephrine and serotonin (77), promotes thesynthesis and secretion of thrombospondin andfibronectin (78), modifies the expression of932


nas células endoteliais exercem efeitosvasodilatadores dependentes da libertação deNO (35) e de prostaciclinas (36). Nas artériascoronárias a expressão de receptores ETB a nívelendotelial é reduzida (68), pelo que a ET-1 actuaprincipalmente como vasoconstritor coronário (69).Na maior parte dos outros leitos vasculares e emcondições fisiológicas a ET-1 tem, contudo,efeitos vasodilatadores arteriais como éevidenciado por diversos estudos usandoantagonistas dos receptores da ET e modelosanimais transgénicos (24).

Nos últimos anos foram descritas váriasinteracções da ET-1 com outros reguladores dafunção vascular. Sabe-se, por exemplo, que aET-1 aumenta a libertação de NO através daestimulação dos receptores ETB1 endoteliais eque, por outro lado, o NO inibe a produção deET-1 pelas células endoteliais (70,71). Além do NO,diversos outros mediadores podem antagonizardirecta ou indirectamente (pela redução daprodução) a vasoconstrição induzida pela ET-1,incluindo as prostaglandinas (36), a adrenome-dulina (72), a relaxina (73), a grelina, o peptídeonatriurético auricular (74) e o factor hiperpo-larizante derivado do endotélio (75). Curiosamente,todos estes relaxantes vasculares, com excepçãoda relaxina, são secretados em resposta àestimulação dos receptores ETB1 endoteliais.Além disso, os níveis de ET-1 são controladose mantidos em concentrações vasodilatadoraspelo processo de depuração contínua, comomencionado acima.

A ET-1 pode também aumentar a actividadede outras substâncias vasoactivas, tais comoa angiotensina II (76), a noradrenalina e aserotonina (77), promover a síntese e a secreçãode trombospondina e fibronectina (78), modificaras proteínas da matriz extracelular dostecidos cardiovasculares (79,80) e aumentar aadesão de plaquetas e de neutrófilos (81). Para alémde induzir proliferação das células musculareslisas (79), a ET-1 estimula a actividade de factoresde crescimento (82,83) funcionando também comoum agente co-mitogénico.

Em suma, a contribuição global da ET-1 paraa regulação do tono vascular resulta de efeitosmediados pelos receptores ETA e ETB nas célulasmusculares lisas e dos efeitos mediados pelosreceptores ETB no endotélio. Logo, a expressãoe/ou actividade, bem como a redução daintegridade das vias dependentes dos receptores

extracellular matrix proteins in cardiovasculartissue (79, 80), and enhances platelet and neutrophiladhesion (81). Besides stimulating proliferation ofsmooth muscle cells (79), ET-1 stimulates theactivity of growth factors (82, 83) and acts as aco-mitogenic agent.

To summarize, the overall contribution ofET-1 to the regulation of vascular tone resultsfrom effects mediated by ETA and ETB receptorsin smooth muscle cells and by ETB receptors inthe endothelium. Thus, changes in its expressionand/or activity, as well as reduced integrityof ETB receptor-dependent pathways, maycontribute to endothelial dysfunction and henceplay a part in the pathogenesis of cardiovasculardiseases such as hypertension and heart failure(HF). In such conditions, the dysregulation ofET-1 levels, and of other neurohumoral agents itinteracts with, causes an imbalance that favors itsproliferative and constrictor effects.

ET-1-induced vasoconstriction is mediated byactivation of various intracellular signalingpathways, including: (a) activation of PLC byG-protein, which leads to hydrolysis ofphosphatidylinositol biphosphate and generationof inositol triphosphate (IP3) and diacylgycerol(DAG); (b) higher concentrations of calcium ions(Ca2+) through increased uptake and mobilizationof intracellular Ca2+; (c) activation of PKC; (d)changes in intracellular pH (alkalinization)through activation of the Na+/H+ exchanger; (e)activation of phospholipase A2 and arachidonicacid metabolism; (f) phospholipase D activation;(g) generation of superoxide free radicals; and (h)production of cyclic nucleotides (84). The effects ofET-1 on vascular growth and remodelinginvolve activation of various kinases, particularlyMAPK (84).

MYOCARDIAL EFFECTS OFENDOTHELIN-1

The active peptide ET-1 is found in the heart,together with its precursors, ECEs, and itsreceptors, collectively known as the endothelinsystem. The actions of the ET system are multipleand include modulation of systolic and diastolicfunction, fetal heart development and ventricularremodeling in progressive heart failure.

933


ETB, podem contribuir para disfunção endoteliale assim participar na patogénese de doençascardiovasculares, tais como, a hipertensão e ainsuficiência cardíaca. Adicionalmente, nestassituações patológicas a desregulação dos níveisde ET-1, bem como de outros agentes neuro-humorais com os quais esta interactua, promoveum desequilíbrio que favorece os seus efeitosproliferativos e constritores.

A vasoconstrição induzida pela ET-1 émediada pela activação de várias vias desinalização intracelular, incluindo: (a) a activaçãoda PLC pela proteína G, que conduz à hidrólisedo bifosfato de fosfatidilinositol e acumulação detrifosfato de inositol (IP3) e de diacilglicerol(DAG); (b) o aumento da concentração de iõescálcio (Ca2+), pelo aumento da entrada e damobilização do Ca2+ intracelular; (c) a activaçãoda PKC; (d) alterações do pH intracelular(alcalinização) por estimulação do trocadorsódio/hidrogénio (Na+/H+); (e) a activação dafosfolipase A2 e do metabolismo do ácidoaraquidónico; (f) a activação da fosfolipase D; (g)a geração de radicais livres superóxido; e (h) aprodução de nucleotídeos cíclicos (84). Os efeitosda ET-1 no crescimento e remodelagem vascularenvolvem a activação de diversas cinases,sobretudo de MAPKs (84).

EFEITOS MIOCÁRDICOS DAENDOTELINA-1

No coração é possível encontrar o peptídeoactivo ET-1, os seus precursores, as ECEs, e osseus receptores (colectivamente denominados“sistema da endotelina”). Os efeitos do sistemada ET-1 são múltiplos e incluem acções namodulação das funções sistólica e diastólica, nodesenvolvimento fetal do coração e naremodelagem ventricular na progressão para ainsuficiência cardíaca (IC).

Efeitos na Função SistólicaA ET-1 promove um efeito inotrópico

positivo que, embora de magnitude variável, évisível na maioria dos mamíferos incluindo oRato, a Cobaia, o Coelho (85,86), o Furão (87) e oHomem (86,88). Contudo, uma vez que a ET-1 induzpotencialmente vasoconstrição coronária, esteefeito sobre a contractilidade miocárdica poderánão ser aparente, ou até constituir um efeito

Effects on systolic functionET-1 has a positive inotropic effect of

varying magnitude in most mammals, includingrats, guinea-pigs, rabbits (85, 86), ferrets (87), andhumans (86, 88). However, since ET-1 can inducecoronary vasoconstriction, its effect onmyocardial contractility may not be apparent, orit may even have a negative inotropic action, asseen in perfused isolated heart preparations andin vivo studies (89). In the human heart, thestrength of ET-1’s positive inotropic effect variesin different cardiac chambers and pathologicalstates (88, 90). The physiological role of endogenousET-1 in regulating contractile function appears todepend on levels of the peptide in the vicinity ofmyocytes and on the modulating influence ofother myocardial and vasoactive factors releasedby vascular and/or endocardial endothelium. Inhealthy humans, ET receptor blockade reducescontractility, as shown by reduction in the rate ofleft ventricular pressure development, whichsuggests that endogenous ET-1 has a positiveinotropic effect (91).

Nevertheless, ET-1 has been shown todepress myocardial contractility in certainpreparations and experimental conditions. Highconcentrations of exogenous ET-1 (1 to 300 nM)in mouse ventricular trabeculae had a negativeinotropic effect, by reducing the amplitude ofintracellular calcium transients (92). In isolatedrabbit right atria and dog ventricular trabeculae,pre-stimulated with isoprenaline, there was amarked reduction in active tension in response tomoderate concentrations of ET-1 (1 to 10 nM),mediated by ETA receptors (93). The same groupsubsequently documented the effects of ET-1on contractile function by crosstalk betweenET-1 and endogenous norepinephrine. Tissueconcentrations of this agent determined thedirection of ET-1’s myocardial action, throughactivation of different concentration-dependentsignaling pathways (94). This highlights theimportance of interactions between differentneurohumoral signals in modulating cardiacfunction.

Types of endothelin receptor involved ininotropic effects

The positive inotropic response is usuallyattributed to stimulation of ETA receptors, sincethe ET-1 isoform is predominant in thecardiovascular system and has been shown to934


inotrópico negativo como o verificado empreparações de perfusão de coração isolado ouem estudos in vivo (89). No coração humano, amagnitude do efeito inotrópico positivo da ET-1varia com a câmara cardíaca e com o estadopatológico (88,90). O papel fisiológico da ET-1endógena na regulação da função contráctilparece depender dos níveis do peptídeo que estãopresentes na vizinhança dos miócitos e deinfluências moduladoras de outros factoresmiocárdicos ou vasoactivos, libertados peloendotélio vascular e/ou endocárdico. Emhumanos saudáveis, o bloqueio dos receptoresda ET promove uma diminuição dacontractilidade, evidente pela redução navelocidade de desenvolvimento da pressãoventricular esquerda e sugerindo um efeitoinotrópico positivo para a ET-1 endógena (91).

Não obstante, a ET-1 pode deprimir acontractilidade miocárdica em certas preparaçõese condições experimentais. Em trabéculasventriculares de Ratinho, concentrações elevadasde ET-1 (1 a 300 nM) administradaexogenamente induziram um efeito inotrópiconegativo, através da redução da amplitude dostransientes de cálcio intracelular (92). Emtrabéculas isoladas da aurícula direita deCoelho e do ventrículo de Cão, pré-estimuladascom isoprenalina, verificou-se uma reduçãopronunciada da tensão activa em resposta aconcentrações moderadas de ET-1 (1 a 10 nM) emediada pelos receptores ETA

(93). Posterior-mente, autores do mesmo grupo documentaramefeitos contrácteis antagónicos da ET-1,dependentes da interacção com a noradrenalinaendógena. A concentração tecidular deste agentedeterminava a direcção da acção miocárdica daET-1, através da activação de diferentes viassinalizadoras dependentes da concentração (94).Este aspecto aponta para a importância depotenciais interacções de diferentes sinais neuro-humorais na modulação da função cardíaca.

Tipo de Receptores da EndotelinaEnvolvidos no Efeito Inotrópico

A resposta inotrópica positiva éhabitualmente atribuída à estimulação dosreceptores ETA, uma vez que a ET-1 é a isoformapredominante no sistema cardiovascular emostrou ser um inotrópico mais potente do que aET-3 na maioria das preparações experimentais.Este conceito está em concordância com estudos

be a more potent inotropic agent than ET-3 inmost experimental preparations. This is inagreement with autoradiographic studies andstudies of receptor expression showingthat cardiomyocytes predominantly or almostexclusively express ETA receptors (85-90% ofreceptors in human atrial and ventricularmyocytes) (95). In myocytes isolated from rabbitmyocardium, a positive effect on cell shorteningwas also associated with ETA receptors (96). Insome species and in particular myocardialpreparations such as rabbit papillary muscle,ET-1 and ET-3 induce similar contractile effects,suggesting that these may be mediated by ETBreceptors (85). Indeed, some authors have arguedthat ETB receptors play a major role in mediatingthe positive inotropic effect induced by ET-1 inthe rat (97, 98). In mice, it has been observed thatETB receptor antagonism enhances contractileresponse to increases in preload, while ETA orcombined ETA/ETB receptor antagonismattenuates this response, indicating that in thisspecies the increased contractile force mediatedby ETA receptors is suppressed by stimulation ofETB receptors (99). The cardiostimulatory effects ofET-1 in human right atrium are generallyattributed to ETA receptors (88). Some authors evenconsider that the receptors found in humancardiomyocytes and responsible for ET-1 activityat this level are functionally distinct fromknown receptors and term them “non-ETA, non-ETB receptors” (100).

Recent studies have provided functionalevidence for the existence of two subtypes of ETBreceptors in the heart: ETB1, in endocardialendothelium, that have negative inotropic andlusitropic effects; and ETB2, in the myocardium,that induce positive inotropy and lusitropy (44).The varying myocardial response to selectivestimulation of ETB receptors according to thefunctional integrity of the endocardialendothelium, bearing in mind that differentreceptor subtypes are involved in thesecircumstances, indicates that this response couldbe used to assess endothelial integrity. Indeed, animpaired response to selective ETB1 receptorstimulation in an experimental model of HFconfirmed the value of this response as a markerand quantifier of endocardial endothelialdysfunction and demonstrated its occurrence inHF (101).

To summarize, despite different findings due 935


de autorradiografia e de expressão de receptoresque demonstraram que os cardiomiócitosexpressam predominantemente, ou quaseexclusivamente, receptores ETA (cerca de 85-90% dos receptores nos miócitos auriculares eventriculares humanos) (95). Em miócitos isoladosde coração de Coelho, o efeito positivo noencurtamento celular foi também associado aosreceptores ETA

(96). Em algumas espécies e emdeterminadas preparações miocárdicas, tais comomúsculos papilares de Coelho, a ET-1 e a ET-3induzem efeitos contrácteis semelhantes,sugerindo que estes podem igualmente sermediados pelos receptores ETB

(85). De facto,alguns autores descreveram um papelpreponderante dos receptores ETB na mediaçãodo efeito inotrópico positivo induzido pela ET-1no Rato (97,98). No Ratinho, observou-se que oantagonismo dos receptores ETB aumentou aresposta contráctil a aumentos da pré-carga,enquanto o antagonismo dos receptores ETA oumisto ETA/ETB atenuou esta resposta, indicandoque, nesta espécie animal, o aumento da forçacontráctil mediado pelos receptores ETA ésuprimido pela estimulação dos receptoresETB

(99). Na aurícula direita humana, os efeitoscardioestimuladores da ET-1 são geralmenteatribuídos aos receptores ETA

(88). Outros autoresconsideram ainda que os receptores presentesno cardiomiócitos humanos e responsáveispela actividade da ET-1 a este nível sãofuncionalmente distintos dos conhecidos eportanto designados de receptores “não-A,não-B” (100).

Estudos recentes forneceram evidênciasfuncionais para a existência de dois subtipos dereceptores ETB a nível cardíaco: os ETB1 delocalização endotelial endocárdica e promotoresde inotropismo e lusitropismo negativo e osETB2 de localização miocárdica e indutores deinotropismo e lusitropismo positivo (44). A respostamiocárdica distinta à estimulação selectiva dosreceptores ETB, dependente da integridadefuncional do EE, tendo em conta os diferentessubtipos de receptores estimulados nestascircunstâncias, indica que a sua utilização poderáfuncionar como teste para avaliar a integridadedo EE. Efectivamente, a atenuação da resposta àestimulação selectiva dos receptores ETB1 nummodelo experimental de IC, comprovou arelevância da utilização desta resposta comomarcador e quantificador de disfunção endotelial

to the use of different experimental preparationsand animal species, the evidence to date supportsthe idea that the myocardial receptors involved inregulating systolic function are predominantly ofthe ETA type, although ETB receptors also appearto be physiologically important.

Molecular mechanisms involved ininotropic effects

The inotropic effects of ET-1 are mediated byvarious intracellular signaling pathways (102)

(Figure 3).As with other neurohormones, ET-1 acts by

regulating the movement and intracellularconcentrations of ions and thus affects thecontractile properties of cardiomyocytes. Bindingof ET-1 to ETA receptors in the cardiomyocytecell membrane stimulates hydrolysis ofphosphatidylinositol biphosphate to DAG andIP3. The central mechanism involved in the ET-1response of force generation (positive inotropism)is activation of one or more PLC isoforms, with orwithout concomitant activation of L-type voltage-dependent Ca2+ channels. In the latter case, Ca2+

transport can also be due to stimulation of theNa+/H+ exchanger, resulting in intracellularaccumulation of Na+, which can reverse thenormal direction of the Na+/Ca2+ exchanger andthus increase intracellular concentrations of Ca2+.Stimulating the cardiac Na+/H+ exchanger alsoleads to intracellular alkalinization by around 0.1pH units and sensitization of contractileproteins to Ca2+ (24). The positive inotropic effecttriggered by ET-1 in rat ventricular myocytes wasinitially attributed to increased sensitization ofmyofilaments to Ca2+ (103), and subsequently, asbeing also associated with a higher amplitude ofintracellular Ca2+ transients, corresponding to theCa2+ available for contraction (104). ET-1 activatesthe PLC pathway in the rabbit (96), and in theguinea-pig it causes a series of effects, includingincreased transmembrane Ca2+ flux through L-type Ca2+ channels and stimulation of the Na+/H+

exchanger following PKC activation (105). Finally,formation of IP3 and changes in the myofibrillarresponse to Ca2+ have been observed inassociation with the positive inotropic effect ofET-1 in human left ventricle (90, 106).

The two main mechanisms involved inmediation of the occasional negative inotropicaction of ET-1 are alterations in transmembranecurrents and reduced cell levels of cyclic936


endocárdica e demonstrou a ocorrência destadisfunção na IC (101).

Resumindo, e apesar dos diferentes achadosresultantes da utilização de preparaçõesexperimentais e de espécies animais distintas,as evidências existentes até à data sustentam oconceito de que os receptores miocárdicosenvolvidos no controlo da função sistólicapertencem predominantemente ao tipo ETA,embora os receptores ETB se afigurem tambémcomo fisiologicamente relevantes.

Mecanismos Moleculares Envolvidos noEfeito Inotrópico

Os efeitos inotrópicos da ET-1 são mediadospor várias vias de sinalização intracelulares (102)

(Figura 3).Tal como outras neuro-hormonas, a ET-1

afecta as propriedades contrácteis do cardio-miócito pela regulação do movimento econcentração intracelular de iões. A ligação daET-1 aos receptores ETA na membrana celular docardiomiócito estimula a hidrólise do bifosfato

adenosine monophosphate (cAMP). The transientnegative inotropic effect observed in human atriafollowing exogenous administration of ET-1 hasbeen attributed to inhibition of adenylatecyclase (107). The sustained negative inotropiceffect of ET-1 found in rabbit atria after pre-stimulation with isoprenaline was alsoaccompanied by lower cAMP levels. On the otherhand, no changes in levels of this messengerassociated with reduced contractile force inducedby activation of ETA receptors were detected inthe dog (93). The negative inotropism induced byselective endothelial ETB1 receptor stimulationhas been shown to be mediated by the release ofNO and prostaglandins (44).

Effects on heart rateExperimental studies of the action of ET-1 on

heart rate have reported both positive andnegative chronotropic effects, or no effect at all.These results may be partly explained by thereduced myocardial perfusion resultingfrom coronary artery constriction in in vivo

937


Efeito Inotrópico PositivoPositive inotropic effect

Efeito Inotrópico NegativoNegative inotropic effect

Alkalinization

Phosphatases

Figura 3. Mecanismos de transdução de sinal que estão envolvidos nos efeitos inotrópicos da ET-1. NCX: trocador Na+/Ca2+; NHE-1:trocador Na+/H+; PLC: fosfolipase C; PKA: proteína cinase A; PKC: proteína cinase C; PKG: proteína cinase G; AC: adenilciclase;GC: guanilciclase; DAG: diacilglicerol; IP3: trifosfato de inositol.

Figure 3. Signal transduction mechanisms involved in the inotropic effects of ET-1. NCx: Na+/Ca2+ exchanger; NHE-1: Na+/H+

exchanger; PLC: phospholipase C; PKA: protein kinase A; PKC: protein kinase C; PKG: protein kinase G; AC: adenylcyclase; GC:guanylcyclase; DAG: diacylgycerol; IP3: inositol triphosphate; cAMP: cyclic adenosine monophosphate; cGMP: cyclic guanosinemonophosphate.

de fosfatidilinositol em DAG e IP3. O mecanismocentral envolvido na resposta da ET-1 parageração de força (inotropismo positivo) é aactivação de uma ou várias isoformas de PLC,com ou sem activação concomitante dos canais deCa2+ de tipo L dependentes de voltagem. Noúltimo caso, os movimentos de Ca2+ podemtambém ser devidos à estimulação do trocadorNa+/H+, causando acumulação intracelular deNa+ que potencialmente reverte a direcçãonormal do trocador Na+/Ca2+ e assim aumenta aconcentração intracelular de Ca2+. A estimulaçãodo trocador Na+/H+ cardíaco conduz também àalcalinização intracelular em cerca de 0,1unidades de pH e à sensibilização das proteínascontrácteis ao Ca2+ (24). O efeito inotrópico positivodesencadeado pela ET-1 em miócitosventriculares de Rato foi inicialmente atribuídoao aumento da sensibilização dos miofilamentosao Ca2+ (103), e posteriormente, associado tambéma uma elevação da amplitude dos transientesde Ca2+ intracelulares, correspondentes ao Ca2+

disponível para a contracção (104). No Coelhosabe-se que a ET-1 activa a via da PLC (96) e naCobaia promove uma combinação de mecanismosincluindo o aumento do fluxo transmembranarde Ca2+ através dos canais de Ca2+ de tipo L e aestimulação do trocador Na+/H+ consequente àactivação da PKC (105). Finalmente, a formação doIP3 e as alterações da resposta miofibrilar ao Ca2+

foram observadas em associação com o efeitoinotrópico positivo da ET-1 no ventrículoesquerdo humano (90,106).

Os dois principais mecanismos implicados namediação das acções inotrópicas negativasocasionais da ET-1 são alterações das correntestransmembranares e reduções dos níveiscelulares de monofosfato de adenosina cíclico(AMPc). O efeito inotrópico negativo transitórioobservado nas aurículas humanas apósadministração exógena de ET-1 foi atribuído àinibição da adenilciclase (107). O efeito inotrópiconegativo sustentado da ET-1, verificado apóspré-estimulação com isoprenalina nas aurículasde Coelho, foi igualmente acompanhado pordiminuição dos níveis de AMPc. Por outro lado,não foram identificadas alterações dos níveisdeste mensageiro associadas à redução da forçacontráctil induzida pela activação dos receptoresETA no Cão (93). No que concerne ao efeitoinotrópico negativo induzido pela estimulaçãoselectiva dos receptores ETB1 endoteliais foi

experimental preparations or in isolated heartpreparations, and by the use of supraphy-siological concentrations of ET-1 (24).

Studies using ET receptor antagonists orlower concentrations of the peptide may helpto clarify the situation. In rats subjected tocoronary artery occlusion, ET receptorantagonists had antiarrhythmic properties post-ischemia, showing that the release of endogenousET-1 during myocardial ischemia isarrhythmogenic (108, 109). Similarly, the incidence ofpost-ischemic tachyarrhythmias was reduced byETA receptor blockade during ischemia in exvivo perfused rat hearts (110). By contrast,electrophysiological studies in rabbit (111) andguinea-pig (112) sinus node cells showed that ET-1administered exogenously induces membranehyperpolarization and shortens action potentialduration, leading to decreased cardiacexcitability. This effect appears to involveinhibition of L-type Ca2+ channels and chlorideion currents, as well as activation of potassiumion currents (113). ET-1-induced suppression ofcardiac excitability may help prevent harmfulrises in heart rate, as in situations of increasedsympathetic stimulation such as in myocardialischemia (114).

To summarize, the role of endogenousET-1 in regulating heart rate and rhythm invivo, particularly in humans, remains to bedetermined.

Endothelin and myocardial response topreload

In 1973, Parmley and Chuck observed thatincreasing the length and/or passive tension of catpapillary muscle in vitro was followed by bothrapid and slow increases in shortening andmuscle tension (115) (Figure 4A). The immediatechange in shortening and muscle tension is thebasis of the Frank-Starling mechanism and is duein large part to increased sensitivity ofmyofilaments to Ca2+. On the other hand, the slowresponse, which occurs during the 10 to 15minutes following muscle stretch, involves theaction of ET and Ca2+ as a result of a complexautocrine/paracrine mechanism (116). Specifically,myocardial stretch triggers release of angiotensinII, which leads to the formation and/or release ofET (probably ET-3), which in turn activates theNa+/H+ exchanger. Stimulation of this exchangercauses concentrations of intracellular Na+ to rise,938


demonstrado que é mediado pela libertação deNO e de prostaglandinas (44).

Efeitos na Frequência CardíacaNos trabalhos experimentais relativos à acção

da ET-1 sobre a frequência cardíaca, foramdescritos tanto efeitos cronotrópicos positivoscomo negativos e até a inexistência de quaisquerefeitos. Estes resultados poderão ser explicados,pelo menos em parte, pela limitação da perfusãomiocárdica derivada da constrição coronáriaem preparações experimentais in vivo ou empreparações de coração isolado e pela utilizaçãode concentrações suprafisiológicas de ET-1 (24).

Alguns estudos que usaram antagonistas dosreceptores da ET ou concentrações mais baixasdeste peptídeo podem ajudar a esclarecer esteaspecto. Em ratos sujeitos a oclusão da artériacoronária, antagonistas dos receptores da ETtêm propriedades antiarrítmicas em situações depós-isquemia, mostrando que a ET-1 libertadaendogenamente durante a isquemia miocárdicaé arritmogénica (108,109). De igual forma, aincidência de taquiarritmias pós-isquemia foireduzida pelo bloqueio dos receptores ETAdurante a isquemia em corações de Ratoperfundidos ex vivo (110). Pelo contrário, estudoselectrofisiológicos em células do nó sinusalde Coelho (111) e Cobaia (112) mostraram que aET-1 administrada exogenamente induz hiper-polarização da membrana e encurtamento daduração do potencial de acção, conducentes àsupressão da excitabilidade cardíaca. Estaacção parece envolver a inibição dos canais deCa2+ de tipo L e correntes de iões cloreto, bemcomo a activação de correntes de iões potássio (113).Esta supressão da excitabilidade cardíacainduzida pela ET-1 poderá evitar aumentosnefastos da frequência cardíaca, tais como osque ocorrem em situações de aumento daestimulação simpática, por exemplo, na isquemiamiocárdica (114).

Em conclusão, o papel da ET-1 endógena naregulação da frequência e ritmo cardíacos in vivo,particularmente no Homem, permanece ainda pordefinir.

Endotelina e Resposta Miocárdica à Pré-cargaEm 1973, Parmley e Chuck observaram que

ao aumento do comprimento e/ou da tensãopassiva de músculos papilares de Gato,estudados in vitro, se seguiam aumentos quer

followed by activation of the reverse mode ofNa+/Ca2+ exchange, leading to increased uptakeof Ca2+ and hence increased myocardialcontractility. The greater sensitivity ofmyofilaments to Ca2+ caused by the intracellularalkalinization resulting from activation of theNa+/H+ exchanger is a complementary pathwayof the slow force response to myocardialstretch (116-118) (Figure 4B). Piuhola et al. (119) testedthe contribution of ET-1 to the Frank-Starlingmechanism in the intact hearts of healthy andhypertensive rats with myocardial hypertrophy.Both healthy and hypertrophied hearts had apreserved Frank-Starling response (increase incontractile function in response to increasedpreload / end-diastolic pressure); however, whileET receptor blockade had no visible effect inhealthy hearts, it significantly weakened theresponse in hypertrophied hearts. These resultssuggest that endogenous ET-1 contributes to theresponse to increased preload in the presence ofmyocardial hypertrophy.

Effects on diastolic functionThe determinants of diastolic function include

myocardial relaxation and the passive propertiesof the ventricular wall, such as wall stiffnessand thickness and chamber geometry (size andvolume). Other factors include the structuressurrounding the ventricle, the left atrium, thepulmonary veins and the mitral valve, as well asheart rate. Myocardial stiffness is determined bythe intrinsic properties of the cardiomyocytesthemselves (the cytoskeleton) and theextracellular matrix (120-122). Thus, an analysis of theeffects of ET-1 on diastolic function must takeinto account its effect on both myocardialrelaxation (lusitropic effects) and stiffness.

As regards myocardial relaxation, exogenousadministration of ET-1 in isolated musclepreparations resulted in increased rate of tensiondecline and muscle re-extension (myocardialrelaxation) (123). In the intact heart, the effects ofET-1 result from the direct action of the peptideand indirect effects triggered by coronary and/orsystemic vasoconstriction. Although moderatecoronary vasoconstriction does not significantlyaffect cardiac function, the more severe vasocons-triction induced by high, non-physiological, ET-1levels results in myocardial ischemia (124, 125). Inthis case, relaxation velocity tends to decreasedue to lack of energy supply. On the other hand, 939


rápidos quer lentos do encurtamento e da tensãomuscular desenvolvidos (115) (Figura 4A). Aalteração imediata do encurtamento/tensãomuscular constitui actualmente a base da lei deFrank-Starling e é devida em grande parte aoaumento da sensibilidade dos miofilamentos aoCa2+. Por outro lado, a resposta lenta, que ocorreao longo dos 10 a 15 minutos que sucedem oestiramento muscular, envolve a acção da ET e doCa2+ como resultado de um complexo mecanismoautócrino e parácrino (116). Mais detalhadamente, oestiramento miocárdico provoca a libertação deangiotensina II, que, por sua vez, conduz àformação e/ou libertação de ET (provavelmente

in healthy hearts moderate increases in afterloadaccelerate myocardial relaxation, while moremarked increases, such as those arising fromsevere vasoconstriction, reduce relaxationvelocity (126, 127). This complex regulation ofmyocardial relaxation, involving opposing effectsof ET-1, may explain why there are as yet noconclusive studies on the effects of this peptideon myocardial relaxation in the intact heart.

With regard to myocardial stiffness, variousstudies have suggested that chronically elevatedlevels of ET-1 in pathological conditions mayincrease diastolic stiffness by inducingmyocardial hypertrophy and changes in the940


Tensão

/Com

prim

ento m

uscu

lar

Mus

cle

tens

ion/

leng

th

12

3

A B

Tempo (min)Time (min)

0 10 20

↑ lento da tensão/comprimento muscular(resposta lenta ao estiramento)

↑ Slow increase in muscle tension/length(slow force response)

Dessensibilizaçãodos miofilamentos

Myofilament desensitization↑ [Ca2+]i

↑ [Na+]i

↑ pHi

↑ NHE-1

↑ ET

↑ Ang II

Estiramento muscularMuscle stretch

↑ NCX modo reverso↑ Reverse mode NCx

Figura 4. (A) Resposta miocárdica ao estiramento (elevação da pré-carga). O estiramento de um músculo papilar a contrair isotónicaou isometricamente, resulta numa resposta bifásica: um aumento rápido inicial (1-2), seguido por um aumento adicional progressivoda tensão activa ou do encurtamento muscular (2-3). (B) Mecanismos de transdução de sinal associados à resposta lenta ao estiramento. Ang II: angiotensina II; ET: endotelina; NHE-1:trocador Na+/H+; [Na+]i: concentração intracelular de Na+; NCX: trocador Na+/Ca2+; [Ca2+]i: concentração intracelular de iões cálcio;pHi: pH intracelular (Adaptado de (116)).

Figure 4. 4 (A) Myocardial response to stretch (elevation of preload). Papillary muscle stretch during isotonic or isometriccontraction results in a biphasic response: an initial rapid increase (1-2), followed by a gradual further increase in active tension ormuscle shortening (2-3); (B) Signal transduction mechanisms associated with the slow force response (adapted from (116)).Ang II: angiotensin II; ET: endothelin; NHE-1: Na+/H+ exchanger; [Na+]i: intracellular Na+ concentration NCx: Na+/Ca2+ exchanger;[Ca2+]i: intracellular Ca2+ concentration; pHi: intracellular pH

ET-3), que activa o trocador Na+/H+. Aestimulação deste trocador promove a elevaçãoda concentração intracelular do Na+, à qual sesegue a activação do trocador Na+/Ca2+ no modoreverso, conduzindo a um aumento da entradade Ca2+ e consequentemente da contractilidademiocárdica. A maior sensibilidade dos miofila-mentos para o Ca2+ causada pela alcalinizaçãointracelular resultante da activação do trocadorNa+/H+ constitui uma via complementar daresposta lenta ao estiramento miocárdico (116-118)

(Figura 4B). Piuhola e colaboradores (119) testarama contribuição da ET-1 para o mecanismo deFrank-Starling em corações intactos de ratossaudáveis e hipertensos com hipertrofiamiocárdica. Ambos, os corações saudáveis e oshipertróficos, apresentaram uma resposta deFrank-Starling preservada (ou seja, um aumentoda função contráctil em resposta a um aumentoda pré-carga/pressão telediastólica), contudo,enquanto que o bloqueio dos receptores da ETnão teve qualquer efeito visível em coraçõessaudáveis, atenuou significativamente a respostade Frank-Starling nos corações hipertróficos.Estes resultados apontam para uma participaçãoda ET-1 endógena na resposta a elevações da pré-carga na presença de hipertrofia miocárdica.

Efeitos na Função SistólicaOs determinantes da função diastólica

incluem o relaxamento miocárdico e aspropriedades passivas da parede ventricular,tais como a rigidez e a espessura da parede e ageometria da câmara (tamanho ou volume).Outros determinantes incluem as estruturas querodeiam o ventrículo, a aurícula esquerda, asveias pulmonares e a válvula mitral, bem como afrequência cardíaca. Em relação à rigidezmiocárdica, os seus determinantes estãorelacionados com factores intrínsecos aospróprios cardiomiócitos (citoesqueleto) e com amatriz extracelular (120-122). Neste contexto, aanálise dos efeitos da ET-1 na função diastólica,deve ter em conta quer os efeitos no relaxamentomiocárdico (efeitos lusitrópicos), quer os efeitosna rigidez miocárdica.

No que concerne ao relaxamento miocárdico,a administração exógena de ET-1 a preparaçõesde músculo isolado resultou num aumento davelocidade de queda da tensão e de reextensãomuscular (relaxamento miocárdico) (123). Nocoração intacto, os efeitos da ET-1 podem resultar

extracellular matrix that lead to fibrosis (128, 129). Ithas also been demonstrated in vitro in differentcell types, including cardiomyocytes, that ET-1can enhance the release of metalloproteases, andthus also possibly lead to fibrosis (130).

On the other hand, there has been little studyof the acute effects of ET-1 on myocardialstiffness, perhaps because the few researchersinterested in the subject have concentrated on theeffects of supraphysiological doses of exogenousET-1 in the intact heart (124, 125, 131-134). As statedabove, in these circumstances ET-1 can causesevere coronary and systemic vasoconstriction,which may mask any effect of ET-1 on theintrinsic properties of the myocardium. In fact,both myocardial ischemia and markedly raisedafterload can increase the end-diastolic pressure-volume relation, reflecting increased myocardialstiffness (127, 135-137). However, studies in rabbitpapillary muscle and human auriculartrabeculae, in which such limitations areexcluded, have shown that ET-1 increasesdistensibility of acutely loaded myocardium, withno impairment of contractile performance beingobserved (86). This effect is mediated by ETAreceptors; it is dependent on the functionalintegrity of endocardial endothelium andmodulated by endothelial ETB1 receptors, NOand prostaglandins (86, 138, 139).

Effects on cell growth and myocardialremodeling

Cardiac hypertrophy is an adaptation topressure and volume overload and neurohumoralstimulation. Such adaptation may result inmaintenance, improvement or impairment ofcardiac function, depending on the type anddegree of overload and on the mediators andintracellular signaling mechanisms involved.It was reported in the early 1990s that ET-1can induce hypertrophy in cultured neonatalcardiomyocytes and fibroblasts (140, 141).Subsequent studies showed that ET-1 actsin synergy with various growth factors topromote cell transformation and replication.It has nevertheless been difficult to establisha causal relationship between endogenousET-1 and cardiac hypertrophy in vivo and inadult tissues (24).

In experimental models of hypertrophyinduced by pressure or volume overload,mechanical stress is probably the trigger for 941


da acção directa do peptídeo e de efeitosindirectos dependentes da vasoconstriçãocoronária e/ou sistémica. Enquanto que níveismoderados de vasoconstrição coronária nãoafectam significativamente a função cardíaca,efeitos vasoconstritores mais intensos induzidospor concentrações elevadas, não fisiológicas, deET-1 induzem isquemia miocárdica (124,125). Nestasituação há uma tendência para a diminuiçãoda velocidade do relaxamento devida à faltade suprimento energético. Por outro lado, ésabido que, em corações saudáveis, aumentosmoderados da pós-carga aceleram o relaxa-mento miocárdico, enquanto que aumentosmais severos, como os resultantes devasoconstrição intensa, diminuem a velocidadede relaxamento (126,127). Esta regulação complexado relaxamento miocárdico associada aospotenciais efeitos opostos da ET-1 poderãoexplicar porque motivo não foram aindaconclusivos os estudos dos efeitos deste peptídeosobre o relaxamento miocárdico no coraçãointacto.

Em relação à rigidez miocárdica, váriosestudos sugerem que quando cronicamenteelevada em condições patológicas, a ET-1 podeaumentar a rigidez diastólica através da induçãode hipertrofia miocárdica e da alteração da matrizextracelular, conducentes à fibrose (128,129). Nãoobstante, foi demonstrado em diferentes tipos decélulas in vitro, incluindo os cardiomiócitos, quea ET-1 pode também aumentar a libertação demetaloproteases, e assim talvez condicionar afibrose (130).

Por outro lado, o estudo dos efeitos agudos daET-1 na rigidez miocárdica tem sidonegligenciado, talvez devido ao facto dos poucosinvestigadores que se interessaram por esteassunto, terem analisado os efeitos de dosessuprafisiológicas de ET-1 exógena no coraçãointacto (124,125,131-134). Como referido acima, nestascircunstâncias, a ET-1 pode provocarvasoconstrição coronária e sistémica intensa, oque pode mascarar qualquer efeito da ET-1 naspropriedades intrínsecas do miocárdio. De facto,ambas, isquemia miocárdica e elevações severasda pós-carga, são capazes de elevar a relaçãopressão-volume telediastólica, reflectindo umaumento na rigidez miocárdica (127,135-137). Porém,estudos em músculos papilares de Coelho e emtrabéculas auriculares humanas, em que estaslimitações são excluídas, mostraram que a

gene transcription programs that includeoverexpression of ET-1 (142). Thus, in leftventricular cardiomyocytes of rats subjected toaortic constriction for several weeks, expressionof prepro-ET-1 messenger RNA (mRNA)increased, suggesting that cardiomyocytes area source of ET-1 production in hypertrophichearts (143). Treatment with a selective ETAreceptor antagonist for two weeks prevented thedevelopment of hypertrophy in a similarexperimental model (144). However, overexpressionof the ET system lasted only a few days followingincrease in pressure overload (144, 145). In salt-sensitive hypertensive rats, ET was not activatedin established hypertrophy but only in thetransition to HF (146).

Studies have also suggested that ET-1 isinvolved in right ventricular hypertrophy, basedmainly on the overexpression of prepro-ET-1documented in various animal models, inclu-ding exposure to normobaric hypoxia, carbonmonoxide, and monocrotaline (147, 148). Furthermore,administration of selective ETA receptorantagonists to rats with monocrotaline-inducedhypertension prevented development of rightventricular hypertrophy and fibrosis (149, 150).Selective ETA and nonselective ETA/ETBreceptor antagonists also attenuated thecardiopulmonary alterations arising fromexperimentally induced right ventricularhypertrophy, leading to hemodynamicimprovement and increased survival (151-155).

Changes in the left ventricular myocardialgenome and proteome of animals with pulmonaryhypertension have been reported, even in theabsence of overload (156, 157), as has activation ofneuroendocrine systems, particularly ET-1 (158).Interestingly, ET receptor blockade, both invivo and in vitro, also reversed the leftventricular contractile dysfunction observed inthis model (154, 158).

To summarize, ET-1 formation appears to betemporarily stimulated as the heart adapts to apathological increase in load, which suggeststhat the peptide may have an adaptive action.Various studies have indicated that ET-1 playsan important role as a hypertrophic agent inprogression to HF, although the magnitude of itseffects varies depending on the experimentalmodel chosen.

ET-1-induced myocardial hypertrophy mayresult from activation of ETA receptors (149, 150)

942


ET-1 aumenta agudamente a distensibilidademiocárdica em situações de sobrecarga, sem queisso se traduza num comprometimento da funçãocontráctil (86). Este efeito é mediado pelosreceptores ETA, dependente da integridadefuncional do endotélio endocárdico e moduladopelos receptores ETB1 endoteliais, pelo NO epelas prostaglandinas (86,138,139).

Efeitos no Crescimento e RemodelagemMiocárdica

A hipertrofia cardíaca constitui ummecanismo de adaptação à sobrecarga de pressãoe de volume e à estimulação neuro-humoral. Estaadaptação poderá resultar na manutenção, namelhoria ou na depressão da função cardíaca,dependendo do tipo e do grau de sobrecarga, bemcomo dos mediadores e dos mecanismos desinalização intracelular envolvidos. No início dosanos 90, foi descrito que a ET-1 é capaz deinduzir hipertrofia de cardiomiócitos efibroblastos neonatais em cultura (140-141). Trabalhossubsequentes mostraram que a ET-1 pode agirsinergicamente com vários factores decrescimento de forma a potenciar a transformaçãoe a replicação celular. No entanto, torna-se difícilestabelecer uma relação causal entre a ET-1endógena e a hipertrofia cardíaca in vivo e emtecidos adultos (24).

Em modelos experimentais de hipertrofiainduzida por sobrecarga de pressão ou de volume,as forças biomecânicas são provavelmente oestímulo inicial dos programas de transcriçãogenética, incluindo a sobre-expressão de ET-1(142).Assim, em cardiomiócitos do ventrículo esquerdode ratos sujeitos a constrição aórtica durantevárias semanas, a expressão de ARN mensageiro(ARNm) da pré-pró-ET-1 aumenta, sugerindoque os cardiomiócitos são uma fonte de produçãode ET-1 em corações hipertróficos (143). Otratamento com um antagonista selectivo para osreceptores ETA, durante duas semanas, impediuo desenvolvimento de hipertrofia nomesmo modelo experimental (144). No entanto, asobre-expressão do sistema da ET, durou apenasalguns dias após o aumento da sobrecarga depressão (144,145). Em ratos com hipertensão sensívelao sal, este sistema não foi activado na fasede hipertrofia cardíaca estabelecida, mas apenasna transição para a IC (146).

Alguns estudos sugerem, igualmente, umenvolvimento da ET-1 na hipertrofia ventricular

and/or ETB receptors (159, 160). The biochemicalprocesses activated by the binding of ET-1 to itsreceptors involve PLC, PKC and various otherkinases. PKC activates different MAPK isoforms,which phosphorylate and activate transcriptionfactors such as c-fos and c-jun, leading tohypertrophic gene expression (102).

Role of endocardial and coronary vascularendothelium

Cardiac endothelial cells, endocardial andvascular, are the principal source of ET-1 in thehealthy heart and cardiomyocytes are its maintarget, which makes this peptide an essentialmediator in endothelial-myocardial interaction (1).The effects of ET-1 are also modulated by thefunctional integrity of the endothelium.

The inotropic response to ET-1 is similar tothe characteristic positive inotropic effect ofcardiac endothelium (161-163). The earlier onset ofmyocardial relaxation and reduced peakisometric tension observed after selectivedenudation of endocardial endothelium thusappear to be related to reduced endothelialrelease of ET-1 (164-166).

The inotropic action of ET-1 depends to alarge extent on the type of experimentalpreparation used. For example, ET-1 is 60 timesmore potent in cardiomyocytes than in isolatedpapillary muscles (167). The less potentphysiological response in the multiple cellpreparation may be due to a series of regulatorymechanisms involving other types of cellbesides cardiomyocytes, such as cardiacendothelial cells. Li et al. (123) found that removingthe endothelial cell layer from the endocardiumincreased myocardial sensitivity to ET-1 andaltered the effects of this agent on twitchconfiguration characteristics. Another studydemonstrated that brief exposure to a largenumber of reactive oxygen species, with partialdestruction of the endothelial surface, induces anincrease in papillary muscle contractileperformance by stimulating release of ET-1 fromendothelial cells (168).

As mentioned above, there is disagreement onthe physiological role of ET-1 in contractilefunction of the healthy heart in vivo, since on theone hand it increases oxygen consumption dueto its potent inotropic effect, and on the other,it reduces oxygen supply due to its action asa coronary vasoconstrictor. It has been reported 943


direita, baseando-se sobretudo na sobre-expressão de pré-pró-ET-1 documentada emvários modelos animais, nomeadamente, deexposição à hipóxia normobárica, ao monóxido decarbono, à monocrotalina (147,148). A acrescentar aestes resultados, a administração de antagonistasselectivos para os receptores ETA a ratos comhipertensão induzida pela monocrotalina evitou odesenvolvimento de hipertrofia e fibroseventricular direita (149,150). A utilização deinibidores selectivos para os receptores ETA enão-selectivos ETA/ETB atenuou também asalterações cardiopulmonares que sucedem àhipertrofia ventricular direita induzidaexperimentalmente, com melhoria hemodinâmicae aumento da sobrevida (151-155).

Apesar da ausência de sobrecarga, foramrelatadas algumas alterações no genoma eproteoma do miocárdio ventricular esquerdo deanimais com hipertensão arterial pulmonar (156,157),bem como activação de sistemas neuro-endócrinos, designadamente do sistema da ET-1(158). Curiosamente, o bloqueio dos receptores daET quer in vivo, quer in vitro, reverteu também adisfunção contráctil do ventrículo esquerdoobservada neste modelo (154,158).

Em suma, a formação de ET-1 parece serestimulada transitoriamente à medida que ocoração se adapta ao aumento patológico dacarga, o que sugere que este peptídeo poderá teruma acção adaptativa. Diversos estudos apontampara um maior envolvimento da ET-1 comoagente hipertrófico na progressão para a IC,embora a magnitude dos seus efeitos seja variávelconsoante o modelo experimental seleccionado.

Os processos hipertróficos miocárdicosinduzidos pela ET-1 podem resultar da activaçãodos receptores ETA

(149,150), e/ou dos receptoresETB

(159,160). Os processos bioquímicos activadospela ligação da ET-1 aos seus receptoresenvolvem a activação da PLC, da PKC e de váriasoutras cinases. A PKC activa várias isoformas dasMAPKs, que fosforilam e activam os factores detranscrição, tais como o c-fos e o c-jun, comconsequente expressão de genes hipertróficos (102).

Papel dos Endotélios Endocárdico eVascular Coronário

As células endoteliais cardíacas,endocárdicas e vasculares, são a principal fontede ET-1 no coração saudável e os cardiomócitos

however that in vivo ET-1 binds stoichio-metrically to its receptor (169). This characteristicmay enable ET-1, secreted constitutively, to havean autocrine action by binding directly to ETBreceptors on the endothelial surface, thusstimulating the secretion of NO andprostaglandins (36), rather than increasingmyocardial contractility by binding to thereceptors in cardiomyocytes.

The effects of ET-1 on cardiac rhythmicity areeven more complex and unpredictable (seeabove). In the healthy adult heart, ET-1 mRNA isexpressed exclusively in endocardial andcoronary vascular endothelial cells (162, 170), whilethe mRNA of its receptors is expressed in bothendothelial cells and cardiomyocytes, and,interestingly, also in the atrioventricularconduction system (95). This distribution thereforesuggests how the endothelium may modulate theeffects of ET-1 on cardiac rhythm.

Increased ET-1 expression in endocardial andcoronary artery endothelium has been confirmedin models of ventricular hypertrophy (171). Thisincrease appears to be sufficient to trigger thehypertrophic process in myocardial cells,irrespective of whether there is overexpression ofET-1 (1). As mentioned in the previous section, ina model of hypertension-induced hypertrophy,ventricular ET-1 levels were not elevated duringthe hypertrophic phase without HF (146), whichsuggests there may be alternative pathwaysfor adaptive myocardial growth. Increasedmyocardial ET-1 levels in the transition of leftventricular hypertrophy to HF and its associationwith deterioration of cardiac function (172) point toa role for ET-1 in maladapted myocardialremodeling.

EFFECTS ON PRENATALDEVELOPMENT

In 1994, Kurihara et al. first reportedcraniofacial abnormalities in mice with ET-1gene deletion, thus highlighting the importance ofthis peptide in embryonic development (173).Widening their study to the cardiovascularsystem, the authors documented gross defects inmorphogenesis, manifested in a series ofabnormalities of the aortic arch and aortic-pulmonary septation. Treating these animalswith ET-1-specific antibodies or with selective944


são o seu alvo prioritário, o que faz com que estepeptídeo seja um mediador essencial nainteracção endotélio-miocárdio (1). Por outro lado,os efeitos da ET-1 são também modulados pelaintegridade funcional do endotélio.

A resposta inotrópica à ET-1 assemelha-se aoefeito inotrópico positivo característico doendotélio cardíaco (161-163). O início precoce dorelaxamento miocárdico e a redução do pico detensão isométrica observados após destruiçãoselectiva do endotélio endocárdico parecemassim estar relacionados com a menor libertaçãoendotelial de ET-1 (164-166).

A acção inotrópica da ET-1 dependeconsideravelmente do tipo de preparaçãoexperimental utilizado. Por exemplo, a ET-1 é60 vezes mais potente em cardiomiócitos do queem músculos papilares isolados (167). A respostafisiológica menos intensa nesta preparaçãomulticelular poderá ser devida à existência deintegração de uma série de mecanismosreguladores dependentes do envolvimento deoutros tipos de células além dos cardiomiócitos,tais como as células endoteliais cardíacas. Li ecolaboradores (123) verificaram que a remoção dacamada de células endoteliais do endocárdio,aumenta a sensibilidade miocárdica à ET-1 emodifica as alterações induzidas por este agentena configuração do abalo muscular. Num outroestudo, foi demonstrado que a exposição breve auma grande quantidade de espécies reactivas deoxigénio, com destruição parcial da superfícieendotelial, induz um aumento da força decontracção de músculos papilares através daestimulação da libertação de ET-1 pelas célulasendoteliais (168).

O papel fisiológico da ET-1 na funçãocontráctil do coração saudável in vivo não é, comoatrás foi mencionado, consensual, uma vez que,por um lado, aumenta o consumo de oxigénio emvirtude do seu potente efeito inotrópico, e poroutro, diminui o fornecimento do mesmo devido àsua acção como vasoconstritor coronário. Foicontudo descrito que in vivo a ET-1 se liga aoseu receptor estequiometricamente (169). Estacaracterística poderá permitir que a ET-1,secretada constitutivamente, actue de formaautócrina ligando-se directamente aos receptoresETB na superfície endotelial, e assim estimule asecreção de NO e de prostaglandinas (36) em vez depromover aumento da contractilidade miocárdicapela ligação aos receptores presentes nos

ETA receptor antagonists increased the frequencyand severity of these cardiovascular defects (174).Other important effects of ET-1 includepromotion of Purkinje fiber differentiation (175),regulation of cardiac sympathetic innervation (176)

and involvement in the formation of thecardiovascular outflow tract (177).

945


cardiomiócitos. As acções da ET-1 na ritmicidade cardíaca

são ainda mais complexas e imprevisíveis(vide supra). No coração adulto e saudável, oARNm da ET-1 é expresso, exclusivamente, nascélulas endoteliais endocárdicas e vascularescoronárias (162,170), enquanto que o ARNm dos seusreceptores é expresso, quer nas célulasendoteliais, quer nos cardiomiócitos, ecuriosamente, também no sistema de conduçãoaurículo-ventricular (95). Esta distribuição prediz,portanto, a potencial modulação dos efeitos daET-1 sobre o ritmo cardíaco pelo endotélio.

O aumento da expressão de ET-1 nas célulasendoteliais endocárdicas e coronárias estácomprovado em modelos de hipertrofiaventricular (171). Este aumento parece sersuficiente para desencadear o processohipertrófico na células miocárdicas,independentemente de nestas existir, ou não,sobre-expressão de ET-1 (1). Como referido nasecção anterior, num modelo de hipertrofiadependente de hipertensão, os níveisventriculares de ET-1 não se encontravamaumentados durante a fase hipertrófica semIC (146), o que sugere a existência de viasalternativas para o crescimento miocárdicoadaptativo. O aumento de níveis miocárdicos deET-1 na transição da hipertrofia ventricularesquerda para a IC e a sua associação com adeterioração da função cardíaca (172) indiciam umaacção da ET-1 na remodelagem miocárdicadesadaptada.

EFEITOS NO DESENVOLVIMENTOPRÉ-NATAL

Em 1994, Kurihara e colaboradoresrelataram, pela primeira vez, defeitoscraniofaciais em Ratinhos com deleção dogene da ET-1, chamando então a atenção paraa relevância deste peptídeo no desenvolvimentoembrionário (173). Alargando estes estudos parao sistema cardiovascular, estes autoresdocumentaram defeitos grosseiros na morfo-génese, manifestados por uma série de anomaliasdo arco aórtico e da septação aórtico-pulmonar.O tratamento destes animais com anticorposespecíficos para a ET-1 ou com antagonistasselectivos para os receptores ETA aumentou afrequência e a extensão destes defeitoscardiovasculares (174). Efeitos adicionaisproeminentes da ET-1 incluem a promoção dadiferenciação das fibras de Purkinje (175), aregulação da inervação cardíaca simpática (176) e aparticipação na formação do tracto de saídacardíaco (177).

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21as Jornadas de Cardiologia do Hospital Egas MonizHotel Vila Galé Ópera, Lisboa, 16 e 17 de Outubro de 2008

Cardiologia 2008 Para o Clínico Prático

Abertura do Secretariado

Abertura das Jornadas

TRÊS CASOS CLÍNICOS PRÁTICOSNuno Vasconcelos (CHLO-HEM) ePimenta da Graça (CHLO-HEM)

• Jovem com palpitações e sôpro na ponta José Monteiro (CHLO-HEM)

• 40 anos, fibrilhação auricular, episódio sincopal Madalena Barata (C.S. Loures)

• Dor torácica em doente portador de stentCarvalho Rodrigues (CHLO-HEM)

Comentários: José Alves (CHLO-HEM) e Alberto Indeque (CHLO-HEM)

DISPIDÉMIAS E INFLAMAÇÃOO QUE APRENDEMOS NOS ÚLTIMOS ANOS?Presidente: Miguel Mendes (CHLO-HEM)- Alberto Mello e Silva (CHLO-HEM)

Café / Visita Exposição Técnica

ANGIOTAC DAS CORONÁRIAS - PARA QUEM?Presidente: Aniceto Silva (CHLO-HSC)- Pedro Sousa (CHLO-HSC)- Pedro Gonçalves (CHLO-HSC)

ESTENOSE VALVULAR AÓRTICA DO IDOSO - 2008Presidente: José Pinto Carmona (CHLO-HEM)

• Será possível contrariar a história natural?Paulo Amado (CHLO-HEM)

• Avanços na IntervençãoJ. Queiroz e Melo (CHLO-HSC)

Almoço

PONTO DA SITUAÇÃO - OS INIBIDORES DA RENINAJosé Nazaré (CHLO-HEM)

2008 - O QUE HÁ DE NOVO EM CARDIOLOGIA?PERGUNTAS E RESPOSTAS:Presidentes: Manuel Carrageta (HGO), Pedro Canas (HSM)

Perguntas:- Rui Pombal (UCS/TAP)- Joana Campina (C. S. Ajuda)- Fátima Cruz (C. S. Sto Condestável)- Luís Bimbo (C. S. Borba)

16 DE OUTUBRO 2OO8, 5ª FEIRA

16:45-17:45

09:30-10:00

10:00-10:30

10:30-11:15

11:15-13:00

09:00

09:15

09:30-10:30

10:30-11:00

11:00-11:45

11:45-12:30

12:30-13:15

13:15-15:00

15:00-15:30

15:30-16:45

Respostas:- Nuno Lousada (HPV) sobre insuficiência cardíaca- José Miguel Santos (CHLO-HSFX) sobre arritmologia- Carlos Aguiar (CHLO-HSC) sobre cardiopatia

isquémica- Machado Saraiva (CHLO-HEM) sobre diabetes mellitus

MESA REDONDAC A R D I O P N E U M O L O G I A / E N F E R M A G E MCARDIOLÓGICAMª Jesus Serrador (CHLO-HEM)Rosário Pinheiro (CHLO-HEM)

O DOENTE HIPERTENSOENTRE AS ÚLTIMAS GUIDELINESEUROPEIAS E OS PROGRESSOSRECENTES

AS MENSAGENS-CHAVE DAS GUIDELINES 2007Presidente: António Jara (H. Espírito-Santo, Évora)- Teresa Rodrigues (H. Santarém)

O QUE ESTÁ A MUDAR NA DOENÇACARDIOVASCULAR EM PORTUGAL?Luís Martins (H. S. Sebastião, Feira)

Café / Visita Exposição Técnica / Sorteio doPrémio Delta

HTA - RISCO GLOBAL - OS GRANDES ESTUDOS2007/2008CINCO INTERVENÇÕES BREVESPresidente: Agostinho Monteiro (HSJ)

João Saavedra (HSM)

O benefício e o custo dos exames naavaliação do riscoJosé Braz Nogueira (HSM)O doente diabético hipertenso J. Alberto Silva (HPH) Diminuir o risco cardiovascular nohipertenso muito idoso José Nazaré (CHLO-HEM)Nova evidência da importância daterapêutica vasodilatadora J. Pinto Carmona (CHLO-HEM)IECAs ou ARAs? Jorge Polónia (CHLO-HEM)

Comentador: João Maldonado (IIFCV)

17 DE OUTUBRO 2OO8, 6ª FEIRA

artigo de revisÃo efeitos miocárdicos da endotelina-1 [68] · desenvolvimento de disfunção...

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