Avaliação do efeito do secretoma de células estromais mesenquimais na neuroproteção e neurorregeneração

Abstract

Desordens neurodegenerativas, incluindo a doença de Alzheimer, lesão medular espinhal e acidente vascular cerebral, são comumente relacionadas à produção intensa de estresse oxidativo. Após insulto ao sistema nervoso central (SNC), ocorre reatividade astrocitária, o que resulta em aumento da inflamação e neurodegeneração, amplificando a lesão e/ou limitando o sucesso da recuperação. Atualmente, tratamentos eficientes que interrompem o processo degenerativo não estão disponíveis. Nesse contexto, terapias livres de células utilizando o meio condicionado (MC) que contém o secretoma de células estromais mesenquimais (CEM) têm apresentado resultados pré-clínicos satisfatórios. Sendo assim, compreender os mecanismos celulares e moleculares dos efeitos do meio condicionado de CEM (MC-CEM) sobre a astroglia é imprescindível para propor novas estratégias terapêuticas. Este estudo teve como objetivo inicial identificar, por meio de revisão de literatura, os fatores parácrinos presentes no MC-CEM possivelmente implicados na regulação do estresse oxidativo, neuroproteção e neurorregeneração. Em segundo lugar, este trabalho objetivou revisar os estudos disponíveis na literatura que investigaram os efeitos biológicos do MC-CEM humanas na produção de estresse oxidativo em astrócitos. A primeira análise mostrou que o MC, independentemente da fonte tecidual de CEM, contém uma variedade de fatores bioativos, como a catalase, peroxirredoxinas e superóxido dismutases, fatores-chave na regulação redox. Além disso, esta investigação revelou outras proteínas importantes secretadas por CEM, incluindo a tiorredoxina, proteínas de choque térmico, fator de crescimento do nervo, neuropilina 2 e proteína 1 solúvel em ácido cerebral envolvidas na proteção do SNC e/ou no controle do estresse oxidativo. Por fim, esta análise demonstrou que as CEM secretam mRNAs e microRNAs responsáveis pela neuroproteção e neurorregeneração. Na segunda parte deste trabalho, estudos relataram que o MC-CEM protegeu os astrócitos do estresse oxidativo, reduzindo a peroxidação lipídica, nitração de proteínas, danos ao DNA e a expressão de genes que contribuem para a produção de agentes oxidantes; e aumentou os níveis de superóxido dismutase e glutationa peroxidase, bem como melhorou a viabilidade celular, proliferação e cicatrização. Além disso, o MC-CEM foi capaz de regular os níveis de Ca2+, proteger estruturas mitocondriais, bloquear a gliose reativa e reduzir a inflamação. Em conjunto, os estudos demonstraram que as CEM secretam uma grande diversidade de fatores envolvidos na neuroproteção e neurorregeneração atuando através do controle do estresse oxidativo e que o MC-CEM apresenta potenciais efeitos terapêuticos em astrócitos. Portanto, esse tipo de terapia livre de células pode ser considerada uma ferramenta promissora para a medicina regenerativa.

Abstract: Neurodegenerative disorders, including Alzheimer's disease, spinal cord injury, and stroke, are commonly related to intense oxidative stress production. After an insult to the central nervous system (CNS), astrocytic reactivity can increase inflammation and neurodegeneration, amplifying the lesion and/or limiting the success of recovery. Currently, efficient treatments to interrupt the degenerative process are not available. In this context, cell-free therapies using the conditioned medium (CM) that contains the secretome of mesenchymal stem cells (MSC) have shown satisfactory results. Therefore, comprehending the cellular and molecular mechanisms of MSC conditioned medium (MSC-CM) effects on the astroglia is imperative for proposing new therapeutic strategies. This work first aimed to identify, through literature review, the paracrine factors present in the MSC-CM possibly implicated in oxidative stress regulation, neuroprotection and neuroregeneration. Secondly, we aimed to review the available studies that investigated the biological effects of human MSC-CM on the oxidative stress production in astrocytes. The first analysis revealed that the MSC- CM, independently of the MSC tissue source, presents a variety of antioxidant enzymes, such as catalase, peroxiredoxins, and superoxide dismutase that are key factors in redox regulation. Moreover, this investigation showed others important proteins secreted by MSC, including thioredoxin, heat shock proteins, nerve growth factor, neuropilin 2, and brain acid soluble protein 1 involved in CNS protection and/or oxidative stress balance. In addition, this analysis demonstrated that MSC secrete mRNAs and microRNAs responsible for neuroprotection and neuroregeneration. In the second part of this work, studies reported that the MSC- CM protected astrocytes from oxidative stress, reducing lipid peroxidation, protein nitration, DNA damage, and the expression of genes that contribute to oxidant production; and increased the levels of superoxide dismutase and glutathione peroxidase as well as improved cell viability, proliferation, and wound closure. In addition, the MSC-CM has been shown to be able to regulate Ca2+ levels, protect mitochondrial structures, block reactive gliosis, and reduce inflammation. In conclusion, the studies have shown that MSC secrete a wide range of factors involved in neuroprotection and neuroregeneration, able to control oxidative stress and that MSC-CM has potential therapeutic effects on astrocytes. Therefore, this type of cell-free therapy can be considered a promising tool for regenerative medicine.