Efeitos da carbamazepina, homocisteína e homocisteína tiolactona na bioenergética e permeabilidade transitória mitocondrial

Abstract

A carbamazepina é dos fármacos mais prescritos no tratamento da epilepsia. Nos últimos anos diversos estudos têm demonstrado alguns efeitos secundários deste fármaco, nomeadamente hepatotoxicidade. Adicionalmente, as terapias com carbamazepina estão também associadas à hiperhomocisteinémia e a doenças cardiovasculares. No entanto, os mecanismos responsáveis por estes efeitos não estão completamente elucidados. Neste trabalho estudámos os efeitos toxicológicos da carbamazepina, homocisteína e homocisteína tiolactona, um derivado da homocisteína potencialmente tóxico, em mitocôndrias de fígado e de coração de rato, no sentido de esclarecer os distúrbios hepáticos e cardiovasculares observados em doentes sujeitos à terapêutica com carbamazepina Nas concentrações estudadas, a carbamazepina, homocisteína e homocisteína tiolactona não afectam os parâmetros da bioenergética de mitocôndrias hepáticas. No entanto, os estudos realizados no sentido de avaliar o efeito destas moléculas na indução da permeabilidade transitória mitocondrial dependente de Ca2+ demonstram que a carbamazepina (20 nmol/mg proteína), a homocisteína (1,2 μmol/mg proteína) e a homocisteína tiolactona (0,8 μmol/mg proteína) têm capacidade para induzir a abertura do poro responsável pela permeabilidade transitória mitocondrial. Estudos idênticos foram realizados em mitocôndrias de coração de rato. À semelhança dos efeitos observados ao nível das mitocôndrias hepáticas, os compostos em estudo não afectam os parâmetros avaliados na bioenergética mitocondrial. Contudo, ao nível da permeabilidade transitória mitocondrial não parecem ter qualquer efeito indutor. Assim, os resultados demonstram que estas moléculas têm efeitos diferentes nas mitocôndrias de fígado e coração em termos de homeostase do Ca2+, não afectando no entanto, os níveis energéticos. No sentido de esclarecer os diferentes efeitos observados ao nível da permeabilidade transitória mitocondrial, avaliou-se ainda o efeito da interacção da carbamazepina, homocisteína e homocisteína tiolactona com bicamadas de fosfolípidos. No entanto, os estudos efectuados em lipossomas de dipalmitoilfosfatidilcolina não demonstram que os diferentes efeitos observados nos dois tipos de mitocôndrias estejam relacionados com a sua diferente composição fosfolipídicas. Em conclusão, a carbamazepina, a homocisteína e a homocisteína tiolactona, mostram ter um efeito tóxico em mitocôndrias hepáticas, o que pode explicar em parte, o efeito hepatotóxico associado à CBZ. No entanto, as moléculas não parecem exercer qualquer toxicidade em mitocôndrias cardíacas, pelo que os efeitos associados à hiperhomocisteinémia induzida por terapêuticas com este fármaco não parecem estar relacionados com a disfunção deste organelo nos cardiomiócitos.

Carbamazepine is one of the most prescribed anti-epileptic drugs. Recently, several studies reported some side effects of this drug, including hepatotoxicity. Therapies with carbamazepine are also associated with hyperhomocisteinemia and cardiovascular disease. However, the mechanisms underlying this condition are poorly understood. In this work we studied the mitochondrial toxicological effects of carbamazepine, homocysteine and homocysteine-tiolactone, a potential toxic homocysteine metabolic derivate, in attempt to explain the hepatic and cardiovascular disturbs observed in patients under carbamazepine therapy. The used concentrations of carbamazepine, homocysteine and homocysteine-tiolactone do not affect mitochondrial bioenergetics parameters of rat liver mitochondria. However studies in Ca2+-induced mitochondrial permeability transition demonstrated that carbamazepine (20 nmol/mg protein), homocysteine (1,2 µmol/mg protein) and homocysteine-tiolactone (0,8 µmol/mg protein) stimulates the MPT pore opening. Identical studies were performed in rat heart mitochondria and the different compounds do not affect the mitochondrial bioenergetics parameters. Moreover, those compounds were not able to promote mitochondrial permeability transition pore opening in contrast to the observed in rat liver mitochondria. Therefore, the results show that these compounds affect in different ways hepatic and heart mitochondria inducing mitochondrial pore opening in liver but not in heart mitochondria. These findings demonstrate a different toxicological action of the compounds in liver mitochondria, suggesting that their interaction with the permeability transition pore and their distribution in mitochondrial membranes may be different. In attempt to explain these different effects in heart and liver rat mitochondria, we also initiate studies to evaluate the interaction of the compounds with phospholipid bilayers. However, the studies made in dipalmitoylphosphatidylcholine lipossomes do not show that the different effects observed between the two types of mitochondria have been related with their different phospholipid composition. In conclusion, carbamazepine, homocysteine and homocysteine-tiolactone demonstrate a toxicological effect in liver mitochondria. However, this effect is not observed in cardiac mitochondria. For this reason, the carbamazepine therapy and the associated hyperhomocysteinemia may be involved in hepatotoxicity, although the cardiovascular effects seem to be not related with toxicological effects in heart mitochondria.