UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA “JÚLIO DE MESQUITA FILHO” FACULDADE DE ODONTOLOGIA DE ARAÇATUBA VICTOR GUSTAVO BALERA BRITO PAPEL DOS MASTÓCITOS SOBRE O METABOLISMO ÓSSEO LOCAL E SISTÊMICO DE RATOS NORMOTENSOS E HIPERTENSOS COM DOENÇA PERIODONTAL ARAÇATUBA 2018 VICTOR GUSTAVO BALERA BRITO PAPEL DOS MASTÓCITOS SOBRE O METABOLISMO ÓSSEO LOCAL E SISTÊMICO DE RATOS NORMOTENSOS E HIPERTENSOS COM DOENÇA PERIODONTAL Dissertação apresentada ao Programa Multicêntrico de Pós- Graduação em Ciências Fisiológicas, da Faculdade de Odontologia de Araçatuba, Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho”, para obtenção do título de Mestre em Ciências Fisiológicas. Orientadora: Prof.ª Tit. Sandra Helena Penha de Oliveira ARAÇATUBA 2018 Catalogação na Publicação (CIP) Diretoria Técnica de Biblioteca e Documentação – FOA / UNESP Brito, Victor Gustavo Balera. B862p Papel dos mastócitos sobre o metabolismo ósseo local e sistêmico de ratos normotensos e hipertensos com doença periodontal / Victor Gustavo Balera Brito. - Araçatuba, 2018 139 f. : il. ; tab. Dissertação (Mestrado) – Universidade Estadual Paulista, Faculdade de Odontologia de Araçatuba Orientadora: Profa. Sandra Helena Penha de Oliveira 1. Doenças periodontais 2. Mastócitos 3. Hipertensão 4. Ratos endogâmicos SHR I. T. CDD 612 Claudio Hideo Matsumoto CRB-8/5550 DADOS CURRICULARES VICTOR GUSTAVO BALERA BRITO Nascimento: 15 de fevereiro de 1993; Birigüi/SP. Filiação: Carlos dos Santos Brito Filiação: Cássia Rosane Balera Brito 2011/2015: Graduação em Farmácia, Centro Universitário Católico Salesiano Auxilium de Araçatuba (UniSalesiano). 2016/2018: Curso de Pós-graduação em Ciências Fisiológicas, nível Mestrado Acadêmico, pelo Programa Multicêntrico de Pós-graduação em Ciências Fisiológicas, Faculdade de Odontologia de Araçatuba, Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho” (Foa/Unesp). DEDICATÓRIA Aos alicerces da minha vida, meus pais Carlos e Cássia e avós Dona Cida e Seu Daniel. AGRADECIMENTOS AGRADECIMENTOS À Faculdade de Odontologia de Araçatuba / Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho”, nas pessoas de sua direção Professor Titular Wilson Roberto Poi e Professor Titular João Eduardo Gomes Filho, por oferecer a oportunidade de realizar esta pesquisa. Ao Programa Multicêntrico de Pós-Graduação em Ciências Fisiológicas da Sociedade Brasileira de Fisiologia (SBFis), nas pessoas de sua coordenação geral, Professora Ilma Brum Silva (UFRGS) e presidente da SBFis, Professor Vagner Roberto Antunes (ICB/USP). Ao Conselho Local do Programa, na pessoa de sua coordenação, Professora Cristina Antoniali Silva, e demais membros, pelo trabalho e esforços realizados para o crescimento, visibilidade e reconhecimento deste Programa. A Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES), pela concessão da bolsa de mestrado. A Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP), pelo financiamento desta pesquisa. À Pró-reitora de pós-graduação da UNESP (PROPG/UNESP), pelo apoio financeiro nas viagens para realização das disciplinas. Ao Laboratório Multiusuário de Biotecnologia e Bioengenharia (MUBIO) (Convênio FINEP 01.12.0530.00 - PROINFRA 01/2011) da Foa/Unesp, onde foram realizadas as análises de microtomografia, em especial aos seus responsáveis, Professora Sandra Helena Penha de Olivera e Professor Alberto Carlos Botazzo Delbem, e as amigas Melise Jacon Peres Ueno e Fernanda Fernandes, pela ajuda nas análises. À Seção Técnica de Pós-Graduação desta instituição, e seus servidores técnicos-administrativos, Valéria de Queiroz Marcondes Zagato, Cristiane Regina Lui Matos e Lilian Sayuri Mada, pela eficiência e cordialidade nas ocasiões de necessidade. A todos os demais funcionários da Foa/Unesp, cujos trabalhos são essenciais para o bom funcionamento desta universidade. Em especial aos senhores Camilo Roberto Venâncio, João Batista Alves Correa e Alan Roger Cenerine Carvalho, responsáveis pelo Biotério Central, pelo trabalho e cordialidade; Aos servidores da Seção de Conservação e Manutenção, por nos salvar nos momentos dos imprevisto; A Seção Técnica de Apoio ao Ensino, Pesquisa e Extensão (STAEPE), por todo o suporte solicitado; Aos servidores da limpeza, em especial a Dona Marcia Castellani, por seu trabalho, bom humor e carinho com todos do departamento; e a Dorinha da Cantina, pelo seu trabalho, bom humor e carinho conosco. Aos professores do Departamento de Ciências Básicas desta instituição, por sua contribuição científica, além do carinho e cuidado não apenas comigo, mas com todos os alunos. As professoras Cristina Antoniali Silva Ana Claúdia de Melo Stevanato Nakamune, pela disponibilidade, atenção e valiosas contribuição em meu Exame Geral de Qualificação. Aos amigos discentes e egressos do Programa Multicêntrico de Pós-graduação em Ciências Fisiológicas desta instituição, pela amizade e companheirismo. A amiga Monique Patricio Singulani, por gentilmente me receber em sua casa em São Paulo, durante o curso das disciplinas no Instituto de Ciências Biomédicas da Universidade de São Paulo. Aos amigos da FamacoA, Murilo Eduardo Graton, Jéssica Antonini Troiano, Simone Regina Potje e Heitor Ceolin Araujo, pela ótima convivência, deixando os dias de trabalho muito mais agradáveis. Aos amigos do laboratório, a FarmacoB, pela colaboração e boa vontade diária. Em especial, aos parceiros Carluci Tais Beltran, Ayna Alves Barreto, Sabrina Cruz Tfaile Frasneli, Dayane Priscilla Queiroz, Letícia Vieira, Mariana Souza Patrocinio, Maria Carolina Linjardi de Souza, que tiveram papel fundamenta na realização deste trabalho, além de se mostrarem muito mais do que colegas de trabalhos, verdadeiros amigos! Muitas vezes, passamos mais tempo dentro do laboratório do que com nossas próprias famílias, mas fico muito feliz de que este tempo seja com vocês! A minha orientadora, Professora Sandra Helena Penha de Oliveira, por ter aberto as portas de seu laboratório em 2012 para um estagiário. Muito obrigado por todos os ensinamentos, broncas, berros e desesperos que nos fez passar! Toda a cobrança e rigidez foi essencial para a minha formação e crescimento científico! Profa Sandra é um dos meus grandes exemplos de trabalho e competência! EPÍGRAFE Onde quer que esteja, esteja por inteiro. Se o seu aqui e agora o deixam infeliz, há três opções: abandona-los, mudá-los ou aceitá-los totalmente. Deves escolher uma das opções e aceitar as consequências. Sem desculpas. Sem negatividade. Adaptado de Eckhart Tölle, em o Poder do Agora: Um guia para a iluminação espiritual, 1997. RESUMO BRITO, V. G. B. Papel dos mastócitos sobre o metabolismo ósseo local e sistêmico de ratos normotensos e hipertensos com doença periodontal. Dissertação (Mestrado) - Faculdade de Odontologia, Universidade Estatual Paulista, Araçatuba, 2018. RESUMO Introdução: A doença periodontal (DP) é uma desordem inflamatória dos tecidos de suporte dos dente, iniciada pelo acumulo de biofilme bacteriano, apresentando consequências locais e sistêmicas. A coexistência de doenças sistêmicas, como a hipertensão, pode levar a uma inflamação exacerbada, maior reabsorção óssea e dano sistêmico pronunciado. Além disso, células imunes residentes têm importante papel na progressão da DP, porém, a participação dos mastócitos (MC) ainda não é bem compreendida. Objetivos: Avaliar o papel dos MC sobre o metabolismo ósseo local (mandíbula) e sistêmico (fêmur), em modelo animal normotenso (ratos Wistar) e hipertenso (ratos SHR) com DP. Métodos: Ratos machos Wistar e SHR (10 semanas) foram utilizados. A depleção de MC foi conduzida pelo pré-tratamento com o composto 48/80 e a DP foi induzida por ligadura bilateral nos primeiros molares inferiores, mantida por 15 dias. Foi realizada a identificação de MC no tecido gengival, por coloração com Azul de Toluidina. A perda óssea alveolar e parâmetros de arquitetura óssea na mandíbula e fêmur foram avaliados por microtomografia computadorizada, a expressão gênica de marcadores de formação, remodelamento e reabsorção na mandíbula e fêmur foram avaliada por RT-PCR em tempo real, e a produção de citocinas nos tecidos de interesse foi avaliada por ELISA. Principais resultados: Observamos significativa perda óssea induzida por DP, principalmente no SHR, em comparação ao Wistar, e a depleção de MC foi capaz de prevenir esta perda. A DP levou a expressão aumentada de Opn, Opg, Rankl e Rank, Trap, Ctsk, Vtn, Itga5 e Itgb5, além de aumento na produção de TNF-α, IL-6, IL-10 e CXCL3 na mandíbula, o que foi reduzido em animais depletados de MC. No fêmur, a DP não levou a alterações da arquitetura óssea, mas foi capaz de aumentar a expressão de Runx2, Opn, Opg, Rankl, Rank, Trap, Mmp2, Mmp9, Vtn, Itga5 e Itgb5, o que também foi significativamente reduzido pela depleção de MC. Conclusões: Nossos dados sugerem um importante papel dos MC nas consequências ósseas locais (mandíbula) da DP, especialmente nos animais SHR, além dos efeitos sistêmicos (fêmur) onde os MC possivelmente têm participação na modulação da expressão de marcadores ósseo, alterados pela DP, o que foi mediado por vias diferentes das observadas na resposta local. Palavras chave: Doença periodontal; Mastócitos; Hipertensão; rato SHR. ABSTRACT BRITO, V. G. B. Mast cells role on local and systemic bone metabolism of normotensive and hypertensive rats with periodontal disease. Dissertação (Mestrado) - Faculdade de Odontologia, Universidade Estatual Paulista, Araçatuba, 2018. ABSTRACT Introduction: Periodontal disease (PD) is an inflammatory disorder of the tissues supporting the teeth, which start from the bacterial biofilm accumulation, and results in local and systemic damage. The coexistence of systemic diseases, such as hypertension, can lead to exacerbated inflammation, increased alveolar bone resorption and increased systemic damage. In addition, resident immune cells have an important role in PD progression, however the mast cells (MC) participation is still not well understood. Aims: To evaluate the role of MC in the local (mandible) and systemic (femur) bone metabolism in a normotensive (Wistar) and hypertensive (SHR) rats with PD. Methods: Males Wistar and SHR rats (10-week old) were used. MC depletion was conducted by compound 48/80 treatment and PD was induced by bilateral ligature placed in the lower first molars, which was maintained for 15 days. The identification of MC in the gingival tissue was done by Toluidine Blue staining, alveolar bone loss and bone architecture parameters of mandible and femurs were evaluated by micro-computed tomography, bone markers gene expression on the mandible and femur were evaluated by real time RT-PCR, and the cytokines production was evaluated by ELISA. Key results: We observed a more significant PD- induced bone loss in SHR, compared to Wistar, and MC depletion was able to prevent this loss. PD increased the expression of Opn, Opg/ Rankl/Rank, Trap, Ctsk, Vtn, Itga5 and Itgb5, as well as increased production of TNF-α, IL-6, IL-10 and CXCL3 in the mandible, what was prevented by MC depleted animals. In the femur, PD did not change bone architecture parameters, but was able to increase expression of Runx2, Opn, Opg/Rankl/Rank, Trap, Mmp2, Mmp9, Vtn, Itga5 and Itgb5, which also was significantly reduced by MC depletion. Conclusions: Our data suggest an important role of MC in the local bone consequences (mandible) of PD, especially in SHR, as well the systemic effects (femur), where MC may have a role in bone dynamics by modulating the expression of bone markers, altered by PD, through different mechanism from those observed in the local response. Key worlds: Periodontal disease; Mast cells; Hypertension; SHR. LISTA DE FIGURAS LISTA DE FIGURAS Figura 1 - Fotomicrografia de citocentrifugação do lavado peritoneal corado com Azul de Toluidina 56 Figura 2 - Fotos realizadas durante a indução da doença periodontal 57 Figura 3-1 - Fotomicrografia do tecido gengival, corado com Azul de Toluidina 70 Figura 3-2 - Fotomicrografia do tecido gengival, corado com Azul de Toluidina 71 Figura 4 - Análise de microCT do osso alveolar de animais Wistar e SHR com doença periodontal, previamente depletados de mastócitos 73 Figura 5 - Reconstrução tridimensional da mandíbula (região do primeiro molar) de Wistar e SHR com doença periodontal, previamente depletados de mastócitos 74 Figura 6 - Expressão gênica das citocinas (A) IL1b, (B) Tnfa e (C) IL6 em mandíbula de Wistar e SHR com doença periodontal, previamente depletados de mastócitos 76 Figura 7 - Produção das citocinas (A) TNF-α, (B) IL-6, (C) IL-10 e das quimiocinas (D) CXCL3/CINC-2 e (E) CCL20/MIP-3 α em mandíbula de Wistar e SHR com doença periodontal, previamente depletados de mastócitos 78 Figura 8 - Expressão gênica dos fatores de transcrição (A) Runx2, (B) Osx e (C) Catnb em mandíbula de Wistar e SHR com doença periodontal, previamente depletados de mastócitos 80 Figura 9 - Expressão gênica dos marcadores de formação óssea (A) Alp, (B) Col1a1, (C) Opn, (D) Ocn, (E) Bsp, e (F) Bmp2 em mandíbula de Wistar e SHR com doença periodontal, previamente depletados de mastócitos 82 Figura 10 - Expressão gênica de marcadores de remodelação óssea (A) Opg, (B) Rankl e (C) Rank em mandíbula de Wistar e SHR com doença periodontal, previamente depletados de mastócitos 84 Figura 11 - Expressão gênica dos marcadores de reabsorção óssea (A) Trap, (B) Mmp2, (C) Mmp9, (D) Ctsk, (E) Oscar, (F) Vtn, (G) Itga5, e (H) Itgb5 em mandíbula de Wistar e SHR com doença periodontal, previamente depletados de mastócitos 86 Figura 12 - Análise de microCT do fêmur distal de Wistar e SHR com doença periodontal, previamente depletados de mastócitos 88 Figura 13 - Reconstrução tridimensional da mandíbula (região do primeiro molar) de Wistar e SHR com doença periodontal, previamente depletados de mastócitos 89 Figura 14 - Expressão gênica dos fatores de transcrição (A) Runx2, (B) Osx e (C) Catnb no fêmur de Wistar e SHR com doença periodontal, previamente depletados de mastócitos 92 Figura 15 - Expressão gênica dos marcadores de formação óssea (A) Alp, (B) Col1a1, (C) Opn, (D) Ocn, (E) Bsp, e (F) Bmp2 no fêmur de Wistar e SHR com doença periodontal, previamente depletados de mastócitos 94 Figura 16 - Expressão gênica de marcadores de remodelação óssea (A) Opg, (B) Rankl e (C) Rank no 20emur de Wistar e SHR com doença periodontal, previamente depletados de mastócitos 96 Figura 17 - Expressão gênica dos marcadores de reabsorção óssea (A) Trap, (B) Mmp2, (C) Mmp9, (D) Ctsk, (E) Oscar, (F) Vtn, (G) Itga5, e (H) Itgb5 no fêmur de Wistar e SHR com doença periodontal, previamente depletados de mastócitos 98 Figura 18 - Esquema do papel dos mastócitos no metabolismo ósseo local (mandíbula) de animais Wistar com doença periodontal 118 Figura 19 - Esquema do papel dos mastócitos no metabolismo ósseo local (mandíbula) de animais SHR com doença periodontal 118 Figura 20 - Esquema do papel dos mastócitos no metabolismo ósseo sistêmico (fêmur) de animais Wistar com doença periodontal 119 Figura 21 - Esquema do papel dos mastócitos no metabolismo ósseo sistêmico (fêmur) de animais SHR com doença periodontal 119 Figura 22 - Esquema das conclusões do trabalho 121 LISTA DE TABELAS LISTA DE TABELAS Tabela 1 - Relação dos anticorpos utilizados (R&D systems) 61 Tabela 2 - Relação dos ensaios TaqManTM utilizados 65 LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS µA - Microampere µL - Microlitro µL - Microlitro µm - Micrometro Actb - Beta actin Alp - Bone alkaline phosphatase ANOVA - Analysis of variance, análise de variância ASB - Albumina sérica bovina Bmp2 - Bone morphogenetic protein 2 Bsp/Ibsp - Bone sialoprotein / Integrin-binding sialoprotein BV/TV - Bone volume/Total volume, Volume ósseo/Volume total c48/80 - Composto 48/80 Catnb - β-catenin / Cadherin associated protein beta 1 CCL20 - Chemokine (C-C motif) ligand 20, Ligante quimiocina (motivo C-C) 20 cDNA - Complementary deoxyribonucleic acid, Ácido desoxirribonucleico complementar CINC-2 - Cytokine-induced neutrophil chemoattractant-2, Quimiotático de neutrófilo induzido por citocina-2 Co.Po - Porosidade cortical Co.Th - Espessura cortical Col1a1 - Collagen type I alpha 1 Ct - Cycle threshold, Ciclo limiar Ctsk - Cathepsin K CXCL2 - Chemokine (C-X-C motif) ligand 2, Ligante quimiocina (motivo C-X- C) 2 DEPC - Diethyl pyrocarbonate, Pirocarbonato de dietila DNA - Deoxyribonucleic acid, Ácido desoxirribonucleico DNase - Desoxirribonuclease DP - Doença periodontal HIV - Human immunodeficiency virus, Vírus da imunodeficiência humana IL-10 - Interleukin-10, Interleucina-10 IL-6 - Interleukin-6, Interleucina-6 Itgav - Integrin, alpha V Itgb5 - Integrin, beta 5 Kg - Quilograma kVp - Pico de quilovoltagem mg - Miligrama microCT - Micro-computed tomography, micro tomografia computadorizada MIP-3α - Macrophage inflammatory protein-3 alpha, Proteína inflamatória de macrófago-3 alfa mL - Mililitro mm - Milímetro Mmp2 - Matrix metalloproteinase 2 Mmp9 - Matrix metalloproteinase 9 ms - Milissegundo Ocn/Bglap - Osteocalcin / Bone gamma-carboxyglutamate protein Opg - Tumor necrosis factor receptor superfamily member 11b Opn/Spp1 - Osteopontina / secreted phosphoprotein 1 Oscar - Osteoclast associated immunoglobulin-like receptor Osx/Sp7 - Osterix/Sp7 transcription factor p - Probabilidade PBS - Phosphate-buffered saline, Tampão fosfato salino qRT-PCR - Reverse transcription polymerase chain reaction quantitative real time, Reação de transcriptase reversa, seguida de reação em cadeia da polimerase quantitativo em tempo real Rank - Tumor necrosis factor receptor superfamily member 11a Rankl - Tumor necrosis factor ligand superfamily member 11 RCF - Relative centrifugal force, Força centrífuga relativa RNA - Ribonucleic acid, Ácido ribonucleico RNase - Ribonuclease ROI - Region of interest, Região de interesse RQ - Relative quantitation, Quantificação relativa Runx2 - Runt-related transcription factor 2 S48/80 - Grupo experimenta SHR depletado de mastócitos, com doença periodontal SC - Grupo experimental SHR controle SDP - Grupo experimental SHR com doença periodontal SEM - Standard error of the mean, Erro padrão da média SHR - Spontaneously hypertensive rat, Rato espontaneamente hipertenso SMI - Structure model index, Índice de modelo estrutural Tb.N - Trabecular number, Número de trabéculas Tb.Sp - Trabecular separation, Separação trabecular Tb.Th - Trabecular thickness, Espessura trabecular TNF-α - Tumor necrosis factor alpha, Fator de necrose tumoral Trap/Acp5 - Acid phosphatase 5, tartrate resistant USP - United States Pharmacopeia VOI - Volume of interest, Volume de interesse Vtn - Vitronectin W48/80 - Grupo experimenta Wistar, depletado de mastócitos, com doença periodontal WC - Grupo experimental Wistar controle WDP - Grupo experimental Wistar com doença periodontal LISTA DE SÍMBOLOS LISTA DE SÍMBOLOS α - Alfa * - Asterisco β - Beta º - Grau ºC - Graus Celsius + - Mais ± - Mais ou menos ® - Marca registrada < - Menor que - - Menos : - Para (razão matemática) % - Porcentagem / Por cento TM - Trademark; Marca comercial ∆ - Variação ∆∆ - Variação da variação LISTA DE ANEXOS LISTA DE ANEXOS Anexo 1 - Aprovação da Comissão de Ética no Uso de Animais 138 SUMÁRIO SUMÁRIO INTRODUÇÃO .......................................................................................................... 34 1. INTRODUÇÃO .................................................................................................... 35 1.1. Doença periodontal, aspectos gerais........................................................... 35 1.2. Aspectos sistêmicos da doença periodontal ................................................ 40 1.3. A hipertensão arterial e sua relação com a doença periodontal .................. 41 1.4. Desordens de perda ósseas e sua relação com a doença periodontal e hipertensão arterial ............................................................................................. 43 1.5. Mastócitos e sua relação com a doença periodontal ................................... 46 PROPOSIÇÃO .......................................................................................................... 49 2. Proposição .......................................................................................................... 50 OBJETIVOS .............................................................................................................. 51 3. Objetivos ............................................................................................................. 52 3.1 Objetivo geral ............................................................................................... 52 3.2 Objetivos específicos .................................................................................... 52 MATERIAL E MÉTODOS ......................................................................................... 54 4. Material e métodos ............................................................................................. 55 4.1. Animais e aspectos éticos ........................................................................... 55 4.2. Tratamento com o composto 48/80 ............................................................. 55 4.3. Indução da doença periodontal ................................................................... 57 4.4. Marcação de mastócitos no tecido gengival ................................................ 58 4.5. Micro tomografia computadorizada (microCT) ............................................. 58 4.5.1. Analise do osso alveolar ......................................................................... 58 4.5.2. Analise do porção distal do fêmur ........................................................... 59 4.6. Dosagem de citocinas (TNF-α, IL-6 e IL-10) e quimiocinas (CXCL3/CINC-2 e CCL20/MIP-3α) na mandíbula e fêmur ............................................................ 60 4.6.1. Extração das amostras ........................................................................... 60 4.6.2. Ensaio de ELISA sandwich (Enzyme-Linked Immunosorbent Assay) .... 60 4.7. Análise da expressão gênica de marcadores ósseos .................................. 62 3.7.1. Coleta das amostras ............................................................................... 62 4.7.2. Extração e quantificação do RNA total ................................................... 62 4.7.3 Síntese do DNA complementar e reação em cadeia da polimerase em tempo real ......................................................................................................... 64 4.7.4 Analise dos dados de expressão gênica .................................................. 66 4.8. Análise estatística ........................................................................................ 67 RESULTADOS .......................................................................................................... 68 5. Resultados .......................................................................................................... 69 5.1. Mastócitos são mais frequentes na gengiva de animais com doença periodontal .......................................................................................................... 69 5.2. A depleção de mastócitos previne a perda óssea alveolar induzida pela doença periodontal, principalmente em SHR ..................................................... 72 5.3. A depleção de mastócitos reduz a expressão de citocinas induzida pela doença periodontal em SHR ............................................................................... 75 5.4. A depleção de mastócitos reduz a produção de mediadores inflamatórios na mandíbula, principalmente SHR ......................................................................... 77 5.5. Depleção de mastócitos reduz a expressão de Runx2 e Catnb em mandíbulas de SHR com doença periodontal .................................................... 79 5.6. Depleção de mastócitos previne o aumento da expressão de Opn induzida por doença periodontal em mandíbula ............................................................... 81 5.7. Depleção de mastócitos previne as alterações no eixo Opg/Rankl/Rank induzida por doença periodontal na mandíbula de Wistar e SHR ...................... 83 5.8. Depleção prévia de mastócitos previne as alterações em marcadores de reabsorção óssea em mandíbula de Wistar e SHR com doença periodontal ..... 85 5.9. Doença periodontal não altera a arquitetura óssea em fêmur de Wistar e SHR .................................................................................................................... 87 5.10. Expressão e produção de citocinas no fêmur ............................................ 90 5.11. Depleção de mastócitos reduziu a expressão de fatores de transcrição no fêmur de animais com doença periodontal ......................................................... 91 5.12. O aumento da expressão de marcadores de formação óssea no fêmur, induzido pela doença periodontal, tem participação dos mastócitos .................. 93 5.13. O aumento da expressão de Opg/Rankl/Rank no fêmur, induzido pela doença periodontal, tem participação dos mastócitos ........................................ 95 5.14. O aumento da expressão dos marcadores de reabsorção óssea, induzido pela doença periodontal, tem participação dos mastócitos ................................ 97 DISCUSSÃO ............................................................................................................. 99 6. Discussão ......................................................................................................... 100 CONCLUSÃO ......................................................................................................... 120 7. Conclusão ......................................................................................................... 121 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ....................................................................... 122 ANEXOS ................................................................................................................. 137 Anexo 1 - Aprovação da Comissão de Ética no Uso de Animais .......................... 138 34 INTRODUÇÃO 35 1. INTRODUÇÃO 1.1. Doença periodontal, aspectos gerais A doença periodontal é um termo que compreende diversas desordens que afetam o periodonto, ou seja, os tecidos circundantes e de suporte do dente (Pihlstrom, Michalowicz et al. 2005, Kinane, Stathopoulou et al. 2017). O periodonto exerce a função primária de ancorar os dentes no alvéolo dentário, com uma organização anatômica e funcional complexa. Basicamente, compreende quatro estruturas: a) Gengiva (Tecido conjuntivo mole que recobre o osso alveolar e a raiz dos dentes até a porção cervical, na junção cemento- esmalte, podendo ser anatomicamente dividida em gengiva marginal, aderida e interdental, tem função primária de resistir a danos mecânicos e ataque microbiológico, protegendo os tecidos internos) (Cho and Garant 2000); b) Ligamento periodontal (Intimamente ligado ao tecido gengival e processo alveolar, mediando a ancoragem dos dentes, além de importante papel na manutenção e adaptabilidade do periodonto) (Newman, Takei et al. 2006); c) Cemento (Tecido conectivo mineralizado e não vascularizado que cobre a superfície radicular dos dentes, formando uma interface entre a dentina e o ligamento periodontal, onde este se insere) (Cho and Garant 2000); e d) Osso alveolar (Processo alveolar dos ossos da mandíbula e maxila, na qual os dentes estão inseridos, abrigam as raízes dos dentes e recebem e distribuem as pressões oclusais, tratando-se de uma estrutura bastante ativa e grande capacidade de remodelamento) (Cho and Garant 2000, Huja, Fernandez et al. 2006). 36 Assim, tais condições podem ter diversas etiologias e fatores de risco, entretanto a forma mais comum e estudada é a doença periodontal resultante do biofilme bacteriano ou placa dentária adjacente aos dentes, acumulada diariamente, devido a higienização incorreta (Pihlstrom, Michalowicz et al. 2005). Ainda assim, outras naturezas etiológicas podem ser elencadas: a) Desordens genéticas com manifestação periodontal, como síndrome de Haim- Munk e Papillon-Lefèvre (mutação no gene da catepsina K, leva a destruição periodontal prematura) (Rai, Thiagarajan et al. 2010), síndrome Chédiak-Higashi (mutação no gene regulador de tráfico lisossomal, leva a disfunção fagocítica, predispondo a infecções frequentes) (Bailleul-Forestier, Monod-Broca et al. 2008), síndrome Ehlers-Danlos tipo 4 e 8 (mutação em diversos genes que compromete a estrutura do tecido conjuntivo e a resposta imunológica) (Kapferer-Seebacher, Pepin et al. 2016), síndrome de Kindlers (desordem dermatológica com manifestações periodontais, causada por mutação no gene da proteína kindlin-1) (Wiebe, Petricca et al. 2008), e síndrome de Cohen (alteração no cromossomo 8, leva a atrasos no desenvolvimento neurogênico e obesidade, sendo isto associado a prejuízos periodontais precoces (Alaluusua, Kivitie-Kallio et al. 1997); b) Síndromes metabólicas, como diabetes em indivíduos com mau controle glicêmico que aumentam significativamente o risco para o desenvolvimento e progressão da doença periodontal (Preshaw, Alba et al. 2012); c) Osteoporose, síndrome osteometabólica que leva a prejuízos ósseos generalizados, e pode ser apontada como fator de risco para a doença periodontal (Wang and McCauley 2016); d) Hábitos deletérios, como o tabagismo e etilismo, que contribuem para o desenvolvimento e severidade da doença periodontal, por serem potencialmente agressivos aos tecidos 37 periodontais (Tezal, Grossi et al. 2001, Bergstrom 2004); e) Deficiências imunológicas, de origem genética ou adquirida, como na infecção por HIV, que levam a uma resposta imune prejudicada, favorecendo a colonização bacteriana e a progressão da doença periodontal (Al-Hezaimi, Javed et al. 2012), e f) Outros fatores, como nutrição, trauma e neoplasias também podem ser associados a condições periodontais, mas com menor incidência (Newman, Takei et al. 2014). Devido alta prevalência, a doença periodontal é considera um problema de saúde pública bastante significativo, e segundo dados do Global Burden of Diseases Study, a prevalência global da doença em 2016 foi de 10.54% (aproximadamente 750 milhões de pessoas), e no Brasil, 11.9% (aproximadamente 24 milhões de pessoal), considerando ambos sexos e todas as idades, sendo observada maior prevalência em indivíduos adultos a partir de 35 anos (16.5%) e acima de 45 anos (45%) (Richards 2014, DALYs and Collaborators 2016). Como pontuado por Chapple (2014), trata-se de uma das doenças inflamatórias crônicas mais comuns, especialmente na população socioeconomicamente desfavorecida, sem acesso a informações e atendimento médico-odontológico adequado, sendo a principal causa de perda dentária, favorecendo disfunções mastigatórias, comprometimento de fala e prejuízos na qualidade de vida (Bonfim Mde, Mattos et al. 2013, Batchelor 2014). A patogênese da doença periodontal, de maneira geral, apresenta as fase comuns da demais desordens inflamatórias crônicas. Inicialmente, o acumulo de biofilme dental gera uma resposta local, o que posteriormente se agrava levando a um quadro de gengivite com sinais clínicos já pronunciados, mas ainda reversíveis, visto que nesta fase a remoção do biofilme dental, cessa o estímulo inflamatório levando a resolução espontânea (Hasan and Palmer 2014, Lindhe, 38 Lang et al. 2015). Por outro lado, a permanência do biofilme dental leva a cronificação do processo inflamatório infecioso, e eventualmente, o agravo da condição resulta na formação de bolsas periodontais, caracterizadas pelo aprofundamento do sulco gengival, criando um compartimento colonizado por microrganismos (Pihlstrom, Michalowicz et al. 2005, Newman, Takei et al. 2014) Neste ponto, a doença pode levar a consequências irreversíveis à saúde periodontal, principalmente pela progressão mais acelerada, visto que a higienização oral convencional não é mais suficiente para eliminar o foco infeccioso, exigindo atenção odontológica especializada (Plessas 2014, Teughels, Dhondt et al. 2014). O tratamento adequado pode resolver a contaminação e inflamação, assim como levar a regeneração parcial dos tecidos epiteliais e conjuntivos, incluindo o ósseo, entretanto a completa restauração das estruturas periodontais não ocorre. Sem o tratamento, o avanço patológico poderá levar a perda do elemento dentário pela deterioração periodontal progressiva, cuja inclusive pode dificultar ou comprometer uma reabilitação protética posterior (Berglundh, Persson et al. 2002, Schou, Holmstrup et al. 2006, Donos, Laurell et al. 2012). Apesar do fator determinante para o desenvolvimento da doença periodontal ser o microbiológico, a progressão da doença também depende da susceptibilidade do hospedeiro, configurando uma interação dinâmica patógeno- hospedeiro. A resposta frente ao desafio microbiológico é essencialmente protetora, porém a hiper-responsividade ou hiporresponsividade de vias imunes especificas podem contribuir significativamente para a destruição tecidual. Por exemplo, a atividade de células imunes fagocíticas é bastante importante na contenção do avanço microbiológico, de modo que a subatividade ou a 39 hiperatividade destas células podem causar prejuízos a saúde periodontal (Preshaw, Seymour et al. 2004). Ainda deve-se considerar o recrutamento crônico de células imunes, característica da resposta inflamatória periodontal, devido a permanência do estímulo microbiano. Tanto as células do hospedeiro quanto os microrganismo produzem enzimas proteolíticas que mediam a desorganização e destruição dos tecidos periodontais (Scott and Krauss 2012). Ademais, células imunes residentes e recrutadas e células não imunes produzem grande quantidade de mediadores inflamatórios de diferentes naturezas, como eicosanoides, vasoativos, quimiocinas (quimiotáticos) e citocinas (sinalizadores pleiotrópicos), que orquestram a transição de uma resposta imune predominantemente inata, para uma resposta inata/adaptativas, na fase crônica, com componentes de resposta celulares (principalmente Th1, no início da fase crônica, e Th2 e Th17, fases mais tardias) e humoral (células B). Assim, a resposta imune inflamatória torna-se cada vez mais robusta, menos autolimitada e incapaz de reestabelecer a homeostasia periodontal (Cekici, Kantarci et al. 2014). Atualmente, nenhum fator do hospedeiro é especificamente identificado como a razão da progressão patológica, mas é bem estabelecido que a resposta inflamatória, inicialmente protetora, quando crônicas, frente ao constante desafio microbiológico, é significativamente responsável pelo dano periodontal progressivo (Cekici, Kantarci et al. 2014, Kulkarni and Kinane 2014). 40 1.2. Aspectos sistêmicos da doença periodontal Atualmente, entende-se por “medicina periodontal” como o campo dedicado ao estudo da saúde periodontal associada a saúde geral do indivíduo, cujo objetivo é evidenciar possíveis correlações que apresentem mecanismos de causalidade (Williams and Offenbacher 2000). Apesar da percepção e interesse da comunidade científica pela relação entre a saúde oral e sistêmica existir desde o início do século XX (Hunter 1900, Hunter 1911, Newman 1996), apenas trabalhos científicos surgidos nas últimas décadas apresentando maior rigor científicos associado a métodos mais modernos permitiram, de fato, estabelecer relações de causalidade e propor mecanismos biológicos plausíveis para as observações no âmbito da medicina periodontal (Winning and Linden 2017). Dessa forma, recentemente tem crescido o número de trabalhos que relacionam a doença periodontal com condições sistêmicas, sendo alguns capazes de estabelecer uma relação bidirecional (Kim and Amar 2006), principalmente doenças cardiovasculares arterioscleróticas (Yamazaki, Honda et al. 2007, Tonetti, Van Dyke et al. 2013), síndromes metabólicas, como diabetes (Taylor 2001, Chapple, Genco et al. 2013), complicações gestacionais (Sanz, Kornman et al. 2013), e osteoporose (Svedha, Mahendra et al. 2017). Além disso, outras condições também já foram relacionadas a doença periodontal, como artrite reumatoide, obesidade, doenças respiratórias, disfunções renais, e câncer (Linden, Herzberg et al. 2013, Koziel, Mydel et al. 2014, Olsen 2015). Mecanismos patológicos já foram propostos para explicar tais relações, sendo principalmente: a) Mecanismo direto: A progressão da doença com a formação de bolsas periodontais eventualmente leva a ulcerações do epitélio de revestimento e 41 desorganização do tecido conjuntivo adjacente, favorecendo o acesso de patógenos, ou componentes e subprodutos microbiológicos patogênicos, à circulação sistêmica; como já evidenciado pela identificação de bactérias periodontais em trombos no miocárdio infartado (Ohki, Itabashi et al. 2012); e b) Mecanismo indireto: Atualmente já é bem estabelecido que a inflamação trata-se de um denominador comum para diversas doenças sistêmicas crônicas, como complicações cardiovasculares, diabetes e obesidade, deste modo, a doença periodontal trata-se de uma fonte crônica para um processo inflamatório sistêmico de baixa intensidade (low-grade systemic inflammation), como já evidenciado por trabalhos mostrando principalmente o aumento dos níveis de proteína C reativa circulantes como um marcador (Paraskevas, Huizinga et al. 2008). Apesar de ainda serem necessário mais estudos no âmbito epidemiológico, clinico e básico, para melhor compreender as respostas biológicas, as evidências reunidas até o momento já são suficientes para que a doença periodontal seja vista não mais apenas como uma condição oral, mas como uma doença de impacto sistêmico. 1.3. A hipertensão arterial e sua relação com a doença periodontal A hipertensão arterial é uma doença crônica caracteriza pela elevação da pressão arterial, e basicamente, pode ser classificada como secundária, quando apresenta uma causa definida, sendo as mais comuns desordens hormonais e disfunções renais, enquanto a hipertensão primária, também chamada essencial ou idiopática, não apresenta causa inicial definida, mas é associada 42 principalmente a fatores genéticos (hereditariedade) e hábitos de vida (sedentarismo, dieta desregrada, estresse entre outros), correspondendo a cerca de 90% dos diagnósticos de hipertensão (Carretero and Oparil 2000, Poulter, Prabhakaran et al. 2015). Estima-se por estudos sistemáticos que cerca de 30% da população mundial seja hipertensa, com maior prevalecia na população mais velha, e em países emergentes (Mills, Bundy et al. 2016). Epidemiologicamente, é bastante associada a níveis de mortalidade e comorbidades, alarmando diversas entidades de saúde pública (Whitworth and World Health Organization 2003, Malachias, Souza et al. 2016). Desse modo, é bem alta a probabilidade de coexistência da hipertensão a outras condições, sendo uma delas a doença periodontal, neste caso, principalmente por compartilharem vários fatores de risco, como revisado por Lockhart, Bolger et al. (2012). Ambas condições intuitivamente não parecem ter relação direta, entretanto evidências têm permitido estabelecer estas associações, como por exemplo, o processo inflamatório sistêmico crônico, que vem sendo discutido como o principal mecanismo comum entre as duas condições (Boos and Lip 2006, Harrison, Guzik et al. 2011, Caillon and Schiffrin 2016). A relevância do componente inflamatório no estabelecimento da hipertensão arterial tem sido amplamente estudado nos últimos anos, como revisado por muitos autores (Savoia and Schiffrin 2006, Harrison, Guzik et al. 2011, Harrison, Marvar et al. 2012). Como sugerido por Caillon and Schiffrin (2016), a hipertensão aparenta apresentar um “ciclo vicioso inflamatório”, onde elementos patofisiológicos, como por exemplo o shear stress e alterações do sistema renina-angiotensina, levam a processos inflamatórios que por sua vez 43 agravam as condição hipertensiva. Diversos trabalhos já mostraram a relação da doença com a produção aumentada de citocinas (Mirhafez, Mohebati et al. 2014), estresse oxidativo (Brock, Butterworth et al. 2004, Bullon, Cordero et al. 2011), e disfunções endoteliais (Higashi, Goto et al. 2009, Brito, DalBo et al. 2013). Processos imunológicos têm se mostrado mais relevantes e chamado mais atenção, não apenas na hipertensão, mas em diversas doenças sistêmicas. Como revisado por Harrison, Guzik et al. (2011) pontua diversos mecanismos imunológicos possivelmente relacionados a hipertensão, alguns com potencial terapêutico, permitindo assim entender melhor as relações da doença periodontal e a hipertensão, assim como visar novos avanços terapêuticos. Apesar de não haver um consenso sobre relações de causalidade entre a hipertensão e a doença periodontal, baseado nas diversas evidências apresentadas, várias autores defendem esta hipótese (Leong, Ng et al. 2014, Macedo Paizan and Vilela-Martin 2014). 1.4. Desordens de perda ósseas e sua relação com a doença periodontal e hipertensão arterial Assim como os demais sistemas orgânicos, os ossos são suscetíveis a desordens homeostáticas e processo patológicos de diferentes naturezas que podem levar a perda óssea progressiva, possivelmente resultando em dores, limitação de movimentos, maior risco de fraturas, entre outros prejuízos para qualidade de vida (Feng and McDonald 2011). 44 A osteopenia e osteoporose estão entre as desordens ósseas de maior prevalência, sendo caracterizadas pela redução da massa óssea e deterioração da arquitetura tecidual, aumentando a fragilidade e o risco de fraturas (Nih Consensus Development Panel on Osteoporosis Prevention and Therapy 2001). O processo patogênico se estabelece a partir de déficits nos ciclos de remodelamento ósseo, onde a reabsorção é maior que o de formação óssea, havendo alterações na densidade mineral óssea e microarquitetura normal do tecido. Tratando-se de um distúrbio osteometabólico multifatorial, diferentes variáveis afetam o estabelecimento patológico, entre os principais contribuintes estão a idade (Beausejour 2007, Kassem and Marie 2011), herança genética (Li, Chen et al. 2004), influência hormonal (Vanderschueren, Vandenput et al. 2004, Weitzmann and Pacifici 2006), alterações nutricionais (Cashman 2007), atividade física (Forwood and Burr 1993, Langsetmo, Hitchcock et al. 2012) e alterações no microambiente ósseo, como aumento de espécies reativas de oxigênio e mediadores inflamatórios circulantes. Nos últimos anos muitos estudos têm demostrado os mecanismos relacionados às desordens ósseas induzidas por mediadores inflamatórios (Ginaldi, Di Benedetto et al. 2005, Mundy 2007), bem como a associação entre doenças inflamatórias sistêmicas e perda óssea, incluindo a doença periodontal e hipertensão (Hardy and Cooper 2009, Barbato, Francioni et al. 2015). A hipertensão é um fator de risco para as desordens de perda óssea (Rodan and Martin 2000, Woo, Kwok et al. 2009). Estudos epidemiológicos e em animais têm demonstrado que a alta pressão sanguínea está associada ao metabolismo anormal de cálcio, incluindo o aumento na excreção urinária de 45 cálcio, níveis elevados de hormônio da paratireoide e uma tendência de níveis reduzidos de cálcio ionizado no soro (Cappuccio, Kalaitzidis et al. 2000). Esta perda de cálcio poderia levar ao aumento do movimento do íon a partir do osso e assim, o aumento do risco para osteoporose. As estratégias usadas para o manejo da osteoporose incluem moduladores seletivos de estrógenos, terapia de reposição hormonal, calcitonina e bisfosfonatos (Rodan and Martin 2000). Embora estes protocolos terapêuticos estejam disponíveis e sejam amplamente utilizados clinicamente, apresentam limitações terapêuticas, talvez em partes por não apresentarem nenhum efeito sobre os componentes inflamatórios. Um modelo experimental muito utilizado, que inclui desordens ósseas e hipertensão arterial são os SHR (Spontaneously Hypertensive Rats; Ratos espontaneamente hipertensos). Desenvolvidos como um modelo genético de hipertensão arterial, são bastante similares em muitos aspectos à hipertensão arterial essencial humana (Okamoto and Aoki 1963, Yamori 1994). Estes animais nascem normotensos com pressão arterial média de 110 mmHg e desenvolvem espontaneamente aumento de pressão arterial a partir da 6ª semana de vida, podendo alcançar valores próximo a 200 mmHg aos 12 meses de idade, além de apresentarem alterações ósseas intrínsecas (Landim de Barros, Brito et al. 2016). Diferentes estudos clínicos e experimentais têm mostrado que a hipertensão prejudica a qualidade e densidade de tecidos ósseos (Afghani and Johnson 2006, Afghani and Goran 2007). Entre eles, muitos têm mostrado que ratos SHR apresentam alterações importantes no metabolismo ósseo, como aumento no turnover ósseo e redução na massa óssea cortical e trabecular (Inoue, Moriya et al. 1995, Bastos, Brilhante et al. 2010, Manrique, Pereira et al. 46 2012). Dessa forma, investigar os mecanismos envolvidos no metabolismo óssea em ratos SHR com doença periodontal poderá ser uma ferramenta importante para entender as causas de uma maior perda óssea nestes animais, o que pode levar a inovações terapêuticas. 1.5. Mastócitos e sua relação com a hipertensão e a doença periodontal Os mastócitos são células residentes do tecido conjuntivo, originados de células hematopoiéticas pluripotentes da medula óssea. São células relativamente grandes e morfologicamente variam de acordo com a sua localização, com aparência fusiforme, poligonal ou oval (Rao and Brown 2008). Comumente encontrados nos tecidos subcutâneos e nas mucosas, próximos a vasos sanguíneos e nervos. Apresentam núcleos basófilos, levemente excêntricos, com à presença de um ou mais nucléolos. Caracterizados por apresentar diferentes grânulos metacromáticos, em grande quantidade no citoplasma, ricos em mediadores químicos, secretados pelo processo de degranulação (da Silva, Jamur et al. 2014). Os mastócitos desempenham um papel fundamental na resposta inflamatória, no reparo tecidual e na defesa do organismo, envolvidos na resposta imune inata e adquirida, produzindo mediadores que atuam na resposta celular tipo Th1 e Th2. Quando entram em contato com produtos bacterianos, são imediatamente ativadas, liberando grande quantidade mediadores pró- inflamatórios, como histamina, leucotrienos, fator ativador de plaquetas, fator de necrose tumoral, interleucinas e quimiocinas. Em relação ao reparo tecidual, atuam induzindo a produção de metaloproteinases de matriz, além disso, são 47 capazes de fagocitar, processar e fazer apresentação de antígenos (Walsh 2003, Krystel-Whittemore, Dileepan et al. 2015). Ademais, os mastócitos têm mostrado uma relação direta com doenças cardíacas hipertensivas (Shiota, Rysa et al. 2003, Zhang and Shi 2012), corroborando com as evidências apresentadas anteriormente a respeito de processos imunológicos mais pronunciados relacionados a hipertensão. Também deve ser pontuado que além do sistema renina-angiotensina tradicional, já extensivamente estudado, têm surgido evidências de sistemas renina-angiotensina locais, em diversos tecidos, incluindo o periodonto, com funções fisiopatológicas não cardiovasculares, como inflamação e reparo tecidual (Paul, Poyan Mehr et al. 2006, Santos, Morandini et al. 2015). Sendo os mastócitos a única fonte de renina extra-renal até então conhecida (Silver, Reid et al. 2004), possivelmente são capazes de modular esses sistemas, e por consequências as respostas teciduais frente a desordens. Na doença periodontal, a destruição do periodonto pode estar relacionada com as populações de mastócitos residentes e migrantes durante a resposta imunológica inflamatória. Carranza and Cabrini (1955) foram os primeiros a pesquisarem a presença de mastócitos na doença periodontal em humanos, observando-os em grande número nos tecidos periodontais inflamados. Desde então, muitos trabalhos relataram o aumento significativo de mastócitos em pacientes com gengivite e periodontite crônica, reforçando a hipótese de que estas células podem promover a destruição tecidual (Frame and Nixon 1968, Barnett 1974, Naesse, Schreurs et al. 2003, Batista, Rodini et al. 2005). Assim, supõe-se que os mastócitos possam ter um importante papel na resposta 48 inflamatória periodontal, no entanto, os mecanismos pelos quais estas células contribuir para o prejuízo ósseo são pouco conhecidos. Embora exista um vasto conhecimento científico a respeito da patogênese da doença periodontal e seus efeitos sistêmicos, o presente trabalho visa investigar o papel dos mastócitos sobre o metabolismo ósseo local e sistêmico de ratos normotensos e hipertensos com doença periodontal. 49 PROPOSIÇÃO 50 2. PROPOSIÇÃO A grande prevalência da hipertensão e da doença periodontal, além da possível coexistência destas patologias, devido fatores de riscos comuns, fazem desta situação um relevante problema de saúde pública. Assim, cada vez mais estudos são direcionados para a melhor compreensão dos mecanismos patogênicos e descoberta de novos alvos terapêuticos, no objetivo de ampliar as alternativas de tratamentos, bem como otimizar as terapias já estabelecidas, para assim melhorar a qualidade de vida dos indivíduos acometidos. A participação dos mastócitos na doença periodontal ainda é pouco compreendida, e quando associada a hipertensão, podem haver possíveis diferenças na resposta destas células, provavelmente marcada por uma resposta inflamatória exacerbada, favorecendo a destruição periodontal, bem como os efeitos sistêmicos da doença. Os animis SHR apresentam alterações genéticas que resultam no estabelecimento da hipertensão arterial, além de apresentarem alterações no metabolismo ósseo e na resposta imune, caracterizando um modelo interessante para os objetivos deste trabalho. Considerando as informações acima expostas, justificamos as investigações propostas no presente trabalho, que analisará o papel dos mastócitos sobre o metabolismo ósseo local (mandíbula) e sistêmicos (fêmur) em modelo animal normotenso e hipertenso com doença periodontal experimentalmente induzida, sob a hipótese de que estas células tenham importante papel na severidade e consequências sistêmicas da doença. 51 OBJETIVOS 52 3. OBJETIVOS 3.1 Objetivo geral Avaliar o papel dos mastócitos sobre o metabolismo ósseo local e sistêmico de animais Wistar (normotenso) e SHR (espontaneamente hipertenso) com doença periodontal. 3.2 Objetivos específicos Para responder a proposição e cumprir nosso objetivo geral, foram propostas as seguintes estratégias: a) Prévia depleção de mastócitos com agente farmacológico (composto 48/80); b) Estabelecer a doença periodontal por 15 dias no modelo animal proposto, por ligadura bilateral nos primeiros molares inferiores; c) Identificar a presença de mastócitos no tecido gengival, no modelo proposto; d) Avaliar a consequências na arquitetura óssea local (osso alveolar) e sistêmica (fêmur) da doença periodontal no modelo proposto, por microtomografia computadorizada; e) Avaliar qualitativamente o tecido ósseo na mandíbula e fêmur no modelo proposto, pela expressão gênica de formação óssea (Runx2, Osterix, β- catenina, osteoprotegerina, proteína morfogenética óssea-2, fosfatase alcalina específica do osso; osteocalcina, osteopontina e sialoproteína óssea), reabsorção/remodelamento ósseo (fosfatase ácida resistente ao tartarato, Rank, Rankl, catepsina K, metaloproteinases da matriz 2 e 9, vitronectina, integrinas e molécula co-assessória OSCAR); 53 f) Avaliar a expressão e produção de mediadores inflamatórios na mandíbula e fêmur, no modelo proposto, pelo ensaio de RT-PCR em tempo real e ELISA, respectivamente. 54 MATERIAL E MÉTODOS 55 4. MATERIAL E MÉTODOS 4.1. Animais e aspectos éticos Foram utilizados ratos machos (Rattus novergicus), sendo 40 animais da linhagem Wistar e 40 animais da linhagem SHR (Spontaneouly Hypertensive Rats), adultos (10 semanas), oriundos do Biotério do Departamento de Ciências Básicas, da Faculdade de Odontologia de Araçatuba, Unesp. Os animais Wistar e SHR foram mantidos em salas separadas, com umidade e temperatura controlada (22 ± 1ºC), ciclo claro/escuro (12/12 horas), 3-4 animais por caixa plástica forradas com maravalha, consumindo o mesmo tipo de ração (Labina, Nestlé, Brasil) e água potável ad libitum. Foram tomadas todas as medidas necessárias para utilizar o menor número possível de animais e evitar seu sofrimento. Os protocolos experimentais foram aprovados pela Comissão Local de Ética para Experimentação Animal (Protocolo CEUA/FOA nº 00686-2016), cujo certificado encontra-se no Anexo I. 4.2. Tratamento com o composto 48/80 Para avaliar o papel dos mastócitos no modelo experimental proposto os animais foram previamente depletados de mastócitos, a partir do tratamento com o composto 48/80 (Sigma-Aldrich; St. Louis, Missouri, USA) (c48/80; agente farmacológico indutor da degranulação de mastócitos). O c48/80 foi administrado via intraperitoneal, por 4 dias de 12/12 horas, em doses crescentes (1º e 2º dia: 0,6 mg/kg, 3º dia:1,2 mg/kg; e 4º dia: 2,4 mg/kg), para que no 5º dia fosse realizada a indução da doença periodontal. Para comprovar a depleção sistêmica dos mastócitos, foi coletado o lavado peritoneal, e lâminas foram 56 confeccionadas por citocentrifugação e coloradas com Azul de Toluidina, para identificação das células. Imagens representativas são mostradas na Figura 1. Figura 1 - Fotomicrografia de citocentrifugação do lavado peritoneal corado com Azul de Toluidina. Mastócitos observados colorados em roxo intenso. As imagens são representativas dos grupos. 57 4.3. Indução da doença periodontal O procedimento para indução da doença periodontal foi baseado na adaptação de modelo já caracterizado e aceito na literatura científica, e em nosso grupo de trabalho (Bonato, do-Amaral et al. 2012). Os animais foram anestesiados pela administração intraperitoneal da associação de hidrocloreto de quetamina 80 mg/Kg (Cetamim, Syntec; Hortolândia, São Paulo, Brasil) e hidrocloreto de xilazina 10 mg/Kg (Calmium, Agener União; Embu-Guaçu, São Paulo, Brasil). Após não apresentarem mais reflexos de dor, os animais foram posicionados em mesa odontológica adaptada para roedores, em decúbito ventral tendo a boca mantida aberta por retratores apoiados nos dentes incisivos. O procedimento seguiu com a inserção bilateral de ligadura submarginal de fio de seda (USP 4-0; Diâmetro 0,15 mm) nos primeiros molares inferiores, com amarração mesial (Figura 2). Após um período de 15 dias, os animais foram submetidos à eutanásia, por overdose de anestésico inalatório (Halotano; Tanohalo®, Cristália, Itapina, SP, Brasil), para coleta das amostras (gengivas, hemi-mandíbulas e fêmures). Foram utilizados apenas os animais que apresentaram a ligadura bilateral, devidamente inserida. Figura 2 - Fotos realizadas durante a indução da doença periodontal. (A) Posicionamento do animal na mesa de procedimento, (B) Posição dos retratores; (C) Inserção do fio de seda, e (D) Amarração da ligadura. 58 4.4. Marcação de mastócitos no tecido gengival As gengivas foram fixadas por 24 horas em solução de formaldeído 10% tamponado (pH 7.4) e posteriormente lavadas em água correte por 24 horas. O tecido foi então desidratado em concentrações crescentes de álcool etílico, diafanizados em xilol, infiltrado e emblocado em parafina. As peças foram então usadas para microtomia, e as lâminas foram confeccionadas com cortes de 3 µm de espessura. As lâminas foram então coradas por solução aquosa de Azul de Toluidina 1%, para a identificação de mastócitos no tecido gengival. 4.5. Micro tomografia computadorizada (microCT) Analises tridimensionais por microCT na região do primeiro molar das hemi-mandíbulas direitas e porção distal dos fêmures direitos foram realizadas utilizando um sistema SkyScan 1272 (Bruker microCT; Kontich, Belgium). Os espécimes foram posicionados verticalmente no tomógrafo e as imagens foram adquiridas (70kVp; 142μA; filtro de alumínio 0.5 mm; voxel isotrópico de 9 µm; tempo de exposição de 1100 ms; rotação de 180º, etapa de rotação 0.5º). As imagens foram reconstruídas com o software NRecon (v1.6, Bruker microCT), alinhadas tridimensionalmente com o software DataViewer (v1.5.1.2, Bruker microCT), analisadas com o software CT Analyser (v1.13, Bruker microCT), e posteriormente as imagens tridimensionais representativas de cada grupo foram feitas com o software CTvox (v3.0, Bruker microCT). 4.5.1. Analise do osso alveolar Uma região de interesse (ROI) foi padronizada a partir de pontos anatômicos determinados (Limite superior: teto da furca; Limite inferior: 100 59 fatias a partir do teto (900 µm); Limite distal: raiz proximal do 2º molar; Limite proximal: raiz proximal do 1º molar; e Limites vestibular e lingual: limites do osso alveolar). Um volume de interesse (VOI) foi delimitado automaticamente, utilizando o software de análise, considerando as bordas do osso alveolar na região de interesse. Os espaços ocupados pelo dente (cora e raízes) foram desconsiderados na análise. Foi considerado a porcentagem de osso (BV/TV), número (Tb.N), espessura (Tb.Th) e separação (Tb.Sp) de trabéculas (Bouxsein, Boyd et al. 2010). 4.5.2. Analise do porção distal do fêmur Duas regiões de interesse (ROI) foram padronizadas, para o osso trabecular (Limite superior: 150 fatias abaixo da placa de crescimento; Limite inferior: 100 fatias a partir do limite superior (900 µm)), e para o osso cortical (Limite superior: ausência de osso trabecular; Limite inferior: 100 fatias abaixo do limite superior (900 µm)). Os volumes de interesse (VOI) foram delimitado automaticamente, utilizando o software de análise, para o osso trabecular (Limites da borda interna do córtex medular) e cortical (limites dos osso cortical). Na porção trabecular foi analisado a porcentagem de osso (Tb.BV/TV), SMI (Tb.SMI), número de trabécula (Tb.N), espessura de trabécula (Tb.Th) e separação de trabécula (Tb.Sp), e na porção cortical foi avaliado a espessura da cortical (Co.Th) e porcentagem de porosidade cortical (Co.Po) (Bouxsein, Boyd et al. 2010). 60 4.6. Dosagem de citocinas (TNF-α, IL-6 e IL-10) e quimiocinas (CXCL3/CINC- 2 e CCL20/MIP-3α) na mandíbula e fêmur 4.6.1. Extração das amostras Foi utilizada a porção da mandíbula referente aos dentes molares (corpo da mandíbula) e a porção distal do fêmur. O tecido foi macerado em nitrogênio líquido e posteriormente homogeneizado com tampão de lise (Tris 100 mM, NaCl 150 mM, Tween 20 1%, deoxicolato de sódio 0.5% e coquetel inibidor de proteases cOmplete™/Sigma, pH 7.4), na proporção de ±100 µg de tecido/800 µL de tampão em um homogeneizador de tecidos (Omni TH, Omni International; Tulsa, Oklahoma, EUA). As amostras foram então centrifugadas (16000 RCF, 20 minutos, 4 ºC), o sobrenadante coletado e o conteúdo de proteínas totais foi determinado pelo método de Lowry (Lowry, Rosebrough et al. 1951). 4.6.2. Ensaio ELISA sandwich (Enzyme-Linked Immunosorbent Assay) Para quantificação das citocinas Fator de Necrose Tumoral-α (TNF-α), Interleucina-6 (IL-6), Interleucina-10 (IL-10), e quimiocinas CXCL3/CINC-2 e CCL20/MIP-3α, foi utilizada a técnica ELISA sandwich, brevemente descrita a seguir. Primeiramente, microplacas (96 poços) foram incubadas com os respectivos anticorpos de captura diluídos em PBS (NaCl 137 mM, KCl 2.7 mM, KHPO4 2 mM, e Na2HPO4 8 mM) (16 horas, 4ºC) (R&D systems, Minneapolis, Minnesota, EUA). As placas foram lavadas com solução de lavagem (PBS, Tween 20 1%) e bloqueadas com solução de albumina sérica bovina 1% (ASB 1% em PBS) (1 hora, temperatura ambiente). Em seguida, as placas foram 61 novamente lavadas, e foram incubadas as respectivas curvas padrões (4000- 31.25 pg/mL, diluição seriada de 2x em ASB 1%) e as amostras (3 horas, temperatura ambiente). As placas foram novamente lavadas e incubadas com os respectivos anticorpos biotinilados (1 hora, temperatura ambiente). Posteriormente as placas foram lavadas e incubadas com avidina conjugada a peroxidase (ExtrAvidin®−Peroxidase, Sigma) (30 minutos, temperatura ambiente, no escuro). As placas foram então lavadas e incubadas com o substrato cromogênico (solução de TMB, 3,3′,5,5′-tetrametilbenzidina) (30 minutos, temperatura ambiente, no escuro). Ao final, a reação de cor foi interrompida com ácido sulfúrico 1 N, as absorbâncias foram determinadas em 450 nm, as concentrações dos alvos nas amostras foram determinados em relação a curva padrão e depois normalizados pelo respectivo conteúdo de proteínas totais. Os anticorpos utilizados encontram-se listados na Tabela 1. Tabela 1. Relação dos anticorpos utilizados (R&D systems) Alvo Anticorpo de captura Proteína recombinante Anticorpo biotinilado TNF-α MAB510 510-RT BAF510 IL-10 MAB519 522-RL BAF519 IL-6 MAB506 506-RL BAF506 CXCL3 MAB516 516-CA BAF516 CCL20 MAB540 540-RM BAF540 62 4.7. Análise da expressão gênica de marcadores ósseos 3.7.1. Coleta das amostras A coleta das amostras destinadas a referida analise foi realizada com técnica asséptica, em campo e material cirúrgico limpo com o reagente de descontaminação RNAse AwayTM (InvitrogenTM, Thermo Fisher Scientific; Carlsbad, CA, USA) e tubos com especificação PCR clean (livre de DNase/RNase). As amostras de hemi-mandíbula foram cortadas nas regiões de interesse (região do molares, corpo da mandíbula, ±100 mg de tecido) e os tecidos moles adjacentes foram removidos. Os fêmures cortados e a porção distal foi utilizada, sendo a medula lavada com água tratada com pirocarbonato de dietila (água-DEPC). Os tecidos foram imediatamente congelados em nitrogênio e armazenados a -80 °C, até a realização das seguintes etapas. 4.7.2. Extração e quantificação do RNA total A extração de RNA total foi realizada com reagente Trizol LS (InvitrogenTM), com protocolo adaptado a partir do recomendado pelo fabricante. As amostras de tecido (corpo da mandíbula e fêmur distal) foram pulverizadas com gral e pistilo, em nitrogênio líquido, posteriormente foi adicionado ao pó 3 mL do reagente Trizol LS, para homogeneização com o tecido. O homogenato foi transferido para um tubo de 2 mL e centrifugado para clarificação da amostra de partículas de osso não homogeneizadas (14000 RCF, 20 minutos; 4 °C). O volume de 1 mL do sobrenadante foi transferido para um tubo limpo, ao qual foi adicionado 300 µL de clorofórmio, seguido de vigorosa homogeneização em agitador vórtex (2800 rpm; 20 segundos) e incubados por 10 minutos a 63 temperatura ambiente. Posteriormente, as amostras foram centrifugadas (13000 RCF; 15 minutos; 4 °C) e a fases aquosa foi coletada (400 µL) em um tubos limpos. Aos tubos, foi adicionado mais 1 mL de Trizol LS e 300 µL de clorofórmio. Os tubos foram vigorosamente agitados e incubados em temperatura ambiente por 5 minutos. As amostras foram centrifugadas (13000 RCF; 15 minutos; 4 °C) e a fase aquosa foi novamente coletada (400 µL) em um tubos limpos. Para precipitação do RNA foi adicionados 500 μL isopropanol, e as amostras foram mantidas a -20 °C por 2 horas. Os tubos foram então centrifugados (13000 RCF; 15 minutos; 4ºC), o pellet foi lavado em etanol 75% e novamente centrifugado (10000 RCF;10 minutos; 4ºC), o sobrenadante foi descartado e o residual de solução foi evaporado com o tubo invertido. O precipitado foi diluído em 30 μL de água-DEPC e as amostras foram armazenadas a -80 °C, até os procedimentos seguintes. A quantificação do RNA total foi realizada por fluorometria com o Quant- iT™ RiboGreenTM RNA Assay Kit (InvitrogenTM) em equipamento Nanodrop 4000 (Thermo Fisher Scientific), seguindo as recomendações do fabricante. Além disso, a pureza das amostras foi avaliada por espectrofotometria com leituras nos comprimentos de onda de 260 nm (para ácidos nucleicos), 280 nm (para proteínas) e 230 nm (para fenol), considerando as razões 260/280 (satisfatória entre 1.8 - 2.0) e 260/230 (satisfatório entre 2.0 – 2.2). Posteriormente, com o propósito de eliminar possível contaminação por DNA genômico, anteriormente a transcrição reversa, as amostras foram tratadas com kit DNAse I (Sigma- Aldrich), seguindo as recomendações do fabricante. 64 4.7.3 Síntese do DNA complementar e reação em cadeia da polimerase em tempo real O DNA complementar (cDNA) foi sintetizado a partir de 2 μg de RNA total, por reação de transcrição reversa, utilizando o High Capacity Kit RNA-to-cDNA (Applied BiosystemsTM, Themo Fisher Scientific), seguindo as recomendações do fabricante. A quantificação comparativa da expressão dos diferentes alvos foi realizada por reações em cadeia de polimerase em tempo real (qRT-PCR) aparelho StepOne™ Real-Time PCR System (Thermo Fisher Scientifics). Para as reações, foi utilizado o sistema TaqMan (TaqManTM Gene Expression Assays, Applied BiosystemsTM), com sonda conjugada a fluoróforo FAM® e extintor MGB (FAM fluorophore reporter / non fluorescente quencher MGB), seguindo as instruções do fabricante, para os alvos descritos na Tabela 2. 65 Tabela 2 - Relação dos ensaios TaqManTM utilizados Fatores de transcrição Runx2 Runt-related transcription factor 2 Rn01512298_m1 Osx/Sp7 Osterix/Sp7 transcription factor Rn02769744_s1 Catnb β-catenin/cadherin associated protein beta 1 Rn00584431_g1 Marcadores de formação óssea Alp Bone alkaline phosphatase Rn01516028_m1 Col1a1 Collagen type I alpha 1 Rn01463848_m1 Opn/Spp1 Osteopontina / secreted phosphoprotein 1 Rn00681031_m1 Ocn/Bglap Osteocalcin / bone gamma-carboxyglutamate protein Rn00566386_g1 Bsp/Ibsp Bone sialoprotein / integrin-binding sialoprotein Rn00561414_m1 Bmp2 Bone morphogenetic protein 2 Rn00567818_m1 Marcadores de reabsorção / Remodelamento ósseo Opg Tumor necrosis factor receptor superfamily member 11b Rn00563499_m1 Rankl Tumor necrosis factor ligand superfamily member 11 Rn00589289_m1 Rank Tumor necrosis factor receptor superfamily member 11a Rn04340164_m1 Trap/Acp5 Acid phosphatase 5, tartrate resistant Rn00569608_m1 Mmp2 Matrix metalloproteinase 2 Rn01538170_m1 Mmp9 Matrix metalloproteinase 9 Rn00579162_m1 Ctsk Cathepsin K Rn00580723_m1 Oscar Osteoclast associated immunoglobulin-like receptor Rn01530958_m1 Vtn Vitronectin Rn01466920_g1 Itgav Integrin, alpha V Rn01485633_m1 Itgb5 Integrin, beta 5 Rn01439348_m1 Citocinas Il1b Interleukin 1 beta Rn00580432_m1 Tnfa Tumor necrosis factor alpha Rn99999017_m1 Il6 Interleukin 6 Rn01410330_m1 Gene constitutivo (Housekeeping gene) Actb Beta actin Rn00667869_m1 66 Para eleição da diluição do cDNA melhor eficiência de reação, foram realizadas diluições seriadas de um pool de cDNA das amostras (1:2, 1:4; 1:8; 1:16, e 1:32). Os ensaios foram então conduzidos as amostras nas diluições de 1:8 ou 1:4 com reagentes Taqman® Gene Expression Master Mix (Applied BiosystemsTM) e ensaio inventoriado, seguindo as etapas de reação como determinado pelo fabricante (Passo 1: 2 minutos a 50 °C; Passo 2: 10 minutos a 95 °C; e Passo 3: 40 ciclos de 15 segundos a 95 °C e 1 minutos e 60 °C). Uma reação negativa (água) foi feita para cada um dos ensaios, como controle negativo. 4.7.4 Analise dos dados de expressão gênica Os níveis de expressão dos genes alvo foi determinada por método de Ct comparativo, com a equação Quantificação Relativa (RQ) = 2-ΔΔCt (Livak and Schmittgen 2001). De maneira breve, para o cálculo do RQ de cada amostra, foi utilizado o valor de Ct (cycle threshold ou ciclo limiar) do gene alvo e constitutivo (Actb). O valor do Ct do gene alvo foi subtraído do valor do Ct do gene constitutivo, resultando no valor de ΔCt; que por sua vez foi subtraído do valor do ΔCt do calibrador (grupo referência, Wistar Controle), para resultar no valor de ΔΔCt. Este valor foi utilizado na fórmula do RQ, onde o número 2 representa a somatória da eficiência do gene alvo e do constitutivo (Livak and Schmittgen 2001). 67 4.8. Análise estatística A normalidade e a homocedasticidade dos dados foram avaliados pelos testes de Shapiro-Wilk, e a partir destes resultados, foi aplicado teste paramétrico, análise de variância de um fator (one-way ANOVA), seguido de teste post hoc de Sidak, incluindo as comparações Controle vs DP, DP vs 48/80+DP, e Wistar vs SHR nas mesmas condições experimentais. Os gráficos representam os dados como a média e o erro padrão da média (SEM, standard error of the mean) Os níveis de significância são indicados pelo valor ajustado de p, como * (p<0.05), ** (p<0.01), *** (p<0.001), e **** (p<0.0001). As analises foram realizadas no software estatístico Graph Pad Prism v7.0 (GraphPad Software Inc.; San Diego, Califórnia, USA). 68 RESULTADOS 69 5. RESULTADOS 5.1. Mastócitos são mais frequentes na gengiva de animais com doença periodontal Inicialmente, identificamos a presença de mastócitos no tecido gengival, pela coloração com Azul de Toluidina. Nos grupos Wistar e SHR controle (WC e SC) foram observados raros mastócitos, entretanto, nos grupos com doença periodontal (WDP e SPD), a frequência destas células foi maior, como é possível visualizar na Figura 3-1 B,b e Figura 3-2 E,e (mastócitos apontados pelas setas). Em contrapartida, como esperado, nos grupos depletados de mastócitos, pelo tratados prévio com composto 48/80, estas células foram muito menos numerosas. 70 Figura 3-1. Fotomicrografia do tecido gengival, corado com Azul de Toluidina. (A,a) Wistar controle, (B,b) Wistar com doença periodontal, e (C,c) Wistar com doença periodontal previamente depletado de mastócitos. A figura mostra imagens representativas (n=4), com tratamento de contraste. Setas prestas identificam os mastócitos, corados em roxo. 71 Figura 3-2. Fotomicrografia do tecido gengival, corado com Azul de Toluidina. (D,d) SHR controle, (E,e) SHR com doença periodontal, e (F,f) SHR com doença periodontal previamente depletado de mastócitos. A figura mostra imagens representativas (n=4), com tratamento de contraste. Setas prestas identificam os mastócitos, corados em roxo. 72 5.2. A depleção de mastócitos previne a perda óssea alveolar induzida pela doença periodontal, principalmente em SHR Primeiramente, analisamos a perda óssea alveolar e os parâmetros de arquitetura óssea por micro tomografia computadorizada (microCT) em mandíbulas de Wistar e SHR com 15 dias de doença periodontal, depletados ou não de mastócitos. Os grupos WC e SC apresentaram parâmetros similares de porcentagem e arquitetura óssea (%BV/TV, Tb.N, Tb.Th e Tb.Sp). Por outro lado, os grupos Wistar e SHR com doença periodontal (WPD e SPD) apresentaram perda óssea significativa, observada pela menor porcentagem de volume ósseo, em relação aos respectivos controles (p<0.05 e p<0.001, respectivamente), o que foi mais significativo nos animais SHR (p<0.01). No entanto, a DP não alterou significativamente o número, espessura e espaçamento trabecular (Tb.N, Tb.Th e Tb.Sp) (Figura 4B, C e D). De maneira interessante, depleção prévia de mastócitos reduziu a perda óssea alveolar induzida pela DP nos animais Wistar (5%, p=0.550) e, mais significativamente em SHR (10%, p<0.01), enquanto a arquitetura trabecular não foi significativamente alterada. 73 Figura 4 - Análise de microCT do osso alveolar de animais Wistar e SHR com doença periodontal, previamente depletados de mastócitos. (A) Porcentagem óssea, (B) Número de trabéculas, (C) Espessura de trabéculas, (D) Separação de trabéculas. Gráficos representam a média ± erro padrão da média (n=5). Diferenças estatísticas expressas por * (p<0.05), ** (p<0.01), ***(p<0.001) e **** (p<0.0001). 74 Figura 5 - Reconstrução tridimensional da mandíbula (região do primeiro molar) de Wistar e SHR com doença periodontal, previamente depletados de mastócitos. Imagens representativas dos grupos (A) WC, (B) WDP, (C) W48/80, (D) SC, (E) SDP, e (F) S48/80. 75 5.3. A depleção de mastócitos reduz a expressão de citocinas induzida pela doença periodontal em SHR Ademais, avaliamos também a expressão gênica das citocinas IL1b, Tnfa e IL6, em mandíbula, nas condições experimentais propostas. Em reação aos grupos controle, não houveram diferenças constitutivas na expressão das citocinas analisadas, entretendo nos grupos com DP, foram observadas diferenças significativas. O grupo WPD apresentou maior expressão de Tnfa (p<0.05) e IL6 (p<0.05), comparada a WC. Nos animais SHR, o grupo SDP apresentou maior expressão de todos as citocinas analisadas IL1b (p<0.001), Tnfa (p<0.01), e IL6 (p<0.01), em relação a SC, além de maior expressão de IL1b (p<0.05) e IL6 (p<0.05), comparado a WDP. A depleção de mastócitos nos grupo W48/80 não levou a alterações significativas, mas nos grupo S48/80 houve redução significativa da expressão de IL1b (p<0.05) e IL6 (p<0.05), em relação a SPD. 76 Figura 6 - Expressão gênica das citocinas (A) IL1b, (B) Tnfa e (C) IL6 em mandíbula de Wistar e SHR com doença periodontal, previamente depletados de mastócitos. Gráficos representam a média ± erro padrão da média (n=6). Diferenças estatísticas expressas por * (p<0.05), ** (p<0.01), ***(p<0.001) e **** (p<0.0001). 77 5.4. A depleção de mastócitos reduz a produção de mediadores inflamatórios na mandíbula, principalmente SHR No intuído de corroborar com os dados de expressão gênica, quantificamos a produção das citocinas TNF-α, IL-6, IL-10, e quimiocinas CXCL3/CINC-2 e CCL20/MIP-3α, em mandíbula, nas condições experimentais propostas. Em relação as diferenças constitutivas entre os grupos controle, SC apresentou maior produção de IL-6 (p<0.01), CXCL3 (p<0.05) e CCL20 (p<0.01), em relação a WC. A doença periodontal levou a maior produção de todos os alvos analisados em ambas linhagem, em relação aos respectivos controles, exceto pela quimiocinas CCL20, sendo os aumentos de TNF-α, IL-6 e CXCL3 maiores no grupo SDP, comparado a WPD. A depleção de mastócitos levou a menor produção de IL-6 (p<0.05), e CXCL3 (p<0.01) no grupo W48/80, em relação ao WDP, já no grupo S48/80 houve redução da produção TNF-α (p<0.001), IL-6 (p<0.05), e CXCL3 (p<0.001). A produção de IL-10 e CCL20 não foi alterada pela depleção de mastócitos. 78 Figura 7 - Produção das citocinas (A) TNF-α, (B) IL-6, (C) IL-10 e das quimiocinas (D) CXCL3/CINC-2 e (E) CCL20/MIP-3 α em mandíbula de Wistar e SHR com doença periodontal, previamente depletados de mastócitos. Gráficos representam a média ± erro padrão da média (n=6). Diferenças estatísticas expressas por * (p<0.05), ** (p<0.01), ***(p<0.001) e **** (p<0.0001). 79 5.5. Depleção de mastócitos reduz a expressão de Runx2 e Catnb em mandíbulas de SHR com doença periodontal Com objetivo de avaliar o papel local dos mastócitos nas expressão gênica de marcadores de formação óssea, primeiramente analisamos três importantes fatores de transcrição, Runx2, Osx e Catnb, em mandíbula, no modelo experimental proposto. Em relação as diferenças constitutivas entre as linhagens Wistar e SHR, SC apresentou menor expressão de Runx2 (p<0.01), enquanto a expressão de Osx e Catnb foram similares. O grupo WDP não apresentou alterações significativas na expressão dos fatores de transcrição analisados, comparado a WC, entretanto, a depleção prévia de mastócitos reduziu a expressão Catnb (p<0.05), comparado a WPD. No grupo SPD houve um aumento significativo da expressão de Catnb (p<0.05), comparado a WC, e a depleção prévia de mastócitos levou a redução significativa de Runx2 (p<0.05) e Catnb (p<0.0001), comparado a SPD. 80 Figura 8 - Expressão gênica dos fatores de transcrição (A) Runx2, (B) Osx e (C) Catnb em mandíbula de Wistar e SHR com doença periodontal, previamente depletados de mastócitos. Gráficos representam a média ± erro padrão da média (n=6). Diferenças estatísticas expressas por * (p<0.05), ** (p<0.01), ***(p<0.001) e **** (p<0.0001). 81 5.6. Depleção de mastócitos previne o aumento da expressão de Opn induzida por doença periodontal em mandíbula Posteriormente, avaliamos a expressão gênica de Alp, Col1a1, Opn, Ocn, Bsp, e Bmp2, em mandíbula, no modelo experimental proposto. O grupo SC apresentou expressão reduzida de Opn e Bmp2 (p<0.05 e p<0.01, respectivamente), comparados ao grupo WC, enquanto a expressão dos demais alvos avaliados mostrou-se semelhante. A doença periodontal nos animais Wistar levou a redução da expressão de Alp (p<0.0001) e aumento de Opn (p<0.05), enquanto a depleção prévia de mastócitos foi capaz de reduzir a expressão de Opn (p<0.01), comparado ao grupo WPD. Nos animais SHR, a doença periodontal causou redução da expressão de Alp (p<0.001) e aumento de Opn (p<0.01), similar ao grupo WPD. A depleção prévia de mastócitos também preveniu o aumento de Opg (p<0.05), e além disso, levou a redução da expressão de Col1a1 (p<0.05) e Bmp2 (p<0.05). 82 Figura 9 - Expressão gênica dos marcadores de formação óssea (A) Alp, (B) Col1a1, (C) Opn, (D) Ocn, (E) Bsp, e (F) Bmp2 em mandíbula de Wistar e SHR com doença periodontal, previamente depletados de mastócitos. Gráficos representam a média ± erro padrão da média (n=6). Diferenças estatísticas expressas por * (p<0.05), ** (p<0.01), ***(p<0.001) e **** (p<0.0001). 83 5.7. Depleção de mastócitos previne as alterações no eixo Opg/Rankl/Rank induzidas por doença periodontal na mandíbula de Wistar e SHR Avaliamos também a expressão dos componentes do eixo Opg/Rankl/Rank. Nosso resultados evidenciaram que a expressão de Opg no grupo SC foi constitutivamente menor (p<0.001), comparado a WC, enquanto a expressão de Rankl e Rank foi similar. No grupo WDP houve redução da expressão de Opg (p<0.01), e aumento de Rankl (p<0.0001) e Rank (p<0.05), comparado a WC, e a depleção prévia de mastócitos reduziu a expressão de Opg (p<0.05), Rankl (p<0.001) e Rank (p<0.01), comparado a WPD. No grupo SDP houve aumentou da expressão de todos os alvos Opg (p<0.0001), Rankl (p<0.0001) e Rank (p<0.01), comparado a SC, e a depleção de mastócitos preveniu estas alterações, visto que foram observadas reduções da expressão de Opg (p<0.0001), Rank (p<0.0001) e Rank (p<0.0001), comparado a SPD. 84 Figura 10 - Expressão gênica de marcadores de remodelação óssea (A) Opg, (B) Rankl e (C) Rank em mandíbula de Wistar e SHR com doença periodontal, previamente depletados de mastócitos. Gráficos representam a média ± erro padrão da média (n=6). Diferenças estatísticas expressas por * (p<0.05), ** (p<0.01), ***(p<0.001) e **** (p<0.0001). 85 5.8. Depleção prévia de mastócitos previne as alterações em marcadores de reabsorção óssea em mandíbula de Wistar e SHR com doença periodontal Nosso próximo passo foi avaliar os marcadores de reabsorção óssea Trap, Mmp2, Mmp9, Ctsk, Oscar, Vtn, Itga5, e Itgb5, buscando compreender os mecanismos envolvidos na resposta observada. O grupo SC apresentou constitutivamente maior expressão de Trap (p<0.0001), Mmp9 (p<0.01), Mmp2 (p<0.0001), e Oscar (p<0.01), comparado a WC. Em relação ao grupo WDP, houve um aumento significativo da expressão de todos os marcadores avaliados, exceto por Vtn, e a depleção prévia de mastócitos foi capaz de reduzir a expressão de Trap, Mmp2, Itga5 e Itgb5, e Vtn, comparado a WPD. No grupo SDP, houve aumento significativo da expressão de todos os marcados avaliados, exceto por Mmp2, e a depleção prévia de mastócitos foi capaz diminuir esta resposta para Trap, Ctsk, Vtn, Itga5, e Itgb5. A expressão de Mmp2 manteve-se sem alterações, semelhante a SC, e a expressão de Oscar manteve-se aumentada, similar a SDP. 86 Figura 11 - Expressão gênica dos marcadores de reabsorção óssea (A) Trap, (B) Mmp2, (C) Mmp9, (D) Ctsk, (E) Oscar, (F) Vtn, (G) Itga5, e (H) Itgb5 em mandíbula de Wistar e SHR com doença periodontal, previamente depletados de mastócitos. Gráficos representam a média ± erro padrão da média (n=6). Diferenças estatísticas expressas por * (p<0.05), ** (p<0.01), ***(p<0.001) e **** (p<0.0001). 87 5.9. Doença periodontal não altera a arquitetura óssea do fêmur de Wistar e SHR Posteriormente, no intuito de avaliar os efeitos da doença periodontal e da depleção prévia de mastócitos sobre o metabolismo ósseo sistêmico, avaliamos a arquitetura óssea na porção proximal do fêmur, no modelo experimental proposto. Nossos resultados não evidenciaram diferenças significativas entre os grupos WC e SC, exceto pela porosidade cortical, que foi aumentada nos animais SHR (p<0.05). Em relação a doença periodontal, não observamos alterações nos parâmetros analisados, em relação aos grupos controle, entretanto o grupo SDP apresentou menor porcentagem óssea trabecular (Tb.BV/TV), quando comparado ao grupo WDP (p<0.05). Da mesma forma, a depleção prévia de mastócitos não alterou o perfil de resposta de maneira significativa, entretanto, o grupo S48/80 apresentou maior porcentagem de porosidade cortical, em relação ao grupo W48/80 (p<0.05). 88 Figura 12 - Análise de microCT do fêmur distal de Wistar e SHR com doença periodontal, previamente depletados de mastócitos. (A) Porcentagem óssea trabecular, (B) SMI trabecular, (C) Número de trabéculas, (D) Espessura de trabéculas, (E) Separação de trabéculas, (F) Espessura cortical, e (G) Porcentagem de porosidade cortical Gráficos representam a média ± erro padrão da média (n=5). Diferenças estatísticas expressas por * (p<0.05), ** (p<0.01), ***(p<0.001) e **** (p<0.0001). 89 Figura 13 - Reconstrução tridimensional do fêmur (região distal) de Wistar e SHR com doença periodontal, previamente depletados de mastócitos. Imagens representativas dos grupos (A) WC, (B) WDP, (C) W48/80, (D) SC, (E) SDP, e (F) S48/80. 90 5.10. Expressão e produção de citocinas no fêmur Não foi possível a quantificação dos mediadores inflamatórios (TNF-α, IL- 6, IL-10, CXCL3, e CCL20) pelo ensaio de ELISA, bem como a quantificação relativa da expressão de Tnfa, Il6 e Il10, visto que os analitos nas amostras encontrava-se abaixo dos limites de detecção dos ensaios propostos. 91 5.11. Depleção de mastócitos reduziu a expressão de fatores de transcrição no fêmur de animais com doença periodontal Apesar de não termos observado diferenças na arquitetura óssea do fêmur, no modelo experimental proposto, decidimos avaliar a expressão gênica de marcadores ósseos, no intuito de evidenciar possíveis alterações induzidas pela doença periodontal, bem como o efeito da depleção dos mastócitos. Portanto, primeiramente avaliamos a expressão dos fatores de transcrição Runx2, Osx e Ctnb. Não foram observadas diferenças constitutivas significativas entre WC e SC, entretanto, a doença periodontal, no grupo WDP, observou-se aumento da expressão de Runx2 (p <0,001), em relação a WC, e a depleção prévia de mastócitos foi capaz de reduzir esta resposta (p<0.05). Por outro lado, no grupo SDP, não foram observadas diferenças significativas, como observado em WDP, porém a depleção prévia de mastócitos foi capaz de reduziu a expressão de Runx2 (p<0.001), Osx (p<0.0001) e Catnb (p <0.0001), de maneira mais significativa que o observado em W48/80. 92 Figura 14 - Expressão gênica dos fatores de transcrição (A) Runx2, (B) Osx e (C) Catnb no fêmur de Wistar e SHR com doença periodontal, previamente depletados de mastócitos. Gráficos representam a média ± erro padrão da média (n=6). Diferenças estatísticas expressas por * (p<0.05), ** (p<0.01), ***(p<0.001) e **** (p<0.0001). 93 5.12. O aumento da expressão de marcadores de formação óssea no fêmur, induzido pela doença periodontal, tem participação dos mastócitos Na sequência, avaliamos a expressão dos marcadores de formação óssea no fêmur no modelo proposto. Em relação as diferenças constitutivas entre Wistar e SHR, o grupo SC apresentou menor expressão de Alp (p<0.05) e Col1a1 (p <0.001), em relação a WC. Em relação aos efeitos da doença periodontal, no grupo WDP observamos maior expressão de Col1a1 (p<0.01), Opn (p<0.0001), Ocn (p<0.001) e Bsp (p<0,01), em relação a WC, e a depleção prévia de mastócitos foi capaz de reduzir significativamente a expressão de Opn (p<0.001), em relação a WDP. No grupo SDP, observamos apenas aumenta da expressão de Opn (p<0.05), entretanto a depleção prévia de mastócitos levou redução da expressão de Alp (p <0.0001) e Opn (p<0,0001), de maneira mais significativa que o observado no grupo W48/80. 94 Figura 15 - Expressão gênica dos marcadores de formação óssea (A) Alp, (B) Col1a1, (C) Opn, (D) Ocn, (E) Bsp, e (F) Bmp2 no fêmur de Wistar e SHR com doença periodontal, previamente depletados de mastócitos. Gráficos representam a média ± erro padrão da média (n=6). Diferenças estatísticas expressas por * (p<0.05), ** (p<0.01), ***(p<0.001) e **** (p<0.0001). 95 5.13. O aumento da expressão de Opg/Rankl/Rank no fêmur, induzido pela doença periodontal, tem participação dos mastócitos No passo seguinte, avaliamos a expressão gênica do eixo Opg/Rankl/Rank em fêmur no modelo experimental proposto. Wistar e SHR não apresentaram diferenças constitutivas. Em Wistar, a doença periodontal levou a expressão aumentada de Opg (p<0,01), Rankl (p<0,05) e Rank (p<0,05), e a depleção de mastócitos reduziu significativamente todos os alvos. No SHR, a doença periodontal aumentou a expressão de Rankl (p<0.01), enquanto a depleção de mastócitos foi capaz de diminuir a expressão de Opg (p<0.001), Rankl (p<0.001) e Rank (p<0,05). 96 Figura 16 - Expressão gênica de marcadores de remodelação óssea (A) Opg, (B) Rankl e (C) Rank no fêmur de Wistar e SHR com doença periodontal, previamente depletados de mastócitos. Gráficos representam a média ± erro padrão da média (n=6). Diferenças estatísticas expressas por * (p<0.05), ** (p<0.01), ***(p<0.001) e **** (p<0.0001). 97 5.14. O aumento da expressão dos marcadores de reabsorção óssea, induzido pela doença periodontal, tem participação dos mastócitos Finalmente, avaliamos a expressão de marcadores de reabsorção óssea em fêmur, no modelo experimental proposto. Em relação as diferenças constitutivas entre Wistar e SHR, o grupo SC apresentou maior expressão de Mmp9 (p<0.05) e Vtn (p <0.0001), em relação a WC. Em relação a doença periodontal nos animais Wistar, o grupo WDP apresentou maior expressão de Trap (p<0.01), Mmp2 (p<0.001), Mmp9 (p<0.01), Ctsk (p<0.05), Itga5 (p<0.0001) e Itgb5 (p<0.001), em relação a WC, e a depleção prévia de mastócitos reduziu a expressão de Vtn (p<0.05), Itga5 (p<0.0001) e Itgb5 (p <0.0001), em relação a WPD. No grupo SDP houve aumento de Trap (p<0.001), Mmp9 (p<0.01), Oscar (p<0.05) e Itgb5 (p<0.05), em relação a SC, enquanto a depleção prévia de mastócitos foi capaz de reduzir significativamente a expressão de Trap (p<0.01), Mmp2 (p<0.0001), Mmp9 (p<0.01), Vtn (p<0.0001), Itga5 (p<0.001) e Itgb5 (p<0.0001), um perfil diferente ao do observado no grupos W48/80. 98 Figura 17 - Expressão gênica dos marcadores de reabsorção óssea (A) Trap, (B) Mmp2, (C) Mmp9, (D) Ctsk, (E) Oscar, (F) Vtn, (G) Itga5, e (H) Itgb5 no fêmur de Wistar e SHR com doença periodontal, previamente depletados de mastócitos. Gráficos representam a média ± erro padrão da média (n=6). Diferenças estatísticas expressas por * (p<0.05), ** (p<0.01), ***(p<0.001) e **** (p<0.0001). 99 DISCUSSÃO 100 6. DISCUSSÃO O presente trabalho teve como objetivo avaliar os efeitos da depleção de mastócitos, sobre o metabolismo ósseo local, na mandíbula, e sistêmico, no fêmur, de animais normotensos (Wistar) e espontaneamente hipertensos (SHR), submetidos a doença periodontal. Nossos resultados sugerem um importante papel dos mastócitos na destruição óssea alveolar de ratos com doença periodontal, especialmente no modelo hipertenso, evidenciado principalmente pela modulação da expressão gênica de marcadores da osteoclastogênese na mandíbula e fêmur, e a produção de mediadores inflamatórios na mandíbula. Primeiramente, avaliamos a presença de mastócitos no tecido gengival dos grupos experimentais, observando maior frequência destas células nos grupos com doença periodontal. Corroborando com nossos resultados, trabalhos já haviam associado um aumento do número mastócitos no tecido gengival com a severidade da doença periodontal em humanos, reforçando a ideia de uma importante participação células no processo patológico. No entanto, a natureza desta participação ainda não é totalmente compreendida (Batista, Rodini et al. 2005, Huang, Lu et al. 2013, Marjanovic, Andjelkovic et al. 2016). Além disso, trabalhos já sugeriram que os animais SHR apresentam uma resposta mais pronunciada destas células, como Shen, Xia et al. (2015) na bexiga, e Shiota, Rysa et al. (2003) no tecido cardíaco, ambos os trabalhos mostrando um número aumentado de mastócitos no tecido, possivelmente associado à inflamação e fibrose mais pronunciada, em relação a controles normotensos. A partir disso, pontuamos a importância do presente trabalho, para melhor compreender o papel destas células na doença periodontal e em animais SHR, 101 e para tanto optamos pela metodologia de depleção sistêmica destas células a partir do tratamento prévio com o c48/80. Observamos que os grupos depletados apresentaram um número reduzido de mastócitos no tecido gengival, comparados aos grupos com doença periodontal, validando nosso modelo experimental, já utilizado em outros trabalhos, em diferentes modelos patológicos (Ribeiro, Souza-Filho et al. 1997, Oliveira, Costa et al. 2002, Carvalho, Benjamim et al. 2005, Yillar and Kucukhuseyin 2008). Posteriormente, avaliamos as consequências da doença periodontal no osso alveolar, pela microtomografia computadorizada (microCT). Observamos uma significativa perda óssea alveolar, o que foi mais expressivo nos animais SHR. Além disso, possivelmente o aumento da produção das citocinas, tais como TNF-α e IL-6, e das quimiocinas CXCL3 e CCL20, sugerem um processo inflamatório mais exacerbado, com aumento do recrutamento de células inflamatórias, como já mostrado por Bonato, do-Amaral et al. (2012), estando também estas citocinas relacionadas a processos de perda óssea (Graves, Li et al. 2011). Além disso, observamos uma menor expressão constitutiva de Runx2, Opn, Bmp2 e Opg, e aumento constitutivo na expressão de Trap, Mmp9, Mmp2 e Oscar, na mandíbula do grupo SC, comparado ao WC, dados que corroboram com a maior susceptibilidade a perda óssea no animais SHR, como já sugerido por outros autores (Leite, Redins et al. 2005, Bonato, do-Amaral et al. 2012). Em relação a participação dos mastócitos, nossos resultados mostraram uma resposta bastante interessante, ao observamos pela microCT que os grupos depletados de mastócitos tiveram menor perda óssea alveolar, especialmente nos animais SHR, assim como houve menor expressão e 102 produção de mediadores inflamatórios Tnfa, Il6 e Il1b na mandíbula. Corroborando com nossos resultados, Malcolm, Millington et al. (2016) observou menor perda óssea alveolar e menor expressão de Tnfa, Il6 e Il1b no tecido gengival de camundongos deficiente de mastócitos (C57BL/6 c-Kit knockout) com doença periodontal induzida por Porphyromonas gingivalis, e tal evidencia reforça a hipótese de um efeito deletério destas células, visto que sua depleção levou a proteção do periodonto, assim como observamos em nossos dados. O TNF-α tem importante papel na doença periodontal, e embora muitas células o produzam em resposta ao estímulo bacteriano, os mastócitos possuem grânulos da citocina pré-formada (Gordon and Galli 1990) e apresentam-se em número aumentado no periodonto inflamado. Além disso, sabe-se que na doença periodontal. Ainda, estudos mostram que administração de TNF-α na periodontite exacerba o recrutamento de células inflamatórias e induz a reabsorção óssea alveolar (Gaspersic, Stiblar-Martincic et al. 2003). Dessa forma, em nosso modelo experimental o TNF-α também pode apresentar um importante efeito na indução da reabsorção óssea, principalmente nos animais SDP, que possuem mais produção desta citocina. Junto ao TNF-α, os mastócitos também produz e têm estocado nos grânulos IL-1β e IL-6 (Steinsvoll, Helgeland et al. 2004) e trabalhos já mostraram seu aumento na doença periodontal (Chen, Chang et al. 1997, Noh, Jung et al. 2013), assim como mostrado em nossos resultados. Ambas citocinas têm importante participação na perda óssea alveolar e regulação do metabolismo ósseo. IL-1β já foi associada a ativação direta da sinalização de RANK, assim como é capaz de induzir a expressão de Rankl (Kim, Jin et al. 2009, Lee, Fujikado et al. 2010, Izawa, Ishihara et al. 2014). 103 O papel da IL-6 entretanto, ainda é bastante discutido, visto ter participação fisiológica em processos reabsortivos, assim como de formação óssea (Franchimont, Wertz et al. 2005). Já em condições de alto turnover ósseo, como em processos inflamatórios, associada a outras citocinas como TNF-α e IL-1β, seus efeitos sobre a atividade dos osteoclastos aparentam ser mais pronunciados (Kwan Tat, Padrines et al. 2004, Liu, Kirschenbaum et al. 2006). Além disso, Desai, Jung et al. (2016) mostrou que a IL-6 aumenta a proliferação e reatividade de mastócitos humanos CD34+ in vitro (isolados do sangue periférico). Desta forma, sugerimos ser um dos possíveis mecanismos observados nas diferenças observadas, visto que o grupo SDP apresentou maior expressão e produção de IL-6 na mandíbula, o que pode ser associado a quantidade aumentada de mastócitos no tecido gengival, assim como maior perda óssea alveolar. Por outro lado, a IL-10 é uma das principais citocinas anti-inflamatórios, e apresenta importante papel protetor na perda óssea alveolar induzida pela doença periodontal (Al-Rasheed, Scheerens et al. 2004, Sasaki, Okamatsu et al. 2004). Nossos resultados evidenciaram maior produção de IL-10 nos grupos WDP e SDP, o que sugere um mecanismo protetor compensatório (Zhang, Chen et al. 2014). Entretanto, não observamos diferenças entre as linh