UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA JÚLIO DE MESQUITA FILHO Efeito da cafeína e do cádmio na próstata do rato Wistar púbere: proliferação e morte de células epiteliais e alterações estromais. Lívia Maria Lacorte Botucatu - SP 2008 UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA JÚLIO DE MESQUITA FILHO Efeito da cafeína e do cádmio na próstata do rato Wistar púbere: proliferação e morte de células epiteliais e alterações estromais. Lívia Maria Lacorte Orientador: Profº Dr. Sérgio Luis Felisbino Co-orientador: Profº Dr. Antônio Francisco Godinho Dissertação apresentada à Universidade Estadual Paulista Julio de Mesquita Filho - Instituto de Biociências, para obtenção do título em Mestre em Biologia Geral e Aplicada, área de concentração: Biologia Celular Estrutural e Funcional. Botucatu - SP 2008 FICHA CATALOGRÁFICA ELABORADA PELA SEÇÃO TÉCNICA DE AQUISIÇÃO E TRATAMENTO DA INFORMAÇÃO DIVISÃO TÉCNICA DE BIBLIOTECA E DOCUMENTAÇÃO - CAMPUS DE BOTUCATU - UNESP BIBLIOTECÁRIA RESPONSÁVEL: Selma Maria de Jesus Lacorte, Lívia Maria. Efeito da cafeína e do cádmio nas células epiteliais da próstata do rato Wistar púbere: proliferação e morte celular / Lívia Maria Lacorte. – Botucatu: [s.n.], 2008. Dissertação (mestrado) – Universidade Estadual Paulista, Instituto de Biociências, Botucatu, 2008. Orientador: Sérgio Luis Felisbino Co-orientador: Antônio Francisco Godinho Assunto CAPES: 20601000 1. Biologia celular 2. Morfologia (Biologia) 3. Próstata CDD 574.8 Palavras-chave: Cádmio; Cafeína; Morfologia; Proliferação celular; Próstata Botucatu, 11 de setembro de 2008. Efeito da cafeína e do cádmio nas células epiteliais da próstata do rato Wistar púbere: proliferação e morte celular. Banca Examinadora: Profº Drº Sérgio Luis Felisbino (orientador) _______________________ Profº Drº Sebastião Roberto Taboga _______________________ Profª Drª Patrícia Aline Bôer _______________________ Dedicatória Dedico à elaboração deste trabalho aos meus pais, Maurício e Neide. Agradecimentos Especiais Aos meus pais, A minha eterna gratidão por estarem presentes em todos os momentos, pelo incentivo, por acreditar nos meus sonhos e apoiar minhas decisões. Obrigada por não pouparem esforços, mesmo nos momentos mais difíceis para que eu pudesse continuar minha jornada. Vocês são meus exemplos de determinação, dedicação, trabalho e amor. Ao meu namorado Guilherme Agradeço pelo amor intenso e sereno que compartilhamos, pela cumplicidade de todos os momentos vividos, pela sua dedicação amorosa, seus cuidados, sua compreensão pelos momentos ausentes e é claro, por todos os auxílios com o “mundo da informática”. Ao meu irmão Mateus, cunhada Rosália e sobrinho Guilherme Agradeço o companheirismo, carinho e preocupação para que eu estivesse sempre bem. Ao Gui agradeço por ter mudado tanto a minha família, e fazer de cada fim de semana que eu voltava para casa o mais “cansativo”.... sou a tia mais feliz do mundo! A Deus Por permitir que eu VIVA. Por ter permitido que eu concluísse mais este objetivo de vida. Obrigada pelas pessoas maravilhosas que tenho ao meu lado e por todas aquelas que conviveram comigo nestes 2 anos de aprendizagem. Abençoe a todos! Agradecimentos Ao Professor e orientador Sérgio Luis Felisbino, pela acolhida, pelo respeito, confiança e principalmente pela paciência e dedicação com que orientou este trabalho. Certamente levarei seus ensinamentos para o resto da minha vida. Exemplo de competência e amizade. Muito Obrigada! Ao Professor e co-orientador Antônio Francisco Godinho, que é um exemplo de sabedoria. Agradeço por me apoiar nos momentos decisivos, obrigada por ficar sempre por perto, pelas palavras confortantes e por acreditar em mim. Ao Professor João Cleber Theodoro de Andrade, da USC-Bauru, meu eterno “Mestre”, obrigada por todos os ensinamentos e oportunidades durante a graduação que refletiram diretamente neste momento. A Professora Patrícia Fernanda Felipe Pinheiro, por sua disponibilidade e dedicação em algumas etapas deste trabalho e pelas valiosas sugestões. A Professora Renée Laufer de Amorim pela colaboração durante as análises das lâminas. Ao Professor Sebastião Roberto Taboga por ter aceitado o convite de compor a banca examinadora. A Professora Patrícia Aline Bôer por ter aceitado o convite de compor a banca examinadora, além da energia positiva que transmite no departamento. Ao Professor Luis Fernando Barbisan, por ter feito parte da qualificação e pelas valiosas criticas para a melhoria deste trabalho. Aos funcionários e professores do Departamento de Morfologia da Unesp-Botucatu, pela colaboração e convívio diário; em especial á técnica Sueli e á secretária Luciana. Aos funcionários do Departamento de Anatomia da USC-Bauru, Dmorais e Amaral pelos ensinamentos iniciais e amizade conquistada. A Rita, Denise, Aninha, Alaor, Godinho, Pardal e Amauri (in memorian) do Ceatox da Unesp- Botucatu, por toda atenção sempre dispensadas e à amizade. A coordenadoria e professores do programa de pós-graduação em Biologia Geral e Aplicada pelos ensinamentos e determinação para que o programa melhore ainda mais. Aos secretários: Luciana, Maria Helena, Eriberto e Sérgio da seção de Pós-Graduação por todo o trabalho empregado para facilitar a execução dos parâmetros burocráticos. A Flávia Karina Delella pela disposição e paciência em me ensinar todas as técnicas necessárias. Valeu a “co-orientação”. Ao Luiz Antonio Justulin Junior, Elaine Manoela Porto e Alexandre Sérgio Alcântara pela contribuição para que o trabalho chegasse ao fim. As novas e verdadeiras amizades conquistadas no período. Agradeço a Flávia, Elaine, Kelly e Fernanda os ótimos momentos que passamos dentro e fora do laboratório. A minha grande amiga Érica, por todos os momentos felizes e tristes que compartilhamos e compartilharemos. Amigos são assim... Um brinde ao nosso sucesso! Sabemos que tem que ser pelo caminho mais difícil, mas será! As mais novas amigas Satie e Eriquinha, por todos os momentos de descontração e as boas gargalhadas... Ao reencontro com os amigos da USC, especialmente ao Helam e Domingos. Aos colegas do departamento que deixaram cada novo dia sempre agradável: Joyce, Gisele, Juliana, Fernanda Carani, Fernanda Losi, Eduardo, Lucas, Ariane, Juliana, Ludmila, Camila, Andreo, Aline, Flavia, Kelly, Fernando, Olga, Justulin, Marcos, Ludmila, Alexandre, Danillo, Carolina Sarobo, Elaine, Francis, Glaura. As minhas amigas de Ibitinga, Paula e Priscila pela amizade sincera e eterna, que resiste à distância. As meninas que dividiram e dividem o espaço da nossa casinha: Andréia, Érica, Vanessa, Suzana. Obrigada pelo companheirismo, amizade e compreensão nos dias que não pude ajudar nos afazeres domésticos. A todos da minha família que torceram por mim, não esquecendo a minha vózinha Cida (in memorian) que sempre se preocupou com meu lado profissional mesmo sem entender bem o que eu fazia. Fica o exemplo da mulher honesta, humilde e digna que foi. Um orgulho para mim. A Vânia Simão Prado (in memorian), pela grande mulher que foi e tive o prazer de conhecer. Agradeço por toda a preocupação a mim dispensada no momento que achei que tudo tivesse dado errado. Esteja em PAZ. A FAPESP, pela bolsa concedida e me manter em dedicação exclusiva. Aos animais experimentais, que sem eles nada teria sentido. Bem, agradeço a todos que de uma forma ou de outra, não menos importante que ninguém, estiveram comigo nesta jornada. Sumário Resumo Abstract Introdução....................................................................................................... 16 1. Próstata masculina .................................................................................... 18 2. Afecções prostáticas.................................................................................. 23 3. Modelos experimentais de indução de lesões proliferativas na próstata... 29 4. Cádmio ...................................................................................................... 30 Objetivos......................................................................................................... 39 Referências Bibliográficas ............................................................................ 41 Artigo............................................................................................................... 52 Introdução...................................................................................................... 55 Materiais e Métodos ...................................................................................... 57 Resultados..................................................................................................... 62 Discussão ...................................................................................................... 66 Referências Bibliográficas ............................................................................. 69 Legenda das Figuras..................................................................................... 74 Conclusões Gerais......................................................................................... 86 Resumo O câncer de próstata e a hiperplasia prostática benigna são as duas principais afecções do sistema genital masculino após a quinta década de vida. Além de aspectos étnicos, etários, genéticos, estudos sobre a contaminação ambiental por agentes químicos carcinogênicos, dos hábitos alimentares e do estilo de vida vêm adquirindo importância no entendimento das causas destas afecções. A exposição a contaminantes ambientais, tais como o cádmio e a ingestão de bebidas contendo cafeína têm sido associados com o aparecimento do câncer de próstata e com a hiperplasia prostática benigna, respectivamente. Além disso, existem evidências experimentais de que a exposição da próstata em períodos críticos da sua morfogênese e de rápido crescimento a disruptores endócrinos pode gerar alterações permanentes que levarão ao aparecimento de afecções nos indivíduos adultos e idosos. Neste sentido, por exemplo, a partir da puberdade é comum os homens adquirirem o hábito de fumar e/ou de ingerir bebidas estimulantes, estando, portanto, expostos ao cádmio, presente na fumaça do cigarro, e/ou a cafeína, presente nas bebidas. Desta forma, este trabalho avaliou os efeitos, isolados e combinados, do cádmio e da cafeína, em baixas concentrações, sobre a morfologia e fisiologia da próstata de ratos púberes. Para isto, ratos Wistar com 60 dias de idade foram divididos em quatro grupos (n=15), os quais receberam, via oral, na água de beber, pelo período de 30 dias: Água, Cádmio (10ppm), Cafeína (10mg/l) ou Cafeína+Cádmio, e as próstatas dorsolaterais e ventrais foram processadas histologicamente e foram feitas análises morfológicas, citoquímicas para fibras de colágeno, morfométricas e imunocitoquímicas. Também foram determinadas as concentrações plasmáticas de cádmio e testosterona e intra-prostática de cádmio no lobo ventral. A concentração plasmática e intra-prostática de cádmio aumentaram significativamente nos animais expostos ao cádmio e ao cádmio mais cafeína. O período de exposição aos agentes não alterou significativamente o peso dos lobos prostáticos, nem a concentração plasmática de testosterona, nem a morfologia glandular e nem a disposição das fibras colágenas e reticulares no estroma. Entretanto, o índice de proliferação celular aumentou nas próstatas dos animais do grupo que recebeu cádmio isoladamente e foram encontradas áreas de proliferação atípicas associadas com alterações de desprendimento das células epiteliais nos lobos dorsais. Além disso, foi observada diminuição nas áreas ocupadas pelas fibras colágenas e na altura das células epiteliais nos lobos ventral e dorsal nos três diferentes tratamentos. Portanto, nossos resultados sugerem que, nas condições experimentais deste estudo, o cádmio, mesmo em baixas doses, já é capaz de aumentar o índice de proliferação das células epiteliais e alterar a matriz extracelular do estroma glandular, mudanças que favorecem o desenvolvimento de neoplasias na próstata na idade adulta. Já a cafeína, apesar de aumentar a incidência de prostatites nos lobos prostáticos, não aumentou a proliferação das células epiteliais e, ainda, antagonizou os efeitos de indução de proliferação do cádmio, sugerindo ação protetora contra alguns efeitos deste metal. Palavras chaves: Próstata, cádmio, cafeína, morfologia e proliferação celular. Abstract 14 The prostate cancer and the benign prostate hyperplasia are the main male genitourinary system diseases after the fifty. Besides ethic, age and genetic aspects, studies about environmental contamination, diet and life stile have also emerged as important factors involved in the etiology of these diseases. The exposure to cadmium and the intake of caffeine-containing beverage have been associated with appearing of the prostate cancer and benign prostate hyperplasia, respectively. Furthermore, there are experimental evidences that prostate exposures to endocrine disruptors during a critic period of its morphogenesis and growth may influence the onset of late-life disease. In this sense, for example, from puberty on, many males became smokers and/or start to intake energetic beverage or even yet coffee, thus being exposed to cadmium, from cigarettes and/or to caffeine, from beverage. So, here we investigated the effects of cadmium and caffeine, isolated or combined, in low doses, on rat prostate morphology during puberty. For this, male Wistar rats (n=60), 2 months-old, were divided into four experimental groups (n=15), that received by drinking water and during 30 days: tap water, cadmium (10ppm), caffeine (10ppm), cadmium plus caffeine. The prostatic lobes ventral and dorsolateral were dissected out, weighted and processed for histology. It were made morphological and morphometrical analyses; cytochemistry for collagen and reticular fibers and immunocytochemistry for Ki-67. It were also determined the plasma concentrations of testosterone and cadmium and the ventral lobe intraprostatic concentration of cadmium. The plasma and intraprostatic concentrations of cadmium were increased in the animals treated with cadmium and cadmium plus caffeine. In the conditions of this experiment, the exposure to these two agents did not alter significantly neither the prostatic lobes weights, plasma testosterone concentration, glandular morphology and stromal collagen and reticular fibers organization. However, cadmium exposures increased the proliferation of the ventral e dorsal prostatic lobes, including atypical proliferative activity in the dorsal. Moreover, it was observed a reduction in the collagen fibers volume fraction area and in the epithelial cell height of the ventral and dorsal lobes from the three different treatment. Thus, our results suggest that, in the conditions of this study, cadmium, even in low doses, can increase prostate epithelial cell proliferation and alters collagen conten in the glandular stroma, changes that favour the onset of the neoplasias in late-life. In 15 contrast, caffeine, in spite of to increase the prostatite incidence, do not increase the proliferation of the epithelial cells, but antagonizes the cadmium effect on cell proliferation, suggesting a protective action against cadmium effects. Keys words: Prostate, cadmium, caffeine, morphology e cell proliferation. Introdução 17 Com o aumento da expectativa da vida mundial, esta crescendo conseqüentemente, a incidência de doenças associadas ao envelhecimento. Entre os homens, é muito comum surgir afecções na próstata (MARCELLI & CUNNINGHAM, 1999). Alterações hormonais, o crescimento prostático e suas alterações morfológicas referentes à idade na patogenia das lesões são os principais alvos de estudo para a compreensão dos mecanismos envolvidos no desenvolvimento de doenças. Os mecanismos que desencadeiam ou fazem progredir rapidamente as afecções prostáticas ainda não estão compreendidas. Sabe-se que desequilíbrio na interação homeostática entre o epitélio e o estroma prostático pode iniciar e promover as lesões na próstata (SUNG & CHUNG, 2002), outros fatores também são relacionados com o surgimento de lesões, como os hormônios androgênicos, suscetibilidade genética, estilo de vida, hábitos nutricionais (HAYWARD et al., 1997; HSING, 2002; HO et al. 2004) e contaminantes ambientais (MUIR et al., 1991). Os indivíduos estão expostos a vários agentes químicos simultaneamente, os quais podem ser do tipo contaminante ambiental ou alimentar, fármacos, drogas lícitas e de abuso etc., advindos das mais variadas fontes. Muitos destes agentes são capazes de, além das ações próprias, também interagir com outros compostos, provocando efeitos diversos e até potencializados, diferentemente dos que provocariam ao agir isoladamente no organismo. O Cádmio, um metal pesado conhecido como agente carcinogênico humano (IARC, 1991) parece agir como um iniciador cancerígeno prostático em trabalhadores em contato com o metal (ZENG et al., 2004) e experimentalmente também tem demonstrado ter participação importante na carcinogênese prostática (WAALKES et al., 2000; RIANSAREZ et al., 2005). Podemos estar em contato com o metal por exposição ocupacional ou ambiental, como, por exemplo, pela dieta ou pelo contato com a fumaça de cigarros (LEWIS, 1972; JARUP et al., 1998). A cafeína tem sido motivo de estudo entre os profissionais da saúde devido ao seu consumo em larga escala por vários segmentos da população e por exercer importantes efeitos farmacológicos (IARC, 1993). Dados experimentais têm mostrado que a cafeína é capaz de agir em diferentes sistemas do organismo, apresentando efeitos prejudiciais sobre o sistema 18 reprodutor masculino e glândulas sexuais acessórias (GANS 1984; WEINBERGER et al., 1978), podendo também atuar como desregulador endócrino (EZZAT & EL- GOHARY, 1994). Há, dados epidemiológicos que demonstram relação positiva, diretamente relacionada com o consumo de café e hiperplasia prostática benigna em homens (GLYNN, et. al, 1985; MORRISSON, 1990; GASS, 2002), em contraste outros dados demonstram que em baixas doses não apresenta risco algum ao organismo humano (NAWROT et al., 2003). Porém, os dados ainda são conflitantes e é preciso estudos mais detalhados para o risco e/ou benefícios da ingestão de cafeína. Como a grande maioria da população humana está exposta simultaneamente ao cádmio e à cafeína, principalmente porque no Brasil o hábito de fumar está geralmente associado com o alto consumo de café e pelo fato de não existirem estudos determinando as conseqüências da interação entre esses dois agentes, e ambos demonstrarem efeitos sobre a próstata, o cádmio como agente indutor de lesões e a cafeína como alcalóide com propriedades que podem proteger o efeito do cádmio ou então potenciar seus efeitos, torna-se extremamente relevante estudar os efeitos isolados e combinados de cádmio e cafeína sobre a próstata. 1. Próstata masculina A próstata é um órgão acessório do sistema genital masculino que contribui com uma fração importante do líquido seminal e com a capacitação e sobrevivência dos espermatozóides. É um órgão andrógeno-dependente e o seu crescimento, manutenção estrutural e funcional necessita de níveis constantes de andrógenos circulantes (ISAACS, 1984). A secreção prostática contém proteínas, enzimas, açúcares, íons, lipídios estruturais de membrana, substâncias imunossupressoras e antiinflamatórias. Outra característica importante do fluido prostático é de ser levemente alcalino. O pH acima de 7 é fundamental para neutralizar o pH levemente ácido do sistema genital feminino, para que a motilidade dos espermatozóides e a fecundação do óvulo ocorram com sucesso (GUYTON & HALL, 2000). 19 No organismo masculino, a próstata permanece rudimentar até a puberdade, fase em que ocorre considerável aumento da produção de andrógenos e desenvolvimento da glândula (NAZIAN, 1986). No homem adulto, é uma glândula compacta sem divisão em lobos, aproximadamente pesa 20g e mede 4,0 cm x 3,0 cm. Localiza-se abaixo da bexiga e ao redor da uretra (ROY-BURMAN et al., 2004). É dividida anatomicamente em quatro regiões glandulares: zona periférica (70%), zona central (25%), zona de transição (5%) e tecido glandular periuretral (<1%) além de uma quinta região não glandular, o estroma fibromuscular (COAKLEY & HRICAK, 2000). Este estroma se estende anterior e lateralmente formando uma cápsula, que separa a próstata da gordura periprostática (ROY-BURMAN et al., 2004). Estas zonas além de anatomicamente, também são histologicamente reconhecíveis. O estroma fibromuscular é denso, rico em colágeno e células musculares lisas, anteriormente se funde com o diafragma urogenital (EPSTEIN, 1997; ROY- BURMAN et al., 2004). A zona central envolve o ducto ejaculatório compreendendo o espaço de onde o ducto se conecta com a uretra, próximo ao utrículo prostático, na base. Os alvéolos encontrados nesta porção glandular são mais largos se comparados às outras regiões e estão envoltos por uma fina e compacta camada de músculo liso. As células secretoras têm o citoplasma granular com núcleo grande. A proporção de células epiteliais para célula estromais é de 2:1, respectivamente (ROY BURMAN et al., 2004) A zona periférica está localizada na face lateral e posterior da próstata, ao redor da zona central e de transição. As células secretoras dos alvéolos têm um citoplasma claro, o núcleo normalmente está localizado do centro para o pólo basal. O epitélio é composto por uma camada de células colunares secretoras e uma camada de células basais. A proporção de células epiteliais para célula estromais é de 1:1, respectivamente (ROY-BURMAN et al., 2004). A zona de transição está localizada ao redor da uretra proximal, sendo contornada totalmente pelas zonas central e periférica. O estroma ao redor dos alvéolos é denso entrelaçado com fibras de músculo liso (ROY BURMAN et al., 2004). Em adultos em que a glândula não apresenta alterações, não é possível 20 visualizar diferenças histológicas entre as zonas de transição e periférica (EPSTEIN, 1997). Os modelos experimentais com roedores são muito utilizados nos estudos da fisiologia e fisiopatologia da próstata (ROY-BURMAN et al., 2004). Nos ratos adultos, a próstata é composta por um complexo sistema de ramificações constituído por estruturas ductais e túbulo-alveolares. Localiza-se caudal à bexiga e incompletamente ao redor da uretra (ROY-BURMAN et al., 2004). Anatomicamente é dividida em 4 lobos conforme a posição: lobo ventral, lobo dorsal, lobo lateral e lobo anterior. Cada lobo apresenta uma forma diferente devido a sua ramificação (LEE et al., 1990; MARKER et al., 2003). O lobo ventral de ratos é composto por um conjunto de estruturas túbulo- alveolares, nas quais as estruturas epiteliais encontram-se envolvidas por um estroma mais estreito, em relação ao que envolve a próstata humana (AÜMULLER et al., 1990). Neste lobo, cada lóbulo prostático consiste de oito conjuntos de ductos que se originam a partir da uretra como estrutura tubular simples que se ramifica distalmente. Esse conjunto de ductos é dividido em três regiões morfológicas e funcionalmente distintas, denominadas distal, intermediária e proximal, de acordo com sua posição em relação à uretra (LEE et al., 1990; SHABSIGH et al., 1999). Na região distal, são encontradas células epiteliais colunares altas com atividade proliferativa, circundada por células musculares lisas que formam uma camada esparsa e descontínua, associada a grande número de fibroblastos (NEMETH & LEE, 1996). Na região intermediária, as células epiteliais também são colunares altas, apresentando características de células secretoras, com baixa atividade proliferativa. Nessa região, a camada de células musculares lisas é delgada e contínua. Na região proximal, as células epiteliais são cúbicas e baixas, sendo freqüentes células apoptóticas, além das células musculares lisas que formam uma camada espessa. Tanto na região intermediária como na proximal, o tecido fibroso está presente no espaço entre os ductos e, ocasionalmente, intercalando a camada de células musculares lisas (LEE et al., 1990). O lobo anterior, também conhecido como glândula de coagulação, tem forma tubular, aparência gelatinosa e é adjacente à vesícula seminal. As células epiteliais são colunares simples com núcleo central, pode apresentar um padrão 21 cribiforme por ser o lobo que apresenta maior número de dobras do epitélio bem como o estroma ao redor dos ácinos, que é o mais notável. O produto de secreção é abundante e homogêneo (ROY-BURMAN et al., 2004). O lobo dorsal origina-se da base da vesícula seminal, bilateralmente. O epitélio é cilíndrico simples com algumas dobras, o citoplasma das células secretoras é granular e claro. O lobo lateral apresenta epitélio cilíndrico simples, basofilia citoplasmática, menos dobras epiteliais e o estroma muito delgado (ROY- BURMAN et al., 2004). Em termos de homologia com as porções da próstata humana, os lobos anteriores dos ratos são considerados homólogos às glândulas da zona central, enquanto os lobos dorsolaterais são considerados homólogos às glândulas da zona periférica da próstata humana. Os lobos ventrais do rato não têm um homólogo humano e a zona de transição humana não tem um lobo homólogo no rato (ROY- BURMAN et al., 2004). Tanto na próstata humana como na dos roedores, a porção glandular e ductos são constituídos por diferentes tipos celulares: as células epiteliais luminais, geralmente cilíndricas altas e diferenciadas com capacidade secretora; as células epiteliais basais, menores e achatadas ou arredondadas, com capacidade de proliferação (HUDSON et al., 2001), e um terceiro tipo celular, de localização intermediária, são as células neuroendócrinas. Este epitélio é sustentado por estroma composto principalmente por células musculares lisas e fibroblastos, além de mastócitos, macrófagos, nervos e vasos sanguíneos (MARKER et al., 2003). Ao redor destas células estromais, existe a complexa matriz extracelular composta principalmente de fibras colágenas, fibras reticulares, fibras do sistema elástico, proteoglicanos e diversas glicoproteínas (VILAMAIOR et al., 2000). O estroma é bem espesso na próstata humana e mais delgado nos lobos prostáticos dos roedores (NEMETH & LEE, 1996; MCNEAL, 1988). A distinção entre os diferentes tipos celulares do tecido prostático é possível utilizando-se marcadores específicos. As células epiteliais luminais expressam atividade para enzimas específicas, como a fosfatase ácida prostática e antígeno prostático específico (PSA). Estas células também podem ser distinguidas 22 por marcação imunocitoquímica seletiva para citoqueratinas (CK), tais como CK8 e CK18 (HUDSON et al., 2001) ou antígenos de superfície, tais como os CD25, CD40 e CD147, dentre outros 25 sub-tipos (LIU & TRUE 2002). Já as células basais expressam a proteína nuclear p63 (SIGNORETTI et al., 2000) e podem ser identificadas pela expressão diferencial das citoqueratinas CK5 e CK14 (PRINS et al., 1991; HAYWARD et al., 1996; HUDSON et al., 2001). As células neuroendócrinas do epitélio prostático têm sido diferencialmente marcadas das demais por responderem positivamente à reação histoquímica de impregnação por prata, assim como as células neuroendócrinas da ilhota pancreática demonstrado por Grimelius (1968), e à reação imunocitoquímica para anticorpos anti- cromogranina A (SIGNORETTI et al., 2000). Há ainda a possibilidade de se distinguir as células prostáticas em um quarto subtipo, as células intermediárias, que expressam, numa fase transitória, citoqueratinas comuns às células basais e luminais (HUDSON et al., 2001). Existem algumas diferenças e similaridade entre a morfologia prostática humana e de roedores que devem ser levadas em consideração, principalmente quando modelos roedores são usados para o estudo das fisiopatologias prostáticas humanas. Ambos possuem células epiteliais colunares secretoras que secretam proteínas prostáticas e fluidos da sua superfície apical em direção ao lúmen (ROY- BURMAN et al., 2004). Humanos possuem uma camada contínua de células basais entre as células secretoras e a membrana basal, enquanto os roedores possuem poucas células basais (MARKER et al., 2003). As células neuroendócrinas são escassas na próstata humana e raras nos roedores (GARABEDIAN et al., 1998). As próstatas de ambos são formadas por glândulas e ductos, mas existem diferenças na composição estromal. A próstata humana possui estroma fibromuscular denso, com abundância em musculatura lisa, fibroblastos e colágeno, que circundam os elementos glandulares. O estroma prostático dos roedores é menos fibromuscular e é grandemente preenchido por tecido conjuntivo frouxo (ROY-BURMAN et al., 2004). A interação epitélio-estroma desempenha papel fundamental na regulação e manutenção da atividade funcional da próstata (LEE, 1990). Além das células musculares lisas e fibroblastos, outros tipos celulares também são encontrados no estroma, como mastócitos, células endoteliais e pericitos, 23 juntamente com terminações nervosas. Cada célula desempenha papel importante e específico na manutenção e função secretora da próstata. Entre as células epiteliais e o estroma encontra-se a membrana basal. Essa estrutura é extremamente importante no controle das atividades celulares e principalmente, na manutenção da fisiologia das células epiteliais (HAYWARD et al., 1998). Composta principalmente de colágeno tipo IV, proteoglicanos e laminina, a membrana basal é essencial para a manutenção do fenótipo diferenciado e secretor das células epiteliais glandulares (LABAT-ROBERT et al., 1990). A função secretora do epitélio prostático é regulada por andrógenos, que participam na diferenciação e na manutenção do estado ativo da glândula (CUNHA et al., 1985; DONJACOUR & CUNHA, 1993). A testosterona (T) é o principal andrógeno atuante na próstata. No organismo masculino origina-se da produção testicular (95%) e da produção das glândulas adrenais (5%) (AUMÜLLER & SEITZ, 1990). Esse andrógeno é convertido, pela ação da enzima 5 α-redutase, em composto mais funcional, a diidrotestosterona (DHT). Ambos andrógenos, T e DHT, interagem com o mesmo receptor androgênico, porém, a DHT tem de 5-10 vezes mais afinidade pelos receptores de andrógenos que a T (PRINS, 1991). A próstata tem despertado grande interesse médico-científico devido ao grande número de diagnósticos de lesões, por ser comum entre os homens com o avanço da idade, o aparecimento de doenças na próstata (MARCELLI & CUNNINGHAM, 1999). 2. Afecções prostáticas Prostatite: É um processo, caracterizado pela infiltração de células inflamatórias no estroma prostático e para o interior das glândulas (SHAPPELL et al., 2004). Pode ser dividida em aguda ou crônica, de acordo com o tipo de infiltrado encontrado. A prostatite aguda é a infecção causada por bactérias Gram-negativas, como Escherichia coli, Serratia, Enterobacter, entre outras, resultantes do refluxo 24 intra-prostático de urina infectada ou, ainda, por via linfática a partir de focos de infecção distantes (BILLIS, 1997). Histologicamente é reconhecida pela presença de neutrófilos e/ou células inflamatórias dentro do epitélio glandular e/ou no lúmen (SHAPPELL et al., 2004). O diagnóstico apenas pela presença de infiltrados inflamatórios espalhados no estroma é inviável, pois tanto na próstata humana quanto de roedores é comum encontrá-las (SUWA et al., 2001). Prostatite crônica são inflamações decorrentes da prostatite aguda não tratada que evolui. Este processo inflamatório subdivide-se em dois tipos: inespecífica e granulomatosa. A prostatite crônica inespecífica geralmente não tem prostatite aguda evidente e podem ser causadas pelos mesmos agentes infecciosos da aguda ou sem detecção de nenhuma bactéria. Nesta última, admite-se que resulta do extravasamento de secreção prostática no estroma obstruído, como freqüentemente é diagnosticado (BILLIS, 1997). Já a granulomatosa é o tipo de inflamação crônica, caracterizado pela presença de granulomas ou células típicas de granulomas, como macrófagos e histiócitos. Os histiócitos são células derivadas de macrófagos, onde formam aglomerados gigantes de células. Na próstata, os granulomas são encontrados no centro, ao redor de ácinos obstruídos ou no estroma e pode estar acompanhado por necrose ou não (SHAPPELL et al., 2004). Geralmente estão presentes como parte de infecções sistêmicas causadas por fungos ou tuberculose (EPSTEIN, 1997). Hiperplasia Prostática Benigna (HPB) HPB trata-se de crescimento tumoral não neoplásico que resulta da hiperplasia do estroma, principalmente das células musculares lisas e do tecido epitelial glandular em diferentes graus e, sempre, em arranjos nodulares detectados micro (SHAPELL et al., 2004) ou macroscopicamente (BILLIS, 1997). Nos homens, ocorre especialmente nas glândulas da zona de transição e clinicamente é caracterizada por provocar obstrução do canal da uretra, resultando em retenção urinária dolorosa (CARSON & RITTMASTER, 2003). Nos ratos, pode ser detectada nos 4 lobos prostáticos. Pode estar associado com infiltrado inflamatório, onde é chamada de Hiperplasia Reativa ou 25 apresentar morfologia normal onde ocorre apenas o aumento das dobras epiteliais e diminuição da secreção intra-alveolar, neste caso é conhecido por Hiperplasia Funcional e um terceiro subtipo é a Hiperplasia Atípica onde a lesão envolve poucos alvéolos adjacentes e é caracterizado pela perda da polaridade das células epiteliais e aumento das camadas epiteliais (BOSLAND, 1992). A hiperplasia é a afecção mais comum da próstata entre os homens com o avanço da idade. A prevalência de cirurgia para HPB aumentou de 15% nos homens de 65 anos para 41% até os 80 anos de idade (GASS, 2002). Entre as espécies que têm a glândula prostática, somente o homem, chimpanzé e cachorro desenvolvem com maior freqüência, espontaneamente hiperplasia prostática benigna (DE MARZO et al., 1999). Nos cães, a doença ao exame microscópico apresenta-se como hiperplasia de tecido difusa e não nodular como no humano; além disso, o estroma fibromuscular quase não sofre alteração e, portanto, os cães não têm distúrbios urinários (BILLIS, 1997). Os mecanismos da HPB são multifatoriais e ainda não estão definitivamente estabelecidos. Existem dois fatores que são bastante aceitos: 1) a presença de andrógenos circulantes e 2) o avanço da idade (ISAACS, 1994). Estudos em homens e animais sugerem que o desenvolvimento da HPB vincula-se a um desequilíbrio da homeostasia, mantida pelo hormônio diidrotestosterona (DHT), entre proliferação e morte celular (RITTMASTER, 2003). As interações específicas entre o epitélio e o estroma também parecem ser cruciais na patogênese da HPB. A homeostasia do tecido é mantida pela interação entre o epitélio glandular e o estroma, que são mediados por fatores de crescimento (UNTERGASSER et al., 2005). As células basais expressam e secretam alguns fatores de crescimento fibroblástico, por exemplo, o bFGF (DESHMUKH et al., 1997) e fator de crescimento TGF-β (MORI et al., 1990) que são encontrados em níveis elevados na HPB (MORI et al., 1990). Seus receptores são encontrados tanto nas próprias células basais quanto no estroma (MORI et al., 1990; BOGET et al., 2001). Células estromais em cultura responderam ao bFGF aumentando a proliferação (JANSSEN et al., 2000) e em relação ao TGF- β, quando as células em cultura foram expostas a nível baixo de TGF-β também aumentou a 26 proliferação, mas em níveis altos houve inibição do crescimento celular (KASSEN et al., 1996). Neoplasia Intra-Epitelial Prostática (NIP) Neoplasia intra-epitelial prostática é a lesão considerada precursora do carcinoma invasivo, sendo caracterizada por proliferação e anaplasia celular de ductos e ácinos (BOSTTWICK & BRAWER, 1987). A proliferação neoplásica de células epiteliais ocorre dentro de glândulas já existentes, onde a membrana basal continua íntegra e normal (SHAPPELL et al., 2004). O termo NIP, conhecido como PIN na língua inglesa, foi posposto por Bostwick e Brawer em 1987 e endossado consensualmente em 1989, com o intuito de substituir os termos como displasia intra-ductal, hiperplasia atípica acinar, hiperplasia com alterações malignas, marcada atipia e displasia ducto acinar, unificando a terminologia PIN para designar as alterações displásicas intra-epiteliais da próstata humana (BOSTWICK, 1995). Uma nova graduação foi proposta em 1989, onde o NIP foi dividido em dois grupos. O NIP de baixo grau (do inglês LGPIN ou low grade prostatic intraepithelial neoplasia), correspondente ao NIP 1 e o de alto grau (do inglês HGPIN ou high grade prostatic intraepithelial neoplasia), onde os graus 2 e 3 foram agrupados (BOSTWICK, 1995). O NIP de baixo grau caracteriza-se por apresentar ductos ou ácinos contendo epitélio com muitas células, condensado e irregular, com marcada variação do tamanho nuclear. Núcleos alongados, hipercromáticos e pequenos nucléolos podem estar presentes. O NIP de alto grau se diferencia do de baixo grau por apresentar o epitélio com mais células, evidenciando a estratificação celular, além da variação do volume nuclear entre as células ser menor, pois a maioria possui núcleo aumentado. A presença de nucléolo proeminente, freqüentemente múltiplo, é típica no NIP de alto grau e de grande utilidade diagnóstica (SHAPELL et al., 2004). Para o diagnóstico de NIP em modelos experimentais como os roedores, deve ter o reconhecimento histológico de alguma destas características ou a 27 combinação delas. As células epiteliais tornam-se estratificadas, adquirem focos epiteliais em forma de tufos, formação de micropapilas e crescimento num padrão cribiforme; também é visível alterações de atipia nuclear que pode ser o aumento do tamanho nuclear, irregularidade da membrana, hipercromasia, acúmulo de cromatina e nucléolo evidente. A categoria de hiperplasia epitelial pode ter muita destas características histológicas descritas acima, faz-se então importante a presença de outras duas características para diagnosticar NIP, que são focalidade e progressão. Focalidade se refere ao início da lesão onde, antes de se estender por toda a próstata, é limitada a uma região e progressão é a extensão da lesão por toda a próstata justamente com a presença das atipias nucleares (SHAPPELL et al., 2004). Em humanos, NIP ocorre predominantemente na zona periférica (BOSTWICK, 1996; EPSTEIN, 1997;). Segundo Helpap (1998), em humanos, o mecanismo de proliferação e diferenciação celular está alterado na NIP, pois são observadas células basais diferenciadas atipicamente, com potencial proliferativo, migrando para o compartimento secretor, enquanto no tecido normal ou hiperplásico a capacidade proliferativa é restrita à camada basal. Com esta progressiva indiferenciação celular, tende a ocorrer também à perda gradativa das células basais, facilitando a extensão da lesão para o estroma e sua transformação em carcinoma invasivo (ALGABA, 1997). Lesões proliferativas malignas Um desequilíbrio na interação homeostática entre epitélio e o estroma prostático pode iniciar e promover as lesões na próstata (SUNG & CHUNG, 2002). O câncer de próstata é a segunda causa de óbitos por câncer em homens, afetando um em cada seis homens com o avanço da idade (THOMPSON et al., 2003; HO et al., 2004), sendo superado apenas pelo de pulmão. No Brasil, estima-se para 2008, a ocorrência de 49.530 casos para este tipo de câncer, tornando-se o primeiro entre os tipos mais comuns de cânceres entre os homens (INCA, 2008). 28 A discrepância entre a incidência clínica e mortalidade revela que o câncer de próstata não tem comportamento similar em todos os casos. O câncer em muitos homens pode permanecer latente e nunca se manifestar clinicamente. Pode ser encontrado em 33% dos homens com idade acima dos 50 anos (JEMAL et al., 2006). Assim como na NIP, a zona glandular periférica da próstata é a mais afetada; principalmente na região posterior atingindo percentual de 70 a 75 % dos casos; em seguida é a zona central com 15% e a menos afetada é a zona de transição com 10 a15% (QIAN et al., 1997). A ocorrência espontânea de tumor prostático entre as diferentes espécies de animais é rara, com exceção do adenocarcinoma no cão (BONKHOLFF & REMBENGER, 1998) e na próstata ventral de ratos da linhagem ACI/SegHapBR (WARD et al., 1980; ISAACS, 1984). As manifestações de proliferações malignas podem ocorrer de diferentes formas. O Carcinoma Microinvasivo é a primeira forma diagnosticável de carcinoma invasivo. Ocorre penetração das células malignas através da membrana basal da glândula com foco de NIP para dentro do estroma (TABOGA & VIDAL, 2003; SHAPPELL et al., 2004). Carcinoma Invasivo é definido pelo potencial que o tumor maligno tem em exibir crescimento destrutivo no parênquima da próstata (SHAPPELL et al., 2004). Ao contrário da neoplasia intra-epitelial prostática, o carcinoma é incompatível com a arquitetura normal das glândulas e algumas características histológicas permitem seu reconhecimento (QIAN et al., 1997). O carcinoma invasivo pode exibir diferenciação glandular, onde é classificado como adenocarcinoma, também pode exibir características citológicas de outros tipos de carcinoma como os carcinomas das células escamosas e das células neuroendócrinas ou ainda exibir nenhuma característica morfológica específica e é conhecido por carcinoma indiferenciado. Os adenocarcinomas correspondem às lesões malignas resultantes da transformação das células epiteliais de ácinos ou ductos, onde fica evidente a formação glandular. O carcinoma das células neuroendócrinas é caracterizado pela presença da diferenciação destes tipos celulares (SHAPPELL et al., 2004). O estroma dos tumores prostáticos malignos sofre transformações que derivam da alteração do tecido conjuntivo da glândula, favorecendo o crescimento 29 do carcinoma e o seu potencial invasivo, provocada principalmente pela intensa angiogênese e desintegração das fibras colágenas (MORRISON et al., 2000). 3. Modelos experimentais de indução de lesões proliferativas na próstata A indução de lesões proliferativas por agentes químicos para a experimentação animal é muito comum. São utilizados por permitirem explorar os mecanismos moleculares do desenvolvimento de doenças que podem chegar ao câncer de próstata ou para o desenvolvimento de novas drogas e novas terapias, além de medidas de profilaxia. O desenvolvimento do câncer ou carcinogênese química é um processo extremamente complexo dividido em no mínimo três principais etapas: iniciação, promoção e progressão (DRAGAN & PITOT, 1991). Na carcinogênese química, a iniciação é caracterizada pela exposição de células-alvo a uma dose apropriada de algum cancerígeno (chamado iniciador), o que resulta em lesões permanentes no DNA, após um ciclo de divisão celular. Muitos grupos de agentes químicos estão relacionados ao surgimento do câncer. Alguns exemplos de carcinógenos químicos conhecidos incluem: hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (tabaco, defumados, álcool etc.), aflatoxinas (fungo dos cereais), carcinógenos inorgânicos (arsênico, cromo, cádmio etc.), aminas aromáticas, azocompostos (corantes de alimentos), alquilantes etc. (FILHO, 1994). Existem somente dois agentes orgânicos químicos iniciadores que induzem tumor na próstata de ratos, o N-nitrosobis(oxopropyl)amine (BOP) (POUR, 1983) e o 3-2dimetil 4-aminobifenil (DMAB) (SHIRAI et al., 1993). A administração crônica de testosterona em algumas linhagens de ratos é outra forma de induzir tumor prostático (POLLARD et al, 1982; POUR & STEPAN, 1987). Outros fatores como, por exemplo, a radiação local também pode produzir câncer de próstata em animais como demonstrado em camundongos (HIROSE et al., 1976) e em ratos Sprague-Dawley (TARIZAWA & HIROSE, 1978). Porém, os 30 autores constataram câncer de próstata somente nos ratos castrados que tiveram reposição hormonal antes da radiação ionizante, sugerindo que a testosterona é necessária para o desenvolvimento do tumor. Há trabalhos ainda, que demonstram a indução de lesões proliferativas provocadas pela exposição ao cádmio (um carcinógeno inorgânico), na próstata ventral de ratos (Wallkes et al., 2000; Waalkes et al., 2003; Riansarez, 2005). 4. Cádmio O cádmio é um metal pesado, existente na crosta terrestre em baixas concentrações, associado geralmente ao zinco, na forma de depósito de sulfito. É um metal de cor prata claro, pertence à família dos elementos II B da tabela periódica, apresenta massa molecular 112,41 e número atômico 48 (FRIBERG et al., 1974). Naturalmente, o cádmio está presente na atmosfera durante as atividades vulcânicas, incêndios nas florestas ou carregado pelo vento sob forma de partículas sólidas. A origem antropogênica começou por volta de 1940, quando começou seu refinamento e passou a ser usado para a fusão do níquel e cobre e queima de combustível fóssil (IRWIN et al., 1997). O uso do cádmio na fusão entre metais está diminuindo bastante (WAISBERG et al., 2003) e aumentando na fabricação de baterias de veículos, de pedra-pome, pastas de limpeza, pisos, como componente em metalúrgicas, em pigmentos, acabamentos de peças, plásticos e vidros, além dos fertilizantes fosfatados (IARC, 1993). É importante ressaltar que a origem antropogênica do cádmio é 3 a 10 vezes maior do que a origem natural atmosférica (IRWIN et al., 1997). Cádmio é classificado como um agente carcinogênico de categoria 1 (evidências epidemiológicas suficientes para a ação carcinogênica em humanos) pela Agência Internacional de Pesquisa sobre o Câncer (IARC, 1993). É responsável por grande parte de intoxicações ocupacionais e ambientais (NORDBERG, 1978). Como resultado das emissões industriais e por causa da contaminação dos 31 fertilizantes utilizados nas plantações, no Século XX tem aumentado bastante a concentração do cádmio no solo, implicando em maior retenção pelos vegetais (SATARUG et al., 2003), que serão utilizados pelos animais e/ou homem, inclusive como alimentos. A principal exposição não ocupacional vem da fumaça do cigarro, que contém relativamente alta concentração deste metal. Fumantes ativos e passivos estão expostos a concentrações de cádmio presente na fumaça do tabaco (LEWIS, 1972; JARUP et al., 1998), sendo um dos componentes importantes para os efeitos tóxicos do cigarro no organismo. Cada cigarro contém aproximadamente de 1 a 2 μg cádmio e fumantes absorvem pelo trato respiratório cerca de 1 a 3 μg de cádmio por dia a mais do que uma pessoa que não tem contato com cigarros. Para pessoas que não estão em contato com cigarros, a dieta é a principal via de exposição ao cádmio (WHO, 1992). Outra importante via de exposição ao metal é a perinatal. Estudo mostrou que o metal foi detectado no leite materno humano em concentração significativa e que provavelmente está relacionado à contaminação ambiental sofrida pelas mães (NASCIMENTO et al., 2005). Dentre as exposições ocupacionais, são de maior risco as que afetam trabalhadores ligados diretamente com a produção e processamento do metal, fusão de metais e os que reciclam materiais eletrônicos (WHO, 1992). A meia vida do metal no organismo humano é de 15 anos (KJELLSTRÖM & NORDBERG, 1978) e superior a 200 dias em ratos (WEB, 1975). Por esse motivo, efeitos adversos à saúde podem aparecer ou continuar mesmo após a redução ou a cessação da exposição ao cádmio. O cádmio pode se acumular em órgãos como o hipotálamo, hipófise e gônadas (MARQUEZ et al., 1998). Por ter longa meia-vida, esta acumulação pode acarretar desordens do sistema endócrino, afetar a atividade do eixo hipotalâmico- hipofisário-testicular (ANTONIO et al., 1999), alterar o mecanismo de secreção de hormônios como prolactina, luteinizante (LH), tireoestimulante (TSH) e adrenocorticotrofico (ACTH) (LAFUENTE et al., 1999). Laskey & Phelps (1991), observaram diminuição nos níveis de testosterona e aumento nos níveis de ACTH em ratos. 32 A exposição ocupacional ao cádmio tem sido considerada como uma das causas de câncer de pulmão (IARC, 1993). Estudo, com duração de 18 meses expôs ratos continuamente, pela via inalatória, a um aerossol com baixa concentração de cloreto de cádmio. Os resultados mostraram incidência elevada de câncer de pulmão, com evidência significativa da relação entre dose e resposta (IARC, 1993). A exposição em longo prazo por inalação e a administração intratraqueal causaram danos inflamatórios crônicos nos pulmões e a inalação do cádmio em níveis elevados parece causar edema pulmonar letal (WHO, 1992). Em estudo pela via oral, foi observado que a ingestão de dose elevada causou a necrose do ovário e dos testículos de inúmeros animais, além da não- ovulação e vários danos no fígado. As doses maiores danificaram a mucosa gástrica e intestinal. A administração oral por longo prazo produziu efeitos prejudiciais no fígado, nos sistemas imunológico, ósseo e cardiovascular (WHO, 1992), além de apresentar propriedades nefrotóxicas sendo carcinogênico em rim de roedores (WALLKES & REHN, 1994). Muito da toxicidade do cádmio se deve à capacidade de substituir o zinco em reações biológicas. Zinco é um metal essencial necessário para a síntese de DNA, RNA e proteínas e para proceder à atividade enzimática de enzimas dependentes do metal (COUSINS et al. 2003). Estudos em modelos animais apóiam esta relação de antagonismo entre os metais, mostrando que o tratamento com zinco reduz os efeitos carcinogênicos do cádmio (WAALKES, 2003; RIÁNSARES et al., 2005). O mecanismo celular e molecular implicado na carcinogenecidade do cádmio inclui ativação de proto-oncogenes, inativação dos genes supressores de tumor, rompimento da adesão celular e inibição do reparo de DNA (WAALKES, 2003). Em relação á próstata, estudos epidemiológicos e em animais fornecem importantes evidências implicando o cádmio como um agente carcinogênico sobre a glândula prostática (WAALKES, 2000; NAKAMURA et al., 2002). A exposição ocupacional ao cádmio tem sido considerada como uma das causas de câncer de próstata e testículos (WAALKES & REHM, 1994; RIÁNSARES et al., 2005) em humanos. 33 Zeng e colaboradores (2004) em estudo de caso controle avaliaram os efeitos da exposição ocupacional sobre a próstata humana e observaram uma relação tipo dose-resposta entre trabalhadores expostos ocupacionalmente ao cádmio e a prevalência de valores anormais de antígeno específico da próstata (PSA), sugerindo que a exposição crônica ao metal está relacionada a danos na próstata. Há estudos que sugere a forte influência ambiental na transformação do estado latente do câncer de próstata em forma agressiva, como o estudo epidemiológico em relação ao aumento da incidência da manifestação clínica entre homens japoneses e chineses após migração dos Estados Unidos (MUIR et al., 1991). Alvarez e colaboradores (2004), em modelo experimental, avaliaram os efeitos do cádmio em exposição crônica, utilizando dose e via de administração que mimetiza a exposição ambiental, sobre a próstata. Observaram mudanças significativas no aumento do lúmen dos ácinos e perda de invaginações típicas das células epiteliais prostáticas comparados ao grupo controle. Os autores sugerem que estas alterações, provavelmente foram provocadas por stress oxidativo. A enzima, glutation S-transferase, faz parte do sistema que protege o organismo contra espécies reativas de oxigênio. Esta enzima está presente em pouca quantidade no tecido prostático normal, porém, num experimento com ratos intoxicados pelo cádmio, houve aumento significativo dos níveis desta enzima, sugerindo que desenvolve importante papel na resposta ao stress oxidativo, no início das lesões provocadas pelo metal (RIÁNSARES et al., 2005). Riánsares e colaboradores (2005), ainda no mesmo experimento, avaliaram as mudanças pré-neoplásicas na próstata induzidas pelo cádmio e observaram que houve aumento na proliferação celular nestes ácinos displásicos. Shirai e colaboradores (1993) demonstraram que o cádmio pode aumentar os efeitos carcinogênicos do composto 3,2-dimetil-4-aminobifenil (DMAB) sobre a próstata de ratos que receberam tal composto iniciador. As razões exatas para o desenvolvimento do câncer ainda é desconhecida, conhece-se apenas alguns fatores de risco relacionados à doença. Porém cada vez mais está aumentando o número de diagnósticos para câncer de 34 próstata, sendo considerado atualmente o sexto tipo de câncer mais comum no mundo e o mais prevalente em homens, representando cerca de 10% do total de câncer (INCA, 2007). Portanto, estudos experimentais e epidemiológicos com o cádmio têm demonstrado que ele pode ser considerado como mais um fator de risco para o desenvolvimento do câncer na próstata. 5. Cafeína Cafeína (1,3,7-trimetilxantina) é uma substância branca, cristalina, inodora, de sabor muito amargo (IARC, 1991). As fontes mais comuns de cafeína são: o café, a semente de cacau (utilizada na fabricação do chocolate), a semente de cola (utilizada na fabricação de refrigerantes) e os chás. É também adicionada a medicamentos contra gripe, como por exemplo, analgésicos e medicamentos utilizados para estimular a capacidade mental. A quantidade de cafeína nos alimentos varia dependendo do tamanho da porção, do tipo do produto e do método de preparo. Por ser facilmente encontrada em diferentes fontes, a cafeína é uma das substâncias farmacologicamente ativa mais freqüentemente ingerida no mundo, por todos os segmentos da população (IARC, 1991). A absorção da cafeína pelo trato gastrintestinal é rápida, nos humanos chega próximo dos 99% 45 minutos após sua ingestão (BLANCHARD & SAWERS, 1983), nos animais a absorção também é completa. Após alguns minutos já está na corrente sanguínea sendo levada para todos os órgãos do corpo. Ao atingir o córtex cerebral, diminui a fadiga e ao atuar sobre os receptores do hormônio adenosina, situados nas células nervosas, exerce ação inibidora a este hormônio (NAWROT et al., 2003), impedindo que ele aja como redutor da freqüência cardíaca, da pressão sangüínea e da temperatura corporal, fatores responsáveis pela sensação de torpor e do sono. Ela exerce também ação indireta estimulando a liberação de neurotransmissores e de alguns hormônios tais como a adrenalina (NAWROT et al., 2003). Nestes casos, a ação da cafeína ocorre pelo bloqueio da enzima 35 fosfodiesterase, responsável pelo metabolismo intracelular do AMPc, ou seja, há aumento da concentração do AMPc intracelular (MANDEL, 2002). Assim, os efeitos da adrenalina persistem por mais tempo e, com o aumento da atividade neuronal, a glândula pituitária age libertando grandes quantidades de hormônios que levam à liberação de adrenalina pelas supra-renais. A adrenalina circulante pode estimular a secreção de enzima lípase, uma lipoproteína que mobiliza os depósitos de gordura para utilizá-la como fonte de energia no lugar do glicogênio muscular. Esse efeito de poupar o glicogênio torna o corpo mais resistente à fadiga (NAWROT et al., 2003). Por esta razão, provavelmente, a cafeína é tão utilizada pelos atletas como substância ergogênica. Estudos mostram que qualquer efeito farmacológico da cafeína é passageiro. Ela não se acumula no organismo e é normalmente excretada dentro de algumas horas após o consumo. Em doses baixas, por via oral, menores do que 10 mg/kg, a cafeína alcança o pico plasmático entre 2,5 a 4,5 horas em adultos saudáveis, 0,7 a 1,2 horas em camundongos e ratos e 3 a 5 horas em macacos (ARNAUD, 1987). O fumo aumenta o metabolismo da cafeína reduzindo este período de 30 a 50% (JOERES et al., 1988) e aproximadamente dobra em mulheres que fazem o uso de contraceptivos orais (PATWARDHAN et al., 1980). Com o consumo regular há o desenvolvimento de tolerância para seus efeitos. Por exemplo, uma pessoa que consome cafeína regularmente pode beber vários copos de café em poucas horas e notar mínimos efeitos, enquanto outra pessoa que não é consumidora regular de café pode sentir os efeitos estimulantes após ingerir uma ou duas porções. A cafeína é metabolizada no fígado e deriva alguns metabólitos como dimetilxantinas, ácidos úricos dimetil e monometil, trimetil-alantoina, dimetil-alantoina e derivados de uracil. Estes metabólitos passarão por demetilação, oxidação e formação de uracil. A principal diferença entre os roedores e humanos é que nos ratos, 40% dos metabólitos da cafeína são derivados trimetil enquanto que estes, não excedem 6% nos humanos. Do mesmo modo, em humanos a demetilação de trimetil conduz a formação de paraxantina que representa 72-80% do metabolismo da cafeína (ARNAUD, 1987). 36 Os efeitos da cafeína sobre os sistemas do organismo humano têm sido extensivamente investigados, porém muitos dos dados destas pesquisas ainda são contraditórios. Ingestão moderada de cafeína com dose de até 400 mg por dia (equivalente a 6 mg/kg de peso corpóreo em uma pessoa com 65 kg) não está associada com toxicidade ou efeitos adversos como cardiovasculares, prejuízos na massa óssea, no balanço de cálcio, mudanças de comportamento no adulto, aumento de incidência de câncer ou efeitos na fertilidade masculina. Entretanto, os dados também mostram que mulheres em idade reprodutiva e crianças são subgrupos de risco, que requerem alerta específico para controlar o seu consumo diário (NAWROT et al., 2003). No caso das crianças, com o avanço da idade os níveis plasmáticos vão se tornando normais. Há autores que defendem o consumo da cafeína para o tratamento e prevenção de algumas doenças, tais como o mal de Parkinson, a diabetes mellitus do tipo 2 e a cirrose hepática (HIGDON & FREI , 2006). Na diabetes mellitus do tipo 2, o café quando ingerido em doses moderadas, parece melhorar o controle da glicose, como demonstrado em pesquisa com pacientes diabéticos (RANHEIN & HALVORSEN, 2005). O mecanismo foi atribuído á ação da cafeína como possível inibidor da enzima glucose-6- phosphatase, que controla o nível de glicose no sangue. Entretanto, exposições crônicas com altas doses de cafeína esta relacionada com o aumento da sensitividade à insulina (RANHEIN & HALVORSEN, 2005). Estudo epidemiológico demonstrou que em homens fumantes o risco do desenvolvimento de câncer no pulmão aumentou entre os que consumiam café, e observaram ainda relação positiva proporcional à quantidade de copos de café ingeridos (BAKER, 2005). Existem muitos trabalhos que defendem os efeitos benéficos da cafeína sobre o fígado. Estudos epidemiológicos relacionam a menor incidência de doenças crônicas no fígado com a ingestão de café e redução no risco de desenvolver hepatocarcinoma (KUROZAWA et al., 2005 ; SHIMAZU et al., 2005). Estudo realizado in vitro revelou que possivelmente o papel protetor da cafeína se deva por inibição da proliferação das células do hepatocarcinoma por induzir a parada do ciclo 37 celular independente da apoptose. Ocorre desregulação na cascata de sinalização, onde algumas quinases são ativadas e sinalizam a parada do ciclo celular (OKANO et al., 2008). Estudos in vitro sobre o ciclo celular quanto à proliferação e morte celular são muito contraditórios. Uma explicação para estas discrepâncias, é que os experimentos utilizaram diferentes tipos celulares em diferentes condições e em concentrações que vão desde micromolares até milimolares altas. Fisiologicamente, atingir tais níveis sangüíneos experimentais de cafeína seria extremamente difícil em humanos sem produzir efeitos colaterais adversos (BODE & DONG, 2006). Neste sentido, a relevância destes dados experimentais obtidos com altas concentrações de cafeína não está clara, mas ajudam a compreensão dos possíveis mecanismos que a célula pode responder. Ratos recebendo cafeína, teobromina e teofilina na sua dieta alimentar demonstraram atrofia nos testículos, além de varias mudanças atróficas nos órgãos sexuais acessórios, incluindo a próstata, sendo que a cafeína revelou maior toxicidade. Análises citogenéticas destes testículos demonstraram redução no número de células mitóticas e aumento no nível de testosterona, que foi correlacionado com a aparência hiperplásica das células intersticiais nos testículos atrofiados (WEINBERGER et al., 1978). Gans (1984) confirmou estes dados e também observou degeneração vacuolar nas células espermatogênicas. Disfunção simpática parece ter efeito de aceleração de mitoses sobre a próstata e o risco de desenvolvimento de HPB parece aumentar com ingestão de alimentos contendo cafeína por estimular a via simpática (GASS, 2002). Administração diária de cafeína em coelhos adultos por quatro semanas causou desequilíbrio nos hormônios esteróides e nos secretados pela glândula pituitária anterior (EZZAT & EL-GOHARY, 1994), o que sugere desequilíbrio homeostásico entre os tecidos dependentes de andrógenos e os não dependentes. Desta forma, a cafeína parece também desempenhar papel de desregulador endócrino. Estudo de caso-controle com homens de 65 a 80 anos de idade realizado na Suíça, intitulado “Sua próstata”, relacionou sintomas de HPB com o uso de álcool, cigarro e consumo de café. Foi encontrada relação positiva proporcionalmente direta 38 entre consumo de café e o aparecimento de hiperplasia prostática benigna (GASS, 2002). Estudos anteriores já sugeriam esta correlação (GLYNN et al., 1985; MORRISSON, 1990). Por outro lado, há outros estudos caso-controle que não encontraram nenhuma relação entre o consumo de café e o risco de HPB (SIGNORELLO, 1999). Em contraste, há um estudo de caso-controle que encontrou diminuição do risco de HPB em homens que tinham o hábito de tomar café (MORRISON, 1992). Estudos in vitro em relação ao câncer têm demonstrado que a cafeína apresenta efeitos diretos sobre o ciclo celular, agindo sobre a proteína p53 de forma a induzir morte celular programada (ITO, et al., 2003; HE et al., 2005; NOMURA et al., 2005). Os dados ainda são conflitantes e pouco se conhece sobre a ingestão de alimentos contendo cafeína como fator de risco ou protetor para afecções prostáticas como HPB. Desta forma, mais estudos são necessários para o entendimento dos efeitos da cafeína sobre os diferentes sistemas do organismo, principalmente nas condições de doses crônicas que correspondem melhor à realidade dos hábitos das populações humanas. Objetivos 40 Geral: Este projeto teve por objetivo investigar se a ingestão de baixas concentrações de cádmio e/ou cafeína durante crescimento prostático na puberdade promove alterações na morfologia e nos índices de proliferação e apoptose das células epiteliais das próstatas ventrais e dorsais do rato Wistar. Específicos: • Avaliar os efeitos do cádmio e da cafeína, isolados ou combinados, sobre parâmetros morfológicos e morfométricos de altura do epitélio glandular e da área de colágeno; • Avaliar os efeitos do cádmio e da cafeína, isolados ou combinados, sobre os índices de proliferação e morte celular das células epiteliais prostáticas; • Avaliar os efeitos do cádmio e da cafeína, isolados ou combinados, sobre a concentração plasmática de testosterona circulante no sangue; • Avaliar os efeitos do cádmio e da cafeína, isolados ou combinados, sobre a incidência de lesões prostáticas. Referências Bibliográficas 42 Arnaud MJ. The pharmacology of caffeine. Progr. Drug. Res., v.31, p.273–313, 1987. Algaba F. Neoplasia intra-epitelial prostática. Urol. Contemp., v.3, n.3, p.174-79, 1997. Alvarez SM, Gomez NN, Scardapane L, Zirulnik F, Martinez D, Gimenez MS. Morpological changes and oxidative stress in rat prostate exposed to a non- carcinogenic dose of cadmium. Toxicol. Lett., v.153, p.365-76, 2004. Antonio MT, Corpas I, Leret ML. Neurochemical changes in newborn rats’ brain after gestational cadmium and lead exposure. Toxicol. Lett., v.104, p.1-9, 1999. Aumüller G, Seitz J. Protein secretion and secretory process in male accessory Sex gland. Int. Ver. of Citol., Germany v.121, p.127-231, 1990. Blanchard J, Sawers SJA. The absolute bioavailability of caffeine in man. Eur. J. Clin. Pharmacol., v.24, p.93–8, 1983. Billis A. Urologia Prostatica. Goiânia, Editora UFG ,1997. Bode AM, Dong Z. The enigmatic effects of caffeine in cell cycle and cancer. Cancer Lett., v.16, 2006. Boget S, Cereser C, Parvaz P, Leriche A, Cereser C, Parvaz P, Leriche A, Revol A. Fibroblast growth factor receptor 1 (FGFR1) i over expressed in benign prostatic hyperplasia whereas FGFR2-IIIc and FGFR3 are not. Eur. J. Endocrionol., v.145, p.303-10, 2001. Bonkholff H, Rembenger K. Diagnostic criteria and differential diagnosis of prostatic intraepithelial neoplasia. Pathol., v.19, p.33-41, 1998. Bostwick DG, Brawer MK. Prostatic intra-eithelial neoplasia and early invasion in prostate cancer. Cancer, v.59, p.788-94, 1987. Bostwick DG. Progression of prostatic intraepithelial neoplasia to early invasive adenocarcinoma. Eur. Urol., v.30, p.145-152, 1996. Bostwick DG. High grade prostatic intraepithelial neoplasia. Cancer, v.75, p.1823-36, 1995. Carson C, Rittmaster R. The role of dihydrotestosterone in benign prostatic hyperplasia. Urology, v.61, p. 2-7, 2003. 43 Coakley F, Hricak H. Radiologic anatomy of the prostate gland: a clinical approach. Radiol. Clin. North Am., v.38, p.13-30, 2000. Cousins RJ, Blanchard RK, Moore JB, Cui L, Luizzi JP, Cao J, Bobo JA. Regulation of zinc metabolism and genomic outcomes. J. Nutr., v.133, p.1521S-6S, 2003. Cunha GR, Bigsby RM, Coople PS, Sugmura Y. Stromal-epithelial interactions in adult organs. Cell. Diff., v.17, p.137-48, 1985. Custódio AMG, Góes RM, Taboga SR (2003) Acid phosphatase activity in gerbil (meriones unguiculatus) prostate: comparative study in female and male glands during postnatal development. Cell Biol Int., (accept for publ.) De Marzo AM, Marchi VL, Epstein JI, Nelson WG. Proliferative inflammatory atrophy of the prostate: implications for prostatic carcinogenesis. Am. J. Pathol., v.155, p.1985–92, 1999. Deshmukh N, Sctson J, Dodson AR, Smith PH, Ke Y, Foster CS. Differential expression of acidic and basic fibroblast growth factors in benign prostatic hyperpalasia identified by immunohistochemichemistry. Br. J. Urol., v.80, p. 869- 74, 1997. Donjacour AA, Cunha GR. Assessment of protein secretion in tissue recombinants made of urogenital sinus mesenchyme and urothelium from normal or androgen- intensive mice. Endocrinol.,v.132, p.2342-50, 1993. Dragan YP, Pitot HC. Facts and theories concerning the mechanisms of carcinogenesis. FASEB J., v.5, p.2280-6, 1991 Epstein JI. Non-neoplastic diseases of the prostate. Urol. Surgical Pathol. St. Louis, MO: Mosby; p.307–40, 1997. Ezzat AR, El-Gohary ZM. Hormonal and histological effects of chronic caffeine administration on the pituitary-gonadal and pituitary-adrenocortical axes in male rabits. Funct. Dev. Morphol., v.4, p.45-50, 1994. Filho GB, Bogliolo: Patologia – 5ª edição, Rio de Janeiro – Guanabara Koogan, 1994. Friberg L, Piscator M, Nordberg GF, Kjellstrom T. Cadmim in the environment. 2nd ed. Cleveland: CRC Press, 1974. Gans JH. Comparative toxicities of dietary caffeine and theobromine in the rat. Food Chem. Toxicol., v.22, p.365-9, 1984. 44 Garabedian EM, Humphrey PA, Gordon JI. A transgenic mouse model of metastatic prostate cancer originating from neuroendorine cells. Cell. Biol., v.95, p.15382-7, 1998. Gass R. Benign prostatic hyperplasia: the oposite effects of alchol and coffee intake. BJU International, v.90, p.649-54, 2002. Glynn RJ, Campion EW, Bouchard GR, Silbert JE. The development of benign prostatic hyperplasia among volunteers in the Noprmative Aging Study. Am. J. Epidemiol., v.121, p.78-90, 1985. Grimelius L. A silver nitrate stain for alpha 2 cells in human pancreatic islets. Acta Societa. Medica Uppsala., v.73, p.243, 1968. Guyton AC, Hall JE. Reprodutive and hormonal functions of the Male (and functions of the pineal gland). Textbook of medical physiology. 10th ed. W. B. Saunders Company, 2000. Hayward SW, Baskin LS, Haughney PC, Cunha AR, Foster BA, Dahiya R, Prins GS, Cunha GR. Epithelial development in the rat ventral prostate, anterior prostate and seminal vesicle. Acta anat., v.155, p.81-93, 1996. Hayward SW, Rosen MA, Cunha GR. Stromal-epithelial interactions in the normal and neoplastic prostate. Br. J. Urol., v.2, p.18-26, 1997. Hayward SW, Haughney PC, Rosen MA, Greulich KM, Weier HU, Dahiya R, Cunha GR. Interactions between adult human prostatic epithelium and rat urogenital sinus mesenchyme in a tissue recombination model. Differentiation, v.63, p.131- 40, 1998. He Z, Ma WY, Hashimoto T, Bode CS, Yang CS, Dong Z. Induction of apoptosis by caffeine is mediated by the p53, bax, and caspase 3 pathways. Cancer Res., v.63, p.4396-401, 2005. Helpap B. Differential diagnosis of glandular proliferation a in the prostate. A conventional and immunohistochemical approach. Virchous Arch. Freiburg, v.433, p.397-405, 1998. Higdon JV, Frei B. Coffee and health: a review of recent human research Crit Rev Food Sci Nutr. v.46, p.101-23, 2006. 45 Hirose F, Takizawa S, Watanabe H, Takeichi N. Development of adenocarcinoma of the prostate in ICR mice locally irradiated X-rays. Jap. J.Cancer Res., v.67, p. 407-11, 1976. Ho E, Boileau TW, Bray TM. Dietary influences on endocrine-inflammatory interactions in prostate cancer development. Arch. Biochem. Biophys., v.428, p.109-117, 2004. Hsing AW, Reichardt JKV, Stanczyk FZ. Hormones and prostate cancer: current perspectives and future directions. Prostate, v.52, p.213-235, 2002. Hudson DL, Guy AT, Fry P, O´Hare MJ, Watt FM, Masters JRW. Epithelial cell differentiation pathways in the human prostate: Identification of intermediate phenotypes by keratin expression. J. Histochem. Cytochem., v.49(2), p.271-78, 2001. Instituto Nacional de Câncer – INCA. Câncer de próstata. Disponível em: http://www.inca.gov.br/conteudo_view.asp?id=339. Acesso em: 20 de Dezembro de 2007. International Agency for Research on Cancer Monografhs, coffea, tea, mate, methilxantines and methilglyoxal. IARC Monograf., Eval. Carcinogen. Riskis Human., v.51, p.1-513, 1991. International Agency for Research on Cancer Monographs, v.58, Cadmium, IARC Press, Lyon, 1993, pp. 119-238. Irwin RJ, VanMouwerik M, Stevend L, Seese MD, Basham W, 1997. Environmental Contaminants Encyclopedia. National Park Service, Water Resources Division, Fort Collins, Colorado. Disponível em http://www.nature.nps.gov/toxic/cadmium.pdf , acessado em 20 de dezembro de 2007. Isaacs JT. Antagonistic effect of androgen on prostatic cell death. The Prostate, v.5, p. 545-57, 1984. Isaacs JT. Etiology of benign prostatic hyperplasia. Eur. Urol., v.25 (1), p. 6-9, 1994. Ito, K., Nakasato, Y., Miyakawa, K., Yamato, Y., Ikeda, M., Kisaki, M. Caffeine induces G2/M arrest and apoptosis via a movel p53-dependent pathway in nb-4 promyelocytic leukemia cells. J.Cell. Physiol., v.196, p.276-83, 2003. 46 Janssen M, Albrcht M, Moschler O, Renneberg H, Fritz B, Aumuller G, Konrad L. Cell lineage characteristics of human prostatic stromal cells cultured in vitro. Prostate, v.43, p.20-30, 2000. Jarup P, Berglund J, Elinder CG, Nordberg G, Vahter M. Health effects of cadmium exposure – A review of the literature and a risk estimate. Environ. Health, v.24, p.1-51, 1998. Jemal A, Siegel R, Ward E, Murray T, Xu, J, Smigal C, Thun M J. Cancer statistics. CA Cancer JC Clin., v.56, p.106-130,2006. Joeres R, Klinker H, Heusler H, Epping J, Zilly W, Richter E. Influence of smoking on caffeine elimination in healthy volunteers and in patients with alcoholic liver cirrhosis. Hepatology, v.8, p.575–9, 1988. Kassen A, Sutkowski DM, Ahn H, Sensibar JA, Kozlowski JM, Lee C. Stromal cells of tehe human prostate: initial isolation and characterization. Prostate, v.28, p.89-97, 1996. Kjellström T, Nordberg GF. A kinetic model of cadmium metabolism in the human being. Environ. Res., v.16, p.248-69, 1978. Kurozawa Y, Ogimoto I, Shibata A, Nose T, Yoshimura T, Suzuki H, et al. Coffee and risk of death from hepatocellular carcinoma in a large cohort study in Japan. Br J Cancer, v.93, p.607-10, 2005. Labat-Robert J, Bihari-Varga M, Robert L. Extracellular matrix. FEBS Lett., v.268, p.368-393, 1990. Lafuente A, Esquifino AI. Cadmium effects on hipothalamic activity and pituitary hormone secretion in the male. Toxicol. Lett., v.110, p.209-18, 1999. Laskey JW, Phelps PV. Effect of cadmium and other metal cations on in “in vivo” Leydig cell testosterone production. Toxicol. Appl. Pharmacol., v.108, p.296-306, 1991. Lee C, Sensibar JA, Dudek SM, Hiipakka,S, Liao S. Prostatic ductal system in rats: regional variation in morfological and functional activities. Biol. Reprod., v.43, p.1079-86, 1990. Lewis GP, Coughlin LL, Jusko WL, Hartz S. Contribuition of cigarret smoking to cadmium accumulation in man. The Lancet, v.299, p.291-2, 1972. 47 Liu AY, True LD. Characterization of the prostate cell types by CD cell surface molecules. Am J Pathol., v.160(1), p.37-43, 2002. Mandel, H.G.. Update on caffeine concumption, disposition and action. In Food and Chemical Toxicol., p.1231-4, 2002. Marcelli M, Cunningham GR. Hormonal signaling in prostatic hyperplasia and neoplasia. J. of Clinical Endoc. & Metabol., v.84, p.3463-8, 1999. Marker PC, Donjacour AA, Dahiya R, Cunha GR. Hormonal, cellular, and molecular control of prostatic development. Develop. Biol., v.253, p.165-74, 2003. Marquez N, Alvarez-Demanuel E P, Esquifino S, Lafuente AI. Chronic alternate or dialy cadmium exposure differentially affects its accumulation within the tissues. Effects of age. Toxicol. Lett. Suppl., v.1/95, p.125, 1998. Mcneal JE. Normal histology of the prostate. Am J. Surg. Pathol., v. 12, p.619-33, 1988. Mori H, Maki M, Oishi K, Jaye M, Igarashi K, Yoshida O, Hatanaka M. Increased expression of genes for basic fibroblast growth factor and transforming growth factor type beta 2 in human benign prostatic hyperplasia. Prostate, v. 16, p. 71- 80, 1990. Morrison AS. Smoking and prostatic hypertrofy. In Wald N., Baron J., Froggatt P.eds, Smoking and Hormone related disorders. Oxford: Oxford University Press, p.116-21, 1990. Morrison AS. Risk factors for surgery for prostatic hipertrofy. Am I. Epidemiol., v.135, p.974-80, 1992. Morrison C, Thornhill J, Gaffney E. The connective tissue framework in the normal prostate, BPH and prostate cancer: analysis by scanning electron microscopy after cellular digestion. Urol. Res., v.28, p.304-7, 2000. Muir CS, Nectoux J, Staszewski J. The epidemiology of prostatic cancer. Geographical distribuition and time-trends. Acta. Oncol., v.30, p.133-40, 1991. Nakamura K, Yasunaga Y, Ko D, Xu L, Moul Jw, Peehl Dm, Srivastava S, Rhim Js. Cadmium-induced neoplastic transformation of human prostate epithelial cells. Int J Oncol., v. 20, p. 543-7, 2002. 48 Nascimento LFC, Filho HLC, Pereira ML, Baccan N. Cadmium quantification in Brazilian mothers colostrum: a regional study. Rev. Bras. Saúde Mater. Infant., v.5, p. , 2005. Nazian SJ. Concentrations of free testosterone, total testosterone and androgens binding protein in the peripheral serum of male rats during sexual maturation. J. Androl., v.7, p.49-54, 1986. Nawrot P, Jordan EJ, Rotstein J, Hughenholtz A, Feeley M. Effects of caffeine on human health. Food Addit. Contam., v.20, p.1- 30, 2003. Nemeth JA, Lee C. Prostatic ductal system in rats: regional variation in stromal organization. Prostate, v.28, p.124-128, 1996. Nomura M, Ichimatsu S, Moritani S, Koyama I, Dong Z, Yokogawa K, Myiamoto K. Inhibition of epidermal growth factor-induced cell transformation and akt activation by the caffeine. Mol. Carcinog., v.44, p.67-76, 2005. Nordberg M. Studies on metallothionein and cadmium. Environ. Res., v.15, p.381– 404, 1978. Patwardhan RV, Desmond PV, Johnson RF, Schenker S. Impaired elimination of caffeine by oral contraceptive steroids. J. Lab. Clin. Med., v.95, p.603–8, 1980. Pollard M, Luckert PH, Schmidt MA. Induction of prostate adenocarcinomas in Lobund Wistar rats by testosterone. Prostate, v.3, p.563-8, 1982. Pour PM, Stepan K. Induction of prostatic carcinomas and lower urinary tract neoplasms by combined treatment of intact and castred rats with testosterone propionate and N-nitrosobis (2oxopropyl) amine. Cancer Res., v.47, p. 5699-705, 1987. Pour PM. Prostatic cancer induced in MRC rats by N-nitrosobis(2-oxopropyl)-amine and N-nitrosobis (2-hydroxypropyl-amine. Carcinogenesis, v.4, p.49-55, 1983. Prins CG, Birch L & Greene GL. Androgen receptor localization in different cell types of the adult rat prostate. Endocrinol., v.129, p. 3187-99, 1991. Qian J, Wollan P, Bostwick DG. The extent and multicentricity of high-grade prostatic intraepithelial neoplasia in clinically localized prostatic adenocarcinoma. Hum. Pathol., v.28, p.143-8, 1997. Riánsares A, Pozuelo JM, Martín R, Rodríguez R, Santamaría L. Quantitative and Imunohistochemical evaluation of PCNA, Androgen Receptors, Apoptosis, and 49 Glutathione-S-Trasnferase PI ons Preneoplastic Changes Induced by Cadmium and Zinc Chlorid in the Rat Ventral Prostate. Prostate, v.9999, p.1-11, 2005. Roy-Burman P, Wu H, Powell WC, Hagenkord J, Cohen MB. Genetically defined mouse models that mimic natural aspects of human prostate cancer development. Endocr. Relat. Cancer., v:11, p:225-254, 2004. Satarug S, Baker JR, Urbenjapl S, Haswell-Elkins M, Reilly PE, Williams DJ, Moore MR. A global perspective on cadmium pollution and toxicity in non-occupationally exposed population. Toxicolol. Lett., v.137, p.65-83, 2003. Shabsigh A, Tanji N, D'agati V, Burchardt T, Burchardt M, Hayek O, Shabsigh R, Buttyan R. Vascular anatomy of the rat ventral prostate. Anat Rec., v.256, p.403- 11, 1999. Shappell SB, Thomas GV, Roberts RL, Herbert R, Ittmann MM, Rubin MA, Humphrey PA, Sundberg JP, Rozengurt N, Barrios R, Ward JM, Cardiff RD. Prostate Pathology of Genetically Engineered Mice: Definitions and Classification. The Consensus Report from the Bar Harbor Meeting of the Mouse Models of Human Cancer Consortium Prostate Pathology Committee. Cancer Res., v.64, p. 2270–305, 2004. Shimazu T, Tsubono Y, Kuriyama S, Ohmori K, Koizumi Y, Nishino Y et al. Coffee consumption and the risk of primary liver cancer: pooled analysis of two prospective studies in Japan. Int. J. Cancer, v.116, p.150-4, 2005. Shirai T, Iwasaki S, Masui T, Mori M, Kato T, Ito N. Enhancing effect of cadmium on rat ventral prostate carcinogenesis induced by 3,2'-dimethyl-4-aminobiphenyl. Jpn. J. Cancer Res., v.84, p.1023-30,1993. Signorello LM, Tzonou A, Lagiou P, Samoli E, Zavitsanos X, Trichopoulos D. The epidemiology of benign prostatic hyperplasia: a study in Greece. BJU Int., v.84, p.286-91, 1999. Signoretti S, Waltrengny D, Dilks J, Isaac B, Lin D, Garraway L, Yang A, Montironi R, McKeon F, Loda M. p63 is a prostate basal cell marker and is required for prostate development. Am. J. Pathol., v.157(6), p.1769-75, 2000. Sung SY, Chung W. Prostate tumor-stroma interaction: molecular mechanism and opportunities for therapeutic targeting. Differentiation, v.70, p.506-521, 2002. 50 Suwa T, Nyska A, Peckham JC, et al. A retrospective analysis of background lesions and tissue accountability for male accessory sex organs in Fischer-344 rats. Toxicol. Pathol., v. 29, p. 467–78, 2001. Tarizawa S, Hirose F. Role of testosterone in the development of radiation-induced prostate carcinoma in rats. Jap. J. Cancer Res., v. 69, p. 723-36, 1978. Taboga SR, Vidal BC. Collagen fibers in human prostatic lesions: histochemistry and anisotropies. J. Submicroso Cytol. Pathol., v.35 (1), p.1-6, 2003. Thompson IM, Klein EA, Lippman SM, Coltman CA, Djavan B. Prevention of prostate cancer with finasteride: US/European perspective. Eur. Urol., v.44, p.650-655, 2003. Untergasser G, Maderbacher S, Berger P. Benign prostatic hyperplasia: age-related tissue-remodeling. Exp. Gerontology, v.40, p.121-8, 2005. Vilamaior PS, Felisbino SL, Taboga SR, Carvalho HF. Collagen fiber reorganization in the rat ventral prostate following androgen deprivation: a possible role for smooth muscle cells. Prostate. v. 45, p.253-8, 2000. Waalkes MP, Rehm S. Cadmium and prostate cancer. J. Toxicol. Environ. Health, v. 43, p.251-259, 1994. Waalkes MP. Cadmium carcinogenesis in review. J. Inorg. Biochem., v. 79, p. 241- 244, 2000. Waalkes MP. Cadmium carcinogenesis. Mutat. Res., v.533, p. 107-20, 2003. Waisberg M, Joseph P, Hale B, Beyersmann D. Molecular and cellular mechanisms of cadmium carcinogenesis. Toxicol., v.193, p.95-117, 2003. Ward JM, Reznik G, Stinson SF. Histogenesis and morphology of naturally occurring prostatic carcinoma in the ACI/segHapBR rat. Lab Invest., v.43, p.517-22, 1980. Web M. Cadmium. Br. Med. Bull., v.31, p.246-50, 1975. Weinberger MA, Friedman L, Farber TM, Moreland FM, Peters EL, Gilmore CE, Kham MA. Testicular atrofy and impairment spermatogenesis in rats fed hight levels of the methylxantines caffeine, theobromine, or theofhyline. J. Environ. Parhol. Toxicol., v. 1, p. 669-88, 1978. World Health Organization – WHO. Environmental Health Criteria, 134 Cadmium. Geneva: 1992. Disponível em: 51 http://www.inchem.org/documents/ehc/ehc/ehc134.htm. Acesso em 28 de dezembro 2007. Zeng X, Jin T, Jiang X, Kong Q, Ye T, Nordberg GF. Effects on the prostate of enviromental cadmium exposure-a-cross-sectional population study in China. Biometals., v.17, p.559-65, 2004. Artigo 53 Proliferação e morte de células epiteliais e alterações estromais da próstata de ratos Wistar expostos à cafeína e ao cádmio. Lívia M. Lacorte1, Flavia K. Delella2, Elaine M. Porto Amorim2, Luis A. Justulin Jr.2, Antonio F. Godinho3, Alaor A. Almeida3, Patrícia F. Felipe Pinheiro4, Renée L. Amorim5, Sérgio L. Felisbino1. 1 Universidade Estadual Paulista (UNESP), IB, Depto. Morfologia, Botucatu, SP 2 Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP), IB, Depto. Biologia Celular, Campinas, SP 3 Universidade Estadual Paulista (UNESP), IB, CEATOX, Botucatu, SP 4 Universidade Estadual Paulista (UNESP), IB, Depto. Anatomia, Botucatu, SP 5 Universidade Estadual Paulista (UNESP), FMVZ, Depto. Clinica Veterinária, Botucatu, SP Correspondência: Dr. Sérgio L. Felisbino, Depto. De Morfologia, Instituto de Biociências, Universidade Estadual Paulista, 18.618-000, Botucatu, SP, Brasil. Telefone/fax: +55 0XX 14 3811 6264 E-mail: felisbin@ibb.unesp.br Este trabalho teve apoio financeiro pela FAPESP, número (2006/60115-2). 54 Resumo Além de fatores étnicos, etários e genéticos, a contaminação ambiental por agentes químicos carcinogênicos, os hábitos alimentares e o estilo de vida, tais como exposição ao cádmio e a ingestão de bebidas contendo cafeína, têm sido associados com o aparecimento do câncer de próstata e com a hiperplasia prostática benigna, respectivamente. Neste sentido, por exemplo, a partir da puberdade é comum os homens adquirirem o hábito de fumar e/ou de ingerir bebidas estimulantes, estando, portanto, expostos ao cádmio e/ou à cafeína, e em um período importante de rápido crescimento e maturação prostática. Desta forma, este trabalho avaliou os efeitos, isolados e combinados, do cádmio e da cafeína, em baixas concentrações, sobre a morfologia e fisiologia da próstata de ratos púberes. Para isto, ratos Wistar com 60 dias de idade foram divididos em quatro grupos (n=15), os quais receberam, via oral, na água de beber, por 30 dias: água, acetato de cádmio (10ppm de Cd+2), cafeína (10mg/l) ou cafeína+cádmio. Posteriormente, os lobos prostáticos dorso-laterais e ventrais foram processados hitologicamente e realizadas análises morfológicas, citoquímicas para fibras de colágeno, morfométricas e imunocitoquímicas para Ki-67. Também foram determinadas as concentrações plasmáticas de cádmio e de testosterona e intraprostática de cádmio no lobo ventral. As concentrações plasmática e intraprostática de cádmio aumentaram significativamente nos animais expostos ao cádmio e ao cádmio+cafeína. O período de exposição aos agentes não alterou significativamente o peso dos lobos prostáticos, a concentração plasmática de testosterona e a morfologia glandular. Entretanto, o índice de proliferação celular aumentou nas próstatas dos animais do grupo que recebeu cádmio isoladamente e foram encontradas áreas de proliferação atípicas em seu lobo dorsal. Além disso, foram observadas diminuição nas áreas ocupadas pelas fibras colágenas e na altura das células epiteliais nos lobos ventral e dorsal dos três grupos tratados e uma maior incidência de prostatite crônica no lobo ventral dos animais expostos à cafeína. Portanto, nossos resultados sugerem que, nas condições experimentais deste estudo, o cádmio, mesmo em baixas doses, é capaz de aumentar o índice de proliferação das células epiteliais e de alterar as fibras do estroma glandular, 55 mudanças que podem favorecer o desenvolvimento de neoplasias na próstata na idade adulta. Já a cafeína, apesar de aumentar a incidência de prostatite nos lobos prostáticos, não aumentou a proliferação das células epiteliais e, ainda, antagonizou os efeitos de indução de proliferação do cádmio, sugerindo ação protetora contra este efeito do metal. Introdução O câncer de próstata é atualmente a neoplasia mais comum entre homens, representando 29 e 21% de todos os novos casos de câncer nos Estados Unidos e no Brasil, respectivamente (Jemal et al. 2007; INCA, 2008). Apesar dos inúmeros estudos, a etiologia do câncer de próstata no homem é complexa e pode incluir idade, etnia, estilo de vida, fatores ambientais e genéticos, entre outros. Estudos que relacionam fatores ambientais, como exposição ao cádmio (Cd), com o diagnóstico desta doença parece ser menos investigados que os outros mencionados anteriormente. Contudo, existem evidências epidemiológicas e experimentais para associação entre exposição ao cádmio e o câncer de próstata em humanos e roedores (Waalkes et al. 1989; Goyer et al. 2004; Arriazu et al., 2006; Vinceti et al. 2007). O Cd é classificado como um carcinógeno humano pela Agência Internacional de Pesquisa sobre o Câncer (IARC, 1993). Naturalmente, o Cd está presente na atmosfera durante as atividades vulcânicas, incêndios nas florestas ou carregado pelo vento sob forma de partículas sólidas (Irwin et al., 1997). É onipresente no ambiente, devido à poluição industrial. É responsável por grande parte de intoxicações ocupacionais e ambientais (Nordberg, 1978). A exposição ocupacional está relacionada ao contato de trabalhadores das áreas principalmente de mineração, fusão de minérios, manufaturamento de baterias, pigmentos e plásticos (IARC, 1993). Em áreas contaminadas, o Cd satura o solo e as reservas de água, atingindo níveis altos como 0,21 mg/kg e aproximadamente 1,9 μM em alimentos (Yan et al., 2007). Fumantes também estão expostos ao Cd proveniente dos cigarros (Jarup et al., 1998). Entre os não fumantes, a dieta é a principal via de exposição ao Cd (Satarug & Moore, 2004). Em humanos, Cd é associado ao câncer 56 de pulmão, mas não está definitivamente associado ao de próstata (IARC, 1993), entretanto, em roedores o Cd reconhecidamente é capaz de induzir o desenvolvimento de neoplasias na próstata (Waalkes et al., 1989; Arriazu et al., 2006). A meia vida do metal no organismo humano é de 15 anos (Kjellström & Nordberg, 1978) e superior a 200 dias em ratos (Web, 1975). Devido à baixa taxa de excreção (~ 0.001%/dia) o Cd é acumulado no organismo (Satarug & Moore, 2004), e a próstata é um dos órgãos com alta bioacumulação deste metal (0.45–28 μM) (Lindegaard et al. 1990; Achanzar et al. 2001). Pacientes com câncer de próstata demonstraram ter níveis mais altos do metal na próstata e na circulação (Brys et al. 1997). Além disso, sabe-se que o Cd induz aumento na atividade proliferativa das células epiteliais (Waalkes, 2000; Arriazu et al., 2006; Bakshi et al., 2008) e induz às células a adquirem caráter maligno onde tornam-se resistentes à apoptse via super-expressão do gene Bcl2 e de seu produto (Qu et al., 2007; Arriazu et al., 2006). Outros fatores relacionados ao estilo de vida, principalmente em relação à dieta, também são considerados grandes contribuintes para a promoção do câncer ou para proteção contra o mesmo. Dentre alguns componentes da dieta, a cafeína destaca-se por estar presente não só nos hábitos nutricionais como chás, cafés, chocolates, bebidas energéticas entre outros alimentos, como também em medicamentos da maioria dos segmentos da população. Os efeitos da cafeína sobre proliferação e morte celular têm sido extensivamente investigados entre os mais diferentes tipos celulares, entretanto os dados ainda são bastante contraditórios (Bode & Dong, 2006). Sabe-se que a cafeína estimula a via simpática, e disfunção simpática parece ter efeito de aceleração das mitoses na próstata, sugerindo aumento do risco de desenvolvimento de hiperplasia prostática benigna pela ingestão de alimentos que contenham cafeína (Yun & Doux, 2006). Além disso, estudos de caso-controle demonstraram correlação positiva direta entre o surgimento de hiperplasia prostática benigna e o consumo de alimentos contendo cafeína (café e chás) por homens na idade adulta (Glynn et al., 1985; Morrisson, 1990; Gass, 2002). Entretanto, outros 57 estudos caso-controle não encontraram nenhuma correlação ou encontraram correlação negativa entre o consumo de café e o risco de HPB (Signorello, 1999; Morrisson, 1992). Considerando que na puberdade a próstata, tanto de humanos como de roedores, apresenta expressivo crescimento glandular por processos proliferativos e secretórios (Risbridger et al., 2005; Vilamaior et al., 2006) e que na puberdade os homens são mais suscetíveis à adquirem o hábito de fumar e ingerir bebidas energéticas, o presente estudo teve por objetivo investigar os efeitos do cádmio e da cafeína, isolados ou combinados, em baixa concentração no período da puberdade sobre a histoarquitetura glandular e sobre os processos de proliferação e morte celular na próstata do rato Wistar adulto jovem. Materiais e Métodos Animais Foram utilizados 60 ratos Wistar púberes (60 dias de idade), pesando aproximadamente 200g, provenientes do Biotério Central da UNESP de Botucatu. Os animais foram mantidos no Biotério do Centro de Assistência Toxicológica (CEATOX) do Instituto de Biociências da UNESP/Botucatu, em caixas de polietileno com substrato de maravalha autoclavadas, em condições controladas de luminosidade e temperatura média de 25°C, sendo fornecidas água e ração ad libitum. Os animais foram pesados e randomizados em 4 grupos experimentais: grupo controle (Ct), grupo cádmio (Cd), grupo cafeína (Cf) e grupo cafeína mais cádmio (CC). No grupo Ct, os animais receberam água da torneira; no grupo Cd, os animais receberam solução de acetato de cádmio (Synth) diluído na água, na concentração de 10mg de Cd/l; no grupo Cf, os animais receberam solução de cafeína (Acros) na água, na concentração de 10mg/l; e o grupo CC, ambas as concentrações foram adicionados na água. Após 30 dias do início do experimento, os animais foram anestesiados com 200mg/kg de pentobarbital sódico, injetado intraperitonealmente. Logo em seguida, foi feita punção cardíaca para coletar sangue para quantificação da 58 concentração de cádmio e para concentração plasmática de testosterona. Após eutanásia, os dois lobos da próstata ventral, direito e esquerdo foram removidos e pesados, bem como os lobos das próstatas dorsolaterais, testículos, fígado e rins. Um dos lobos ventrais foi utilizado para determinar a concentração intra-prostática de cádmio e o outro para análises histológicas. Ambos os lobos prostáticos dorsolaterais foram processadas para análises histológicas. Os outros órgãos foram descartados após terem sido pesados. Durante o período da administração do cádmio e da cafeína, foi mensurado o consumo de ração e água dos diferentes grupos experimentais, 3 vezes por semana, e o ganho de peso corporal, semanalmente. Determinação quantitativa de cádmio A concentração de cádmio foi avaliada utilizando-se a técnica de espectrofotometria de absorção atômica (espectrofotômetro E.A.A. – GBC 932 AA), em tecido prostático e sangue após digestão ácida em forno de microondas (DGT 100 – PROVECTO) (BASSET, 1981; ATHANASOPOULOS, 1994). Dosagem hormonal Para dosagem de testosterona (T) o plasma foi separado por centrifugação e estocado a –80°C. A concentração foi determinada por método de rádio imunoensaio usando kit de detecção de testosterona total da empresa DPC Medilab. O Ensaio foi realizado no Laboratório de Biologia da Reprodução da Profa. Dra. Eunice Oba do Departamento de Clínica Veterinária da Faculdade de Medicina Veterinária e Zootecnia da UNESP – Campus de Botucatu. Obtenção de cortes em Paraplast e Resina Lobos de próstatas ventrais e dorsolaterais foram fixados em paraformaldeído a 4% dissolvido em tampão fosfato 0,2 M, pH 7,2, por 24 horas. Após a fixação, o material foi desidratado em série crescente de etanol, diafanizado em xilol e incluído em Paraplast. Cortes de 5 μm, produzidos em micrótomo rotativo, foram coletados em lâminas silanizadas e armazenados até o momento de uso. Alguns fragmentos foram desidratados até álcool 95% e embebidos em resina 59 metacrilato (Historesin – Leica). Após a embebição o material foi incluído em moldes plásticos. Cortes de 3μm foram produzidos com navalha de vidro em micrótomo rotativo automático, coletados e armazenados em estufa a 40ºC até o momento do uso. Análises Morfológicas e Citoquímicas Cortes em paraplast foram corados pela Hematoxilina-Eosina (H&E) para análise geral da estrutura glandular e pelo Picrossírius, para a análise das fibras colágenas (Junqueira et al., 1979); e pela Reticulina de Gömori (Gömori, 1937, modificado, em Taboga & Vidal 2003) para análise das fibras reticulares. Os cortes foram observados em luz normal e fotomicrografados em microscópio Leica DMLB. O critério morfológico usado para identificar as lesões displásicas, seguindo Arriazu et al. (2006) foi: (a) aumento do epitélio de revestimento das estruturas túbulo-alveolares comumente associado com pseudo-estratificação dos núcleos; (b) aumento da aparência basofílica do epitélio devido ao acúmulo de núcleos; (c) pleomorfismo nuclear; (d) núcleos com núcleos evidentes e de tamanho aumentado; (e) padrão cribiforme, com estratificação do epitélio e formação de arcos e pontes epiteliais. Quando três ou mais destes critérios eram encontrados em uma mesma área epitelial foi considerada a presença de displasia epitelial ou lesão. Além disso, foi avaliada a incidência de prostatite crônica e prostatite aguda nos lobos ventrais e dorsolaterais dos animais dos diferentes grupos experimentais. Como critério de prostatite crônica foi considerado a presença de células infamatórias, tais como linfócitos, plasmócitos e macrófagos no espaço estromal ao redor das porções glandulares e para prostatite aguda a presença de neutrófilos no interior das glândulas, entre as células epiteliais e no espaço estromal, de acordo com Shappell et al. (2004). Considerando que a presença de prostatite nos lobos prostáticos interfere nos parâmetros morfológicos e nos índices de proliferação e morte celular, decidimos não avaliar o lobo lateral, pois o mesmo apresenta grande incidência desta afecção, e as análises quantitativas foram realizadas apenas no lobo dorsal do complexo dorso-lateral. Além disso, os lobos ventrais e dorsais que apresentavam 60 prostatite crônicas ou agudas também não foram utilizados para as aná