Study on the serum level of CoQ10B in patients with Moyamoya disease and its mechanism of affecting disease progression / Estudo sobre o nível sérico de CoQ10B em pacientes com doença de Moyamoya e seu mecanismo de afetar a progressão da doença

ABSTRACT Background: At present, the etiology and pathogenesis of Moyamoya disease (MMD) are not completely clear. Patients are usually diagnosed after cerebrovascular events. Therefore, it is of great clinical significance to explore the predictive factors of MMD. Objective: This study aimed to investigate the serum level of CoQ10B, the amount of endothelial progenitor cells (EPCs), and mitochondrial function of EPCs in MMD patients. Methods: Forty-one MMD patients and 20 healthy controls were recruited in this study. Patients with MMD were divided into two groups: Ischemic type (n=23) and hemorrhagic type (n=18). Blood samples were collected from the antecubital vein and analyzed by CoQ10B ELISA and flow cytometry. Measures of mitochondrial function of EPCs include oxygen consumption rate (OCR), mitochondrial membrane potential, Ca2+ concentration, adenosine triphosphatases activity and ROS level. Results: The serum CoQ10B level in MMD patients was significantly lower than that in healthy controls (p<0.001). The relative number of EPCs in MMD patients was significantly higher than that in healthy controls (p<0.001). Moreover, the OCR, mitochondrial membrane potential and ATPase activity were decreased and the Ca2+ and reactive oxygen species levels were increased in MMD patients (p<0.001). Conclusions: Our results showed obviously decreased serum CoQ10B level and increased EPCs number in patients with MMD compared with healthy patients, and the mitochondria function of EPCs in MMD patients was abnormal.

RESUMO Antecedentes: No momento, a etiologia e a patogênese da doença de Moyamoya (DMM) não são completamente claras. Os pacientes geralmente são diagnosticados após eventos cerebrovasculares. Sendo assim, é de grande importância clínica explorar os fatores preditivos de DMM. Objetivo: Este estudo teve como objetivo investigar o nível sérico de CoQ10B, a quantidade de células progenitoras endoteliais (CPE) e a função mitocondrial de CPE em pacientes com DMM. Métodos: Quarenta e um pacientes com DMM e 20 controles saudáveis foram recrutados neste estudo. Aqueles com DMM foram divididos em dois grupos: tipo isquêmico (n=23) e tipo hemorrágico (n=18). Amostras de sangue foram coletadas da veia antecubital e analisadas por CoQ10B Ensaio de Imunoadsorção Enzimática (ELISA) e citometria de fluxo. As medidas da função mitocondrial de CPE incluem taxa de consumo de oxigênio (TCO), potencial de membrana mitocondrial, concentração de Ca2+, atividade de adenosina trifosfatases (ATPase) e nível de espécies reativas de oxigênio (ROS). Resultados: O nível sérico de CoQ10B em pacientes com DMM foi significativamente menor do que em controles saudáveis (p<0,001). O número relativo de CPE em pacientes com MMD foi significativamente maior do que em controles saudáveis (p<0,001). Além disso, a TCO, o potencial de membrana mitocondrial e a atividade ATPase diminuíram e os níveis de Ca2+e ROS aumentaram em pacientes com MMD (p<0,001). Conclusões: Nossos resultados mostraram obviamente diminuição do nível sérico de CoQ10B e aumento do número de CPE em pacientes com DMM em comparação com pacientes saudáveis, e a função mitocondrial de CPE em pacientes com DMM estava anormal.

Exercício Físico Melhora as Funções das Células Progenitoras Endoteliais em Pacientes com Síndrome Metabólica / Exercise Training Improves Functions of Endothelial Progenitor Cells in Patients with Metabolic Syndrome

Resumo Fundamento As células progenitoras endoteliais (CPEs) desempenham um papel importante na manutenção da função endotelial. A síndrome metabólica (SM) está associada à disfunção das CPEs. Embora o exercício físico tenha um impacto benéfico na atividade das CPEs, seu mecanismo ainda não está completamente esclarecido. Objetivo O objetivo deste estudo é investigar os efeitos do exercício físico nas funções das CPEs e os mecanismos subjacentes em pacientes com SM. Métodos Os voluntários com SM foram divididos em grupo exercício (n=15) e grupo controle (n=15). Antes e após 8 semanas de treinamento físico, as CPEs foram isoladas do sangue periférico. Foram feitos o ensaio de unidades formadoras de colônias (UFC), o ensaio de formação de tubos, a expressão proteica do óxido nítrico sintase endotelial (eNOS), da fosfatidilinositol-3-quinase (PI3-K) e da proteína quinase B (AKT). Considerou-se um valor de probabilidade <0,05 para indicar significância estatística. Resultados Após 8 semanas, o número de UFCs aumentou significativamente no grupo exercício em comparação com o grupo controle (p<0,05). Além disso, observamos uma diminuição significativa do modelo de avaliação da homeostase da resistência à insulina (HOMA-IR), endotelina-1, proteína C reativa de alta sensibilidade e dos níveis de homocisteína no grupo exercício. A intervenção com exercícios também pode aumentar a capacidade de formação de tubos de CPEs e aumentar o nível de fosforilação de eNOS, PI3-K e AKT. Conclusão O exercício físico aprimorou as funções das CPEs. O mecanismo pode estar relacionado ao exercício, ativando a via PI3-K/AKT/eNOS.

Abstract Background Endothelial progenitor cells (EPCs) play an important role in maintaining endothelial function. Metabolic syndrome (MetS) is associated with EPC dysfunction. Although physical exercise has a beneficial impact on EPC activity, its mechanism is not completely clear yet. Objective The purpose of this study is to investigate the effects of physical exercise on the functions of EPCs and the underlying mechanisms in patients with MetS. Methods Volunteers with MetS were divided into exercise group (n=15) and control group (n=15). Before and after 8 weeks exercise training, EPCs were isolated from peripheral blood. Colony forming unit (CFU) assay, tube-formation assay, the protein expression of endothelial nitric oxide synthase (eNOS), phosphatidylinositol-3-kinase (PI3-K) and protein kinase B (AKT) were determined. A probability value <0.05 was considered to indicate statistical significance. Results After 8 weeks, the number of CFUs was significantly increased in the exercise group compared to the control group (p<0.05). In addition, we observed a significant decrease of homeostasis model assessment for insulin resistance (HOMA-IR), endothelin-1, high-sensitive C-reactive protein, and homocysteine levels in the exercise group. Exercise intervention could also enhance tube-formation capacity of EPCs and increase phosphorylation level of eNOS, PI3-K and AKT. Conclusion Physical exercise enhanced the functions of EPCs. The mechanism may be related to exercise, activating the PI3-K/AKT/eNOS pathway.

Effects of Chronic Exercise on Endothelial Progenitor Cells and Microparticles in Professional Runners / Efeitos de Exercício Crônico Sobre Células Progenitoras Endoteliais e Micropartículas em Corredores Profissionais

Abstract Background: The effects of chronic exposure to exercise training on vascular biomarkers have been poorly explored. Objective: Our study aimed to compare the amounts of endothelial progenitor cells (EPCs), and endothelial (EMP) and platelet (PMP) microparticles between professional runners and healthy controls. Methods: Twenty-five half-marathon runners and 24 age- and gender-matched healthy controls were included in the study. EPCs (CD34+/KDR+, CD133+/KDR+, and CD34+/CD133+), EMP (CD51+) and PMP (CD42+/CD31+) were quantified by flow-cytometry. All blood samples were obtained after 12 h of fasting and the athletes were encouraged to perform their routine exercises on the day before. Results: As compared with controls, the CD34+/KDR+ EPCs (p=0.038) and CD133+/KDR+ EPCs (p=0.018) were increased, whereas CD34+/CD133+ EPCs were not different (p=0.51) in athletes. In addition, there was no difference in MPs levels between the groups. Conclusion: Chronic exposure to exercise in professional runners was associated with higher percentage of EPCs. Taking into account the similar number of MPs in athletes and controls, the study suggests a favorable effect of exercise on these vascular biomarkers.

Resumo Fundamento: Os efeitos da exposição crônica ao exercício sobre biomarcadores vasculares foram pouco estudados. Objetivo: Nosso estudo teve como objetivo comparar as quantidades de células progenitoras endoteliais (CPEs), e de micropartículas endoteliais (MPEs) e plequetárias (MPPs) de corredores profissionais com controles sadios. Métodos: Vinte e cinco corredores de meia maratona e 24 controles pareados quanto à idade e ao sexo foram incluídos no estudo. CPEs (CD34+/KDR+, CD133+/KDR+ e CD34+/CD133+), MPE (CD51+) e MPPs (CD42+/CD31+) foram quantificadas por citometria de fluxo. Todas as amostras de sangue foram obtidas após 12 horas de jejum, e os atletas foram incentivados a realizar seus exercícios de rotina no dia anterior à coleta. Resultados: Em comparação aos controles, CPEs CD34+/KDR+ (p=0,038) e CD133+/KDR+ (p=0,018) estavam aumentados, e CPEs CD34+/CD133+ não foram diferentes (p=0,51) nos atletas. As concentrações de MP não diferiram entre os grupos. Conclusão: A exposição crônica ao exercício em corredores profissionais associou-se a uma maior porcentagem de CPEs. Considerando o número similar de MPs entre atletas e controles, o estudo sugere um efeito favorável do exercício sobre esses biomarcadores vasculares.

Células progenitoras endoteliais circulantes em crianças e adolescentes obesos / Circulating endothelial progenitor cells in obese children and adolescents

Resumo Objetivo Investigar a relação entre os números de células progenitoras endoteliais circulantes e a ativação endotelial em uma população pediátrica com obesidade. Métodos Estudo observacional e transversal, que incluiu 120 crianças e adolescentes com obesidade primária de ambos de sexos, entre seis e 17 anos, recrutados de nossa Clínica de Riscos Cardiovasculares. O grupo de controle contou com 41 crianças e adolescentes com índice de massa corporal normal. As variáveis analisadas foram: idade, sexo, índice de massa corporal, pressão arterial sistólica e diastólica, proteína C reativa de alta sensibilidade, perfil lipídico, leptina, adiponectina, resistência à insulina para avaliação do modelo de homeostase, proteína quimiotática de monócitos-1, E-seleticna, dimetilarginina assimétrica e números de células endoteliais progenitoras circulantes. Resultados A resistência à insulina foi correlacionada à dimetilarginina assimétrica (p = 0,340; p = 0,003), que foi diretamente correlacionada, porém de forma muita amena, à E-seleticna (ρ = 0,252; p = 0,046). Não constatamos que a proteína C reativa de alta sensibilidade estivesse correlacionada a marcadores de ativação endotelial. A pressão arterial sistólica foi diretamente correlacionada ao índice de massa corporal ρ = 0,471; p < 0,001) e à resistência à insulina para avaliação do modelo de homeostase (ρ = 0,230; p = 0,012) e inversamente correlacionada à adiponectina (ρ = −0,331; p < 0,001) e à lipoproteína de alta densidade-colesterol ρ = −0,319; p < 0,001). Os números de células progenitoras endoteliais circulantes foram diretamente correlacionados, porém de forma muito amena, ao índice de massa corporal (r = 0,211; p = 0,016), à leptina (ρ = 0,245; p = 0,006), aos níveis de triglicerídeos (r = 0,241; p = 0,031) e à E-seleticna ρ = 0,297; p = 0,004). Conclusão Os números de células progenitoras endoteliais circulantes são elevados em crianças e adolescentes obesos com comprovação de ativação endotelial. Isso sugere que, na infância, os mecanismos de reparação endotelial estão presentes no contexto da ativação endotelial.

Abstract Objective This study aimed to investigate the relationship between circulating endothelial progenitor cell count and endothelial activation in a pediatric population with obesity. Methods Observational and transversal study, including 120 children and adolescents with primary obesity of both sexes, aged 6-17 years, who were recruited at this Cardiovascular Risk Clinic. The control group was made up of 41 children and adolescents with normal body mass index. The variables analyzed were: age, gender, body mass index, systolic and diastolic blood pressure, high-sensitivity C-reactive protein, lipid profile, leptin, adiponectin, homeostasis model assessment-insulin resistance, monocyte chemoattractant protein-1, E-selectin, asymmetric dimethylarginine and circulating progenitor endothelial cell count. Results Insulin resistance was correlated to asymmetric dimethylarginine (ρ = 0.340; p = 0.003), which was directly, but weakly correlated to E-selectin (ρ = 0.252; p = 0.046). High sensitivity C-reactive protein was not found to be correlated to markers of endothelial activation. Systolic blood pressure was directly correlated to body mass index (ρ = 0.471; p < 0.001) and the homeostasis model assessment-insulin resistance (ρ = 0.230; p = 0.012), and inversely correlated to adiponectin (ρ = −0.331; p < 0.001) and high-density lipoprotein cholesterol (ρ = −0.319; p < 0.001). Circulating endothelial progenitor cell count was directly, but weakly correlated, to body mass index (r = 0.211; p = 0.016), leptin (ρ = 0.245; p = 0.006), triglyceride levels (r = 0.241; p = 0.031), and E-selectin (ρ = 0.297; p = 0.004). Conclusion Circulating endothelial progenitor cell count is elevated in obese children and adolescents with evidence of endothelial activation, suggesting that, during infancy, endothelial repairing mechanisms are present in the context of endothelial activation.

O grau de melhora na função das células progenitoras endoteliais derivadas da medula óssea é dependente do volume de treinamento físico aeróbio / The level of improvement in the function of bone marrow derived endothelial progenitor cells is dependent on the volume of aerobic exercise training

INTRODUÇÃO: A angiogênese muscular esquelética induzida pelo treinamento físico aeróbio (TF) é determinante na melhora da capacidade aeróbia. Entre os fatores envolvidos, as células progenitoras endoteliais (CPE) derivadas da medula óssea são descritas por promoverem o reparo vascular e a angiogênese. Embora o papel do TF sobre os parâmetros das CPE tenha sido investigado, pouco se conhece sobre os efeitos de diferentes volumes de TF sobre a função das CPE da medula óssea, alterações metabólicas e capilarização muscular. OBJETIVO: Testar a hipótese de que o TF melhore a função das CPE da medula óssea, acompanhada por maior capilarização e capacidade oxidativa muscular dependentes do aumento de volume de TF. MÉTODOS: Vinte e uma ratas Wistar foram divididas em três grupos: sedentário controle (SC), treinado protocolo 1 (P1), treinado protocolo 2 (P2). P1: o treinamento de natação consistiu de 60 min, 1x/dia, cinco dias/semana/10 semanas, com 5% de sobrecarga corporal. P2: o mesmo de P1 até a oitava semana, na nona semana os animais treinaram 2x/dia e na 10ª semana 3x/dia. RESULTADOS: O TF promoveu bradicardia de repouso, aumento da tolerância ao esforço, do consumo de oxigênio de pico e da atividade da enzima citrato sintase muscular no grupo P1, sendo estas adaptações mais exacerbadas no grupo P2, indicando que a condição aeróbia foi mais proeminente com este TF. O TF melhorou a função das CPE da medula óssea em P1, sendo ainda maior esta resposta no grupo P2. Em paralelo, observa-se também um aumento no número de capilares dependentes do volume de TF. CONCLUSÃO: Estes resultados sugerem que a medula óssea como o principal reservatório de CPE é influenciada por diferentes volumes de TF, sendo possivelmente responsável pelo maior rendimento físico observado mediante uma maior mobilização endógena de CPE, participantes ativas no processo de angiogênese muscular induzido pelo TF.

INTRODUCTION: Skeletal muscle angiogenesis induced by aerobic exercise training (ET) is crucial in the improvement of the aerobic capacity. The endothelial progenitor cells (EPC) derived from bone marrow have been described for promoting both the vascular repair and angiogenesis. Although the role of the ET on the parameters of the EPC has been investigated, the effect of different volumes of ET on the EPC function in bone marrow, skeletal muscle metabolic alterations and capilarization are unknown. OBJECTIVE: We hypothesized that ET improves the EPC function in bone marrow, accompanied by an increase of skeletal muscle oxidative capacity and angiogenesis dependents of the increase of volume of ET. METHODS: Twenty one Wistar rats were divided into 3 groups: sedentary control (SC), trained protocol 1 (T1) and trained protocol 2 (T2). T1: swimming training consisted of 60 min, 1x/day/10weeks, with 5% body weight load. T2 the same as T1 until 8th week, in the 9th week the rats trained 2x/day and in the 10th week 3x/day. RESULTS: ET promoted resting bradycardia, increase of exercise tolerance, peak oxygen uptake and citrate synthase enzyme activity in the T1 group, being these adaptative responses exacerbate in the P2 group, indicating that the aerobic condition was improved in this group. ET improved the EPC function of the bone marrow in T1, and the response was exacerbed in T2 group. In parallel, an increase in the number of capillaries dependent of ET volume was also observed. CONCLUSION: These findings suggest that the bone marrow as the main reservoir of EPC is influenced by different ET volume, possibly being responsible for the improvement of aerobic performance observed by higher endogenous EPC mobilization, active participants in the process of angiogenesis induced by ET.

Mobilização de células progenitoras endoteliais com o exercício em sadios: uma revisão sistemática / Mobilization of endothelial progenitor cells with exercise in healthy individuals: a systematic review / Movilización de células progenitoras endoteliales con el ejercicio en sanos: una revisión sistemática

O exercício físico mobiliza Células Progenitoras Endoteliais (CPE) para o sangue periférico. Entretanto, esse efeito parece depender de características do exercício, como duração e intensidade. O objetivo do presente trabalho foi verificar, por meio de revisão sistemática, o impacto de uma única sessão de exercício aeróbico sobre a mobilização de CPE em indivíduos sadios e os potenciais mecanismos envolvidos. A busca bibliográfica foi realizada nas bases de dados eletrônicas SciELO, LILACS, Cochrane, ClinicalTrials.gov, SPORTDiscus e Medline, em maio de 2011. Dos 178 estudos inicialmente identificados, 12 atenderam aos critérios de inclusão e foram classificados quanto à qualidade mediante critérios da escala PEDro. A magnitude e a duração da resposta de mobilização das CPE foram maiores após a realização de exercícios de longa/ultralonga duração e estão correlacionadas com níveis plasmáticos de fator de crescimento endotélio vascular (VEGF). O pico de mobilização dessas células em resposta a uma sessão de exercício máximo ou submáximo, com duração de até uma hora, ocorre no período imediatamente após o esforço até uma hora após sua interrupção. Um possível mecanismo é a biodisponibilidade do Óxido Nítrico (NO). A idade dos indivíduos e a intensidade do exercício parecem interferir na resposta de mobilização das CPE. Exercícios de longa/ultralonga duração promovem mobilização mais acentuada das CPE quando comparados a exercícios máximos ou submáximos. Os mecanismos envolvem a liberação do VEGF em exercícios de longa/ultralonga duração e a biodisponibilidade de NO em exercícios máximo e submáximo com até uma hora de duração.

Physical exercise mobilizes endothelial progenitor cells (EPCs) to peripheral blood. However, this effect seems to depend on exercise characteristics, such as duration and intensity. The aim of this systematic review was to verify the impact of a single bout of aerobic exercise on the mobilization of EPCs in healthy individuals, and the potential mechanisms involved. The bibliographic search was conducted on the following electronic databases in May 2011: SciELO, LILACS, Cochrane, ClinicalTrials.gov, SPORTDiscus and Medline. Of the 178 articles initially identified, 12 met the inclusion criteria and were classified regarding quality according to the PEDro scale. The magnitude and duration of the EPC mobilization response were higher after long/ultralong duration exercises, and they are correlated with vascular endothelial growth factor (VEGF) plasma levels. The EPC mobilization peak in response to a maximal or submaximal single bout of exercise lasting up to one hour occurs immediately after the exercise or within the first hour after it. One possible mechanism is nitric oxide (NO) bioavailability. The individuals' age and exercise intensity seem to interfere with the EPC mobilization response. Long/ultralong duration exercises promote more pronounced EPC mobilization as compared with maximal or submaximal exercises. The mechanisms involve VEGF release in long/ultralong duration exercises and NO bioavailability in maximal or submaximal exercises lasting less than one hour.

El ejercicio físico moviliza Células Progenitoras Endoteliales (CPE) hacia la sangre periférica. Entre tanto, ese efecto parece depender de características del ejercicio, como duración e intensidad. El objetivo de este estudio fue verificar, por medio de revisión sistemática, el impacto de una única sesión de ejercicio aeróbico sobre la Movilización de CPE en individuos sanos y los potenciales mecanismos envueltos. La búsqueda bibliográfica fue realizada en las bases de datos electrónicas SciELO, LILACS, Cochrane, ClinicalTrials.gov, SPORTDiscus y Medline, en mayo de 2011. De los 178 estudios inicialmente identificados, 12 respondieron a los criterios de inclusión y fueron clasificados en cuanto a la calidad mediante criterios de la escala PEDro. La magnitud y la duración de la respuesta de Movilización de las CPE fueron mayores después de la realización de ejercicios de larga/ultra larga duración y están correlacionadas con niveles plasmáticos de factor de crecimiento endotelio vascular (VEGF). El pico de Movilización de esas células en respuesta a una sesión de ejercicio máximo o submáximo, con duración de hasta una hora, ocurre en el período inmediatamente después del esfuerzo y hasta una hora después de su interrupción. Un posible mecanismo es la biodisponibilidad del Óxido Nítrico (NO). La edad de los individuos y la intensidad del ejercicio parecen interferir en la respuesta de Movilización de las CPE. Ejercicios de larga/ultra larga duración promueven Movilización más acentuada de las CPE cuando son comparados a ejercicios máximos o submáximos. Los mecanismos envuelven la liberación del VEGF en ejercicios de larga/ultra larga duración y la biodisponibilidad de NO en ejercicios máximo y submáximo con hasta una hora de duración.