Tempol decreases the levels of reactive oxygen species in human neutrophils and impairs their response to

SUMMARY Background and aims: Mycobacterium tuberculosis (Mtb), the main causative agent of human tuberculosis (TB), remains as a serious public health problem. The innate immune response following Mtb infection plays a crucial role in preventing the onset of active TB and limiting its spread. Since phagocytes-derived reactive oxygen/nitrogen species (ROS/RNS) during the oxidative burst can fight Mtb, we hypothesized that the use of antioxidants could increase the host's susceptibility to Mtb/TB. In that way, we investigated the effects of the nitroxide Tempol, an antioxidant with superoxide dismutase-like activity, on the response of neutrophils against Mtb. Methods: Human blood-derived neutrophils were isolated from healthy volunteers and incubated with Mtb (H37Ra) at different multiplicities of infection (MOIs), in the absence or presence of Tempol. The levels of ROS in neutrophils were evaluated using the cytochrome C reduction assay (extracellular O2 •-) and luminol-(total intracellular and extracellular ROS) and isoluminol-(extracellular ROS) amplified chemiluminescence assay. The killing assay (two-step protocol) checked the mycobactericidal capacity of neutrophils, as calculated the phagocytosis (K p ) and intracellular killing (Kk) rates. Results: The levels of ROS and killing capacity in Mtb-stimulated neutrophils were significantly decreased by 450 µM Tempol (p < 0.05). Interestingly, Tempol decreased the k k of neutrophils, but did not affect their kp, demonstrating that a putative diminution in ROS levels, ultimately, affected the intracellular killing of Mtb. Conclusion: This study provides insights regarding the role of antioxidants on the neutrophil response toward Mtb, so that our findings deserve to be considered regarding further studies and clinical implications.

Contextualización y objetivos: Mycobacterium tuberculosis (Mtb), el principal agente causal de la tuberculosis humana (TB), es un grave problema de salud pública. La respuesta inmune innata desencadenada en la infección por Mtb juega un papel crucial en la prevención de la aparición de la tuberculosis activa y en la limitación de su propagación. Dado que las especies reactivas de oxígeno/nitrógeno derivadas de los fagocitos (ERO/ERN) durante el burst oxidativo pueden combatir la infección pulmonar por Mtb, planteamos la hipótesis de que el uso de antioxidantes podría aumentar la susceptibilidad del huésped humano hacia Mtb/TB. De esa manera, investigamos los efectos del nitróxido Tempol, un antioxidante con actividad similar a la superóxido dismutasa, sobre la respuesta de los neutrófilos contra Mtb. Métodos: se aislaron neutrófilos derivados de sangre humana de voluntarios sanos y se incubaron con Mtb (H37Ra) en diferentes multiplicidades de infección (MOI), en ausencia o presencia de Tempol. Los niveles de ERO en neutrófilos se evaluaron mediante el ensayo de la reducción del citocromo C (O2'- extracelular) y el ensayo de quimioluminiscencia, amplificada mediante el uso de luminol (ERO total, intracelular y extracelular) e isoluminol (ERO extracelular). La prueba de actividad microbicida (protocolo de dos pasos) verificó la capacidad micobactericida de los neutrófilos, calculando las tasas de fagocitosis (Kp) y muerte intracelular (Kk). Resultados: los niveles de ERO y la capacidad micobactericida en neutrófilos estimulados con Mtb disminuyeron significativamente en los grupos tratados con 450 µM de Tempol (p < 0,05). Curiosamente, Tempol disminuyó la tasa de muerte intracelular (Kk) en neutrófilos, pero no tuvo ningún efecto sobre la tasa de fagocitosis (Kp), lo que demuestra que una supuesta disminución en los niveles de ERO, en última instancia, afectó la destrucción intracelular de Mtb. Conclusión: este estudio proporciona información sobre el papel de los antioxidantes en la respuesta de los neutrófilos hacia Mtb, por lo que nuestros hallazgos merecen ser considerados con respecto a más estudios e implicaciones clínicas.

Contextualização e objetivos: Mycobacterium tuberculosis (Mtb), principal agente causal da tuberculose humana (TB), é um grave problema de saúde pública. A resposta imune inata desencadeada pela infecção por Mtb desempenha um papel crucial na prevenção do aparecimento da tuberculose ativa e na limitação de sua disseminação. Como as espécies reativas de oxigênio/nitrogênio derivadas de fagó-citos (ERO/ERN) durante a burst oxidativa podem combater a infecção pulmonar por Mtb, hipotetizamos que o uso de antioxidantes poderia aumentar a suscetibilidade do hospedeiro humano ao Mtb/TB. Assim, investigamos os efeitos do nitróxido de Tempol, um antioxidante com atividade semelhante a superóxido dismutase, na resposta de neutrófilos contra o Mtb. Métodos: neutrófilos derivados de sangue humano foram isolados de voluntários saudáveis e incubados com Mtb(H37Ra) em diferentes multiplicidades de infecção (MOI), na ausência ou presença de Tempol. Os níveis de ERO em neutrófilos foram avaliados por ensaio de depleção de citocromo C (O2•- extracelular) e ensaio de quimioluminescência, amplificado com luminol (ERO total, intracelular e extracelular) e isoluminol (ERO extracelular). O teste de atividade microbicida (protocolo de duas etapas) verificou a capacidade micobactericida dos neutrófilos, calculando as taxas de fagocitose (Kp) e morte intracelular (Kk). Resultados: os níveis de ERO e a capacidade micobactericida em neutrófilos estimulados por Mtb diminuíram significativamente nos grupos tratados com Tempol 450 µM (p < 0,05). Curiosamente, Tempol diminuiu a taxa de morte intracelular (Kk) em neutrófilos, mas não teve efeito sobre a taxa de fagocitose (Kp), mostrando que uma diminuição putativa nos níveis de ERO afetou a morte intracelular de Mtb. Conclusão: este estudo fornece informações sobre o papel dos antioxidantes na resposta dos neutrófilos ao Mtb, portanto, nossos achados merecem consideração para estudos adicionais e implicações clínicas.

Explorando os estresses oxidativo e nitrosativo contra fungos: um mecanismo subjacente à ação de tradicionais antifúngicos e um potencial novo alvo terapêutico na busca por indutores oriundos de fontes naturais / Explorando los estréses oxidativos y nitrosativos contra hongos: un mecanismo subyacente a la acción de los antifúngicos tradicionales y un potencial nuevo objetivo terapéutico en la búsqueda de inductores de fuentes naturales / Exploring the oxidative and nitrosative stresses against fungi: an underlying mechanism beyond the action of traditional antifungal agents and a potential new therapeutic target in searching for inducers from natural sources

RESUMO Objetivo: Nesta revisão sistemática, nós avaliamos o link entre indutores de estresse oxidativo e/ou nitrosativo (EO/EN) com atividade antifúngica, através de uma ação direta sobre a célula fúngica e/ou modulando a resposta de fagócitos contra fungos de interesse médico (incluindo Candida spp., Cryptococcus spp. e Aspergillus spp.). Ainda, foram avaliadas as implicações clínicas deste evento bioquímico, bem como as perspectivas quanto à busca por novos compostos com atividade antifúngica, principalmente, os provenientes de fonte natural e, que explorem a indução de um EO ou EN como parte de seu mecanismo de ação. Metodologia: Foram avaliados artigos, provenientes de diferentes bases de dados e publicados a qualquer período, acessados entre abril e junho de 2017, através da utilização de diferentes descritores. Resultados: Primeiramente, estabelecemos as definições de EO/EN, como sendo o aumento das concentrações de espécies reativas do oxigênio e/ou nitrogênio (ERO/ ERN) quantificado diretamente e, provenientes de fontes fúngicas mitocondriais, Reação de Fenton, retículo endoplasmático ou outras não definidas, e excedendo a capacidade de defesa antioxidante do microrganismo (avaliados por análises de perfis transcriptômicos ou proteômicos ou metabolômicos ou níveis de atividade enzimática). Este aumento de ERO/ERN causando EO/EN é definido por tempo e condições que conduzem a sinalização de apoptose ou reais danos a biomoléculas com perda de função (peroxidação lipídica ou oxidação proteica ou danos ao DNA) e, consequentemente, gerando morte fúngica ou outro efeito antifúngico associado. Portanto, 64 artigos (apenas um publicado antes do ano 2000 e 50 entre 2007-2017) abordam que a indução de EO ou EN na célula fúngica é parte do mecanismo de ação de clássicos agentes antifúngicos (22 publicações), tais como azóis (fluconazol, itraconazol e miconazol), polienos (anfotericina B [AnB]) e equinocandinas (mica-fungina), assim como tal modulação redox tem sido reportada como um importante alvo terapêutico na busca por novos e promissores compostos naturais com atividade antifúngica (32 publicações), que tem respaldo pela grande variedade de indutores que podem provir da natureza. Ainda, compostos que também induzem o burst oxidativo de fagócitos, incluindo AnB, são potencializadores do efeito antifúngico in vivo. Além do efeito antifúngico contra células planctônicas, os efeitos dos EO ou EN sobre biofilmes fúngicos, também têm sido reportados. Tem sido firmado na literatura recente um claro link entre EO ou EN e a atividade antifúngica, tanto para aqueles agentes antifúngicos já utilizados na terapêutica em humanos, quanto para possíveis candidatos a fármaco. Portanto, a indução do EO ou EN como parte do mecanismo de ação de antifúngicos demonstra ser um importante alvo terapêutico, com perspectivas favoráveis sobre os desfechos na prática clínica.

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SUMMARY Aim: In this systematic review, we evaluated the link between inducers of oxidative or nitrosative stresses (OS/NS) and antifungal activity against fungi of medical relevance (including Candida spp., Cryptococcus spp., and Aspergillus spp.), through a direct action on the fungal cell or modulating phagocyte response. Moreover, the clinical implications of this biochemical event, as well as the perspectives, were examined, highlighting the search for new compounds with antifungal activity, mainly those from natural sources and, which explores the induction of OS or NS as part of the mechanism of action. Methodology: Articles from different databases and published at any time were evaluated, between April and June 2017, and using different descriptors. Results: First, a definition of OS and NS was established in which an increase in reactive oxygen or nitrogen species (ROS/ RNS, quantified directly and from mitochondrial, Fenton reaction, endoplasmic reticulum or other fungal sources) should exceed the antioxidant defense capacity of the microorganism (evaluated by transcriptomic or proteomic or metabolomic profiles or enzyme activity levels). These events, by time and conditions delimited, can lead to the signaling of apoptosis or an actual damage toward biomolecules (lipid peroxidation or protein oxidation or DNA damage) and, consequently, they can cause cell death or other associated antifungal effect. Therefore, 64 articles were found, of these, only one was published before 2000 and 50 between 20072017, reporting the induction of OS or NS directly into the fungal cell via an increase in ROS or RNS as part of the mechanism of action of classical antifungal agents (22 publications), such as: azoles (fluconazole, itraconazole, and miconazole), polyenes (amphotericin B, [AnB]), and echinocandins (micafungin). This redox modulation has also been reported as an important therapeutic target in the search for new natural compounds with antifungal activity (32 publications), which is supported for the great variety of inducers from nature. Compounds that also induce the oxidative burst of phagocytes, including AnB, promote a combinatorial antifungal effect in vivo. In addition to the antifungal effect against plank-tonic cells, the relation between OS or NS and antifungal activity against fungal biofilms has also been reported. It has been established in the recent literature a clear link between OS or NS and antifungal effect, during the action of anti-fungal agents already used in the therapy in humans as well as for possible drug candidates. Thus, the induction of OS or NS as part of the mechanism of action proves to be an important therapeutic target with favorable perspectives on the outcomes in clinical practice.