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Abstract(s)
Arterial hypertension (HTN) is a systemic and chronic disease known for several decades but with a prognosis that as changed little since then. The high morbidity and mortality associated with high blood pressure have always been the thread to the development of new strategies and therapeutics but, even with noticeable scientific progress, the prognosis of HTN remains poor. In the last decade, multiple evidence as documented that immune cells may also contribute to the pathogenesis of HTN, underlining its role in the development of chronic and sustained inflammation. Given the close link between the innate and adaptive immune systems, it was not surprising that most immune cells were found to be implicated in the pathogenesis of hypertensive responses. In the case of obesity-related HTN, a growing epidemic in the nowadays, we must also consider the contribution of an already unbalanced immune system, supported by a powerful but also immunologically unbalanced endocrine organ, which is the adipose tissue. Counterbalancing this stormy environment is a difficult task and for which only some immunosuppressives have demonstrated efficacy. However, their applicability in clinical practice is limited and other alternatives should be searched. Vitamin D (VD) may represent one of such alternatives, since it has recognized immunomodulatory properties, being already used in the context of several auto-immune diseases like type 1 diabetes mellitus or multiple sclerosis. Aiming to explore the immune dysregulation that comes with obesity-related HTN, and the immunoregulatory role of VD in this setting, we developed an investigator-initiated trial. It was a phase-2, single-centre, randomised, open, 24-week study, where adults with obesity-associated HTN and VD deficiency were assigned to receive usual therapy plus 50 000 IU/week of cholecalciferol or usual therapy alone. Sampling of peripheral blood and subcutaneous abdominal adipose tissue ensued to evaluate for differences in immunological profiles. A control group of overweight normotensives was also evaluated at baseline. The primary endpoint was the percentual variation in peripheral TCD4+, TCD8+, T regulatory (Tregs), and T helper 17 (Th17) cells. Three additional secondary endpoints were defined: variation of peripheral T helper 1 (Th1), T cytotoxic 1 (Tc1) and Tc17 cells, and monocytes, variation in the number of adipose tissue perivascular and non-perivascular macrophages, TCD4+ and TCD8+ lymphocytes, and, lastly, the modifications in serum metabolome, with a special focus in glutamine. Modifications in the average values of insulin resistance indexes were also monitored and included HbA1c and visceral adiposity index. The trial recruited 36 participants with the simultaneous diagnosis of HTN and obesity or metabolic syndrome, 18 randomised to each group. Only one patient was non-compliant with trial medication. All the analyses were performed per protocol. In comparison with normotensive controls, hypertensives presented higher percentages of T lymphocytes (p = 0.016), Tregs (p = 0.014), and non-classical monocytes (p< 0.001). At week 24, Th17 cells increased in control group (p = 0.017) but remained stable in cholecalciferol group. For Tregs, downregulation towards the values of normotensive controls was observed (p = 0.003), and in multivariate analysis, an increased loading in the setting of the cells of adaptive immunity observed (Eigenvalue 1.78, p < 0.001). No changes were documented for peripheral TCD4+, TCD8+ or monocytes. In adipose tissue, a baseline negative correlation between VD and perivascular macrophages was observed (r = -0.387, p = 0.024) that persisted in the control group (r = -0.528, p = 0.024) but not in the cholecalciferol group, which presented an increase in non-perivascular macrophages (p = 0.029) at week 24. Serum metabolome of hypertensives compared to normotensives presented an overall decreased expression of several amino acids, including ketogenic (p< 0.05) and glucogenic (p< 0.0001) amino acids as well as aromatic amino acids (p < 0.001). Following cholecalciferol supplementation, notable increases were observed in glutamine (p< 0.001) and histidine (p< 0.05) levels, while several other amino acids remaining unaffected. Glucose (p< 0.05) and acetate (p< 0.05) decreased after the 24 weeks in the group taking cholecalciferol and changes in the saturation of fatty acids were also observed, suggesting a role of liposoluble VD in lipid metabolism. No changes in the average values of insulin-resistance indexes were observed. No serious adverse events were reported for all the participants.
We concluded that VD may be a useful and safe drug in setting of obesity-related HTN. The shift towards a more anti-inflammatory state may be reached using standard doses of VD. Peripheral immune profile of hypertensives contrasted significantly with normotensives, being identified paradoxical increases in both pro- and anti-inflammatory cells. The statistically significant difference observed for Tregs, as seen in other chronic conditions, points to upregulation as a means of counterbalancing the inflammatory milieu. Under the effects of cholecalciferol, the percentage of TCD4+ and TCD8+ was unaffected but the unrestrained proliferation of Tregs and Th17 cells was limited, with the frequencies of some cells approaching those of normotensive controls. Th1 cells increased but this change is not necessarily linked to increased release of cytokines, and monocytes were unaffected by VD. A unique metabotype was identified for hypertensives, which is characterized by reduced levels of several amino acids, both gluco- and ketogenic, but also sub-products of glucose metabolism, like lactate and acetate. Together, these modifications suggest a high catabolic rate and protein wasting but also routing of energy production outside of the Krebs cycle. With VD supplementation modifications were seen for some metabolites, most notably glutamine and histidine, partially offsetting the disturbances observed at baseline. Glutamine is a fundamental substrate to fuel immune cells activity, and increased availability may route immune cells to Krebs cycle instead of aerobic glycolysis. In combination with the reduction in glucose levels, this new microenvironment that surrounded immune cells could have dampen the fast energy production through glycolysis and, hence, attenuate T cell activation and proliferation.
At the level of the adipose tissue, VD also documented immunomodulatory potential. Correlating negatively with perivascular macrophages, important releasers of vasoconstrictors, increased levels in the peripheral blood may interfere with monocytes migration to perivascular adipose tissue. Above of all, increased frequencies of macrophages with non-perivascular distribution were seen after supplementation, but not in controls, in a picture that seems to mimic the modifications seen after bariatric surgery, and the increased cells contributing to enhanced phagocytosis of cellular debris in an involuting adipose tissue mass.
Although some of our findings are not in line with other reports and several limitations should be addressed, we think our trial represents an important effort of translation of results to the patient level, where heterogeneity and a multiple array of factors disrupt the well-controlled conditions of the laboratory. Above of all, this trial allowed us to gain a more comprehensive understanding of the immune mechanisms underlying HTN in a specific context and to explore more deeply the well-known immunomodulatory actions of VD.
A hipertensão arterial (HTN) é uma doença crónica e de atingimento sistémico conhecida há várias décadas, mas com um prognóstico que pouco mudou desde então. A elevada morbilidade e mortalidade associadas a esta doença têm sido o fio condutor para o desenvolvimento de novas estratégias clínicas e terapêuticas, mas, mesmo com progressos científicos assinaláveis, o seu prognóstico continua reservado. Na última década, a evidência científica tem documentado que as células imunitárias também contribuem para a patogénese da HTN, sublinhando o seu papel no desenvolvimento de inflamação crónica e sustentada. Dada a estreita ligação entre a imunidade inata e adaptativa, não surpreende que a maioria das células imunitárias esteja implicada na patogénese das respostas hipertensivas. No caso da HTN associada à obesidade, uma epidemia crescente nos dias de hoje, temos também de considerar a contribuição do tecido adiposo enquanto órgão endócrino muito relevante, mas também este imunologicamente comprometido. Contrabalançar este ambiente inflamatório não é, por isso, uma tarefa fácil e para a qual apenas alguns imunossupressores demonstraram eficácia. No entanto, a sua aplicabilidade na prática clínica é limitada e devem ser procuradas outras alternativas. A vitamina D (VD) pode representar uma dessas opções, uma vez que possui reconhecidas propriedades imunomoduladoras, sendo já utilizada no contexto de várias doenças autoimunes como a diabetes mellitus tipo 1 ou a esclerose múltipla. Com o objetivo de explorar a desregulação imunitária que acompanha a HTN associada à obesidade, e o papel imunoregulador da VD, desenvolvemos um ensaio clínico de iniciativa do investigador. Tratou-se de um estudo de fase 2, unicêntrico, aleatório, aberto e com duração de 24 semanas. Foram recrutados adultos com HTN associada à obesidade e deficiência de VD para receber a terapêutica habitual e 50 000 UI/semana de colecalciferol ou apenas a terapêutica habitual. Procedeu-se a colheita de amostras de sangue periférico e tecido adiposo abdominal subcutâneo nas semanas 0 e 24 com o objetivo de avaliar as diferenças nos respetivos perfis imunológicos, mas também no metaboloma sérico. Um grupo de controlo de normotensos com excesso de peso foi também avaliado no início do estudo. O objetivo primário foi a avaliação da variação percentual das células periféricas TCD4+, TCD8+, T reguladoras (Tregs) e T helper 17 (Th17). Foram definidos três endpoints secundários adicionais: variação das células Th1, T citotóxicas 1 (Tc1), Tc17 e monócitos no sangue periférico, variação do número de macrófagos perivasculares e não perivasculares, linfócitos TCD4+ e TCD8+ no tecido adiposo e, por último, as modificações no metaboloma sérico, com especial incidência para as variações na glutamina. Foram também monitorizadas as modificações nos valores médios dos índices de resistência à insulina, incluindo HbA1c e índice de adiposidade visceral. O ensaio incluiu 36 participantes com o diagnóstico simultâneo de HTN e obesidade ou síndrome metabólica, sendo 18 aleatorizados para cada grupo. Apenas um doente não cumpriu a medicação do ensaio. Todas as análises foram efetuadas de acordo com o protocolo. Em comparação com os controlos normotensos, os voluntários hipertensos apresentaram percentagens mais elevadas de linfócitos T (p= 0.016), Tregs (p = 0.014) e monócitos não clássicos (p < 0.001). Na semana 24, as células Th17 aumentaram no grupo de controlo (p = 0.017), mas permaneceram estáveis no grupo da VD. As células Tregs reduziram para valores próximos aos documentados no grupo de normotensos (p = 0.003) e, em análise multivariada, apresentaram um aumento significativo do seu “loading” no conjunto das células da imunidade adaptativa (Eigenvalue 1.78; p <0.001). Não foram registadas alterações na percentagem das células TCD4+, TCD8+ ou monócitos periféricos. Na semana 0 observou-se no tecido adiposo uma correlação negativa entre os níveis de VD e os macrófagos perivasculares (r = -0.387; p = 0.024), que persistiu no grupo de controlo (r = -0.528, p = 0.024) na semana 24, mas não no grupo de tratamento com colecalciferol. Neste grupo documentou-se um aumento dos macrófagos não perivasculares (p = 0.029) na semana 24 e a estabilidade das restantes células identificadas. O metaboloma sérico dos doentes hipertensos, em comparação com o dos normotensos, caracterizou-se por uma diminuição global da expressão de vários aminoácidos, incluindo aminoácidos cetogénicos (p<0.05) e glucogénicos (p<0.0001), bem como aminoácidos aromáticos (p<0.001). Após a suplementação com colecalciferol, foram observados aumentos significativos nos níveis de glutamina (p<0.001) e histidina (p<0.05), enquanto outros aminoácidos permaneceram inalterados. A glicose (p<0.05) e o acetato (p<0.05) diminuíram após as 24 semanas no grupo sob colecalciferol e foram também observadas alterações na saturação de ácidos gordos, sugerindo um papel da VD lipossolúvel no metabolismo lipídico. Não foram observadas alterações nos valores médios dos índices de resistência à insulina. Também não foram registados eventos adversos graves em nenhum dos participantes. Concluímos que a VD pode ser um fármaco útil e seguro no contexto da HTN associada à obesidade. A transição para um estado menos pró-inflamatório pode ser alcançada utilizando os esquemas posológicos habituais para a VD. O perfil imunológico periférico dos hipertensos contrastou significativamente com o dos normotensos, tendo sido identificados aumentos paradoxais tanto nas células pró-inflamatórias como nas anti-inflamatórias. A diferença estatisticamente significativa observada para as Tregs, à semelhança do que se verifica noutras doenças crónicas, aponta para uma regulação positiva como forma de reequilibrar o estado de inflamação crónica. Sob o efeito do colecalciferol, a percentagem de TCD4+ e de TCD8+ periféricas não foi afetada, mas a expansão de Tregs e de células Th17 foi limitada, aproximando-se os seus valores das percentagens observadas para os controlos normotensos. As células Th1 aumentaram, mas esta alteração não está necessariamente associada a uma maior libertação de citocinas, e os monócitos não foram afetados pela VD. Foi identificado um fenótipo metabólico único para os doentes hipertensos, que se caracteriza por níveis reduzidos de vários aminoácidos, tanto glucogénicos como cetogénicos, mas também de subprodutos do metabolismo da glicose, como o lactato e o acetato. Em conjunto, estas alterações sugerem um desequilíbrio a favor do aumento basal do catabolismo, contribuindo para baixos níveis de aminoácidos, mas também para o desvio da produção de energia para outras vias que não o ciclo de Krebs. Com a suplementação de VD, foram observadas modificações em alguns metabolitos, nomeadamente na glutamina e na histidina, compensando parcialmente as perturbações observadas basalmente. A glutamina é um substrato fundamental para a atividade das células imunitárias, e a biodisponibilidade aumentada pode possibilitar a maior utilização do ciclo de Krebs relativamente à glicólise aeróbia. Em combinação com a redução dos níveis de glicose, as alterações introduzidas no microambiente metabólico, poderão ter contribuído para menor utilização da glicólise e, consequentemente, para menor ativação e proliferação das células T. Ao nível do tecido adiposo, a VD também documentou ter um papel imunomodulador relevante. A correlação negativa com os macrófagos perivasculares, que são importantes na libertação de substâncias vasoconstritoras, sugere que possa interferir com a migração de monócitos para o tecido adiposo perivascular. No tecido adiposo foram ainda observadas frequências aumentadas de macrófagos com distribuição não perivascular após tratamento com VD, mas não nos controlos, num quadro que parece reproduzir as modificações observadas após a cirurgia bariátrica, contribuindo o aumento dos macrófagos para uma maior fagocitose dos detritos celulares no tecido adiposo. Os resultados obtidos neste ensaio não são completamente consensuais com outros já previamente publicados e há várias limitações que devem ser referidas, nomeadamente a dimensão da amostra ou as concentrações finais de VD no grupo de doentes tratados. Ainda assim, apresenta resultados relevantes quanto ao papel imunomodulador desta pró-hormona, sendo um dos poucos ensaios que estudou do ponto de imunológico e metabolómico os efeitos da VD em HTN, indo para além dos estudos experimentais bem controlados em laboratório e que não têm em conta a heterogeneidade da doença clínica. As suas principais conclusões corroboram os mecanismos de ação da VD, que em conjunto com a terapêutica anti-hipertensora habitual, pode modular o perfil imunológico e metabolómico dos doentes com HTN associada à obesidade.
A hipertensão arterial (HTN) é uma doença crónica e de atingimento sistémico conhecida há várias décadas, mas com um prognóstico que pouco mudou desde então. A elevada morbilidade e mortalidade associadas a esta doença têm sido o fio condutor para o desenvolvimento de novas estratégias clínicas e terapêuticas, mas, mesmo com progressos científicos assinaláveis, o seu prognóstico continua reservado. Na última década, a evidência científica tem documentado que as células imunitárias também contribuem para a patogénese da HTN, sublinhando o seu papel no desenvolvimento de inflamação crónica e sustentada. Dada a estreita ligação entre a imunidade inata e adaptativa, não surpreende que a maioria das células imunitárias esteja implicada na patogénese das respostas hipertensivas. No caso da HTN associada à obesidade, uma epidemia crescente nos dias de hoje, temos também de considerar a contribuição do tecido adiposo enquanto órgão endócrino muito relevante, mas também este imunologicamente comprometido. Contrabalançar este ambiente inflamatório não é, por isso, uma tarefa fácil e para a qual apenas alguns imunossupressores demonstraram eficácia. No entanto, a sua aplicabilidade na prática clínica é limitada e devem ser procuradas outras alternativas. A vitamina D (VD) pode representar uma dessas opções, uma vez que possui reconhecidas propriedades imunomoduladoras, sendo já utilizada no contexto de várias doenças autoimunes como a diabetes mellitus tipo 1 ou a esclerose múltipla. Com o objetivo de explorar a desregulação imunitária que acompanha a HTN associada à obesidade, e o papel imunoregulador da VD, desenvolvemos um ensaio clínico de iniciativa do investigador. Tratou-se de um estudo de fase 2, unicêntrico, aleatório, aberto e com duração de 24 semanas. Foram recrutados adultos com HTN associada à obesidade e deficiência de VD para receber a terapêutica habitual e 50 000 UI/semana de colecalciferol ou apenas a terapêutica habitual. Procedeu-se a colheita de amostras de sangue periférico e tecido adiposo abdominal subcutâneo nas semanas 0 e 24 com o objetivo de avaliar as diferenças nos respetivos perfis imunológicos, mas também no metaboloma sérico. Um grupo de controlo de normotensos com excesso de peso foi também avaliado no início do estudo. O objetivo primário foi a avaliação da variação percentual das células periféricas TCD4+, TCD8+, T reguladoras (Tregs) e T helper 17 (Th17). Foram definidos três endpoints secundários adicionais: variação das células Th1, T citotóxicas 1 (Tc1), Tc17 e monócitos no sangue periférico, variação do número de macrófagos perivasculares e não perivasculares, linfócitos TCD4+ e TCD8+ no tecido adiposo e, por último, as modificações no metaboloma sérico, com especial incidência para as variações na glutamina. Foram também monitorizadas as modificações nos valores médios dos índices de resistência à insulina, incluindo HbA1c e índice de adiposidade visceral. O ensaio incluiu 36 participantes com o diagnóstico simultâneo de HTN e obesidade ou síndrome metabólica, sendo 18 aleatorizados para cada grupo. Apenas um doente não cumpriu a medicação do ensaio. Todas as análises foram efetuadas de acordo com o protocolo. Em comparação com os controlos normotensos, os voluntários hipertensos apresentaram percentagens mais elevadas de linfócitos T (p= 0.016), Tregs (p = 0.014) e monócitos não clássicos (p < 0.001). Na semana 24, as células Th17 aumentaram no grupo de controlo (p = 0.017), mas permaneceram estáveis no grupo da VD. As células Tregs reduziram para valores próximos aos documentados no grupo de normotensos (p = 0.003) e, em análise multivariada, apresentaram um aumento significativo do seu “loading” no conjunto das células da imunidade adaptativa (Eigenvalue 1.78; p <0.001). Não foram registadas alterações na percentagem das células TCD4+, TCD8+ ou monócitos periféricos. Na semana 0 observou-se no tecido adiposo uma correlação negativa entre os níveis de VD e os macrófagos perivasculares (r = -0.387; p = 0.024), que persistiu no grupo de controlo (r = -0.528, p = 0.024) na semana 24, mas não no grupo de tratamento com colecalciferol. Neste grupo documentou-se um aumento dos macrófagos não perivasculares (p = 0.029) na semana 24 e a estabilidade das restantes células identificadas. O metaboloma sérico dos doentes hipertensos, em comparação com o dos normotensos, caracterizou-se por uma diminuição global da expressão de vários aminoácidos, incluindo aminoácidos cetogénicos (p<0.05) e glucogénicos (p<0.0001), bem como aminoácidos aromáticos (p<0.001). Após a suplementação com colecalciferol, foram observados aumentos significativos nos níveis de glutamina (p<0.001) e histidina (p<0.05), enquanto outros aminoácidos permaneceram inalterados. A glicose (p<0.05) e o acetato (p<0.05) diminuíram após as 24 semanas no grupo sob colecalciferol e foram também observadas alterações na saturação de ácidos gordos, sugerindo um papel da VD lipossolúvel no metabolismo lipídico. Não foram observadas alterações nos valores médios dos índices de resistência à insulina. Também não foram registados eventos adversos graves em nenhum dos participantes. Concluímos que a VD pode ser um fármaco útil e seguro no contexto da HTN associada à obesidade. A transição para um estado menos pró-inflamatório pode ser alcançada utilizando os esquemas posológicos habituais para a VD. O perfil imunológico periférico dos hipertensos contrastou significativamente com o dos normotensos, tendo sido identificados aumentos paradoxais tanto nas células pró-inflamatórias como nas anti-inflamatórias. A diferença estatisticamente significativa observada para as Tregs, à semelhança do que se verifica noutras doenças crónicas, aponta para uma regulação positiva como forma de reequilibrar o estado de inflamação crónica. Sob o efeito do colecalciferol, a percentagem de TCD4+ e de TCD8+ periféricas não foi afetada, mas a expansão de Tregs e de células Th17 foi limitada, aproximando-se os seus valores das percentagens observadas para os controlos normotensos. As células Th1 aumentaram, mas esta alteração não está necessariamente associada a uma maior libertação de citocinas, e os monócitos não foram afetados pela VD. Foi identificado um fenótipo metabólico único para os doentes hipertensos, que se caracteriza por níveis reduzidos de vários aminoácidos, tanto glucogénicos como cetogénicos, mas também de subprodutos do metabolismo da glicose, como o lactato e o acetato. Em conjunto, estas alterações sugerem um desequilíbrio a favor do aumento basal do catabolismo, contribuindo para baixos níveis de aminoácidos, mas também para o desvio da produção de energia para outras vias que não o ciclo de Krebs. Com a suplementação de VD, foram observadas modificações em alguns metabolitos, nomeadamente na glutamina e na histidina, compensando parcialmente as perturbações observadas basalmente. A glutamina é um substrato fundamental para a atividade das células imunitárias, e a biodisponibilidade aumentada pode possibilitar a maior utilização do ciclo de Krebs relativamente à glicólise aeróbia. Em combinação com a redução dos níveis de glicose, as alterações introduzidas no microambiente metabólico, poderão ter contribuído para menor utilização da glicólise e, consequentemente, para menor ativação e proliferação das células T. Ao nível do tecido adiposo, a VD também documentou ter um papel imunomodulador relevante. A correlação negativa com os macrófagos perivasculares, que são importantes na libertação de substâncias vasoconstritoras, sugere que possa interferir com a migração de monócitos para o tecido adiposo perivascular. No tecido adiposo foram ainda observadas frequências aumentadas de macrófagos com distribuição não perivascular após tratamento com VD, mas não nos controlos, num quadro que parece reproduzir as modificações observadas após a cirurgia bariátrica, contribuindo o aumento dos macrófagos para uma maior fagocitose dos detritos celulares no tecido adiposo. Os resultados obtidos neste ensaio não são completamente consensuais com outros já previamente publicados e há várias limitações que devem ser referidas, nomeadamente a dimensão da amostra ou as concentrações finais de VD no grupo de doentes tratados. Ainda assim, apresenta resultados relevantes quanto ao papel imunomodulador desta pró-hormona, sendo um dos poucos ensaios que estudou do ponto de imunológico e metabolómico os efeitos da VD em HTN, indo para além dos estudos experimentais bem controlados em laboratório e que não têm em conta a heterogeneidade da doença clínica. As suas principais conclusões corroboram os mecanismos de ação da VD, que em conjunto com a terapêutica anti-hipertensora habitual, pode modular o perfil imunológico e metabolómico dos doentes com HTN associada à obesidade.
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Keywords
Hipertensão arterial Obesidade Síndroma metabólica Linfócitos T Células T helper 17 Células T reguladoras Tecido adiposo Vitamina D Glutamina