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ADAPTACOES I CELULARES, LESAO
CELULAR E MORTE CELULAR
Patologia significa 0 estudo das causas estruturais e funcionais das doen"as hurna- l1as. Os quatro aspectos das doen"as que formam 0 cerne da patologia sac:
- As suas causas (etiologia),
- Os rnecanismos de seu desenvolvimento (patogenia),
- As altera"oes estruturais induzidas nas celulas e nos tecidos (alterclI;oes morfoI6gicas),
- As conseqiiencias funcionais das altera"oes morfol6gicas (significado clfnico).
A fun"ao da celula normal requer um equillbrio entre as exigencias fisiol6gicas e as lirnita"oes da estrutura celular e da capacidade metab61ica; 0 resultado e urn estado csuivel ou homeostasia. As celulas podern alterar seu estado funcional em resposta a UITI rnoderado estresse e manter seu estado estavel. Estresses fisiol6gicos mais excessi- vos ou estirnulos patol6gicos adversos (lesiio) resultam em (i) adapta"oes, (ii) lesao rcversfvel ou (iii) lesao irreversivel e morte celular (Tabela 1.1). Essas respostas po- clem ser consideradas urn continuum de comprometirnento progressivo da estrutura e l'ul1"ao da celula.
- Adaptafoes ocorrern quando estresses fisio16gicos ou pato16gicos induzern urn novo estado que altera a celula, porern preserva sua viabilidade em res posta a estirnulos extemos. Essas altera"oes sac:
Hiperplasia (aumento no numero de celulas, p. 6) Hipertrofia (aumento no tamanho de cada celula, p. 7) Atrofia (reduc;:ao no tamanho das celulas, p. 9) Metaplasia (mudanc;:a de urn tipo de celula madura para outro, p. 10)
- Lesiio celular reversivel denota alterac;:6es celulares patol6gicas que podem ser restau-
radas a normalidade se 0 estfmulo for retirado ou se a causa da lesao nao foi grave.
- Lesiio irreversivel ocorre quando 0 estfmulo excede a capacidade de a celula se adap- tar (a <;elula atinge £1mponto em que niio hti retorno) e de nota alterac;:6es patol6gicas perrnanentes que causam a morte celular. Existem dois padr6es morfol6gicos e meca- nicos de morte celular, necrose e apoptose (Fig. I-I e Tabela 1-2). Enquanto a necrose
TABElA 1·1 Respostas Celulares is lesiio Natureza e Gravidade dos Estimulos Nocivos Estimulo fisiohigico alterado:
- Aumento da demanda, aumento do estimulo trofico (p.ex., fat ores de crescimento, hormoniosl
- Diminuicao dos nutrientes, estimulacao
- Irritacao cronica (qulmica ou ffsical Reducao no suprimento de oxigenio; lesao quimica; infeccao microbiana
- Aguda e autolimitada
- Progressiva e grave (incluindo dano do DNA)
Alteraciies metabolicas. genliticas ou adquiridas Aumento do tempo de vida com lesao subletal cumulativa
Tamanho celular Nucleo
Aumentado (edema) Picnose--t cariorrexe --t cariolise
Digestao enzimatica; pode extravasar para fora da celula Frequente Invariavelmente patologica (a parte final da lesao celular irreversivell
Inflamacao adjacente Papel fisiologico ou patologico
Resposta Celular Adaptaciies celulares:
Celula normal
Celula normal
- Atrofia
- Metaplasia Lesaocelular:
- Lesaoaguda reversivel
- Lesaoirreversivel --t morte celular Necrose Apoptose
- Alteracfies subcelulares em varias organelas Depositos intracelulares: caicificaciies Envelhecimento celular
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~ Bolhas na 0:: membrana
Fragmenta<;ao da membrana celular e do nucleo ,.:)7~. ~ N (^) ecrose fV.o:.,;;.:~",";>~.^0 ,.,.,JflJ "'"- ====?' 'I,J0~ ..O!r.. )o ••~ ••"~,
I::' '/?_ ,;" r)i
.'Joe ~~ 'J Condensa<;ao nuc'~r " Mitoc6ndria edemaciada com densidades amortas FIGURA l-1j Representa<;ao esquematica de uma celula normal e as altera<;6es reversiveis e irreverslveis da lesao celular. A lesao reverslvel caracteriza-se por edema generalizado da celula e de suas organelas; forma<;ao de bolhas na membrana plasmalica; os ribossomos se sollam do reticulo endoplasmalico; e a cromalina nuclear forma agregados. A transi<;ao para a lesao irreverslvel e caracterizada por aumenlo do edema celular; edema e rompimento dos lisossomos; presen<;a de grandes densidades amorfas dentro das miloc6ndrias edemaciadas; destrui<;ao das membranas celulares; e allera<;6es nucleares profundas. Estas incluem a condensa<;ao nuclear (picnose), seguida de fragmenla<;ao (cariorrexe) e dissolu<;ao do nucleo (cari6Iise).
Apoptose Reduzldo(encolhimento) Fragmentacao em particulas do tamanho de nucleossomos Intacta; a estrutura esta alterada. especialmente a orientacao dos lipidios Inlacto; pode ser liberado na forma de corpos apoploticos Nao Geralmentefisiologica, uma forma de eliminar celulas indesejaveis; pode ser patologica apos algumas formas de lesao celular. especialmente dano ao DNA
e sempre um processo patol6gico, a apoptose ocorre em v:hias func;:6es normais (p.ex., na embriogenese) e nao esta necessariamente associada a lesao celular.
- Necrose e 0 tipo de morte celular mais comum, envolve grande edema celular, desnaturac;:ao e coagulac;:ao de protefnas, degradac;:ao de organelas celulares e ruptura de celulas. Em geral, um grande numero de celulas no tecido adjacente e afetado. - Apoptose ocorre quando a celula morre devido a ativac;:ao de urn programa de "suicf- dio" controlado internamente, que envolve urn disturbio orquestrado de componentes celulares; ocorre uma ruptura mfnima do tecido adjacente. Morfologicamente, ocorre a condensac;:ao e a fragmentac;:ao da cromatina. - Ausencia de oxigenio (hipoxia) afeta a respirac;:ao aer6bica e a capacidade de gerar
trifosfato de adenosina (ATP). E uma causa extremamente importante e comum de
lesao e morte celular e ocorre em conseqiiencia de:
- Metabolismo enzimatico de substancias qufmicas ex6genas ou drogas (p.ex., tetracloreto de carbono).
- As rea,<oes de redu,<ao-oxida,<ao que ocorrem durante os processos metab6licos nor- mais. Durante a respira,<ao normal, 0 oxigenio molecular e reduzido seqUencialmente pela adi,<ao de quatro eletrons para gerar agua; nesse processo, sao produzidas peque- nas quantidades de intermediarios reativos: 0 anion superoxido (0 2 :), 0 peroxido de
hidrogenio (HP) e fons hidroxila (OH).
Metais de transir;iio (p.ex., ferro e cobre) catalisam a forma,<ao de radicais livres.
- 0 oxido nftrico (NO), urn mediador quimico importante, pode atuar como radical livre e tambem ser convertido em outras formas altamente reativas. Felizmente, os radicais livres sac inerentemente insttiveis e geralmente se deterio- ram espontaneamente. Existem varios sistemas que contribuem para a desativa,<ao das rea,<oes de radicais livres: - Antioxidantes b10queiam 0 inicio da forma,<ao dos radicais 1ivres ou os recolhem; exemp10s incluem as vitaminas A e E, 0 acido asc6rbico e glutationa.
- Formas reativas geradas por metais de transi,<ao sao minimizadas pela liga,<ao a prote- fnas de armazenamento e de transporte (p.ex., transferrina, ferritina, lactoferrina e ceruloplasmina).
- Uma serie de enzimas que agem como sistemas de recolhimento (eliminador) de radi- cais livres cataboliza 0 per6xido de hidrogenio (catalase, glutationa peroxidase) e anion super6xido (dismutase superoxido).
o extravasamento das protefnas ou enzimas intrace1ulares, atraves da membrana ce-
lular anorma1mente permeavel, para a circula,<ao periferica fomece importantes marcadores cl fnicos da morte ce1ular. 0 musculo cardfaco contem uma isoforma especffica da enzima crcatinoquinase e da protefna contratil troponina; os hepat6citos contem transaminases e () epitelio do ducto biliar contem uma isoforma resistente a temperatura da fosfatase :dcalina. A lesao irreversfvel nesses tecidos se reflete, conseqUentemente, em urn aumen- In nos nfveis de tais proteinas no sangue.
A lesao acarreta a perda da fun,<ao celular muito antes de a lesao ser morfologicamente reconhecida. As altera,<oes morfol6gicas tomam-se aparentes apenas pouco depois de 0 sistema bioqufmico crftico ser afetado; 0 intervalo entre a lesao e a altera,<ao morfol6gica depende no metodo de detec,<ao (Fig. 1-3). No entanto, uma vez desenvolvida, as lesoes reversfvel e irreversfvel (necrose) apresentam aspectos caracteristicos.
- Edema celular aparece sempre que as celulas sao incapazes de manter a homeostasia
i6nica e hfdrica (devido, principal mente, a perda da fun,<ao das bombas de fons depen-
dentes de energia da membrana plasmatica).
- Degenerar;iio gordurosa manifesta-se pelo aparecimento de vacuolos lipfdicos no citoplasma, encontrados especialmente nas celulas envolvidas ou dependentes do me- tabolismo lipfdico (p.ex., hepat6citos e celulas miocardicas). Necrose (p. 21) Necrose refere-se ao espectro de altera,<oes morfol6gicas que ocorrem ap6s a morte celular em urn tecido ou 6rgao vivo. Ha dois processos que enfatizam as altera,<oes morfol6gicas basicas:
- Desnatura,<ao das protefnas
- Digestao enzimatica de organelas e outros componentes do citosol
Defeitos na Permeabilidade da Membrana (p. 18) As membranas podem ser danificadas diretamente por toxlnas, agentes ffsicos e quf- micos, componentes Ifticos do complemento e perforinas, ou indiretamente como descri- to nos eventos anteriores. 0 aumento da permeabilidade da membrana plasmatica afeta a osmolaridade intracelular e a atividade enzimatica; a atividade alterada da membrana da organela afetanl suas fun,<oes.
Dentro de certos limites, todas as altera,<oes da lesao celular podem ser compensadas e as celulas podem voltar ao normal ap6s a redu,<ao da lesao (lesiio reversfvel). Entretan- to, lesoes persistentes ou excessivas levam a celula a cruzar 0 limiar da lesiio irreversfvel (Fig. 1-1). Isso esta associado a dano extenso a todas as membranas celulares, edema dos lisossomos e vacuoliza,<ao das mitoc6ndrias com redu,<ao da capacidade de gerar ATP. 0 calcio extracelular entra na celula e os estoques intracelulares de calcio sao liberados, resultando na ativa,<ao de enzimas que podem catabolisar membranas, protefnas, ATP e acido nuclei co. A perda de protefnas, co-enzimas essenciais e acido ribonucleico ocorre atraves da membrana plasm<itica hiperpermeavel, com extravasamento de metab6litos celulares vitais para a reconstitui,<ao do ATP. E diffcil de identificar a transi,<ao de lesao reversfvel para irreversfvel, embora dois fen6menos caracterizem a irreversibilidade:
- Incapacidade de reverter a disfunr;iio mitocondrial (ausencia de gera,<ao de ATP), mesmo ap6s a resolu,<ao do dano original.
- Desenvolvimento de altera,<oes profundas na fun,<ao da membrana.
Alterat;:oes ultra- estruturais
J
Alterat;:oes
a microscopia
6tica
Lesao reversivel
DURAC;Ao DA LESAo FIG!,!RA.1;31 A evolugao das alteragoes bioqufmicas e morfol6gicas da lesao celular.
Ha varias caracterfsticas distintivas: as celulas necr6ticas sao mais eosinofilicas (rosa) que as celulas normais pela colora~ao de hematoxilina e de eosina padrao. Elas tern uma aparencia "vftrea" devido a perda dos granulos de glicogenio, e 0 citoplasma apresenta vacuolos; as membranas celulares sao fragmentadas. As celulas necr6ticas pod em atrais sais de calcio; isso e particularmente verdadeiro para as celulas gordurosas necr6ticas (resulta na saponifica~ao). As altera~5es nueleares ineluem picnose (nueleo pequeno e denso), cari6lise (nueleo dissolvido) e cariorrexe (nueleo fragmentado). Os padr5es teciduais de necrose Msicos ineluem:
- Necrose de coagular;:iio (p. 21) e 0 padrao mais comum, predominando a desnatura~ao das protefnas com preserva~ao do contorno Msico da celula e da arquitetura geral do tecido. 0 processo e caracteristico da morte por hipoxia das celulas de todos os teci- dos, exceto do cerebro. Os tecidos necr6ticos sofrem heter6lise (digestao por enzimas lisossomicas trazidas peJos leuc6citos) ou aut6lise (digestao por suas pr6prias enzimas lisossomicas). - Necrose de liquefar;:iio (p. 22) ocorre quando a aut6lise ou a heter6lise predominam sobre a desnatura~ao das protefnas. A area necr6tica e macia e contem lfquidos. Este tipo de necrose e visto com mais freqUencia em infec~5es bacterianas (abscess os) e no cerebro. - Necrose caseosa (p. 22) e caracterfstica de focos de tuberculose. Tern aparencia macrosc6pica semelhante a queijo cremoso. Ao exame microsc6pico, 0 foco necr6tico se apresenta com material amorfo eosinofflico com restos celulares. - Necrose gordurosa (p. 22) e observada no tecido adiposo; a ativa~ao de lipases (p.ex., de celulas pancreaticas danificadas ou macr6fagos) libera acido~ graxos de triglicerideos que se combinam com 0 calcio e produzem areas brancas visfveis (saponificar;:iio gor- durosa); histo]ogicamente, se apresentam como dep6sitos de calcio e contornos celu- lares vagos.
LESAo LESAo IRREVERSivEL REVERSivEL (marte celular)
~
P~:~:y:oO~it~~~;uelejt Radicais livres Degradayao de lipidios Qutros
~ t E"'rn,."me"'(,e ,"" de Mitocondria enzimas (CK, LDH) Ca2+ ~Fosforilayao oxidativa Edema celular
j
Perda de
J Bomba t Influxo de Ca^2 }microvilosidades
/
de Na +~H2Q e Na + Bolhas Efluxo de K+ Edema do RE tATP Figuras de I '" mielina
Qutros t Glic6lise
efeitos . Aglomerayao da cromatina nuclear
. + _ "/ Llbera9ao intracelular e Llbera9ao t pH • ativayao das dos ~Glicogemio enzimas lisossomais ribOSrmos +
:~::~ne [J Basofilia (JRNP) J 1 Altera90es nucleares , Digestao proteica Deposiyao de lipidios
Les5es Isquemica e Hip6xica (p. 24) Les5es isquemica e hip6xica sao os tipos de lesao mais comuns na pnitica medica. A
hipoxia refere-se a redu~ao do oxigenio disponfvel; a isquemia (que tambem pode causar
hipoxia) ocorre devido a uma redu~ao no fluxo sangUfneo. A hipoxia permitira a distri- bui~ao de substratos para a glic6lise e a rem09ao de metab6litos (p.ex., acido latico); a lesao isquemica apresenta uma tendencia a lesionar os tecidos mais rapido do que a hipoxia. A isquemia causa 0 comprometimento progressive de varias vias bioqufmicas e a integridade do componente estrutural. Ate urn determinado ponto, a lesao pode ser repa- rada e as celulas afetadas podem se recuperar se 0 fluxo sangiifneo (e especialmente 0 oxigenio) e restaurado (lesiio reversfvel). Alem de "urn ponto em que nao ha retorno", os mecanismos energeticos da celula sao irreversivelmente danificados (lesiio irreversfvel). Nesse quadro, a restaura~ao do fluxo sangUfneo pode exacerbar a lesao, a chamada lesiio por reperfusiio. Esse processo e clinicamente importante, pois contribui para 0 danG tecidual ap6s infarto do miocardio e acidente vascular cerebral.
FIGUR~ 14 Sequencia postulada de eventos nas lesoes celulares isquemicas reversiveis e IrreverSlvelS. Ape_sar de os ,niveis reduzidos de ~TP desempenharem um papel central, a isquemia pode causar lesao dlreta a membrana. RE, retlculo endoplasmatico; CK, creatinoquinase; LDH, desJdrogenase latica; RNP, ribonucleoprotefna.
Lesao Reversfvel A hipoxia acarreta a perda da gera9ao de ATP pela mitocondria; a diminui~ao de ATP apresenta varios efeitos, inicialmente reversfveis (Fig. 1-4):
- A falha do transporte ativo atraves da membrana plasmiitica de Na+, K+-ATPase permi- te a entrada de s6dio e a safda de potassio na celula; ha tambem mais influxo de s6dio e libera~ao de Ca2+ do dep6sito intracelular. 0 ganho lfquido de soluto e acompanha- do de ganho isosm6tico de agua, edema celular e dilata~ao do reticulo endoplasmatico. Oedema celular e maior devido a carga osm6tica pelo acumulo de produtos da degra- da~ao metab6lica.
- 0 metabolismo de energia celular esta alterado. Com a hipoxia, as celulas usam a glic6lise anaer6bica para a produ~ao de energia (metabolismo da glicose derivada do
- A morte celular induzida pelas celulas T citot6xicas (para eliminar celulas infectadas com virus ou celulas neophisicas) Via intrinseca (mitocondrial)
Via extrinseca (morte iniciada por receptor) Causas Pato/6gicas
- Morte celular produzida por varios estfmulos nocivos. Se os mecanismos de reparo do DNA nao puderem lidar com a lesao (p.ex., pela' radia9ao ou drogas citot6xicas), a celula ativa a via da apoptose, em vez de arriscar 0 desenvolvimento de muta90es e transloca90es no DNA danificado, que poderiam resultar em transforma9ao maligna. Muitos estfmulos de lesao moderada (incluindo calor e hipoxia) podem induzir a apoptose, mas doses maiores dos mesmos estfmulos resultam em necrose. A MPT au- mentada devido a qualquer causa pode induzir apoptose. 0 estresse do reticulo endoplasmatico, que pode ser induzido pelo acumulo de protefnas nao dobradas, tam- bem desencadeia a morte celular por apoptose (ver a seguir).
- A morte celular em certas doen9as vir6ticas (p.ex., hepatite).
- A atrofia patol6gica dos 6rgaos parenquimatosos ap6s obstru9ao ductal (p.ex., pancreas).
- A morte celular nos tumores.
I I I CD Retirada de fatores de CD Interalfoes receptor-Iigante crescimento, hormonios • FAS ~ • Receptor TN
CD Lesao
- Toxinas
- Radiag
- Radicais Iivres
® Ligantes para os. receptores das celulas
fagocitarias (iJ Celula ---. fagocitaria i9~ .o.~.
As caracter(sticas morfo16gicas da apoptose (ver Tabela 1-2) incluem encolhimento celular, condensa9ao da cromatina e fragmenta9ao, forma9aO de bolhas citoplasmaticas e fragmenta9ao em corpos apopt6ticos, e fagocitose dos corpos celulares pel as celulas saudaveis adjacentes ou pelos macr6fagos. Sem a inflama9ao e diffcil detectar histo- logicamente a apoptose.
- Degrada9ao de protefnas ocorre por uma familia de proteases chamadas de caspases. Elas podem tambem ativadar as DNAses, que degradam 0 DNA nuclear.
- Clivagem internucleossomal do DNA em fragmentos, em multiplos de 200 pares de bases, com a forma9aO caracterfstica de bandas de DNA visualizadas pel a eletroforese em gel de agarose.
- Altera90es da membrana plasmatica (p.ex., 0 "pulo" da fosfatidilserina da camada intema para a mais externa de sua membrana plasmatica) perrnitem 0 reconhecimento das celulas apopt6ticas pela fagocitose.
FIGURA];-S Mecanismos de apoptose. Alguns dos principais indicadores de apoptose (1) incluem os Iigantes especificos da morte (fator de necrose tumoral [TNF] e 0 Iigante Fas), a retirada de latores de crescimento ou de horm6nios, e agentes nocivos (p.ex., radia<;:ao). Alguns estimulos (tais como as celulas citot6xicas) ativam diretamente a execu<;:ao das caspases (a direita). Outros agem ntraves de proteinas adaptadoras e caspases iniciadoras ou atraves de eventos mitocondriais envolvendo a citocromo c. 0 controle e a regula<;:ao (2) saD influenciados pelos membros da familia Ie proteinas BcI-2, que podem inibir ou estimular a morte celular. Caspases efetoras (3) ativam as ondonucleases e proteases citoplasmaticas latentes que degradam as proteinas nucleares e citoesqueleticas. Isso resulta em uma cascata de degrada<;:ao intracelular, incluindo a fragmenta<;:ao ria cromatina nuclear e 0 colapso do citoesqueleto. 0 resultado final (4) e a forma<;:ao de corpos IIpopt6ticos contendo organelas intracelulares e outros componentes do citosol; esses corpos tambem oxpressam novos Iigantes para que sejam capturados pelas celulas fagocitarias.
A apoptose e induzida por uma cascata de eventos moleculares que se iniciam de modos distintos, culminando na ativa9ao das caspases. Os mecanismos da apoptose sac filogeneticamente conservados. De fato, algumas das principais descobertas vieram de estudos envolvendo 0 nemat6deo Caenorhabditis elegans, cujo desenvolvimento ocorre atraves de urn padrao programado altamente reprodutfvel de crescimento celular seguido de morte. Os estudos envolvendo vermes mutantes identificaram genes especfficos (cha- mados de genes ced, do ingles C. elegans death; foram identificados hom610gos nos mamiferos) que iniciam ou inibem a apoptose.
o processo de apoptose pode ser dividido em uma fase de ativa(;iio (as caspases
Itlrnam-se ativas) e uma fase efetora, na qual as enzimas atuam provo cando a morte n;lular. 0 inicio da apoptose ocorre por sinais de duas vias distintas, porem convergen- tt:s: a via extrinseca ou iniciada por receptores, e a via intrinseca, ou mitocondrial.
"'I cilocinas, ou neuronios privados de fator de crescimento de nervos. A apoptose e ,b 'ncadeada pela via intrfnseca (mitocondrial) e e atribufda a um excesso de membros
III(I apopt6ticos da familia Bcl em rela9ao aos membros antiapopt6ticos.
Via Extrfnseca (Morte Iniciada por Receptor) as receptores de morte sac membros da familia de receptores do fator de necrose tumoral (TNF) (p.ex., receptores TNF do tipo 1 e Fas) que contem um dominio de morte citoplasmatico envolvido nas intera90es protefna-protefna. A rea9ao cruzada com seu ligante faz com que esses receptores se unam para formar um local de liga9ao para uma protefna adaptadora, que por sua vez, aproxima varias moleculas caspase-8 inativas. A atividade enzimatica de baixo nfve! dessas pr6-caspases cliva e ativa uma do grupo for- mado, desencadeando rapidamente uma cascata de ativa9ao de caspases.
1puptose Mediada por Dano ao DNA
/\ exp~si9ao de celulas a radia9ao ou a agentes quimioten'ipicos induz a apoptose por 11111 m~cal1lsmo desencadeado peJo dano ao DNA. Ha acumulo do gene p53 quando 0 1IN/\ e dalllfJcado; ISS0 causa a suspensao do cicio celular (na fase G ) para dar tempo p:II";1que a celula se restabele9a (Cap. 7). Se 0 processo de reparo do DNA falhar, 0 p d 'scn~adela a apoptose por meio da ativa9ao da transcri9ao de varios membros pr6- i1poptOtlCOSda familia BcI, especialmente a Bax e a Bak, assim como a Apaf-l. Quando II p53 esta ausente ou sofre muta9ao (i.e., em certos tipos de cancer) a apoptose nao A permeabilidade mitocondrial aumenta e sac liberadas moleculas pr6-apopt6ticas II 'orre e a sobrevlda celular e favorecida. no citoplasma, sem a participa9ao dos receptores de morte. Mais de 20 protefnas da famnia da protefna Bcl-2 tem a fun9ao de regular a apoptose; as duas principais protefnas antiapopt6ticas sac a BcI-2 e a Bcl-x. Quando as celulas sac privadas dos sinais de sobre- vivencia ou expostas a estresse, elas perdem a Bcl-2 e/ou BcI-x da membrana mitocondrial e sac substitufdas por membros pr6-apopt6ticos da famnia (p.ex., Bak, Bax e Bim). Quando os nfveis de Bcl-2/Bcl-x diminuem, a permeabilidade da membrana mitocondrial au men- ta, e varias protefnas que podem ativar as caspases extravasam. Por exemplo, 0 citocromo c liberado se liga a uma protefna Apaf-I, e esse complexo ativa a caspase-9. A essencia da via intrinseca e 0 equilibrio entre as moleculas pr6-apopt6ticas e protetoras que regulam a permeabilidade mitocondrial.
I optose Induzida pela Familia de Receptores do Fator de Necrose Tumoral Como mencionado anteriormente, 0 receptor de superffcie Fas (CD95) induz a npoptose quando e conjugado com 0 ligante do Fas (FasL ou CD95L), uma protefna produzlda pelas celulas do sistema imunol6gico. A intera9ao Faz-FasL e importante na clll11111a9aode linf6citos que reconhecel11 auto-antfgenos, e muta90es no Fas ou no FasL rcsultam em doen9as auto-imunes (Cap. 6). a TNF e um mediador importante da rea9ao inflamat6ria (Cap. 2), mas tambem e ~:,paz ~e induzir a apoptose; a via esta resllmida anteriormente. As principais fun90es do I NF sac l11edladas pel a atlva9ao do fator de transcri9ao nuclear KB (NF-KB). as sinais Illediados pelo TNF atingem esse objetivo estimulando a degrada9ao do inibidor do NF- KB (IKB), que pr?move a sobrevida celular. Se 0 TNF induz a morte celular Oll promove :1 sobrevlda da celula provavelmente depende do tipo de protefna adaptadora que se liga ;10 receptor TNF ap6s a liga9ao do TNF.
As caspases proteolfticas que medeiam a fase de ativa9ao sac altamente conservadas entre as especies: no termo caspase, 0 "c" refere-se a uma enzima que possui uma cistefna
em seu local ativo e "aspase" refere-se a habilidade dessas enzimas de clivar os resfduos
do acido aspartico. As caspases sac divididas em dois grupos basicos - iniciadoras e efetoras -, dependendo da ordem em que sac ativadas durante a apoptose. As caspases iniciadoras incluem a caspase-8 e a caspase-9. Varias caspases, incluindo a caspase-3 e a caspase-6, sac efetoras. As caspases existem como pr6-enzimas inativas e devem sofrer uma clivagem para serem ativadas; os locais de clivagem podem ser tanto hidrolisados pOI' outras caspases quanto autocataliticamente. Depois que uma caspase iniciadora e ativada, 0 programa de morte enzimatica e iniciado pela ativa9ao rapida e seqUencial das outras caspases. As caspases efetoras atuam em varios componentes celulares; elas clivam protefnas do citoesqueleto e da matriz nuclear, rompendo assim 0 citoesqueleto e levan- do a destrui9ao do nucleo. No nucleo, as caspases clivam as protefnas envolvidas na transcri9ao, replica9ao e repara9ao do DNA. Em especial, a caspase-3 ativa uma DNAse citoplasmatica que resulta na clivagem internucleossomica caracterfstica do DNA.
poptose Mediada por Linf6citos T Citot6xicos
as linf6citos T citot6xicos (CTLs) reconhecem antfgenos estranhos presentes na su- pcrffcie das ceJulas infectadas do hospedeiro (Cap. 6) e secretam a perforina, uma mole- cula que forma um poro transmembrana que permite a entrada da granzima B serina protease do CTL. A granzima B cliva protefnas nos locais em que se encontram resfduos de aspartatos e ativa varias caspases. Dessa forma, 0 CTL evita os sinais a montante e induz diretamente a fase efetora da apoptose. a CTL tambem expressa FasL em sua superffcie e destr6i celulas-alvo ligando os receptores da Fas.
Exemplos de Apoptose (p. 33) Apoptose Ap6s Privac;iio de Fatores de Crescimento A priva9ao de fatores de crescimento afeta as celulas sensfveis a hormonios, quando privadas daquele hormonio em particular, linf6citos que nao sac estimulados por antfgenos
Apoptose Desregulada
A apoptose desregulada ("muito ou pOllCO")e a base de varias doen9as.
- Disturbios associados it. apoptose defeituosa e aumento do tempo de sobrevida da diu/a. Taxas extremamente baixas de apoptose podem prolongar a sobrevida ou redu- zi;' a substitui9ao de celulas anormais. Esse acumulo de celulas pode originar: (I) canceres, espeClalmente tumores com uma muta9ao do p53 ou tumores dependentes de hormonios, tais como os ca.nceres de mama, pr6stata e ovarios (Cap. 7); e (2) doen-
Lipfdios (p. 37)
Os triglicerfdeos (os mais comuns), os esteres de colesterol e fosfolipfdios podem acumular-se nas celulas.
- Ml'lIor sfntese de apoprotefnas (p.ex., envenenamento por tetracloreto de carbono, dl'sllulri<;:ao)
- ,'l'l:r~<;ao hepatica de lipoprotefnas prejudicada (alcool, administra<;:ao de acido or6tico)
Esteatose (Degenerar:iio Gordurosa) A esteatose ocorre quando um componente normal (triglicerfdeo) se acumula, levan- do a um aumento absoluto dos Iipfdios intracelulares. Ela e ocasionalmente vista em quase todos os 6rgaos, mas 0 ffgado e 0 principal 6rgao envolvido. A degenera<;:ao gordu- rosa no ffgado e reversfvel, mas 0 excesso pode levar a cirrose. As causas da esteatose no ffgado incluem abuso de alcool (mais comum nos Estados Unidos), desnutri<;:ao proteica, diabetes melito, obesidade, hepatotoxin as e anoxia. Macroscopicamente, 0 ffgado aumenta de tamanho, toma-se cada vez mais amarelo, mole e gorduroso; vista pela microscopia 6tica, a degenera<;:ao gordurosa e vista como peque- nos vacuolos no citoplasma ou como grandes vacuolos. A condi<;:aoe causada pOI'um dos seguintes mecanismos (Fig. 1-6):
- Entrada excessiva dos acidos graxos no ffgado (p.ex., desnutri<;:ao, terapia com corticoster6ides)
- Maior sfntese de acidos graxos
- Menor oxida<;:ao de acidos graxos (anoxia)
- MaioI' esterifica<;:ao de acidos graxos a trighcerideos devido ao aumento de CJ.- glicerofosfato (p.ex., secundario ao alcool)
() colesterol e necessario para a membrana celular e para a sfntese de horm6nios IIPIISSI,Iuveis; a produ<;:aoe altamente regulada, mas 0 acumulo (observado como vacuolos 1111':1'~Iulares) pode ser visto em varios processos patol6gicos:
- 11/l'I'osclerose: 0 colesterol e os esteres de colesterol formam placas nas celulas mus- l'lilar~s lisas e nos macr6fagos da parede arterial (Cap. II). As placas extracelulares S:IOvistas microscopicamente como fendas formadas pela dissolu<;:ao da cristaliza<;:ao do colesterol dissolvido durante 0 processo histol6gico. - XIII/lOmas: Nas - hiperlipidemias adquirida e hereditaria, os lipidios acumulam-se l'llI grupos de macr6fagos "espumosos" e celulas mesenquimais. II//lal/lw;:iio e necrose: Macr6fagos espumosos resultam da fagocitose de colesterol das l1lembranas das celulas destrufdas. - ('o/I'sterolose: Refere-se ao acumulo de macr6fagos repletos de colesterol na lamina pr6pria da vesfcula bihar. - /)ol'l/~'a de Niemann-Pick tipo C: Nessa doen<;:ade armazenamento lisoss6mico, existe 1IIIIal1luta<;:aoem uma enzima envolvida no catabolismo do colesterol.
Acidos graxos livres
t ,'''''' Acidos graxos OXida<;:aopara corpos
1
"----"cet6nicos, CO 2
a-Glycero- ':;: F f r 'd'
fosfato '- os 0 Ipl 109 Esteres de colesterol
Triglicerideos APoproteinai
Lipoprolinas
~ Acumulo de lipidios
I'rolefnas (p. 39) () dcp6sito intracelular de protefnas deve-se ao excesso de sfntese, absor<;:ao ou de- 1I'llos no transporte celular. Acumulos morfologicamente visfveis apresentam-se como f'ollculas, vacuolos ou agregados arredondados eosinofflicos no citoplasma. Exemplos I lassicos de dep6sito intrace/ular incluem protefnas no epitelio tubular proximal convoluto
dl'vido a reabson;:ao cr6nica no quadro de proteinuria; imunoglobulinas que distendem 0
1l'IIculo endoplasmatico pelo aumento da sfntese de protefnas (formando os chamados lorlilisCl/los de Russell). Em alguns disturbios (p.ex., amiloidose, Cap. 6), protefnas anor- 111:lisd~positam-se principalmente no espa<;:o extracelular. Ikfeitos no processo de dobra das proteinas podem ser a causa de algumas dessas Ih'posi<;oes de protefnas. Ap6s a sfntese, intermediarios parcial mente dobrados podem IOl'lliar agregados entre si entrela<;:ando-se com outras protefnas. Para que is so nao ocor- Id, i nlcrmediarios nao dobrados sac estabilizados pela intera<;:ao com chaperones 1I10il:culares; os chaperones tambem estao envolvidos no trans porte de protefnas para as IIIg:lIlcias (Fig. 1-7). Defeitos na dobra das protefnas podem causar doen<;:asdevido a:
- ·/I·II/I.lporte intracelular e secre9iio de proteinas cdticas defeituosos. Exemplos inclu- l'lli def/ciencia de a,-antitripsina, na qual muta<;:oes na protefna tomam sua dobra vagarosa, resultando em acumulo de intermediarios parcial mente dobrados no reticulo l'ndoplasmatico dos hepat6citos. A deficiencia de CJ.I-antitripsina causa enfisema (Cap. I'i). Nafibrose cistica, a muta<;:aomais comum atrasa a dissocia<;:ao de uma protefna do ':lIlal de c1oro de um dos seus chaperones, resultando em um processo anormal de dohra e subseqiiente degrada<;:ao. 'Ii'.l'icidade pOl' acumulo de prote£nas dobradas incorretamente. 0 acumulo de prote- IIlas dobradas incorretamente (p.ex., devido a muta<;:oes geneticas, envelhecimento ou
FIGURA 1.~ Diagrama esquematico dos possfveis mecanismos que levam ao acumulo de triglicerfdeos no ffgado. Defeitos em qualquer uma das etapas da capta9ao, catabolismo ou secre9ao podem resultar no acumulo de lipfdios.
A. PRODUc;:AO E MONTAG EM DE PROTEiNAS Chaperone mitocondrial Chaperone (p.ex., Hsp 60) (p.ex., Hsp 70) ~_ ~
":'~~~rrJf ~~~:~:~::~r~'d~~~::;d,;,r
....y ~J:" R-~_lf"~Proteinas
mRNA Rlbossomos ~. @JV @@' maduras Chaperone secundario
B. REPARO DA PROTEiNA DANIFICADA ESTRESSE Chaperone (UV, calor, les6es (p.ex., Hsp)
porradica~livresetc.) {~J_~~f~
((0) ~ ~i'~ "It. J' , @J-~~~ Proteina Proteinas ~~ ~~C'" ~ ~V"Q 7JA<'I nao-funcionais ... Fragmentos e agregados Ublqultlna Proteassomo peptidicos proteicos degradados
MORTE CELULAR^ •
FIGURA 1-7 Mecanismos de dobra das proteinas e 0 papel dos chaperones. A, as chaperones, tais
como as protefnas do choque termico (Hsp), protegem as proteinas nao dobradas ou parcialmente dobradas da degrada~ao e as encaminha para as organelas. B, as chaperones fixam protefnas dobradas incorretamente; quando esse processo e defeituoso, as proteinas sac alvo de degrada~ao no proteossomo, e, se as proteinas dobradas incorretamente se acumularem, elas iniciam a apoptose. UV, ultravioleta.
fatores ambientais) e caracterfstico de disturbios neurodegenerativos, incluindo as doen~as de Alzheimer, Huntington e Parkinson, assim como a amiloidose.
Alterac;:ao Hialina (p. 41) A altera~ao hialina refere-se a qualquer altera~ao nas celulas ou no espa~o extracelular que apresenta uma aparencia homogenea, vftrea, r6sea, nos cortes histol6gicos de rotina corados pela hematoxilina e pela eosina. Exemplos de alterar;:iio hialina intracelular incluem gotfculas de proteina epiteliais do tubulo proximal, corpusculos de Russell, in- clusoes virais e filamentos intermediarios agregados (corpusculos de Mallory). Exem- plos de alterar;:iio hialina extracelular ocorrem em arteriolas danificadas (p.ex., devido a hipertensao cronica), presumivelmente por causa do extravasamento de protefnas.
Glicogenio (p. 42)
o glicogenio e uma fonte de energia presente no citoplasma de disponibilidade ime- diata. Dep6sitos intracelulares em excesso (vistos como claros vacuolos) sac vistos em
1IIItlnnaiidades no armazenamento do glicogenio (chamada glicogenoses, Cap. 5) e no 111'labolismo de glicose (diabetes melito).
Materiais acumulados com freqtiencia sac pigmentos, que podem ser ex6genos (p.ex., IIII t1l:carvao) ou end6genos, como a melanina ou a hemossiderina. I'igmentos ex6genos incluem 0 carbona ou a poeira de carvao (mais comum); esses lil:p6sitos sac chamados de antracose, quando se acumulam nos macr6fagos pulmona- r .~ e nos linfonodos. Os pigmentos da tatuagem sac fagocitados pelos macr6fagos e paillanecem pelo resto da vida. Pigillentos end6genos incluem: 1\ Iipofuscina, conhecida como pigmento de "desgaste ou da senescencia", e esta associada a atrofia celular e tecidual (atrofia parda). No microsc6pio eletronico,e vista como granulos intracitoplasmaticos pardo-amarelados. Ela e composta de complexos de lipidios, fosfolipidios e protefnas, sugerindo que e derivada da peroxida~ao Iipidica das membranas celulares. 1\ hemossiderina e urn pigmento derivado da hemoglobina, cuja colora~ao varia do amarelo-ouro ao marrom, granular, composto de ferritina agregada. 0 acumulo pode ser localizado (devido ao metabolismo mediado por macr6fago de uma hemorragia local, como em uma contusao). 0 excesso sistemico pode dever-se ao aumento da absor~ao de ferro da dieta (hemocromatose primaria), utiliza~ao inadequada (p.ex., talassemia), hem6lise ou transfusao cronica (Cap. 18). A melanina, urn pigmento end6geno, marrom-escuro ou preto, que nao e urn derivado da hemoglobin a, e formada pela oxida~ao da tirosina em diidrofenilalanina nos melan6citos.
A calcifica~ao patol6gica existe em duas formas e e 0 dep6sito anormal de sais de dlcio nos tecidos. A calcificar;:iio distrofica ocorre em tecidos nao-viaveis ou que estao 1I10rrendo,apesar de os niveis sericos de calcio serem normais. Acalcificar;:iio metastatica tlCllrre em tecidos normais e esta associada a hipercalcemia.
Calcificac;:ao Distr6fica (p. 43)
Embora possa apenas refletir locais de lesao anterior, pode tambem ser fonte de uma ililportante patologia. A calcifica~ao distr6fica e encontrada nas arterias na aterosclerose, II;I~valvas cardfacas danificadas, ou em areas de necrose (seja ela de coagula~ao, caseosa tlU de Iiquefa~ao). 0 calcio pode ser intracelular ou extracelular. 0 dep6sito envolve 11I'l:cipita~aode cristais de fosfato de calcio semelhantes a hidroxiapatita dos ossos:
- 0 infcio (nuclear;:iio) ocorre tanto intracelular quanto extracelularmente. 0 inicio da calcificar;:iio distrofica extracelular ocon'e em vesfculas Iimitadas por membranas de celulas mortas ou moribundas que acumulam calcio, devido a seu conteudo de fosfolipidios; fosfatases associadas as membranas geram grupos fosfatos que formam complexos de calcio-fosfato; 0 ciclo de liga~ao calcio-fosfato se repete, produzindo urn dep6sito. 0 inicio da calcifica~ao intracelular ocorre nas mitocondrias de celulas mortas ou moribundas.
Ativavao da --
telomerase ,,
,, ,
Interrupvao "'"
do crescimento', ,
, '"
l"IGURA1":91 A hip6tese do telomero e a capacidade proliferativa. 0 comprimento do telomero esta
representado em relayao ao numero de divis6es celulares. As celulas somaticas normais nao possuem atividade de telomerase, e 0 comprimento dos telomeros diminui progressivamente a cada divisao celular ate que 0 crescimento seja interrompido ou a senescencia ocorra. Celulas germinativas e celulas- tronco contem telomerase ativa, mas somente as celulas germinativas possuem niveis suficientes da enzima para estabilizar totalmente 0 comprimento dos telomeros. A ativayao da telomerase em celulas cancerosas desativa 0 rel6gio telomerico que limita a capacidade proliferativa das celulas somaticas normais. (Modificada e reproduzida com permissao de Holt SE, et al: Refining the telomere-telomerase hypothesis of aging and cancer. Nat Biotech 14:836-839, 1996.)
Genes que Influenciam 0 Processo do Envelhecimento (p. 45)
Estudos feitos em C. elegans sugerem a existencia de genes que influenciam a
longevidade; a reduc;:ao da sinaJizac;:ao atraves do receptor de IGF-l semelhante 11 insuli-
na (devido a mutac;:6es ou menor ingestao cal6rica) pode resultar no prolongamento da
vida; a sinalizac;:ao a jusante do receptor de IGF-l po de impedir a expressao de determi-
nados genes, estimulando, assim, 0 envelhecimento.
Acumu/o de Danos Geneticos e Metab6/icos (p. 45)
o envelhecimento celular pode resultar do equilfbrio que existe entre 0 danG devido a eventos metab6licos que ocorrem na celula e as respostas moleculares que pod em repani- los. Por exemplo, metab6litos reativos de oxigenio (subprodutos da fosforilac;:ao oxidativa normal) causam modificac;:6es covalentes nas protefnas, lipfdios e acidos nucleicos. A extensao do danG oxidativo aumenta com a idade e pode ser urn componente importante da senescencia. Maior produc;:ao dessas especies reativas (p.ex., dieta mais ca16rica ou exposic;:ao 11 radiac;:ao) correlaciona-se com uma diminuic;:ao da vida. As respostas prote- toras contrabalanc;:am 0 danG progressivo das celulas. Esses sistemas incluem:
- Mf'l'Onismos de defesa antioxidantes. Areduc;:ao nos mecanismos de defesa antioxidantes (p.cx., vitamina E) correlaciona-se com uma diminuic;:ao da vida. Nf'(,fmhecimento e reparo do DNA danificado. A importancia do reparo do DNA no prncesso de envelhecimento e ilustrada por pacientes com a sindrome de Werner, que IIprcsentam envelhecimento prematuro. Urn defeito na DNA helicase causa esta sindrome , rcsulta no acumulo rapido de danos cromossomicos que imitam as les6es que nor- Illalmente se acumulam durante 0 processo de envelhecimento celular. A instabilidade 'clletica tambem e caracterfstica de outros disturbios associados ao envelhecimento prcmaturo.
