Lesão e Morte Celular

Descrição Geral

Definições

• Homeostasia:
  • Estado estável
  • A célula está em funcionamento ótimo, cumprindo as exigências fisiológicas.
• Adaptação celular: alterações reversíveis nas estruturas ou funções celulares em resposta a mudanças no ambiente da célula

Lesão celular

• As células não se conseguem adaptar, ou a resposta adaptativa máxima a estímulos fisiológicos ou patológicos foi excedida.
• Ocorre com estímulos danosos, perda de nutrientes críticos ou mutações
• Fatores que influenciam a lesão celular:
  • Natureza, duração e gravidade da lesão
  • Tipo e adaptabilidade da célula
  • Mecanismos de lesão simultâneos estimulados pela etiologia
• Tipos de lesão celular:
  • Lesão reversível
  • Lesão irreversível (leva à morte celular)
• Mecanismos de lesão celular (podem ocorrer em simultâneo):
  • Danos mitocondriais
  • Homeostasia anormal do cálcio
  • Danos no DNA
  • Danos nas membranas
  • Stress do retículo endoplasmático (RE)
  • Stress oxidativo

Morte celular

• Estado em que a célula deixa de exercer funções
• Faz parte da embriogénese, do desenvolvimento de órgãos e da manutenção da homeostasia, em que as células danificadas e desnecessárias são removidas.
• Efeito de uma lesão irreversível, quando a célula não consegue superar os danos
• Vias:
  • Apoptose
  • Necrose

Etiologia e Tipos de Lesão Celular

Estímulos danosos

• Agentes físicos:
  • Trauma mecânico
  • Mudanças de temperatura e de pressão atmosférica
  • Radiação
  • Choques elétricos
• Agentes químicos e fármacos:
  • Substâncias que provocam desequilíbrios eletrolíticos (por exemplo, glicose)
  • Venenos (por exemplo, cianeto, arsénico)
  • Poluentes ambientais
  • Riscos industriais (e.g., amianto)
  • Fármacos (efeitos tóxicos)
• Privação de oxigénio:
  • Isquemia
  • Descompensação cardiorrespiratória
  • ↓ capacidade de transporte de oxigénio no sangue (anemia)
• Infeções: vírus, bactérias, parasitas, outros agentes biológicos
• Reações imunes:
  • Reações imunes a agentes externos
  • Doenças autoimunes
• Anomalias genéticas:
  • Malformações congénitas
  • Função proteica deficiente devido a defeitos enzimáticos
  • Proteínas com enovelamento anormal
• Deficiências e excessos nutricionais:
  • Deficiências nutricionais (deficiência de vitaminas)
  • Excessos nutricionais (obesidade, dislipidemia)

Tipos de lesão celular

• Lesão celular reversível:
  • Efeito de danos ligeiros ou transitórios
  • A eliminação dos estímulos patológicos ou a restauração do suprimento crítico permitem que a célula retorne ao estado basal.
  • Características:
    • Edema celular devido ao influxo de água (manifestação mais precoce de lesão celular)
    • Alteração hidrópica ou degeneração vacuolar: pequenos vacúolos claros dentro do citoplasma (devido a um RE distendido)
    • Alterações da membrana plasmática (vesiculação (blebbing), embotamento (blunting), perda de microvilosidades)
    • Edema mitocondrial e aparecimento de densidades amorfas
    • ↑ figuras de mielina (fosfolípidos de membranas danificados) no citosol
    • Alterações no núcleo (elementos granulares e fibrilares desagregados)
    • Alteração lipídica por acumulação de vacúolos lipídicos (em órgãos envolvidos no metabolismo dos lípidos)
• Lesão irreversível:
  • “Ponto de não retorno”: a célula não pode ser recuperada → morte da célula
  • O estímulo danoso é grave e/ou persistente.
  • Características:
    • Incapacidade de reverter a disfunção mitocondrial (perda da produção de fosforilação oxidativa e trifosfato de adenosina (ATP))
    • Danos significativos na função da membrana

Lesão Celular por Danos Mitocondriais

Mitocôndria

• Local principal de síntese do trifosfato de adenosina ou ATP
• ATP:
  • Energia necessária nos processos sintéticos e degradativos
  • Fontes:
    • Da fosforilação oxidativa do difosfato de adenosina
    • Da via glicolítica (anaeróbica)
• Sujeitos aos estímulos mais prejudiciais

Consequências dos danos mitocondriais

• Esgotamento de trifosfato de adenosina (ATP): forma-se o poro de transição de permeabilidade mitocondrial → perda do potencial de membrana e fosforilação oxidativa → redução do ATP
• O esgotamento do ATP leva a:
  • Edema celular: bomba de sódio (ATPase Na⁺/ K⁺) da membrana plasmática falha → sódio entra na célula → acumulação de água
  • Redução da atividade das enzimas citosólicas: ↑ glicogenólise e glicólise para compensar a perda de ATP → glicogénio esgota-se → ↑ ácido lático e fosfatos inorgânicos → ↓ pH intracelular → enzimas com deficiência
  • Redução da síntese protéica: destacamento de ribossomas
• Fosforilação oxidativa deficiente: São criadas espécies reativas de oxigénio (radicais livres), causando danos em lípidos/proteinas/ácidos nucleicos.
• Apoptose/morte celular: perda de proteínas apoptóticas (por exemplo, citocromo c) resulta em lesões dos organelos

Lesão Celular por Homeostasia Anormal do Cálcio

Homeostasia do cálcio

• Cálcio (Ca²⁺) intracelular: normalmente baixo (sequestrado nas mitocôndrias e no RE)
• Estímulos nocivos comuns:
  • Privação de oxigénio/isquemia
  • Toxinas

Consequências das alterações da homeostasia do cálcio

• Libertação do Ca²⁺ a partir de locais de armazenamento intracelulares e ↑ do fluxo de Ca²⁺ através da membrana plasmática
• ↑ Cálcio → abertura do poro de transição da permeabilidade mitocondrial (mPTP) → esgotamento do ATP
• O aumento do Ca²⁺ ativa as enzimas, que levam a lesões celulares:
  • Fosfolipases → danos na membrana
  • Proteases → degradação da membrana e proteínas citoesqueléticas
  • Endonucleases → DNA e fragmentação da cromatina
  • ATPases → depleção de ATP

Lesão Celular por Danos no DNA e nas Membranas

Danos no DNA

• Estímulos nocivos comuns:
  • Radiação
  • Fármacos quimioterápicos
  • ROS
• Pode fazer parte do envelhecimento

Consequências do DNA danificado

• Ativa a via do p53: contém o ciclo celular na fase G1, ativando mecanismos de reparação
• Ocorre a apoptose :
  • Se a reparação não conseguir corrigir os danos
  • Para proteger o tecido envolvido (a célula morre em vez de persistir com um DNA alterado, que tem potencial de transformação maligna)

Danos nas membranas

• Membrana normal: feita de lipídios, sendo os fosfolípidos a forma mais abundante
• Estímulos nocivos comuns:
  • Infeção bacteriana (toxinas)
  • Proteínas virais
  • Lise mediada por complemento
  • Agentes físicos/químicos
  • Isquemia
• Outros mecanismos sobrepõem-se e causam danos nas membranas:
  • Radicais livres de oxigénio → peroxidação lipídica → perda de fosfolípidos
  • Danos mitocondriais → redução do ATP → redução da síntese de fosfolípidos
  • Fosfolipases dependentes de cálcio → quebra de fosfolípidos → perda de membrana
  • Proteases dependentes do cálcio → danos nos filamentos do citoesqueleto → aumento do edema e ruptura celular

Consequências dos danos da membrana

• ↑ Permeabilidade da membrana plasmática → influxo de fluidos e iões + perda do equilíbrio osmótico celular
• Lesões nas membranas lisossómicas → As enzimas lisossómicas afetam os organelos citoplasmáticos

Lesão Celular por Stress do RE

Retículo endoplasmático

• Local de síntese e enovelamento de proteínas, síntese lipídica e armazenamento de cálcio livre
• Chaperones: controlo do enovelamento de proteínas
• Proteínas com enovelamento incorreto: geralmente processadas por proteólise
• Resposta a proteínas com enovelamento incorreto:
  • Vias de transdução de sinal que detetam proteínas com enovelamento errado
  • ↑ Chaperones, ↓ tradução de proteínas, e ↑ degradação de proteínas com enovelamento errado
• Estímulos danosos:
  • Anomalias/mutações genéticas
  • Isquemia/hipoxia
  • Infeções virais

Consequências do stress do RE

• Stress do RE: A necessidade de enovelamento de proteínas excede a sua capacidade.
• Proteínas não reparadas acumulam-se → apoptose
• Doenças e proteínas com enovelamento errado associadas:
  • Fibrose quística: regulador de condutância de fibrose quística transmembranar (CFTR)
  • Défice de α1-antitripsina: α1- antitripsina
  • Doença de Alzheimer: peptídeo Aβ
  • Hipercolesterolemia familiar: recetor LDL
  • Doença de Creutzfeldt-Jacob: prião

Lesão Celular por Stress Oxidativo

Radicais livres

• Espécies moleculares com um único eletrão não emparelhado na órbita externa
• Altamente reativos: atacam moléculas adjacentes (proteínas, hidratos de carbono, ácidos nucleicos)
• ROS: um radical livre derivado do oxigénio
• Os principais radicais livres:
  • Anião superóxido (O₂^–)
  • Peróxido de hidrogénio (H₂O₂)
  • Radical hidroxil (^•OH): ROS mais reativo
  • Peroxinitrito (ONOO⁻)
• Estímulos danosos:
  • Lesão por isquemia-reperfusão
  • Lesão química e por radiação
  • Envelhecimento
  • Fagocitose de microorganismos

Stress oxidativo

• Acumulação de ROS → stress oxidativo:
  • Pelo aumento da produção de radicais livres
  • Pelo diminuição da reciclagem de ROS
• Os seguintes geram radicais livres:
  • Reações de redução-oxidação:
    • O O₂ é reduzido com a transferência de eletrões para o H₂ para formar moléculas de água.
    • Intermediários parcialmente reduzidos → radicais livres
  • Exposição a radiação ionizante e aos raios ultravioletas
  • Os neutrófilos polimorfonucleares produzem radicais livres durante a resposta inflamatória.
  • Metabolismo de produtos químicos exógenos (por exemplo, tetracloreto de carbono)
  • Reações com metais de transição (por exemplo, ferro ou cobre)
  • Reação de óxido nítrico (com superóxido) em macrófagos, produzindo peroxinitrito (ONOO⁻), um radical livre

Consequências do stress oxidativo

• Lesão da membrana por peroxidação lipídica:
  • Os ROS atacam os ácidos gordos insaturados da membrana.
  • Os hidroperóxidos lipídicos são produzidos → ↓ função das membranas
• Danos ou fragmentação do DNA
• Modificação oxidativa de proteínas: ↑ a ligação cruzada de proteínas leva ao ↑ da degradação e à ↓ de atividade

Antioxidantes

• Defesa contra os radicais livres (scavengers de ROS)
• Eliminam imediatamente os ROS produzidos durante a respiração mitocondrial e a geração de energia
• Uma baixa quantidade de radicais livres pode estar presente, mas é incapaz de induzir danos.
• Mecanismo não enzimático:
  • Vitaminas A, C, E
  • Glutationa
  • Ferritina
  • Transferrina
  • Ceruloplasmina
• Mecanismo enzimático:
  • Glutationa peroxidase: catalisa a decomposição dos radicais hidroxilo
  • Superóxido dismutase (SOD): converte superóxido em peróxido de hidrogénio (H₂O₂)
  • Catalase: decompõe H₂O₂

Morte Celular por Apoptose

Morte celular programada (apoptose)

• As enzimas ativadas degradam o DNA e as proteínas das células que estão destinadas a morrer
• Características:
  • ↓ Tamanho da célula, citoplasma eosinofílico
  • Condensação de cromatina (agregados de cromatina periféricos)
  • Vacuolizações citoplasmáticas e corpos apoptóticos
  • Fagocitose de células apoptóticas por macrófagos

Apoptose em diferentes condições

• Situações fisiológicas:
  • Desenvolvimento fetal:
    • As células morrem após o seu propósito ter sido cumprido.
    • Remoção de células supranumerárias durante o desenvolvimento
  • Involução dos tecidos com supressão hormonal:
    • Descamação endometrial no ciclo menstrual
    • Regressão do peito lactante (desmame)
  • Remoção de linfócitos autorreativos (podem causar doença autoimune)
  • Remoção de neutrófilos numa resposta inflamatória
  • Controlo da proliferação celular, mantendo um número constante de populações celulares (linfócitos imaturos na medula óssea)
• Situações patológicas:
  • Danos no DNA: a apoptose impede a sobrevivência de células com mutações no DNA (efeito protetor).
  • Remoção de proteínas com enovelamento incorreto
  • Obstrução ductal (por exemplo, rim, glândula parótida): A atrofia ocorre por apoptose.
  • Infeções (particularmente doenças virais): Linfócitos T citotóxicos induzem a apoptose para eliminar as células infetadas.

Mecanismos de apoptose

Caspases:

• Cisteíno proteases de ácido aspártico
• Existem na forma inativa, necessitando de clivagem enzimática para serem ativadas
• Caspases ativas: um marcador para as células em apoptose
• Fases da apoptose:
  • Iniciação: ativação de caspases → cascata de outras caspases
    • Via intrínseca
    • Via extrínseca
  • Execução: caspases terminais → fragmentação celular

Via intrínseca (iniciação):

• Via mitocondrial
• Nas células viáveis, os fatores de crescimento e os sinais de sobrevivência reduzem o extravazamento mitocondrial do citocromo c através da produção de proteínas anti-apoptóticas (membros principais):
  • BCL2
  • BCL-XL
  • MCL-1
• Nas células danificadas, a perda de sinais de sobrevivência, os danos no DNA, a desorganização proteica:
  • Permitem a libertação de citocromo c das mitocôndrias através da produção de proteínas pró-apoptóticas (membros principais):
    • BAX
    • BAK
  • Ativam iniciadores de apoptose (proteínas somente BH3): BAD, BIM, BID, Puma, Noxa
• Eventos:
  • Aumento da permeabilidade da membrana mitocondrial externa → libertação do citocromo c no citoplasma
  • O citocromo c inicia a apoptose.
  • No citoplasma, o citocromo c liga-se ao fator ativador-1 da apoptose (APAF-1), formando uma estrutura, o apoptossoma.
  • O apoptosoma leva à autoclivagem e à ativação da caspase-9, a iniciadora caspase.
  • Caspase-9 ativada → cascata de caspases executoras

Via extrínseca (iniciação):

• Via iniciada pelo recetor de morte
• Os recetores de morte da membrana plasmática iniciam esta via.
• Recetores de morte:
  • Membros da família do fator de necrose tumoral (TNF) com domínio de morte citoplasmática (fornecem os sinais apoptóticos)
  • Os recetores de morte mais conhecidos:
    • Recetor TNF tipo 1 (TNFR1)
    • Fas (CD95)
• Eventos:
  • FasL (Fas ligando em células T e linfócitos T citotóxicos) liga-se ao Fas → é dado um sinal de apoptose à célula.
  • 3 ou mais moléculas Fas combinam-se para formar a proteína, domínio da morte Fas-associada (FADD).
  • O FADD liga a pro-caspase-8.
  • Caspase-8 (ou caspase-10) é ativada → estimula caspases executoras

Fase de execução:

• Ambas as vias convergem na fase de execução.
• Eventos:
  • Começa com a ativação sequencial de caspases executoras.
  • O inibidor de desoxirribonuclease (DNase) é clivado → DNase ativa → proteólise e fragmentação nuclear
  • As proteínas do citoesqueleto decompõem-se.
  • Fragmentos celulares → formam-se vacúolos citoplasmáticos → tornam-se corpos apoptóticos
  • Os corpos apoptóticos são comidos por fagócitos.
• Eferocitose:
  • Fagocitose de células apoptóticas
  • Depuração rápida com produção de citocinas pró-inflamatórias reduzida → reações inflamatórias limitadas mesmo com apoptose substancial

Correlação clínica

• Genes supressores de tumores:
  • Previnem a proliferação descontrolada de células e levam as células à apoptose.
  • Inativação → neoplasia maligna
• Linfoma folicular:
  • Associado a translocações cromosómicas que envolvem o gene BCL2
  • Há sobre-expressão de BCL2
  • Aumento dos mecanismos anti-apoptóticos → expansão de células malignas

Morte Celular por Necrose

Processo de necrose

• Morte descontrolada da célula após lesão irreversível:
  • A membrana celular sofre uma perturbação; as enzimas lisossómicas entram e digerem a célula.
  • O conteúdo celular é libertado e circula para o espaço extracelular.
  • Os conteúdos circulantes provocam uma reação inflamatória e recrutam leucócitos para o local da necrose.
• Correlação clínica (os testes para lesão tecido-específica representam conteúdos intracelulares circulantes):
  • Troponina: a partir de células musculares cardíacas danificadas
  • Fosfatase alcalina: a partir do epitélio do canal biliar
  • Transaminases: dos hepatócitos

Alterações celulares

• Alterações citoplasmáticas:
  • Citoplasma eosinofílico: devido às proteínas citoplasmáticas desnaturadas (que se ligam ao corante eosina)
  • Citoplasma vacuolizado: as enzimas digerem os organelos, deixando um aspeto “comido por traças”.
  • Figuras de mielina: grandes precipitados de fosfolípidos (da membrana danificada), que são fagocitosos ou degradados em ácidos gordos.
• Alterações nucleares (1 de 3 padrões):
  • Cariólise: basofilia reduzida devido à perda de DNA (efeito da DNAse)
  • Picnocitose: retração nuclear e aumento da basofilia (condensação da cromatina numa massa basofílica densa)
  • Cariorrexis: fragmentação do núcleo

Padrões de necrose

Necrose coagulativa:

• Contornos celulares e arquitetura dos tecidos mantidos por vários dias
• As lesões também desnaturam enzimas, por isso a proteólise inicial é bloqueada.
• Eventualmente, as enzimas leucocitárias decompõem as células mortas.
• Muitas vezes na isquemia ou na lesão hipóxica
• Enfarte: área localizada de necrose coagulativa
• Visto no enfarte do miocárdio e renal

Necrose de liquefação:

• Necrose coliquativa
• O tecido é digerido e dissolvido num líquido viscoso.
• Visto nas infeções bacterianas e fúngicas, que estimulam os leucócitos e a libertação de enzimas hidrolíticas
• Pus: material necrótico de cor amarelo-acastanhada
• Mecanismo de necrose utilizado por defeito pelas células hipóxicas do sistema nervoso central
• Necrose coagulativa e de liquefação: não se excluem mutuamente
• Os miócitos cardíacos danificados sofrem necrose coagulativa; à medida que os leucócitos se instalam e as enzimas são libertadas, ocorre a necrose de liquefação.

Necrose caseosa:

• Caseosa: “tipo queijo”.
• Células fragmentadas e detritos rodeados por um bordo inflamatório: granuloma
• Visto na tuberculose e em algumas infeções fúngicas
• O ácido micólico da parede celular micobacteriana induz a formação de granulomas.

Necrose gorda:

• Alteração no tecido adiposo devido a traumatismo ou a libertação enzimática
• Libertação de lipases pancreáticas no parênquima pancreático e no peritoneu → destruição de adipócitos
• Os ácidos gordos libertados combinam-se com o cálcio, produzindo áreas branco-calcárias (saponificação de gordura).
• Visto na pancreatite aguda, na necrose gorda da mama

Necrose fibrinoide:

• Alterações microscópicas
• Deposição de complexos imunes nas paredes dos vasos
• Fibrinoide: fibrina combinada com complexos imunes depositados nas paredes dos vasos (cor-de-rosa homogéneo na coloração de hematoxilina e eosina)

Necrose gangrenosa:

• Não é um padrão de necrose, mas uma descrição clínica usada quando um membro necrotiza devido a isquemia.
• Indica necrose coagulativa de múltiplas camadas de tecido (gangrena seca)
• Com sobreposição de infeção bacteriana, ocorre necrose de liquefação devido a enzimas de bactérias e leucócitos (gangrena húmida).

Calcificação distrófica:

• Células necróticas: eliminadas por digestão enzimática e fagocitose
• As células necróticas reabsorvidas de forma inadequada tornam-se um nidus de deposição de cálcio e minerais.

Outros Mecanismos Celulares

Necroptose

• Necrose programada
• Morte celular independente da caspase
• Semelhante à necrose em morfologia, com morte celular de tipo apoptótico
• Correlação clínica:
  • Fisiológica: placa de crescimento em mamíferos
  • Patológica: esteatohepatite, doença de Parkinson

Piroptose

• Apoptose acompanhada por citocina IL-1 (interleucina-1: citocina indutora de febre)
• A via de apoptose liberta mediadores inflamatórios.
• Correlação clínica: morte de células infetadas por microorganismos

Ferroptose

• Via de morte celular dependente do ferro, caracterizada pela peroxidação lipídica
• Resulta na perda da permeabilidade da membrana (ruptura da membrana mitocondrial)
• Ocorre com excesso de ferro ou de ROS, com os quais as defesas dependentes da glutationa não conseguem lidar.
• Correlação clínica: cancro, doenças neurodegenerativas e acidente vascular cerebral

Autofagia

• “Auto”: self; “fagia”: comer → a célula “come” o seu conteúdo
• Mecanismo de sobrevivência, como em células atróficas em estado de privação de nutrientes
• Aciona a morte celular, se não for capaz de lidar com o stress.
• Mecanismo:
  • Nucleação e formação de um fagóforo, uma membrana de isolamento derivada do RE ou da mitocôndria ou da membrana plasmática
  • Os organelos são sequestradas pelo fagóforo e forma-se uma vesícula, autofagosoma.
  • O autofagosoma funde-se com um lisossoma (autofagolisossoma), resultando na degradação do conteúdo.
• Correlação clínica:
  • Neoplasias
  • Doenças neurodegenerativas (por exemplo, doença de Alzheimer)
  • Doenças infeciosas
  • Doenças inflamatórias intestinais