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. 2023 Oct;120(10):e20220750.
doi: 10.36660/abc.20220750.

Dexmedetomidine Preconditioning Attenuates Myocardial Ischemia/Reperfusion Injury in Rats by Suppressing Mitophagy Via Activating Α2-Adrenergic Receptor

[Article in English, Portuguese]
YaHua Chen  1   2 , Hui Chen  2 , YuJiao Chen  3 , ZaiQun Yang  4 , Tao Zhou  2 , Wei Xu  2
Affiliations

Dexmedetomidine Preconditioning Attenuates Myocardial Ischemia/Reperfusion Injury in Rats by Suppressing Mitophagy Via Activating Α2-Adrenergic Receptor

[Article in English, Portuguese]
YaHua Chen et al. Arq Bras Cardiol. 2023 Oct.

Abstract
in English, Portuguese

Background: Dexmedetomidine (DEX), a specific α2-adrenergic receptor agonist, is protective against myocardial ischemia/reperfusion injury (MIRI). However, the association between DEX preconditioning-induced cardioprotection and mitophagy suppression remains unclear.

Objective: Hence, we aimed to investigate whether DEX preconditioning alleviates MIRI by suppressing mitophagy via α2-adrenergic receptor activation.

Method: Sixty isolated rat hearts were treated with or without DEX before inducing ischemia and reperfusion; an α2-adrenergic receptor antagonist, yohimbine (YOH), was also administered before ischemia, alone or with DEX. The heart rate (HR), left ventricular diastolic pressure (LVDP), left ventricular end-diastolic pressure (LVEDP), maximal and minimal rate of left ventricular pressure development (±dp/dtmax), and myocardial infarction size were measured. The mitochondrial ultrastructure and autophagosomes were assessed using transmission electron microscopy. Mitochondrial membrane potential and reactive oxygen species (ROS) levels were measured using JC-1 and dichloride hydrofluorescein diacetate assays, respectively. The expression levels of the mitophagy-associated proteins Beclin1, LC3II/I ratio, p62, PINK1, and Parkin were detected by western blotting.

Results: Compared with the control group, in the ischemia/reperfusion group, the HR, LVDP, and ±dp/dtmax were remarkably decreased (p< 0.05), whereas LVEDP and infarct sizes were significantly increased (p< 0.05). DEX preconditioning significantly improved cardiac dysfunction reduced myocardial infarction size, maintained mitochondrial structural integrity, increased mitochondrial membrane potential, inhibited autophagosomes formation, and decreased ROS production and Beclin1, LC3II/I ratio, PINK1, Parkin, and p62 expression(p< 0.05). When DEX and YOH were combined, YOH canceled the effect of DEX, whereas the use of YOH alone had no effect.

Conclusion: Therefore, DEX preconditioning was cardioprotective against MIRI in rats by suppressing mitophagy via α2-adrenergic receptor activation.

Fundamento: A dexmedetomidina (DEX), um agonista específico do receptor α2-adrenérgico, é protetora contra lesão de isquemia/reperfusão miocárdica (I/R). No entanto, a associação entre a cardioproteção induzida pelo pré-condicionamento DEX e a supressão da mitofagia permanece pouco clara.

Objetivo: Portanto, nosso objetivo foi investigar se o pré-condicionamento com DEX alivia a I/R, suprimindo a mitofagia via ativação do receptor α2-adrenérgico.

Método: Sessenta corações de ratos isolados foram tratados com ou sem DEX antes de induzir isquemia e reperfusão; um antagonista do receptor α2-adrenérgico, a ioimbina (YOH), também foi administrado antes da isquemia, isoladamente ou com DEX. A frequência cardíaca (FC), pressão diastólica do ventrículo esquerdo (PDVE), pressão diastólica final do ventrículo esquerdo (PDFVE), taxa máxima e mínima de desenvolvimento da pressão ventricular esquerda (±dp/dtmax) e tamanho do infarto do miocárdio foram medidos. A ultraestrutura mitocondrial e as autofagossomas foram avaliadas por microscopia eletrônica de transmissão. O potencial de membrana mitocondrial e os níveis de espécies reativas de oxigênio (ROS) foram medidos usando os ensaios JC-1 e diacetato de diclorodi hidrofluoresceína, respectivamente. Os níveis de expressão das proteínas associadas à mitofagia Beclin1, relação LC3II/I, p62, PINK1 e Parkin foram detectados por western blotting.

Resultados: Em comparação com o grupo controle, no grupo isquemia/reperfusão, a FC, PDVE e ±dp/dtmax foram notavelmente diminuídas (p<0,05), enquanto os tamanhos da PDFVE e do infarto aumentaram significativamente (p<0,05). O pré-condicionamento com DEX melhorou significativamente a disfunção cardíaca, reduziu o tamanho do infarto do miocárdio, manteve a integridade estrutural mitocondrial, aumentou o potencial de membrana mitocondrial, inibiu a formação de autofagossomas e diminuiu a produção de ROS e a relação Beclin1, relação LC3II/I, expressão PINK1, Parkin e p62(p<0,05). Quando DEX e YOH foram combinados, o YOH cancelou o efeito da DEX, enquanto o uso de YOH sozinha não teve efeito.

Conclusão: Portanto, o pré-condicionamento DEX foi cardioprotetor contra I/R em ratos, suprimindo a mitofagia por meio da ativação do receptor α2-adrenérgico.

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Figures

None
: O Pré-Condicionamento com Dexmedetomidina Atenua a Lesão de Isquemia/Reperfusão Miocárdica em Ratos, Suprimindo a Mitofagia Via Ativação do Receptor Α2-Adrenérgico
Figura 1
Figura 1. – Protocolo experimental para o coração de rato perfundido por Langendorff. Após um equilíbrio de perfusão de 15 minutos, os corações foram perfundidos durante 30 minutos adicionais e submetidos a 40 minutos de isquemia seguidos de 120 minutos de reperfusão. I/R: grupo isquemia/reperfusão; DEX: grupo Dexmedetomidina; YOH: grupo ioimbina.
Figura 2
Figura 2. – Efeitos do T3 na lesão miocárdica mediada por I/R. (A-E): Efeitos cardioprotetores da DEX sobre FC, PDVE, PDFVE, +dp/dt e -dp/dt. Os dados foram apresentados como média ± desvio padrão. n=12.•p<0,05, vs. ponto inicial de isquemia, #p<0,05, vs. grupo controle na reperfusão por 120 minutos.∆p<0,05, vs. grupo I/R na reperfusão por 120 minutos. # p<0,05, vs. grupo DEX na reperfusão por 120 minutos. I/R: grupo isquemia/reperfusão; DEX: grupo Dexmedetomidina; YOH: grupo ioimbina. Painel A: FC: Frequência cardíaca. Painel B: PDVE: pressão diastólica do ventrículo esquerdo. Painel C: PDFVE: pressão diastólica final do ventrículo esquerdo. Painel D: +dp/dt: taxa máxima de desenvolvimento da pressão ventricular esquerda. Painel E: -dp/dt: taxa mínima de desenvolvimento de pressão ventricular esquerda.
Figura 3
Figura 3. – DEX reduziu o tamanho do infarto cardíaco após lesão de I/R(n=6). Imagens representativas de amostras coradas com TTC mostrando a área de infarto (branco), a área sem infarto (vermelho) e a porcentagem de área infartada do coração no controle e coração isolado induzido por I/R. Os dados são apresentados como média ± desvio padrão, n=6. #p<0,05 νs. Grupo de controle; ∆P<0,05 νs. grupo I/R; ★p<0,05 νs. Grupo DEX. I/R: grupo isquemia/reperfusão; DEX: grupo Dexmedetomidina; YOH: Grupo ioimbina. TTC: técnica de coloração com cloreto de trifeniltetrazólio.
Figura 4
Figura 4. – DEX melhorou o distúrbio mitocondrial e a função mitocondrial. A) Imagens de microscopia eletrônica de transmissão de mitocôndrias (ampliação 2.000×, 6.000×): Setas vermelhas representam autofagossomas. B) Potencial de membrana mitocondrial detectado pela coloração JC-1 e a proporção da intensidade de mitocôndrias normais (fluorescência vermelha) /mitocôndrias hipopotenciais (fluorescência verde). Barra de escala: 100mm. C) ROS foi indicado pelo DCFH-DA, e os percentuais de intensidade de ROS (fluorescência vermelha) foram calculados em diferentes grupos, barra de escala: 50mm. Os dados são apresentados como média ± desvio padrão. n=6. #p<0,05 νs. Grupo de controle; ∆p<0,05 νs. grupo I/R; ★p<0,05 νs. Grupo DEX. I/R: grupo isquemia/reperfusão; DEX: grupo dexmedetomidina; YOH: Grupo ioimbina; ROS: Espécies reativas de oxigênio; DCFH-DA: diacetato diclorodi hidrofluoresceína.
Figura 5
Figura 5. – Corações protegidos por DEX contra mitofagia excessiva induzida por I/R. A,C) Níveis de proteína de Beclin1, LC3II/I, p62, PINK1 e Parkin em diferentes grupos. B) Micrografia eletrônica representativa do coração obtida com aumento de 6.000 vezes. A seta vermelha indica autofagossoma engolindo mitocôndrias. Os dados são apresentados como média ± desvio padrão, n=6. #p<0,05 νs. Grupo de controle; ∆p<0,05 νs. grupo I/R; ★p<0,05 νs. Grupo DEX. I/R: grupo isquemia/reperfusão; DEX: grupo Dexmedetomidina; YOH: grupo Ioimbina; GAPDH: gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase. Painel A: LC3: cadeia leve 3 da proteína 1 associada a microtúbulos, p62: Sequestossoma-1; Painel C: PINK1: suposta quinase 1 induzida por PTEN.
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: Dexmedetomidine Preconditioning Attenuates Myocardial Ischemia/Reperfusion Injury in Rats by Suppressing Mitophagy Via Activating Α2-Adrenergic Receptor
Figure 1
Figure 1. – Experimental protocol for the Langendorff perfused rat heart. After a 15-minute equilibration of perfusion, hearts were perfused for 30 additional minutes and subjected to 40 min of ischemia followed by 120 min of reperfusion. I/R: Ischemia/reperfusion group; DEX: Dexmedetomidine group; YOH: Yohimbine group.
Figure 2
Figure 2. – Effects of T3 on I/R-mediated myocardial injury. A-E) Cardioprotective effects of DEX on the HR, LVDP, LVEDP, +dp/dt, and -dp/ dt. Data were presented as the mean ± standard deviation. n=12. •p<0.05, vs. ischemia beginning point, #p<0.05, vs. control group at reperfusion for 120 minutes. ∆p<0.05, vs. I/R group at reperfusion for 120 minutes. #p<0.05, vs. DEX group at reperfusion for 120 minutes. I/R: Ischemia/reperfusion group; DEX: Dexmedetomidine group; YOH: Yohimbine group. Panel A: HR: Heart rate. Panel B: LVDP: left ventricular diastolic pressure. Panel C: LVEDP: left ventricular end-diastolic pressure. Panel D: +dp/dt: maximal left ventricular pressure development rate. Panel E: -dp/dt: minimal left ventricular pressure development rate.
Figure 3
Figure 3. – DEX reduced cardiac infarct size after I/R injury (n=6). Representative images of TTC stained samples showing the infarct area (white), the non-infarct area (red), and the infarcted area percentage of heart in control and I/R-induced isolated heart. Data are presented as the mean ± standard deviation, n=6. #p<0.05 νs. Control group; ∆p<0.05 νs. I/R group; ★p<0.05 νs. DEX group. I/R: Ischemia/reperfusion group; DEX: Dexmedetomidine group; YOH: Yohimbine group; TTC: triphenyltetrazolium chloride staining technique.
Figure 4
Figure 4. – DEX ameliorated mitochondrial disorder and improved mitochondrial function. A) Transmission electron microscopy images of mitochondria (magnification 2 000×, 6 000×): Red arrows represent autophagosomes. B) Mitochondrial membrane potential detected by JC-1 staining and the ratio of the normal mitochondria (red fluorescence)/hypopotential mitochondria (green fluorescence) intensity. Scale bar: 100mm. C) ROS was indicated by DCFH-DA, and the percentages of ROS (red fluorescence) intensity were calculated in different groups, scale bar: 50mm. Data are presented as the mean ± standard deviation. n=6. #p<0.05 νs. Control group; ∆p<0.05 νs. I/R group; ★p<0.05 νs. DEX group. I/R: Ischemia/reperfusion group; DEX: Dexmedetomidine group; YOH: Yohimbine group. Panel C: ROS: Reactive oxygen species; DCFH-DA: dichlorodi hydrofluorescein diacetate.
Figure 5
Figure 5. – DEX protected hearts against I/R-induced excessive mitophagy. A, C) Protein levels of Beclin1, LC3II/I, p62, PINK1, and Parkin in different groups. B) Representative electron micrograph of the heart obtained at a magnification of 6000 times. The red arrow indicates autophagosome engulfing mitochondria. Data are presented as the mean ± standard deviation, n=6. #p<0.05 νs. Control group; ∆p<0.05 νs. I/R group; ★p<0.05 νs. DEX group. I/R: Ischemia/reperfusion group; DEX: Dexmedetomidine group; YOH: Yohimbine group; GAPDH: glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase. Panel A: LC3: microtubule-associated protein 1 light chain 3, p62: Sequestosome-1; Panel C: PINK1: PTEN-induced putative kinase 1.
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References

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