Adenosine receptors in inflammatory lung diseases

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Main Author: Alfaro, Tiago Manuel Pombo
Publication Date: 2018
Language: eng
Source: Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
Download full: https://hdl.handle.net/10316/84773
Summary: Tese de Doutoramento em Ciências da Saúde - Ramo de Medicina, apresentada à Faculdade de Medicina da Universidade de Coimbra
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spelling Adenosine receptors in inflammatory lung diseasesRecetores de adenosina em doença pulmonares inflamatóriasAdenosine, AdenosinaReceptors, Purinergic P1, Recetores Plurinérgicos P1Receptors, Purinergic P2, Recetores Plurinérgicos P2Lung Diseases, Doenças PulmonaresMacrophages, Alveolar, Macrófagos AlveolaresDomínio/Área Científica::Ciências Médicas::Medicina BásicaTese de Doutoramento em Ciências da Saúde - Ramo de Medicina, apresentada à Faculdade de Medicina da Universidade de CoimbraAs doenças pulmonares inflamatórias crónicas, incluindo a asma, a doença pulmonar obstrutiva crónica e doenças pulmonares intersticiais são uma causa crescente e significativa de incapacidade e mortalidade precoce à escala global. Há uma necessidade urgente e reconhecida de novas terapêuticas, mas os alvos identificados nos estudos in vitro e modelos animais não têm sido aplicados com sucesso em humanos. A modulação dos recetores purinérgicos é uma abordagem particularmente promissora no controlo da inflamação e promoção da homeostasia. Um conjunto extenso e robusto de dados pré-clínicos demonstraram a presença e atividade destes recetores em células e tecidos envolvidos na inflamação pulmonar e a sua modulação foi eficaz em modelos animais de doença. No entanto, a aplicação destes resultados em ensaios clínicos tem sido dececionante. Alguns autores argumentam que essa ineficácia resulte de diferenças na distribuição e efeitos dos recetores purinérgicos entre as espécies. O objectivo deste estudo foi a avaliação dos efeitos dos recetores da adenosina na doença pulmonar humana. Em última análise pretende-se obter uma prova de conceito na manipulação dos recetores da adenosina para o tratamento de doenças pulmonares humanas. Foi aplicada uma estratégia de três passos. Primeiro, estudaram-se os efeitos do consumo crónico de doses moderadas de cafeína, um antagonista não seletivo dos recetores A1 e A2A da adenosina, na saúde respiratória, possibilitando assim um estudo não intervencional do efeito destes recetores em humanos. De seguida, avaliaram-se os níveis pulmonares dum percursor da adenosina, permitindo a avaliação da ativação endógena dos recetores purinérgicos na doença pulmonar humana. Finalmente, desenvolveu-se um método laboratorial que avalia um marcador robusto de ativação celular em macrófagos alveolares humanos frescos e não modificados. Salienta-se que o macrófago alveolar apresenta especial importância na patogénese das doenças pulmonares inflamatórias. Os estudos epidemiológicos mostraram efeitos globalmente benéficos da cafeína nas doenças respiratórias, incluindo na asma e na tosse pós-infeciosa, bem como na função respiratória e na mortalidade de causa respiratória. Os efeitos na DPOC e sarcoidose não foram claros. Não se observou correlação entre o consumo de cafeína e o risco ou gravidade da apneia do sono. Quando se mediram os níveis pulmonares de trifosfato de adenosina (ATP), encontraram-se níveis elevados em doentes com sarcoidose, comparativamente àqueles com pneumonite de hipersensibilidade, sugerindo que o ATP pode ser útil como biomarcador auxiliar de diagnóstico. Finalmente, em macrófagos alveolares humanos, os recetores A2A da adenosina sofreram alterações adaptativas da sua densidade e a sua ativação reduziu os transientes de cálcio livre intracelular causados pela exposição a um estímulo inflamatório. Estes resultados suportam a proposta de que os recetores A2A da adenosina são um alvo promissor no tratamento das doenças respiratórias inflamatórias, desde que seja utilizada uma dose suficientemente eficaz. Em conclusão, foram realizados dois estudos laboratoriais e quatro estudos epidemiológicos focados nos efeitos da adenosina em doença respiratória humana e obteve-se evidência que suporta um papel relevante das purinas na patogénese das doenças pulmonares inflamatórias humanas. Estes resultados sustentam a realização de ensaios clínicos com agonistas dos recetores A2A da adenosina em doenças pulmonares inflamatórias.Chronic inflammatory lung diseases, such as asthma, chronic obstructive pulmonary disease and interstitial lung diseases are a major and rising global source of disability and early death. An urgent need for new therapies is widely recognized, but the identification of therapeutic targets in in vitro and animal studies has not been successfully translated into effective human treatments. The modulation of purinergic receptors is a particularly promising new strategy for the control of inflammation and promotion of homeostasis. A breadth of preclinical data has shown that adenosine receptors are active in cells and tissues with a role in pulmonary inflammation and their modulation leads to functional improvements in animal models. The application of these strategies in clinical trials was, however, disappointing. Some authors argue that this lack of effectiveness is related to inter-specific differences in distribution and effects of adenosine receptors. This study aimed to assess the effects of adenosine receptors in human disease. The final objective was to obtain a proof-of-concept for the use of adenosine receptor modulation for the treatment of human disease. A three-step approach was used. First the effects of chronic consumption of caffeine, a non-selective antagonist of the A1 and A2A adenosine receptors, were studied, allowing for a non-interventional evaluation of their effects on human respiratory disease. The levels of an adenosine precursor in the lung were then assessed, allowing for an appraisal of the expected endogenous activation of purinergic receptors in human disease. Finally, a laboratory method was developed for the study of a robust marker of cell activation in fresh, unchanged human alveolar macrophages, which have a prominent role in the pathogenesis of inflammatory pulmonary disease. The epidemiological studies showed that caffeine intake has positive effects in some lung diseases, such as asthma and post-infectious cough, as well as in lung function and respiratory mortality. The results on COPD and sarcoidosis were less clear. No correlation was found between caffeine consumption and the risk or severity of sleep apnoea. The measurement of the lung levels of adenosine triphosphate (ATP), revealed higher levels in patients with sarcoidosis compared to those with hypersensitivity pneumonitis, suggesting that ATP could useful as a diagnosis biomarker. Finally, adenosine A2A receptors underwent adaptive changes of density and their activation reduced the intracellular free calcium transients resulting from exposure to an inflammatory stimulus in human alveolar macrophages. This supports the contention that adenosine A2A receptors are a promising therapeutic target for treating inflammatory lung disorders in humans, provided that a sufficiently effective dose of agonist is used. In conclusion, these two laboratory and four epidemiological studies focused on the effects of adenosine in human lung disease found evidence that supports a relevant role for purines in the pathogenesis of human inflammatory lung disease. These results support the further testing of adenosine A2A receptor agonists for the treatment of inflammatory lung diseases.This project was funded by Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT) through Grants SFRH/BD/69640/2010 (funded by POPH-QREN) and project grant PIC/IC/83290/2007, which is supported by FEDER (POFC e COMPETE) (PIC/IC/82390/2007) and FCT.2018-01-11doctoral thesisinfo:eu-repo/semantics/publishedVersionhttps://hdl.handle.net/10316/84773https://hdl.handle.net/10316/84773TID:101568649engAlfaro, Tiago Manuel Pomboinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)instname:FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiainstacron:RCAAP2022-03-07T15:47:00Zoai:estudogeral.uc.pt:10316/84773Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireinfo@rcaap.ptopendoar:https://opendoar.ac.uk/repository/71602025-05-29T05:31:51.111395Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) - FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiafalse
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