Efeitos antioxidantes e anti-inflamatórios da erva mate (ilex paraguariensis) em processos neuronais oxidativo-inflamatórios induzidos por dieta rica em carboidratos simples : busca por inibidores seletivos de cox-2

Abstract

RESUMO: A erva-mate (Ilex paraguariensis) constitui uma das bebidas herbais mais consumidas na América do Sul, particularmente no Brasil e no Uruguai. Considerando seu elevado consumo populacional e o aumento global da obesidade e do diabetes tipo 2, a investigação de seu potencial preventivo e terapêutico contra a neuroinflamação revelasse altamente oportuna. Evidências recentes consolidam o comprometimento de estruturas neuronais e axonais na obesidade, associado ao estresse oxidativo e à inflamação crônica. Nesse contexto, o presente estudo investigou o efeito do extrato de erva-mate comercial (preparado como chimarrão) sobre o estado redox no cérebro de ratos obesos, com o intuito de identificar moléculas candidatas seletivas para a ciclooxigenase-2 (COX-2), alvo antinflamatório chave. Para isso, foram empregados ensaios in silico e in vivo. O modelo de obesidade foi induzido por dieta rica em carboidratos simples, do desmame (21 dias de vida) até os 125 dias de idade. O tratamento ad libitum com extrato de erva-mate (70g/L em água) iniciou-se aos 75 dias de vida e estendeu-se até os 125 dias, quando os animais foram eutanasiados. Os cérebros foram removidos, clampeados e imediatamente congelados em nitrogênio líquido. Homogenatos cerebrais em tampão fosfato (0,1 M, pH 7,4) foram usados para quantificar lipoperoxidação (TBARS), proteínas carboniladas e atividades das enzimas antioxidantes catalase (CAT) e superóxido dismutase (SOD). Os grupos obesos apresentaram redução significativa da atividade dessas enzimas no tecido cerebral, enquanto o tratamento com erva-mate restaurou esses parâmetros para níveis semelhantes aos dos animais controles. Padrão semelhante foi observado nos marcadores de dano oxidativo, mensurados pelos ensaios de TBARS e proteínas carboniladas, que foram aumentados pela obesidade, mas significativamente atenuados após o tratamento. Esses achados evidenciam a capacidade do extrato em reduzir o estresse oxidativo, componente central das disfunções metabólicas cerebrais. Para integrar o desequilíbrio oxidativo aos mecanismos inflamatórios, modelos in sílico foram implementados frente às isoformas da ciclooxigenaese, COX-1 e COX-2. Parâmetros de docking molecular foram validados após redocking de inibidores das enzimas COX-1 e COX-2. As análises iniciais de docking molecular indicaram interações energeticamente favoráveis entre os principais fitoquímicos presentes na erva mate e ambas as enzimas. Resultados de docking foram expressos em MRS e ranqueados em ordem de maior probabilidade de ancoragem no sítio ativo da enzima. Contudo, a energia de ligação isoladamente mostrou-se insuficiente para predizer seletividade isoforma-específica, ressaltando a importância da complementação investigativa com simulações de dinâmica molecular de longa duração e análises estruturais detalhadas, proporcionando uma interpretação mais robusta e fisiologicamente relevante das interações proteína-ligante. As simulações de dinâmica molecular revelaram diferenças conformacionais marcantes entre os complexos enzima-ligante. Dinâmica molecular foi realizada com as três principais moléculas que ancoraram com ambas as enzimas através do docking molecular. O composto 1-O-p- Coumaroylquinic Acid (PCQA2) demonstrou maior estabilidade estrutural quando associado à COX-2, mantendo valores estáveis de RMSD e raio de giro, indicativos de integridade estrutural e compacidade do complexo. Em contraste, quando ligado à COX-1, o PCQA2 apresentou aumento progressivo do RMSD e maiores flutuações estruturais, sugerindo menor estabilidade do complexo. A análise estrutural corroborou esses resultados ao identificar a formação de uma ponte salina entre o PCQA2 e o resíduo Arg106 na COX-2, interação relevante para a ancoragem de inibidores enzimáticos. Além disso, a modelagem volumétrica baseada em voxelização evidenciou maior volume de bolsões na COX-2, favorecendo a acomodação de ligantes volumosos, enquanto a COX-1 apresentou sítio ativo mais estreito. Em conjunto, esses resultados reforçam a conexão mecanística entre a modulação do estresse oxidativo e a regulação de vias inflamatórias, posicionando o PCQA2 como candidato promissor a inibidor seletivo de COX-2, sujeito à validação experimental adicional. Embora os efeitos biológicos não possam ser atribuídos exclusivamente a uma única molécula, as propriedades químicas do PCQA2 corroboram seu potencial antioxidante e antiinflamatório, alinhado aos efeitos observados com o tratamento com erva-mate

ABSTRACT: Yerba mate is one of the most widely consumed herbal beverages in South America, particularly in Uruguay and Brazil. Given its high consumption and the growing global prevalence of obesity and diabetes, investigating the therapeutic potential of its extract is both relevant and timely. In the present study, in vivo analyses evaluated the activity of antioxidant enzymes, including catalase and superoxide dismutase. Obese groups exhibited reduced enzymatic activity, whereas treatment with yerba mate restored these parameters toward physiological levels. A similar pattern was observed for oxidative damage markers, as measured by TBARS and carbonyl protein assays, which were elevated under obesity conditions and significantly attenuated following treatment. These findings highlight the extract's capacity to mitigate oxidative stress, a key component of metabolic dysfunction. To integrate oxidative imbalance with inflammatory signaling, in silico models were implemented targeting the COX-1 and COX-2 isoforms. Initial molecular docking analyses indicated energetically favorable interactions between the evaluated compounds and both enzymes. However, binding energy alone proved insufficient to predict isoform-specific selectivity, underscoring the importance of complementary molecular dynamics simulations and detailed structural analyses to achieve a more reliable and physiologically relevant interpretation of protein-ligand interactions. Molecular dynamics simulations revealed marked conformational differences between complexes. The compound 1-O-p-Coumaroylquinic Acid (PCQA2) demonstrated greater structural stability when associated with COX-2, maintaining stable RMSD values and radius of gyration, indicative of preserved structural integrity and compactness. Conversely, when bound to COX-1, PCQA2 displayed Progressive RMSD increases and enhanced structural fluctuations, suggesting reduced complex stability. Structural analysis further supported these findings by identifying a salt bridge between PCQA2 and the Arg106 residue in COX-2, a key interaction for inhibitor anchoring. Additionally, voxel-based volumetric modeling revealed a larger pocket volume in COX-2, favoring accommodation of bulky ligands, whereas COX-1 presented a more restricted active site.Although the biological effects cannot be attributed to a single molecule, the chemical features of PCQA2 suggest relevant antioxidant and antiinflammatory potential. Collectively, these results strengthen the mechanistic link between oxidative stress modulation and inflammatory pathway regulation, positioning PCQA2 as a promising selective COX-2 inhibitor candidate pending further experimental validation