Cyclic nitroxides inhibit the toxicity of nitric oxide-derived oxidants: mechanisms and implications

ABSTRACT

The substantial therapeutic potential of tempol (4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidinyloxy) and related cyclic nitroxides as antioxidants has stimulated innumerous studies of their reactions with reactive oxygen species. In comparison, reactions of nitroxides with nitric oxide-derived oxidants have been less frequently investigated. Nevertheless, this is relevant because tempol has also been shown to protect animals from injuries associated with inflammatory conditions, which are characterized by the increased production of nitric oxide and its derived oxidants. Here, we review recent studies addressing the mechanisms by which cyclic nitroxides attenuate the toxicity of nitric oxidederived oxidants. As an example, we present data showing that tempol protects mice from acetaminophen-induced hepatotoxicity and discuss the possible protection mechanism. In view of the summarized studies, it is proposed that nitroxides attenuate tissue injury under inflammatory conditions mainly because of their ability to react rapidly with nitrogen dioxide and carbonate radical. In the process the nitroxides are oxidized to the corresponding oxammonium cation, which, in turn, can be recycled back to the nitroxides by reacting with upstream species, such as peroxynitrite and hydrogen peroxide, or with cellular reductants. An auxiliary protection mechanism may be down-regulation of inducible nitric oxide synthase expression. The possible therapeutic implications of these mechanisms are addressed.

RESUMO

O considerável potencial terapêutico de tempol (4-hidroxi-2,2, 6,6-tetrametil-1piperiniloxila) e nitróxidos cíclicos relacionados como antioxidantes tem estimulado inúmeros estudos de suas reações com espécies reativas derivadas de oxigênio. Em comparação, as reações de nitróxidos com oxidantes derivados do óxido nítrico têm sido investigadas menos frequentemente. Todavia, essas reações são relevantes porque o tempol é também capaz de proteger animais de injúrias associadas a condições inflamatórias, as quais são caracterizadas por uma aumentada produção de óxido nítrico e derivados oxidantes. Aqui, discutimos estudos recentes abordando os mecanismos pelos quais nitróxidos cíclicos atenuam a toxicidade de oxidantes derivados do óxido nítrico. Como um exemplo, apresentamos dados que demonstram que o tempol protege camundongos do dano hepatotóxico promovido por altas doses de acetaminofeno e discutimos o possível mecanismo de proteção. Com base nos estudos sumarizados, é proposto que nitróxidos atenuam a injúria tecidual em condições inflamatórias devido principalmente a sua capacidade de reagir rapidamente com ambos, dióxido de nitrogênio e radical carbonato. Em conseqüência, os nitróxidos são oxidados ao cátion oxamônio correspondente, o qual, por sua vez, pode ser reciclado ao nitróxido através de reações com espécies precursoras, como peroxinitrito e peróxido de hidrogênio, ou com redutores celulares. Um possível mecanismo auxiliar de proteção é a regulação negativa da expressão da sintase do óxido nítrico induzível. As possíveis implicações terapêuticas desses mecanismos são abordadas.