O endotélio não é apenas um revestimento passivo dos vasos sanguíneos; é um órgão dinâmico, metabolicamente ativo, que governa a homeostase vascular. No diabetes mellitus, a monocamada endotelial sofre profundas alterações funcionais e estruturais que precedem e aceleram a doença cardiovascular (DCV). A disfunção endotelial – definida como uma mudança para um estado pró-inflamatório, pró-coagulante e vasoconstritivo – é agora reconhecida como um marcador precoce e um fator causal de aterosclerose, complicações microvasculares e desfechos clínicos adversos. Identificar biomarcadores confiáveis dessa disfunção permite aos clínicos avaliar risco, rastrear a progressão da doença e adaptar estratégias terapêuticas. Esta revisão examina os biomarcadores mais clinicamente relevantes da disfunção endotelial no diabetes e DCV, seus mecanismos subjacentes, e as ferramentas emergentes que prometem levar essas medidas para cuidados de rotina.

A barreira endotelial: estrutura e função

As células endoteliais formam uma barreira semipermeável que regula a troca de nutrientes, gases e células imunes entre o sangue e os tecidos. Em condições saudáveis, o endotélio mantém uma superfície antitrombótica e anti-adesiva. Produz óxido nítrico (NO) através da óxido nítrico sintase endotelial (eNOS), um vasodilatador que também inibe a agregação plaquetária e a adesão leucocitária. Prostaciclina, ativador de plasminogênio tissue-tipo, e proteoglicanos sulfato de heparano contribuem ainda para um ambiente não trombótico. O glicocalíx endotelial — uma camada gel-like de proteoglicanos e glicoproteínas na superfície luminal — serve como um mecanosensor e uma barreira para o vazamento proteico.

No diabetes, esse elegante sistema se desvenda. Hiperglicemia, resistência à insulina, dislipidemia e estresse oxidativo convergem para danos ao endotélio. O glicocalíx é derramado, a atividade da eNOS diminui e as células endoteliais adquirem fenótipo pró-adesivo, pró-coagulante. Essa transição não é apenas um marcador da doença existente, mas contribui diretamente para aterogênese, progressão de placas e complicações microvasculares, como nefropatia, retinopatia e neuropatia periférica. Compreender as bases moleculares dessa mudança é essencial para interpretar os biomarcadores discutidos abaixo.

Condutores fisiopatológicos da Disfunção Endotelial em Diabetes e DCV

A disfunção endotelial no diabetes surge de múltiplas vias inter-relacionadas. A hiperglicemia crônica é o insulto inicial. O excesso de fluxo de glicose através da via poliol, consumindo NADPH e depletando glutationa, aumentando assim o estresse oxidativo intracelular. A superprodução de superóxido mitocondrial ativa a proteína quinase C (PKC), que por sua vez aumenta a permeabilidade vascular, promove a expressão de moléculas de adesão, e prejudica a atividade da eNOS. Produto final de glicação avançada (AGEs) acumulam-se em proteínas de longa duração e ativam seu receptor (RAGE), desencadeando sinais pró-inflamatórios que comprometem ainda mais a função endotelial.

A resistência à insulina amplifica esse dano. Em condições normais, a insulina estimula a eNOS via PI3K-Akt, promovendo a produção de NO. No estado insulino-resistente, este ramo de sinalização é embotado, enquanto a via MAPK permanece ativa, levando à secreção excessiva da vasoconstritor endotelina-1 (ET-1). O desequilíbrio resultante — baixo NO e alto ET-1 — favorece vasoconstrição, proliferação muscular lisa e trombose. A dislipidemia compõe o problema: o aumento da lipoproteína oxidada de baixa densidade (oxLDL) liga-se ao receptor 1 tipo lectina oxLDL (LOX-1) nas células endoteliais, desencadeando a geração reativa de espécies de oxigênio e a regulação das moléculas de adesão. Esses processos criam um ciclo auto-reforçador de inflamação, estresse oxidativo e lesão endotelial que impulsiona complicações macrovasculares e microvasculares.

O estresse craniano também desempenha um papel crítico.O fluxo perturbado nas bifurcações arteriais reduz a expressão de eNOS e promove um fenótipo endotelial pró-aterogênico.No diabetes, os mecanismos normais de resposta ao cisalhamento são embotados, predispondo ainda mais à formação de placas.A compreensão dessas vias é essencial, pois cada um oferece um alvo para a medida do biomarcador e intervenção terapêutica.

Principais biomarcadores da disfunção endotelial

Os biomarcadores de disfunção endotelial se enquadram em várias categorias: moléculas secretadas por células endoteliais, marcadores de dano ou regeneração e indicadores do microambiente vascular local. Os biomarcadores discutidos abaixo representam as mais amplamente estudadas e clinicamente relevantes no diabetes e DCV.

Dimetilarginina assimétrica (ADMA)

A ADMA é um inibidor endógeno da eNOS que compete com a L-arginina para a ligação ao sítio ativo da enzima. Níveis elevados de ADMA reduzem a produção de NO, desencadeando vasoconstrição, agregação plaquetária e aumento da expressão de moléculas de adesão. Nos pacientes com diabetes tipo 2, a ADMA prediz de forma independente eventos cardiovasculares e progressão da nefropatia diabética.Uma grande meta-análise de mais de 2.000 indivíduos constatou que concentrações mais elevadas de ADMA conferem um risco de eventos cardiovasculares fatais e não fatais de 30-40%, efeito que permaneceu significativo após ajuste para fatores de risco tradicionais.

A ADMA é eliminada principalmente pela enzima dimetilarginina dimetilaminohidrolase (DDAH), que é prejudicada em condições de estresse oxidativo. Isto cria uma alça de feedback: o estresse oxidativo reduz a atividade da DDAH, elevando os níveis de ADMA, que por sua vez prejudica ainda mais a produção de NO e amplifica a lesão vascular. Os polimorfismos da DDAH têm sido associados ao risco cardiovascular em populações diabéticas, tornando esta via um potencial alvo terapêutico. Clinicamente, a ADMA é medida por cromatografia líquida de alto desempenho ou ELISA, e os intervalos de referência estão bem estabelecidos, embora o ensaio ainda não tenha sido amplamente adotado no cuidado de rotina.

Endotelina-1 (ET-1)

O ET-1 é um peptídeo 21-aminoácido, o vasoconstritor endógeno mais potente conhecido, produzido por células endoteliais em resposta à hiperglicemia, insulina, angiotensina II e estresse cisalhante. O ET-1 atua nos receptores ETA e ETB em células musculares lisas vasculares e células endoteliais, mediando vasoconstrição, proliferação e fibrose. Os níveis plasmáticos de ET-1 são elevados em pacientes com diabetes tipo 1 e tipo 2, correlacionando-se com hipertensão arterial, doença arterial coronariana e nefropatia diabética.

O ET-1 desempenha um papel particularmente importante nas complicações microvasculares.Na retina, o ET-1 contribui para a perda de pericito e para a oclusão capilar; no rim, promove expansão mesangial e albuminúria.Os níveis urinários de ET-1 têm sido propostos como marcador de nefropatia diabética precoce, potencialmente precedendo a albuminúria.Os antagonistas seletivos do receptor de ET têm demonstrado efeitos protetores renais em modelos experimentais, mas os ensaios clínicos em doenças cardiovasculares têm sido limitados pela retenção de fluidos e outros efeitos colaterais.

Fator de Crescimento Vascular Endotelial (VEGF)

O VEGF é um regulador fundamental da angiogênese. Na diabetes, a sinalização do VEGF é desregulada: o VEGF excessivo impulsiona a neovascularização patológica na retina e no rim, enquanto o VEGF insuficiente prejudica a cicatrização da ferida e a formação dos vasos colaterais. Os níveis séricos de VEGF são elevados em pacientes com retinopatia diabética proliferativa e estão associados à albuminúria.

O impacto clínico do VEGF é mais evidente no sucesso das terapias anti-VEGF para edema macular diabético e neovascularização da retina. Injeções intravítreas de ranibizumab, aflibercept e bevacizumab tornaram-se padrão de cuidados, reduzindo drasticamente a perda de visão em pacientes com doença ocular diabética. A inibição sistêmica do VEGF, no entanto, não tem mostrado a mesma promessa na doença cardiovascular e pode até mesmo aumentar o risco trombótico em algumas populações. Como biomarcador, o VEGF é rotineiramente medido em oftalmologia para orientar decisões de tratamento, e os níveis sistêmicos são cada vez mais estudados como preditores de progressão microvascular.

Moléculas de adesão solúveis (sICAM-1, sVCAM-1, selectionin)

A ativação endotelial regula as moléculas de adesão da superfície celular que medeiam a rotação, adesão e transmigração de leucócitos. Essas moléculas são clivadas e liberadas na circulação como formas solúveis. A molécula de adesão intercelular solúveis-1 (sICAM-1) e a molécula de adesão celular vascular solúvel-1 (sVCAM-1) são elevadas no diabetes e predizem eventos cardiovasculares incidentes independentemente dos fatores de risco tradicionais. No Framingham Heart Study, os indivíduos com os maiores níveis de sICAM-1 apresentaram um risco 50% maior de doença cardíaca coronariana ao longo de 10 anos em comparação com os com os com os níveis mais baixos.

A e-seletina solúvel é mais específica das células endoteliais e reflete a ativação precoce. A e-seletina media o rolamento inicial dos leucócitos ao longo da parede do vaso, e sua forma solúvel aparece na circulação em horas de ativação endotelial. Níveis elevados de seletina-seletina têm sido associados ao desenvolvimento de diabetes tipo 2, sugerindo que a ativação endotelial pode preceder o diagnóstico clínico do diabetes por anos.A medição dessas moléculas de adesão por ELISA é direta e reprodutível, tornando-as candidatas atraentes para painéis multibiomarcadores.No entanto, as faixas de referência variam de acordo com a idade, sexo e etnia, e a padronização entre laboratórios ainda está evoluindo.

Lipoproteína oxidada de baixa densidade (oxLDL)

OxLDL é uma lipoproteína modificada que desempenha um papel central no início e progressão da aterosclerose. Uma vez no espaço subendotelial, o oxLDL é tomado por macrófagos através de receptores de cavenger, levando à formação de células de espuma e desenvolvimento de estrias gordurosas. oxLDL também ativa diretamente as células endoteliais, por ligação ao LOX-1, induzindo a geração de espécies reativas de oxigênio e a regulação das moléculas de adesão. Os níveis de oxLDL circulantes são elevados em pacientes com diabetes e correlacionam-se com disfunção endotelial medida por dilatação mediada por fluxo (FMD). Um estudo prospectivo de mais de 1.400 indivíduos descobriu que os níveis basais de oxLDL predizem independentemente o risco de infarto do miocárdio e acidente vascular cerebral ao longo de 5 anos.

Os efeitos pró-aterogênicos da LDL-ox são amplificados no diabetes, pois a hiperglicemia e a resistência à insulina aumentam a oxidação do LDL e reduzem sua depuração. Os anticorpos contra LDL-ox também são elevados no diabetes e têm sido associados a eventos cardiovasculares. O LDL-ox está disponível como um ensaio clínico através de grandes laboratórios comerciais, mas seu uso é limitado pela variabilidade em metodologias de ensaio e falta de consenso sobre os intervalos de referência.

Células endoteliais circulantes (CEC) e micropartículas endoteliais (EMP)

As CEC são células endoteliais maduras que se desprenderam da parede do vaso, tipicamente em resposta a lesões graves. Contagens elevadas de CEC são encontradas em síndromes coronárias agudas, vasculite e diabetes com complicações microvasculares. A enumeração CEC fornece uma medida direta de dano endotelial, mas é tecnicamente desafiadora devido ao baixo número de células no sangue periférico.

Os PEM são pequenas vesículas de membrana (0,1-1 μm) de células endoteliais ativadas ou apoptóticas, que transportam marcadores de superfície como CD31, CD144, CD146, CD62E, e seu número aumenta em condições de estresse endotelial. Os PEM não são meros detritos; podem transferir moléculas bioativas, incluindo microRNAs, lipídios e citocinas, para células alvo, propagando sinais pró-coagulantes e pró-inflamatórios. No diabetes, níveis elevados de PEM CD31+/CD42b têm sido associados a doença arterial coronariana e nefropatia diabética. A citometria de fluxo é o método primário de detecção, mas a padronização do isolamento, armazenamento e estratégias de gating ainda é necessária antes que esses marcadores possam entrar no uso clínico de rotina.

Metabolitos de óxido nítrico (NOx) e actividade eNOS

A medição direta do NO é difícil devido à sua curta meia-vida (segundos). Em vez disso, metabólitos estáveis — nitrito e nitrato, denominados coletivamente NOx — são medidos como um índice de produção de NO. Níveis reduzidos de NOx têm sido relatados em pacientes com diabetes e doença arterial coronariana, refletindo atividade eNOS prejudicada. No entanto, as concentrações de NOx são influenciadas pela ingestão de nitratos alimentares, função renal e medicamentos como estatinas e inibidores da ECA, que podem confundir interpretação.

Os ensaios mais sensíveis permitem agora a medição da produção de NO ex vivo em células endoteliais cultivadas, mas estes são ferramentas de pesquisa.A medida funcional mais amplamente utilizada da biodisponibilidade de NO é a dilatação mediada pelo fluxo (DFM) da artéria braquial.A DMF correlaciona-se fortemente com a função endotelial coronária e prediz eventos cardiovasculares.A medição combinada da DMF e dos NOx circulantes fornece um quadro mais completo da integridade da via do NO do que qualquer um deles isoladamente.Em ensaios clínicos visando a função endotelial, um endpoint composto que inclui a DMO, NOx e um marcador de estresse oxidativo é frequentemente empregado.

Valor Preditivo e Utilitário Clínico em Diabetes e DCV

Os biomarcadores de disfunção endotelial têm três objetivos principais: estratificação de risco antes do início da doença, monitoramento da progressão da doença e desfechos substitutos em ensaios clínicos. Cada biomarcador oferece uma janela distinta para o estado endotelial, e seu valor preditivo muitas vezes excede o dos fatores de risco tradicionais isoladamente.

No diabetes tipo 2, a ADMA elevada, ET-1 e sICAM-1 predizem independentemente a mortalidade cardiovascular e a progressão para doença renal terminal.A combinação de LDL-ox elevada e NOx baixa proporciona um perfil de risco particularmente robusto para eventos coronarianos.Recente estudo prospectivo de mais de 800 pacientes com diabetes tipo 2 constatou que aqueles com VCAM-1 elevado e proteína C reativa de alta sensibilidade apresentaram risco 3,5 vezes maior de eventos cardiovasculares adversos maiores ao longo de 5 anos, mesmo após ajuste para idade, sexo e HbA1c.

No diabetes tipo 1, o VEGF e a ADMA urinária elevados predizem o desenvolvimento de retinopatia proliferativa em 5 anos, oferecendo uma janela para tratamento preventivo. Contagens de CEC e PEM estão elevadas em pacientes com nefropatia diabética precoce e podem detectar lesão renal antes do desenvolvimento da albuminúria. Esses marcadores podem ajudar a identificar quais pacientes com microalbuminúria apresentam maior risco de progressão para macroalbuminúria e insuficiência renal.

Clinicamente, vários biomarcadores entraram na prática. A ADMA é medida em clínicas lipídicas especializadas para pacientes com suspeita de disfunção endotelial apesar dos níveis normais de LDL. O VEGF é rotineiramente avaliado em oftalmologia para orientar a terapia anti-VEGF. O O OxLDL está disponível através de grandes redes de laboratório, embora seu uso ainda não seja recomendado por diretrizes.A maior barreira para adoção mais ampla é a falta de faixas de referência padronizadas.Estudos de coorte multiétnica em larga escala são necessários para estabelecer pontos de corte específicos para idade, sexo e etnia para cada biomarcador.Os escores de risco multibiomarcadores que incorporem fatores de risco tradicionais, juntamente com biomarcadores como ADMA, sICAM-1 e FMD, podem melhorar significativamente a discriminação de risco na prevenção primária.

Avaliação da Função Endotelial: Métodos e Considerações Práticas

Além dos biomarcadores circulantes, a função endotelial pode ser avaliada diretamente com testes vasculares não invasivos.A dilatação mediada pelo fluxo (DMF) da artéria braquial por ultra-som de alta resolução é o padrão ouro.A DMF reflete vasodilatação dependente do NO em resposta à hiperemia reativa.Na diabetes, a DMF está prejudicada e correlaciona-se com a disfunção endotelial coronariana.A redução de 1% na DMF tem sido associada a um aumento de 10-15% no risco de eventos cardiovasculares.A DMF é dependente do operador e requer treinamento e padronização rigorosos.

A tonometria arterial periférica (PAT) é um método alternativo que mede a amplitude do pulso digital. A TAP é mais fácil de realizar e menos operador-dependente, mas reflete uma combinação de vasodilatação dependente de NO e independente e tem uma correlação mais fraca com a função coronariana. A pletismografia de oclusão venosa é outra técnica de pesquisa que mede as respostas do fluxo sanguíneo antebraço às infusões intra-arteriais de agentes vasoativos, mas é invasiva e impraticável para o cuidado de rotina.

Cada método tem trade-offs. A FMD fornece a medida mais específica de biodisponibilidade de NO, mas requer equipamento especializado e treinamento. A PAT é mais acessível, mas menos específica. Combinando um teste funcional (como a FMD) com um painel de biomarcadores (como ADMA e sICAM-1) oferece a avaliação mais abrangente. Para fins de ensaios clínicos, uma pontuação composta que incorpora FMD, ADMA e uma medida de estresse oxidativo (como 8-isoprostane urinário) é cada vez mais comum. O desenvolvimento de dispositivos de ponto de cuidado – como chips microfluídicos que podem medir ADMA ou PEMs de um dedo – poderia fazer com que a avaliação da função endotelial seja uma parte rotineira do manejo da diabetes.

Abordagens Terapêuticas para Restaurar a Função Endotelial

A restauração da função endotelial é um importante alvo terapêutico no diabetes e DCV. Intervenções de estilo de vida – incluindo exercícios aeróbicos, dieta mediterrânea rica em antioxidantes e ácidos graxos ômega-3 e cessação do tabagismo – melhoram consistentemente a DMF e reduzem as moléculas de adesão circulante. Uma meta-análise de ensaios randomizados descobriu que o treinamento supervisionado aumentou a DMF em média 2,5% em pacientes com diabetes tipo 2, magnitude comparável à de muitas intervenções farmacológicas.

Entre os agentes farmacológicos, as estatinas reduzem os níveis de LDL e melhoram a biodisponibilidade do NO. Os inibidores da ECA reduzem o ET-1 e a atividade da NADPH oxidase, diminuindo o estresse oxidativo.A metformina tem demonstrado diminuir os níveis de ADMA no diabetes tipo 2, provavelmente por meio de seus efeitos na sensibilidade à insulina e na atividade da DDAH. Classes de fármacos mais recentes têm demonstrado benefícios endoteliais diretos.Os inibidores da SGLT2 como a empagliflozina reduzem os PEMs e melhoram a DMO em pacientes com diabetes tipo 2, independentemente de seus efeitos de redução da glicose.Agonistas dos receptores da GLP-1, como liraglutido e semaglutido, diminuem os níveis de siCAM-1 e sVCAM-1 e melhoram a função endotelial em populações diabéticas e não diabéticas.

A L-arginina suplementar tem sido investigada como uma forma de aumentar a produção de NO, mas os resultados têm sido inconsistentes. A razão provável é que ADMA compete com L-arginina para ligação eNOS, de modo que a suplementação de L-arginina só é eficaz quando os níveis de ADMA são baixos. Estratégias que aumentam a atividade DDAH - como o fármaco investigativo DDAH-1 ativador - têm mostrado promessa em modelos pré-clínicos e podem oferecer uma abordagem mais direcionada. A suplementação antioxidante com vitaminas C e E falhou em grandes ensaios, provavelmente devido aos efeitos pró-oxidantes em altas doses e má entrega celular. A entrega baseada em nanopartícula de enzimas antioxidantes, como a superóxido dismutase e catalase está atualmente em investigação. Terapia genética para a upregular a expressão de eNOS tem mostrado sucesso em modelos animais, mas enfrenta obstáculos significativos na tradução clínica.

Instruções emergentes e perguntas abertas

A descoberta de novos biomarcadores endoteliais continua a acelerar. Análises proteômicas e metabolômicas identificaram vários candidatos, incluindo endoglina, trombomodulina, angiopoietina-2 e sindecan-1 circulante, um marcador de degradação do glicocálipo. MicroRNAs – pequenos RNAs não codificadores embalados em PEMs ou circulantes em complexos ligados a proteínas – oferecem uma leitura dinâmica da expressão do gene endotelial. miR-126, miR-21 e miR-146a são desregulados no diabetes e têm sido associados a complicações vasculares. miR-126, em particular, é enriquecido em células endoteliais e promove a expressão de eNOS; níveis circulantes reduzidos predizem eventos cardiovasculares em pacientes diabéticos.

O glicocalíx em si está emergindo como um importante biomarcador. A remoção de componentes de glicocalíx, como o sindecan-1 e o hialuronan, pode ser detectada na circulação e pode refletir lesão endotelial precoce antes que marcadores tradicionais se tornem anormais. Medir a espessura do glicocalíx diretamente usando técnicas de imagem microvascular é viável, mas ainda não amplamente disponível.

A inteligência artificial e o aprendizado de máquina estão começando a integrar dados multi-ômicos – incluindo biomarcadores, variáveis clínicas e imagens – em algoritmos preditivos de risco cardiovascular em populações diabéticas. Um algoritmo recente que combina ADMA, sICAM-1 e fotografia retiniana superou o Framingham Risk Score na identificação de quais pacientes com diabetes tipo 2 desenvolveriam nefropatia em 5 anos. À medida que essas ferramentas amadurecem, o perfil de risco endotelial personalizado se tornará clinicamente viável. No entanto, a natureza de alguns modelos de IA em caixa negra levanta questões sobre interpretabilidade e generalização, e a validação externa rigorosa é necessária antes que possam orientar decisões clínicas.

A padronização dos ensaios e dos intervalos de referência continua sendo o desafio mais premente, pois a Sociedade Europeia de Cardiologia e a American Diabetes Association têm solicitado protocolos harmonizados para a medição de biomarcadores e para estudos de coortes de grande escala para definir limiares clínicos de decisão.Até que esses esforços sejam bem sucedidos, os biomarcadores endoteliais permanecerão principalmente ferramentas de pesquisa.Com esforços coordenados em endocrinologia, cardiologia e biologia vascular, esses marcadores têm o potencial de transição do laboratório para o leito, possibilitando uma intervenção mais precoce e precisa para milhões de pacientes acometidos por diabetes e DCV.

Conclusão

A disfunção endotelial é uma característica fisiopatológica central do diabetes e das doenças cardiovasculares, e seus biomarcadores fornecem uma janela para a saúde vascular que se estende além dos fatores de risco tradicionais. ADMA, ET-1, VEGF, moléculas de adesão, LDL-ox, CECs, PEMs e NOx cada captura aspectos distintos da lesão endotelial, ativação e reparo. Sua medição, particularmente quando combinada com a avaliação funcional, melhora a estratificação de risco, orienta a seleção terapêutica e serve como um desfecho substituto em ensaios clínicos. À medida que avançamos o entendimento das vias moleculares e tecnologias de medição, a integração desses biomarcadores no cuidado de diabetes de rotina promete reduzir a enorme carga de morbidade e mortalidade cardiovascular que continua sendo a principal causa de morte nesta população.

Para leitura adicional: uma meta-análise abrangente sobre ADMA e risco cardiovascular no diabetes (PubMed); a declaração científica da American Heart Association sobre função endotelial e biomarcadores (AHA); as diretrizes clínicas para avaliação da disfunção endotelial da Sociedade Europeia de Cardiologia (ESC)[]; uma revisão dos inibidores do SGLT2 e da função endotelial (PubMed)[; e uma visão geral dos microRNAs como biomarcadores endoteliais [(PMC)[].