Avaliação dos efeitos da hipóxia neonatal no desenvolvimento da esquizofrenia: papel do sistema adenosinérgico

Abstract

Recently, efforts have been made in understanding the role of neurodevelopment in schizophrenia. It is believed that the manifestation of schizophrenia, reflecting the striatal hyperdopaminergic state, is the result of changes that emerge from the interaction between genetic, environmental and neurodevelopment-related factors throughout life. The pharmacotherapy of schizophrenia based on the dopaminergic hypothesis remains unsatisfactory for the treatment of negative symptoms and cognitive deficits related to this disease. Adenosine is a homeostatic modulator capable of affecting different complex networks such as neurotransmitter-dependent pathways, bioenergetics and epigenetics. In this sense, adenosine appears to be a promising candidate in correcting the functional imbalance found in schizophrenia, and may influence the dopaminergic and glutamatergic systems. Evidence points out to an important participation of adenosine in neural development and indicates a potential involvement of this substance in the etiology of schizophrenia. Perinatal hypoxia is one of the most well-established risk factors for the development of schizophrenia. However, there are few studies adressing the mechanisms related to the role of hypoxia in the pathophysiology of schizophrenia. Systems subjected to hypoxia have reported increased adenosine levels as one of the adaptive responses. Many of these effects evolve to permanent changes that are still not well understood, which may have an important role in the pathophysiology of numerous diseases, including schizophrenia. Animal and cellular models can be interesting tools for the study of interventions such as perinatal hypoxia and its repercussions on brain and behavioral function that mimic the changes observed in schizophrenia. Hence, the objective of this work was to study the effects of neonatal chemical hypoxia on the development of schizophrenia, evaluating the role of the adenosinergic system in the modulation of the dopaminergic system as a participant factor in the pathophysiology of schizophrenia. Therefore, Wistar rats were treated with cobalt chloride, a chemical hypoxiainducing compound, in the neonatal period (7 days of age). These animals were subjected to behavioral tests at young age (50 days) to assess whether they had xx behavioral changes related to the first psychotic episode. In adulthood (90 days),animals were tested in paradigms that analyze behavioral changes related to schizophrenia, such as locomotion, social interaction and context-based fear. Molecular tests were performed in samples from the brain of these animals in order to check the expression of genes related to hypoxia and also neuronal patterns. Our results showed that rats treated with cobalt chloride in the neonatal period showed behavioral changes related to schizophrenia at young and adult age compared to animals that received saline solution. These animals had increased expression of HIF-1α and VEGF and reduced immunoreactivity of parvalbuminpositive interneurons in the prefrontal cortex as adults compared to animals from the control group. We observed that the behavioral changes were reversed by the acute use of haloperidol antipsychotic and that the use of caffeine, but not selective adenosinergic antagonists, previously the administration of cobalt chloride was able to prevent the changes firstly observed. Finally, we note that the changes observed in animals that received cobalt chloride were similar to those observed in animals from the SHR strain, which is used as an animal model for the study of schizophrenia. Thus, we can suggest that chemical hypoxia in the neonatal period causes behavioral and neuronal changes related to schizophrenia in rats, reinforcing that neonatal hypoxia is a risk factor for the later development of schizophrenia. The participation of the adenosinergic system in the pathophysiology of schizophrenia is supported by the results obtained in this work, since the use of caffeine as a pretreatment was able to prevent the behavioral changes caused by chemical hypoxia. Caffeine, by antagonizing adenosine receptors, normalizes the transmission that has been altered by chemical hypoxia, indicating the importance of adequate levels of adenosine for normal neurodevelopment. Situations that alter this transmission, such as hypoxia, impair brain development and increase the risk of psychiatric disorders, such as schizophrenia.

Recentemente muita atenção tem sido voltada para o papel do neurodesenvolvimento na esquizofrenia. Acredita-se que a manifestação da esquizofrenia, reflexo do estado hiperdopaminérgico estriatal, seja o resultado final de modificações que emergem da interação entre fatores genéticos, ambientais e relacionados ao desenvolvimento neural ao longo da vida. A farmacoterapia da esquizofrenia baseada na hipótese dopaminérgica permanece insatisfatória para o tratamento dos sintomas negativos e déficits cognitivos relacionados a essa doença. A adenosina é um modulador homeostático capaz de afetar diferentes redes complexas como: vias dependentes de neurotransmissores, bioenergética e epigenética. Nesse sentido, a adenosina parece ser um candidato promissor na correção do desbalanço funcional encontrado na esquizofrenia, podendo influenciar os sistemas dopaminérgico e glutamatérgico. Evidências apontam para uma importante participação da adenosina no desenvolvimento neural e indicam um potencial envolvimento dessa substância na etiologia da esquizofrenia. A hipóxia perinatal é um dos mais bem estabelecidos fatores de risco para o desenvolvimento da esquizofrenia, entretanto, poucos são os estudos que tentam esclarecer os mecanismos relacionados à participação da hipóxia nas principais hipóteses fisiopatológicas da esquizofrenia. Sistemas submetidos à hipóxia tem o aumento de adenosina como uma das respostas adaptativas. Muitos desses efeitos revertem-se em alterações permanentes ainda não muito bem estabelecidas que parecem ter um papel importante na fisiopatologia de inúmeras doenças, dentre elas a esquizofrenia. Modelos animais e celulares podem ser ferramentas interessantes para o estudo de intervenções como hipóxia perinatal e suas repercussões na função cerebral e comportamental que mimetizem as modificações subjacentes à esquizofrenia. Desta forma, o objetivo deste trabalho foi estudar os efeitos da hipóxia química neonatal no desenvolvimento da esquizofrenia, avaliando o papel do sistema adenosinérgico na modulação do sistema dopaminérgico como fator participante da fisiopatologia da esquizofrenia. Para tanto, ratos Wistar foram tratados no período neonatal com cloreto de cobalto, um composto indutor de hipóxia química. Aos 50 dias de vida estes animais foram submetidos a testes comportamentais para avaliar se apresentavam alterações comportamentais relacionadas ao primeiro episódio psicótico. Na vida adulta os animais foram testados em paradigmas que analisam alterações comportamentais relacionadas à esquizofrenia, como locomoção, interação social e medo condicionado ao contexto. Testes moleculares foram feitos com amostras do cérebro destes animais a fim de verificar a expressão de genes relacionados à hipóxia e também padrões neuronais. Nossos resultados mostraram que ratos tratados com cloreto de cobalto no período neonatal apresentam alterações comportamentais relacionadas à esquizofrenia aos 50 e 90 dias de vida comparados com os animais que receberam solução salina. Estes animais tiveram aumento na expressão de HIF-1 e VEGF e redução da imunorreatividade de interneurônios parvalbumina-positivos no córtex pré-frontal quando adultos em comparação com os animais do grupo controle. Também pudemos observar que as alterações comportamentais foram revertidas pelo uso agudo do antipsicótico haloperidol e que o uso de cafeína, mas não de antagonistas adenosinérgicos seletivos, previamente a administração de cloreto de cobalto foi capaz de prevenir as alterações anteriormente observadas. Por fim, notamos que as alterações observadas nos animais que receberam cloreto de cobalto são semelhantes àquelas observadas em animais da linhagem SHR, que é utilizada como modelo animal para o estudo da esquizofrenia. Desta forma, podemos sugerir que a hipóxia química no período neonatal causa alterações comportamentais e neuronais relacionadas à esquizofrenia em ratos, reforçando que a hipóxia neonatal é um fator de risco para o desenvolvimento posterior de esquizofrenia. A participação do sistema adenosinérgico na fisiopatologia da esquizofrenia é reforçada pelos resultados obtidos nesse trabalho, já que a utilização de cafeína como pré-tratamento foi capaz de prevenir as alterações comportamentais causadas pela hipóxia química. A cafeína, ao antagonizar os receptores de adenosina, normaliza a transmissão que foi alterada pela hipóxia química, indicando a importância de níveis adequados de adenosina para o neurodesenvolvimento normal. Situações que alteram essa transmissão, como a hipóxia, prejudicam o desenvolvimento cerebral e aumentam o risco de transtornos psiquiátricos, como a esquizofrenia.