Dissecting the link between allergies and ADHD: a focus on IL-4

Abstract

Intodução: A Perturbação de Hiperatividade e Défice de Atenção (PHDA) é um distúrbio do neurodesenvolvimento frequentemente diagnosticado na infância e caracterizado clinicamente por hiperatividade, impulsividade e inatenção. Estudos recentes denotam uma alta taxa de comorbilidade entre PHDA e alergias, levando à hipótese de que o desequilíbrio nas respostas imunes Th2 poderá estar relacionado com PHDA. Experiências prévias do nosso grupo mostraram que, tanto um modelo de alergia usando ácaros (house dust mites - HDM), como a administração de Interleucina-4 (IL-4), são ambos suficientes para induzir comportamentos semelhantes aos da PHDA em murganhos. O presente estudo teve como objetivo perceber se estes modelos animais exibem aumento de comportamentos estereotipados. Simultaneamente, foi desenvolvido um protocolo para avaliar a produção de IL-4 no sangue periférico humano.Métodos: Foram administradas injeções intraperitoneais com IL-4 ou solução salina em 28 murganhos. O esquema de injeção incluiu duas administrações usando 0,1 mg/kg de citocina recombinante, uma no dia pós-natal (P)8 e outra em P13. Para o modelo de alergia, 12 murganhos foram estimulados através da administração intranasal de HDM (5μg), entre P3 e P10 e comparados com 12 animais que receberam solução salina. Realizámos gravações do comportamento em home-cage entre P40-P60 e quantificámos manualmente o comportamento estereotipado. Para a otimização do protocolo de secreção de IL-4, colocámos células mononucleares de sangue periférico (PBMCs) em cultura com diferentes imunoestimulantes por 3 ou 5 dias e avaliámos a produção de IL-4 por citometria de fluxo. Resultados: Este estudo mostrou que o modelo tratado com IL-4 apresentou taxas mais elevadas de tempo total gasto em comportamentos repetitivos. Em relação à estimulação com HDM, os animais tratados não apresentaram diferenças estatisticamente significativas quando comparados com o grupo de controlo. Em relação à análise preliminar de PBMCs, os dados sugerem que a IL-4 e a IL-13 podem ser boas opções para induzir a produção de IL-4, embora o seu efeito tenha exibido tempos de ação específicos. Discussão e conclusão: O aumento do comportamento repetitivo no modelo de IL-4 fornece uma caraterização mais detalhada deste modelo. Em relação aos animais tratados com HDM, os nossos resultados sugerem que as estereotipias e comportamentos hiperativos representam domínios dissociáveis após um estímulo imunológico. Em relação à experimentação em sangue humano, é possível concluir que, em futuras experiências, será necessário considerar tempos de incubação diferentes para análise após a estimulação de PBMCs com IL-4 e IL-13.

Introduction: Attention-Deficit/Hyperactivity Disorder (ADHD) is a neurodevelopmental condition frequently diagnosed during childhood and clinically characterized by hyperactivity, impulsivity, and inattention. Recent findings show a high comorbidity rate between ADHD and allergic disease, raising the hypothesis that imbalance in Th2 responses may contribute to ADHD. Previous work from our lab showed that both a model of allergies using house dust mite (HDM), or interleukin-4 (IL-4) administration, are sufficient to induce ADHD-like behaviors in mice. Here, we aimed to characterize if our mouse models display increased stereotypical behaviours. Simultaneously, we also developed a protocol to assess IL-4 production in human peripheral blood.Methods: We performed intraperitoneal injections of either IL-4 or saline in 28 mice. The injection schedule included two administrations, at postnatal (P) day 8 and P13, using 0.1 mg/kg of recombinant cytokine. For the allergy model, 12 mice were challenged with intranasal administration of HDM (5μg), between P3 and P10 and compared to 12 animals given saline. Between P40-P60, home-cage recordings were obtained, and stereotypical behavior was manually quantified. For the optimization of the IL-4 secretion protocol, we placed peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) in culture, for 3 or 5 days, with immune stimulants, and then used flow cytometry to assess IL-4 production.Results: This study showed that the IL-4 treated model displayed higher rates of total time spent in repetitive behaviors. Regarding the HDM stimulation, treated animals did not show significant differences when compared to the control group. Regarding our preliminary PBMC analysis, data suggests that IL-4 and IL-13 may be good candidates to induce IL-4 production, although their effect is time-specific.Discussion and conclusion: The increase in repeated behavior in the IL-4 model provide further characterization of our model. Regarding the HDM treated mice, our results may suggest that stereotypies and hyperactive behaviors represent dissociable domains following immune challenges in mice. Regarding the human assay, our results allow us to conclude that different incubation and analysis times will need to be considered in future studies following stimulation of PBMCs with IL-4 and IL-13.