IMPACT OF CHRONIC STRESS IN BLOOD-BRAIN BARRIER: FOCUS ON C3 COMPLEMENT PATHWAY AND SEX DIFFERENCES

Abstract

Chronic stress is a significant burden in our society, increasing the risk for the development of neuropsychiatric disorders. In fact, prolonged exposure to stress can contribute to the damage of multiple brain regions associated with emotional-cognitive functions, such as the prefrontal cortex (PFC) and the hippocampus (HIP). Recent evidence has been shown that stress is linked with cerebrovascular diseases, particularly with blood-brain barrier (BBB) dysfunction. The BBB is a selective and dynamic barrier that regulates the bidirectional transport in/out the brain, including the trafficking of peripheral immune cells, microorganisms, and several compounds into the brain parenchyma. However, little is known about the mechanisms underlying stress-induced BBB disruption. Moreover, the complement pathway plays an important role in innate immunity, but its abnormal activation has been also associated with several Central Nervous System (CNS) pathologies. Taking into consideration the crucial role of the BBB on brain protection and homeostasis, the present study aimed to assess the possible involvement of BBB dysfunction in stress-induced behavioral alterations by investigating the neurovascular alterations induced by unpredictable chronic mild stress (uCMS) exposure for 6 weeks, with focus on the C3 complement pathway. Additionally, sex-dependent alterations were also explored. The present results demonstrated that uCMS impaired body weight gain in males, but not in females. However, the results suggest that uCMS did not induce an imbalance in the hypothalamic-pituitary-adrenal (HPA) axis activity in both sexes. In terms of behavior, uCMS induced depressive-like behavior in males, while females did not display any behavioral alterations. Following uCMS, C3 protein levels in the PFC, HIP, and serum were not altered in both sexes. Similarly, no significant changes in the C3aR protein levels in the PFC and HIP were found, although a tendency to decrease was detected in the PFC of males exposed to uCMS. Regarding BBB properties, no significant alterations were observed in the PFC of males after uCMS. Curiously, exposure to uCMS was associated with an increase in claudin-5 protein levels in the PFC of females. Furthermore, astrocytic reactivity was not altered in the PFC of both sexes a result of uCMS exposure. In sum, the results obtained in this work revealed that males and females are differently affected by chronic mild stress: males are more affected at the behavior level, while females cope better and eventually develop a stress-resilient phenotype. Furthermore, the results suggest that uCMS has no major effects on BBB properties, but future studies are needed to clarify other possible brain vascular alterations induced by uCMS.

O stress crónico tem um impacto significativo na nossa sociedade, aumentando o risco para o desenvolvimento de distúrbios neuropsiquiátricos. A exposição prolongada a stress pode contribuir para danos em múltiplas regiões cerebrais associadas a funções emocionais e cognitivas, como o córtex pré-frontal (CPF) e o hipocampo (HIP). Evidências recentes têm demostrado que o stress está associado a doenças cerebrovasculares, podendo ocorrer a disfunção da barreira hematoencefálica (BHE). A BHE é uma barreira seletiva e dinâmica que regula o transporte bidirecional para dentro/fora do cérebro, incluindo o tráfico de células imunitárias periféricas, microrganismos e vários compostos no parênquima cerebral. No entanto, pouco se sabe sobre os mecanismos subjacentes à perturbação da BHE induzida pelo stress. Além disso, a via do complemento desempenha um papel importante na imunidade inata, tendo a sua ativação anormal sido associada a várias patologias do Sistema Nervoso Central (SNS). Considerando o papel crucial da BHE na proteção do cérebro e na sua homeostase, o presente estudo teve como objetivo avaliar o possível envolvimento da disfunção da BHE em alterações comportamentais induzidas pelo stress, investigando possíveis alterações neurovasculares induzidas pela exposição a stress crónico moderado e imprevisível (uCMS) durante 6 semanas, com foco na via do complemento C3. Adicionalmente, foram também exploradas alterações dependentes do sexo. Os resultados atuais demonstraram que o uCMS afetou o aumento do peso corporal nos machos, mas não nas fêmeas. No entanto, os resultados sugerem que o uCMS não induziu um desequilíbrio na atividade do eixo hipotálamo-pituitária-adrenal (HPA) em ambos os sexos. Em termos de comportamento, o uCMS induziu um comportamento do tipo depressivo em machos, enquanto as fêmeas não apresentaram alterações comportamentais. Após o uCMS, os níveis da proteína C3 no CPF, HIP e soro não se encontravam alterados em ambos os sexos. Da mesma forma, não foram detetadas alterações significativas nos níveis da proteína C3aR no CPF e HIP, embora tenha sido detetada uma tendência para a sua diminuição no CPF dos machos expostos a uCMS. No que diz respeito às propriedades da BHE, não foram observadas alterações significativas no CPF dos machos após o uCMS. Curiosamente, a exposição ao uCMS foi associada a um aumento dos níveis da proteína claudin-5 no CPF das fêmeas. Além disso, a exposição a uCMS não induziu reatividade astrocítica no CPF de ambos os sexos. Em suma, os resultados obtidos neste trabalho revelaram que os machos e as fêmeas são diferentemente afetados pelo stress crónico moderado e imprevisível: os machos são mais afetados a nível comportamental, enquanto as fêmeas lidam melhor com o stress e eventualmente desenvolvem um fenótipo resiliente. Além disso, os resultados sugerem que o uCMS não tem efeitos significativos nas propriedades da BHE. No seguimento deste trabalho, estudos futuros são necessários para esclarecer outras possíveis alterações vasculares cerebrais induzidas pelo uCMS.