BLOOD-BRAIN BARRIER DYSREGULATION INDUCED BY ACUTE STRESS: ROLE OF NEUROINFLAMMATION

Abstract

A exposição ao stress é um fator de risco bem conhecido para o desenvolvimento de perturbações psiquiátricas como a depressão e a ansiedade. Embora haja um interesse crescente nos efeitos do stress sobre a função cerebral, o papel da barreira hematoencefálica (BHE) permanece relativamente pouco estudado, apesar da evidência emergente da sua disfunção nestas condições. Assim, o objetivo deste estudo foi avaliar o impacto do stress agudo no comportamento ansioso e depressivo, na integridade da BHE e nos processos neuroinflamatórios associados. Um total de 60 ratos Wistar adultos, incluindo machos e fêmeas, foram divididos aleatoriamente em quatro grupos: machos controlo, machos expostos ao stress, fêmeas controlo e fêmeas expostas ao stress. O efeito do stress agudo de imobilização com a duração de 6 horas foi avaliado utilizando uma bateria de testes comportamentais, incluindo o open field, o elevated plus maze, Y-maze, o sucrose splash test e o forced swimming test (FST). Depois, o sangue foi colhido e o córtex pré-frontal isolado. O impacto do stress na BHE foi examinado através da quantificação dos níveis de claudina-5, β-catenina, molécula de adesão celular vascular 1 e albumina. A BHE foi qualitativamente analisada por imunohistoquímica, pela marcação de colagénio IV e albumina. Neuroinflamação foi avaliada através da quantificação dos níveis do fator de necrose tumoral e a proteína ácida fibrilar glial (GFAP). O papel das células da glia e das células imunes foi avaliado através de marcação imunohistoquímica para GFAP, molécula adaptadora de ligação ao cálcio ionizado 1 e CD169. Com o foco no sistema do complemento, foi quantificado o C3 e o recetor do C3a. Adicionalmente, a peroxidação lipídica foi medida através dos níveis de malondialdeído. O stress agudo levou a um aumento significativo dos níveis de corticosterona em ambos os sexos. Curiosamente não induziu um comportamento ansioso nem uma resposta neuroinflamatória significativa, mas sim um fenótipo resiliente, evidenciado pela redução do tempo de imobilidade no FST em ambos os sexos. Algumas respostas ao stress foram especificas a apenas um dos sexos. Nos machos, o stress agudo induziu um aumento da claudina-5, uma proteína chave das junções oclusivas, crucial para manter a integridade da BHE. Enquanto nas fêmeas, o stress agudo diminui a peroxidação lipídica. Ao comparar machos e fêmeas, observou-se que as fêmeas apresentavam níveis reduzidos de C3 no córtex pré-frontal e passavam menos tempo no centro do campo aberto. Essa diferença sugere distintos padrões comportamentais relacionados à ansiedade entre os dois sexos. Em resumo, o stress agudo demonstrou o seu potencial adaptativo, com implicações para a resiliência. Este estudo realça a necessidade de mais estudos para caraterizar melhor as alterações neurovasculares induzidas pelo stress agudo.

Exposure to stress is a well-known risk factor for the development of psychiatric disorders such as depression and anxiety. Although there is growing interest in the effects of stress on brain function, the role of the blood-brain barrier (BBB) remains relatively understudied, despite emerging evidence of its dysfunction in these conditions. Therefore, the aim of this study was to evaluate the impact of acute stress on anxious and depressive behaviour, the integrity of the BBB and associated neuroinflammatory processes. A total of 60 adult Wistar rats, including males and females, were randomly divided into four groups: control males, stress-exposed males, control females and stress-exposed females. The effect of acute immobilization stress lasting 6 hours was assessed using a battery of behavioural tests, including the open field, elevated plus maze, Y-maze, sucrose splash test and forced swimming test (FST). Blood was then collected and the prefrontal cortex isolated. The impact of stress on the BBB was examined by quantifying the levels of claudin-5, β-catenin, vascular cell adhesion molecule 1 and albumin. The BBB was qualitatively analysed by immunohistochemistry, by marking collagen IV and albumin. Neuroinflammation was assessed by quantifying the levels of tumour necrosis factor and glial fibrillary acidic protein (GFAP). The role of glial cells and immune cells was assessed through immunohistochemical staining for GFAP, ionized calcium-binding adaptor molecule 1 and CD169. With a focus on the complement system, C3 and the C3a receptor were quantified. In addition, lipid peroxidation was measured through malondialdehyde levels. Acute stress led to a significant increase in corticosterone levels in both sexes. Interestingly, it did not induce anxious behaviour or a significant neuroinflammatory response, but rather a resilient phenotype, as evidenced by reduced immobility time in the FST in both sexes. Some stress responses were sex specific. In males, acute stress induced an increase in claudin-5, a key protein of the tight junctions, crucial for maintaining the integrity of the BBB. In females, acute stress decreased lipid peroxidation. When comparing males and females, it was observed that females had reduced levels of C3 in the prefrontal cortex and spent less time in the centre of the open field. This difference suggests different behavioural patterns related to anxiety between the two sexes. In summary, acute stress has demonstrated its adaptive potential, with implications for resilience. This study highlights the need for further studies to better characterize the neurovascular changes induced by acute stress.