Impacto da metanfetamina na função da barreira hematoencefálica

Abstract

A metanfetamina (MET) é uma droga de abuso psicoestimulante com um elevado poder de viciação. A sua popularidade tem crescido por todo o mundo, essencialmente devido ao facto de aumentar o estado de alerta, a actividade física e diminuir o apetite. Esta droga de abuso é neurotóxica causando danos irreversíveis nas células cerebrais, levando por sua vez a anomalias neurológicas e psiquiátricas. Estudos recentes demonstraram também que a MET é capaz de causar disfunção da barreira hematoencefálica (BHE). Devido ao papel crucial que a BHE desempenha em manter a homeostase cerebral e proteger o cérebro de substâncias tóxicas e organismos patogénicos, a sua disfunção pode ter consequências graves. Assim, a ruptura da BHE induzida pela MET tem emergido como um outro mecanismo através do qual a MET exerce os seus efeitos neurotóxicos. Para tentar compreender melhor os mecanismos através dos quais a MET induz disfunção da BHE, administrou-se uma dose aguda elevada de MET (30 mg/kg) a murganhos jovens adultos, o que constitui um modelo de intoxicação aguda, e os efeitos na permeabilidade da BHE foram analisados após 1 h, 24 h ou 72 h da injecção de MET em diferentes regiões cerebrais. Observou-se que a MET aumenta a permeabilidade da BHE, mas este efeito foi apenas detectado 24 h após a administração e apenas no hipocampo, mostrando que este foi um efeito transitório e que o hipocampo foi a região cerebral mais susceptível, comparando com o córtex frontal e o estriado. Com o objectivo de identificar os mediadores celulares envolvidos na disfunção da BHE induzida pela MET, investigaram-se possíveis alterações nas proteínas das junções oclusivas e na metaloproteinase-9 da matriz (MMP-9). A MET diminuiu os níveis de Resumo 4 proteína de zonula occludens (ZO)-1, claudina-5 e ocludina no hipocampo 24 h após a administração, e aumentou a actividade e a imunoreactividade da MMP-9. O pré-tratamento com BB-94 (30 mg/kg), um inibidor das MMPs, preveniu o aumento da imunoreactividade da MMP-9 e o extravasamento do azul de Evans no hipocampo induzidos pela MET. Em conjunto, estes resultados demonstram que a MET aumenta de forma transitória a permeabilidade da BHE no hipocampo, o que parece ser causado por alterações nas proteínas das junções oclusivas e na MMP-9. Para investigar os efeitos directos da MET ao nível da BHE, culturas primárias de células endoteliais microvasculares cerebrais (CEMVC) de rato foram expostas a MET (1 μM), uma concentração fisiologicamente relevante, semelhante à encontrada no plasma sanguíneo de consumidores de MET. A permeabilidade a dextranos de massa molecular de 4, 70 e 250 kDa duplicou em resposta à MET, de forma independente ao seu peso molecular. Este aumento na permeabilidade ocorreu sem alterações tanto na resistência eléctrica transendotelial como na distribuição das proteínas das junções aderentes e oclusivas, nomeadamente da caderina vascular endotelial, ocludina, claudina-5 e ZO-1. Além disso, a exposição a MET aumentou o transporte vesicular de peroxidase de rábano, mostrando que a MET promove o transporte vesicular e não o paracelular em culturas de CEMVC de rato. Para além do efeito da MET na permeabilidade endotelial a moléculas, a MET também causou um aumento da migração de linfócitos-T através de monocamadas de células endoteliais após 30 min e 2 h. Mais ainda, verificámos que a MET aumentou significativamente a activação da sintetase do óxido nítrico endotelial (eNOS) após 30 min. Concluímos também que o pré-tratamento das CEMVC com um inibidor da NOS, L-NG-Nitroarginina metil ester (L-NAME), preveniu o aumento Resumo 5 de permeabilidade e migração de linfócitos induzido pela MET. Em conjunto, estes resultados mostram que a MET compromete tanto a permeabilidade das células endoteliais a moléculas através da promoção da transcitose, como a função de imunidade através do aumento da migração de linfócitos. Para além disso, o óxido nítrico derivado da activação da eNOS parece ser um mediador chave na resposta da BHE à MET.

Methamphetamine (METH) is a psychostimulant drug of abuse highly addictive. METH is widely abused for its ability to increase wakefulness and physical activity and decrease appetite. This drug of abuse is neurotoxic and causes irreversible damage of brain cells leading to neurological and psychiatric abnormalities. Recent studies demonstrated that METH has the ability to induce blood-brain barrier (BBB) dysfunction. Due to the crucial role of BBB in maintaining brain homeostasis and protecting the brain from toxic substances and pathogenic organisms, its dysfunction can have severe consequences. Thus, METH-induced BBB disruption has emerged as another mechanism by which METH induces its neurotoxic effects. To better understand the cellular mechanisms underlying METH-induced BBB dysfunction, young adult mice were administered with an acute high dose of METH (30 mg/kg), representing an acute intoxication model, and the effects on BBB permeability were assessed after 1 h, 24 h or 72 h post-METH injection in different brain regions. We observed that METH increased BBB permeability, but this effect was detected only at 24 h after administration and only in the hippocampus, showing that this was a transitory effect and that the hippocampus was the most susceptible brain region to METH, comparing to frontal cortex and striatum. In order to identify the key players in METH-induced BBB dysfunction, potential alterations in tight junction (TJ) proteins and matrix metalloproteinase-9 (MMP-9) were analysed. We observed that METH decreased the protein levels of zonula occludens (ZO)-1, claudin-5 and occludin in the hippocampus at 24 h post-injection, and increased the activity and immunoreactivity of MMP-9. Abstract 8 The pre-treatment with BB-94 (30 mg/kg), a MMP inhibitor, prevented METH-induced increase in MMP-9 immunoreactivity and Evans blue leakage in the hippocampus. Overall, these results demonstrate that METH transiently increases the BBB permeability in the hippocampus, which seems to be caused by alterations on TJ proteins and MMP-9. To investigate the direct effects of METH in the BBB, primary rat brain microvascular endothelial cells (BMVECs) were exposed to 1 μM METH, a concentration physiologically relevant, i.e. found in the plasma of METH abusers. The macromolecular flux of 4, 70 and 250 kDa dextrans across the EC monolayers doubled in response to METH, irrespective of the tracer size. Interestingly, the increase in the permeability occurred without changes in the transendothelial electrical resistance and in the junctional distribution of the adherens or tight junction proteins, namely vascular endothelial-cadherin, occludin, claudin-5 and ZO-1. In addition, METH exposure increased the vesicular uptake of horseradish peroxidase, showing that METH promoted vesicular but not junctional transport in primary rat BMVECs. Besides the effect of METH on endothelial permeability to molecules, METH also enhanced the migration of T-lymphocytes across EC monolayers after 30 min or 2 h. We also found that METH significantly increased the activation of endothelial nitric oxide synthase (eNOS) within 30 min in BMVECs. In addition, the pre-treatment of BMVECs with the NOS inhibitor L-NG-Nitroarginine methyl ester (LNAME) prevented METH-induced permeability and lymphocyte migration. Taken together, these results indicate that METH compromises not only the permeability function of endothelial cells to molecules by promoting transcytosis, but also the immune function by increasing Abstract 9 lymphocyte migration. Moreover, eNOS-derived nitric oxide seems to be a key mediator of BBB in response to METH.