Treadmill exercise exerts an antidepressant-like effect to mice submitted to a neurotoxic methamphetamine dose

Abstract

Demonstrámos recentemente, que uma dose única e elevada de metanfetamina (METH) causou um fenótipo depressivo de longa duração, aferido pelo aumento do tempo de imobilidade no teste de tail suspension. Tem sido demonstrado que o exercício físico alivia os sintomas depressivos. Propomo-nos confirmar e caracterizar mais detalhadamente o fenótipo depressivo causado por uma única injecção neurotóxica de METH e investigar a correlação entre a homeostase de 5-HT no córtex frontal e hipocampo e o efeito antidepressivo de exercício físico. Murganhos adultos C57BL/6 foram submetidos a um programa de exercício em treadmill (cinco dias por semana durante sete semanas) a partir de 24 h após uma única dose elevada de METH (30 mg/kg, i.p.), tendo sido organizados da seguinte forma (n=8/grupo): salino/sedentário; METH/sedentário; salino/exercício e METH/exercício. Em seguida, avaliou-se a exploração/actividade locomotora, anedonia e desespero (comportamentos do tipo depressivo) numa fase tardia da privação de METH (49 dias) através dos testes open-field, splash e forced-swim, respectivamente. Os teores totais de 5- HT no cortex-frontal e hipocampo (49 dias pós-METH) foram avaliados por cromatografia líquida de fase reversa e de alta eficiência (HPLC). Avaliámos o impacto inicial (3 dias pós-METH) de METH nos níveis totais de 5-HT do hipocampo noutro grupo de murganhos (16). É importante registar que a METH diminuiu o tempo de grooming dos murganhos sedentários, no teste splash. Isto demonstra que esta dose de METH induz um comportamento do tipo anedónico. Por outro lado, confirmou-se ainda que a METH induz um comportamento do tipo depressivo de longa duração. Além disso, o exercício em treadmill reverteu o tempo de grooming no teste splash, 7 semanas após a injecção de METH. Este efeito antidepressivo foi ainda aferido por uma diminuição do tempo de imobilidade e um aumento do tempo de natação no teste forced-swim exibido pelos murganhos, control ou submetidos à METH. Adicionalmente, o exercício aumentou a actividade locomotora, o comportamento exploratório e a razão distância central - distância total nos murganhos control ou submetidos à METH no teste open-field. Isto é consistente com o facto de o exercício físico induzir um estado de bem-estar emocional, independentemente do tratamento farmacológico. Por outro lado, a METH não alterou significativamente os parâmetros motores de murganhos sedentários. Isto é relevante, vistoque sugere que a actividade locomotora não contribuiu para o comportamento do tipo anedónico observado. A análise neuroquímica mostrou que a METH provocou uma deplecção robusta de 5-HT no hipocampo nos primeiros 3 dias após a injecção de METH, que foi recuperada 49 dias após o tratamento. Além disso, o exercício físico não teve um impacto significativo nos níves hipocampais de 5-HT. Adicionalmente, nem o exercício físico nem a METH alteraram significativamente os teores toatis de 5-HT. É importante destacar, que demostrámos que um programa de sete semanas de exercício em treadmill promoveu um efeito antidepressivo em murganhos intoxicados com METH. No entanto, este benefício do exercício não está associado a altenações na homeostase serotonérgica fronto-cortical/hipocampal.

Recently we demonstrated that a single high neurotoxic dose of methamphetamine (METH) caused a long-lasting depressive phenotype as gauged by increased immobility time in the tail suspension test. It has been shown that physical exercise alleviates depressive symptoms. This study aims to further characterize the long-term depressive phenotype caused by a single neurotoxic METH-injection and to probe for a correlation between frontalcortical and hippocampal 5-HT homeostasis and the antidepressant effect of physical exercise. Adult C57BL/6 mice were submitted to a treadmill exercise program (five days a week for seven weeks) starting 24 h post-single high dose of METH (30 mg/kg, i.p.) and were organized as follows (n=8/group): saline/sedentary; METH/sedentary; saline/exercise and METH/exercise. Then, we assessed the exploration/locomotor activity, anhedonia and despair (depressive-like behaviours) at a late stage of METH withdrawal (49 days) by open-field, splash and forced-swim tests, respectively. Frontal cortical and hippocampal (49 days post-METH) levels of 5-HT were evaluated by reversed-phase high performance liquid chromatography (HPLC). Another set of mice (16) was used to evaluate early impact (3 days post-METH) of METH on 5-HT hippocampal levels. Remarkably METH decreased the time that sedentary mice spent grooming. This shows that this METH dose induces anhedonia-like behavior. This further confirms that METH induces a long-lasting depressive-like behaviour. Remakably treadmill exercise reversed the time mice spent grooming in the splash test 7 weeks post-injection. This antidepressant-like effect was further gauged by a decreased immobility time and increased swimming time in the forced swimming test exhibited by both saline- and METHexercised animals. Additionally, exercise increased locomotor activity, exploratory behavior and the central distance – total distance ratio in both saline and METH treated mice in the open field. This is consistent with physical exercise inducing a high-mood state, irrespectively of drug treatment. On the other hand, METH did not alter significantly the motor parameters from sedentary mice. This is relevant since locomotor activity did not contribute to the anhedonic-like behavior seen herein. The neurochemical analysis showed that METH triggered a robust 5-HT hippocampal depletion as early as 3 days post-METH, which recovered 49 days post-tretament. Additionally, physical exercise failed to have anysignificant impact on hippocampal 5-HT levels. Moreover, neither METH nor physical exercise altered frontal cortical 5-HT levels. Importantly, we present new evidence that a 7 weeks treadmill program provided an antidepressant effect to METH-intoxicated mice. This exercise benefit is not associated with changes in the frontal cortical/hippocampal serotonergic homeostasis.