Impact of methamphetamine on the hippocampal neuropeptide Y system: Endothelial protective role

Abstract

O consumo de metanfetamina (METH) é um problema de saúde a nível mundial, como causa de acidente vascular cerebral isquémico e perturbações psiquiátricas. Entre os vários efeitos negativos causados pela METH no Sistema Nervoso Central, está agora bem estabelecido que a METH também provoca disfunção da barreira hematoencefálica (BBB). Além disso, vários estudos mostram que o neuropeptídeo Y (NPY) tem um papel protetor importante ao atuar como promotor da neurogénese no giro dentado enquanto molécula antiepilética, pela prevenção de défices de memória e pela proteção contra a morte neuronal e da micróglia induzida pela METH. Apesar dos efeitos benéficos do sistema do NPY, nada se sabe sobre o seu papel nas propriedades e função das células endoteliais. Deste modo, o objetivo do nosso trabalho foi esclarecer de que modo a METH interfere com o sistema do NPY no hipocampo com ênfase na neurovasculatura e, em seguida, perceber o seu papel como agente protetor contra a morte de células endoteliais induzida pela METH.Assim, para estudar a expressão do sistema do NPY no hipocampo foi realizada imunohistoquímica em fatias de cérebro obtidas de ratinhos C57BL/6J tratados com um protocolo de binge de METH (4 × 10mg / kg, 2h de intervalo). Ainda, foram utilizadas linhas de células endoteliais microvasculares do cérebro humano (hCMEC/D3), um modelo in vitro da BBB humana, para esclarecer se estas células expressam NPY e os seus recetores, e compreender melhor o seu papel sob condições de lesão causada pela METH. O método TUNEL foi realizado para mensurar a morte celular induzida pela METH per si ou em combinação com moduladores do sistema do NPY.Os nosso resultados mostram um aumento da imunorreatividade do NPY no hipocampo dos ratinhos bem como de Y1R tanto no hipocampo como na cultura de células endoteliais. Além disso, demonstramos que as células endoteliais humanas expressam Y2R que, por sua vez, protege contra a morte celular induzida pela METH. Em suma, apresentamos o sistema do NPY como um possível alvo terapêutico sob condições de disfunção neurovascular induzida pela METH.

Methamphetamine (METH) consumption is a worldwide health problem that can lead to ischemic stroke and psychiatric disturbances. Among several negative effects triggered by METH at the Central Nervous System, it is now well-stablished that METH also causes blood-brain barrier (BBB) dysfunction. Moreover, there are several studies showing that neuropeptide Y (NPY) has an important protective role by acting as dentate gyrus neurogenesis promoter, as an antiepileptic molecule, by preventing memory deficits, and by protecting against METH-induced neuronal and microglial cell death. Despite these beneficial effects of the NPY system, nothing is known about its role on endothelial cells properties and function. Therefore, the aim of our work was to clarify how METH interferes with the hippocampal NPY system with particular attention to the neurovasculature, and then to unravel its role as a target to counteract METH-induced endothelial cell death.Thus, in order to study the NPY system expression in the hippocampus we performed immunohistochemistry in brain slices obtained from C57BL/6J mice treated with a METH binge protocol (4× 10mg/kg, 2h apart). Moreover, we used human brain microvascular endothelial cell lines (hCMEC/D3), an in vitro model of human BBB, to clarify if these cells express NPY and its receptors, and further understand their role under METH injury. TUNEL assay was performed to measure cell death induced by METH alone or in combination with NPY system modulators.Our results show an upregulation of NPY immunoreactivity in the mice hippocampus and Y1R in both hippocampus and endothelial cells culture. Further, we demonstrate that human endothelial cells express Y2R that are able to protect against METH-induced endothelial cell death. In sum, we unveiled the NPY system as a possible therapeutic target under conditions of neurovascular dysfunction induced by METH.