Impact of Methylphenidate on Microglial cells

Abstract

O metilfenidato (MFD) é um psicostimulante da família das anfetaminas que é prescrito como primeira linha de tratamento para a Perturbação de Hiperactividade e Défice de Atenção (PHDA). Em doses terapêuticas o MFD é considerado seguro e manifesta poucos efeitos secundários. Contudo, o uso deste fármaco tem também muito sucesso entre jovens adultos saudáveis que procuram uma melhoria no desempenho cognitivo e em desportos de alta competição. Neste momento ainda se sabe muito pouco sobre os efeitos do MFD no cérebro, essencialmente numa condição não-patológica. Tendo em conta que o seu consumo sem controlo médico atingiu números preocupantes, é extremamente importante esclarecer como o uso de MFD pode afetar o cérebro de indivíduos saudáveis. As células da microglia são consideradas os macrófagos residentes do sistema nervoso central (SNC) e são responsáveis pela homeostasia e defesa imune do cérebro. No entanto, em determinadas condições têm um efeito deletério. Após uma activação clássica, estas células apresentam um fenótipo pró-inflamatório caracterizado pela expressão de citoquinas pró-inflamatórias e produção de espécies reactivas de oxigénio (ERO) que de acordo com os níveis libertados podem ter um efeito positivo de sinalizações/defesa, ou negativo contribuindo para a neurodegenerescência. Por outro lado, uma ativação alternativa da microglia pode desencadear uma resposta anti-inflamatória por parte destas células e contribuir para a regeneração e recuperação de tecidos. Existem poucos estudos na literatura que relacionam o consumo de MFD com a activação da microglia. Assim, o objectivo do presente trabalho foi avaliar o papel do metilfenidato nas células da microglia e esclarecer alguns dos efeitos que podem advir do uso incorrecto deste fármaco. Os nossos resultados mostram que o MFD (500 µM) não induz morte das células da microglia mas leva a um aumento rápido e transitório dos níveis proteicos da citoquina pró-inflamatória interleucina-1β (IL-1β) e do inflamassoma NLRP3. Além disso, estes efeitos fazem-se acompanhar por um aumento na produção intracelular de ERO, o qual foi prevenido pela vitamina C (200 µM). Testámos ainda o efeito deste fármaco em ratos Wistar adultos saudáveis, que foram administrados oralmente com uma dose de 1.5 mg/kg/dia durante 21 dias consecutivos. Concluímos que a administração crónica deste psicoestimulante levou a uma ativação das células da microglia no córtex pré-frontal (CPF), a um aumento da produção intracelular de ERO, mas sem efeito significativo nos astrócitos. Mostrámos ainda uma diminuição significativa da marcação de células endoteliais sugerindo uma disfunção da barreira hemato-encefálica. Em conclusão, os nossos resultados mostram que o MFD causa a activação da microglia quer na linha celular N9 quer no córtex pré-frontal de ratos submetidos a um protocolo de administração crónica deste fármaco. Para além disto, a activação da microglia é acompanhada por várias características pró-inflamatórias (expressão de IL-1β, activação do NLRP3 e produção intracelular de ERO), as quais podem estar envolvidas na resposta e/ou adaptação das células da microglia ao ambiente envolvente.

Methylphenidate (MPH) is an amphetamine-like psychostimulant widely prescribed for attention-deficit hyperactivity disorder (ADHD). Therapeutic use of MPH is considered safe and produces few side effects. However, MPH has become very popular among healthy young adults in search for cognitive and competitive sports enhancement. At the present moment, little is known about MPH effects in the brain, especially in a non-pathological condition. Taking into account that MPH misuse/abuse is becoming worrisome it is imperative to understand how MPH consumption affects the brain of healthy individuals. Microglial cells are considered the immune resident macrophages of the central nervous system (CNS) and are responsible for the brain homeostasis and immune defense. Yet, under certain conditions they may have a deleterious effect on the brain. Upon a classical activation, these cells can display a pro-inflammatory phenotype characterized by pro-inflammatory cytokines expression and reactive oxygen species (ROS) production that, according to the levels released, will have a positive effect of signaling/defense or a negative effect leading to neurodegeneration. Nevertheless, an alternatively activation of microglial cells can trigger an anti-inflammatory response by these cells and contribute to tissue repair and regeneration. There are only a few studies relating MPH consumption and microglial activation. Therefore, the aim of the present work was to evaluate MPH effects in microglial cells and clarify some of the consequences that may result from MPH misuse. Our results show that MPH (500 µM) does not cause microglial cell death but leads to a fast and transient upregulation of the pro-inflammatory cytokine IL-1β and the inflammasome NLRP3. Moreover, these effects were accompanied by an increase in intracellular ROS levels, which was prevented by vitamin C (200 µM). Furthermore, we investigated the impact of chronic MPH administration (1.5mg/kg/day, p.o, during 21 days) in healthy Wistar Rats. We showed that MPH leads to microglial activation in the prefrontal cortex (PFC), which was accompanied by ROS production without astrocyte activation. Interestingly, MPH also decreased endothelial staining, suggesting a blood-brain barrier dysfunction.Overall, our results show that MPH causes microglial activation both in microglia N9 cellular line and in rat PFC. Moreover, microglial response is accompanied by several cellular pro-inflammatory hallmarks (IL-1β expression, NLRP3 activation and intracellular ROS production) which can be involved in microglia response and/or adaptation to the surrounding environment.