Prenatal immunomodulation, microglia and behavorial changes

Abstract

Alterações imuno-inflamatórias estão associadas à ocorrência de patologia do espectro ansioso. Em modelos animais, a exposição a níveis suprafisiológicos de glucocorticoides (GC) em fases importantes do neurodesenvolvimento resulta no aparecimento de padrões de ansiedade crónica. Neste quadro, as células imunes do sistema nervoso central são elementos essenciais, estando descritas alterações morfológicas das células da microglia no córtex pré-frontal medial (mPFC) e no hipocampo dorsal (dHIP), duas regiões cerebrais implicadas no comportamento do tipo ansioso. Este processo de remodelação está relacionado com alterações de comportamento animal.O objetivo deste trabalho foi alargar o conhecimento de um modelo de ansiedade crónica baseado na exposição a GC no final da gestação, com o intuito de melhor caracterizar o impacto a longo prazo no perfil inflamatório sistémico, e estudar os efeitos na microglia numa região envolvida na resposta do medo, o Núcleo do Leito da Estria Terminal (BNST), averiguando se a sua morfologia está alterada e comparando estas alterações com as observadas em outras regiões envolvidas no comportamento ansioso, tendo em conta diferenças de sexo.Administrou-se dexametasona (DEX) a ratos Wistar gestantes (no final da gravidez), sendo a sua descendência avaliada na idade adulta (90 dias). O marcador pró-inflamatório Interleucina-1beta (IL-1β) foi quantificado no soro dos animais e no sobrenadante de uma cultura celular de microglia (N9) exposta a DEX. Foram realizadas reconstruções tridimensionais de células da microglia do BNST para estudar a sua morfologia. Os indivíduos em estudo foram divididos de acordo com o sexo e a exposição ao fármaco.A exposição a DEX resultou numa diminuição da IL-1β sérica em fêmeas, e uma tendência para redução nos machos, embora sem significado estatístico. A morfologia da microglia do BNST em condições fisiológicas apresentou um dimorfismo de sexo, sendo os processos microgliais mais longos no caso das fêmeas. Em resposta à DEX observou-se um aumento dos processos distais da microglia dos machos, efeito não observado no caso das fêmeas, em cujas células da microglia a DEX não induziu alterações nas condições do estudo desenvolvido. No entanto, as alterações observadas em machos foram suficientes para anular as diferenças fisiológicas observadas entre sexos.A alteração dos níveis de IL-1 β observadas corroboram a existência de uma adaptação inflamatória sistémica a longo prazo à exposição pré-natal a GC. Quanto aos novos dados referentes à morfologia da microglia do BNST, vêm complementar o conhecimento das outras regiões envolvidas na ansiedade crónica, sugerindo que a microglia do BNST é afetada por esta exposição de uma forma dependente do sexo, tal como observado no mPFC ou no dHIP. À semelhança do que foi feito nestas regiões, estudos comportamentais futuros (testes padronizados para avaliação do medo e envolvendo a ativação da BNST) serão importantes para esclarecer se alterações morfológicas da microglia se fazem acompanhar de alterações do medo entre sexos.Este estudo não clínico reforça o envolvimento do sistema imune em geral e das células da microglia em particular na fisiopatologia da ansiedade e dos seus sintomas. Para além disso, reforça a importância de identificar e controlar os efeitos a longo prazo da exposição a GC durante o neurodesenvolvimento.

Immunoinflammatory changes are related to the occurrence of pathology of the anxious spectrum. In animal models, exposure to supraphysiologic levels of glucocorticoids (GC) in key steps of the neurodevelopment leads to chronic anxiety. In the development of this condition, immune cells of the central nervous system are crucial elements, there being reports of changes of morphology of microglia cells in the medial prefrontal cortex (mPFC) and the dorsal Hippocampus (dHip), brain regions involved in anxious behavior.We aim to widen the knowledge of this model of chronic anxiety based in the exposure to GC during pregnancy, to better portray the long-term impact of prenatal exposure to GC on the systemic inflammatory environment and study the effect it has upon the microglia of a region involved in the fear response, the bed nucleus of stria terminalis (BNST) , checking whether its morphology is altered and comparing these changes with the ones observed in other regions concerned in anxious behavior, taking to account sex differences.Pregnant Wistar rats (in the final stages of pregnancy) were administered with dexamethasone (DEX) or saline, and the offspring was evaluated in adulthood (90 days of age). The pro-inflammatory marker Interleukin-1beta (IL-1β) was quantified in the rats’ serum and in the supernatant of a microglia cell line (N9) exposed to DEX. Three-dimensional models of microglia from BNST were reconstructed, allowing precise morphological studies. Individuals were divided by gender and exposure.Exposure to DEX resulted in a significative reduction of serum IL-1β in females, but the apparent reduction in males was not found significative. Microglia morphology from the BNST, in physiological conditions, was different between sexes as females presented longer processes. In response to DEX males’ microglia showed a slight increase in distal processes, effect not observed in females, whose microglia didn’t respond to DEX in the present study conditions. However, these slight changes on males were enough to cancel out the physiological differences found between sexes.These results regarding IL-1β are consistent with a long-term systemic inflammatory adaptation after prenatal exposure to GC. The new data regarding BNST microglia morphology complements what was known about the brain regions involved in chronic anxiety, suggesting that BNST microglia is affected by this exposure in a sex-dependent manner, as was seen in the mPFC and dHIP. As was done for these regions, future behavioral studies (standardized tests for fear evaluation and involving BNST activation) will be important to clarify if the microglia morphologic changes are accompanied with changes regarding the fear response between sexes. This non-clinical study strengthens the role of the immune system, in general, and of microglia cells, in particular, in the pathophysiology of anxiety and its symptoms. It also reinforces the importance to acknowledge and control the long-term effects of exposure to GC during neurodevelopment.