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Document type: Dissertação
Title: Alterações neuroinflamatórias e modulação da via colinérgica anti-inflamatória em um modelo experimental de asma
Author: Antunes, Géssica Luana 
Advisor: Cunha, Aline Andrea da
First advisor-co: Pitrez, Paulo Márcio Condessa
Abstract (native): INTRODUÇÃO: A asma resulta da inalação continua dos alergenos, levando a inflamação crônica das vias aéreas. Tipicamente, a síntese de imunoglobulina E (IgE), recrutamento eosinofílico, superprodução de muco e hiper-reatividade de células musculares lisas são impulsionadas pelas interleucinas (IL) IL-4, IL-5 e IL-13, produzidos por linfócitos Th2, tendo como resultado final a obstrução das vias aéreas. Estudos têm demonstrado que além da inflamação pulmonar a asma pode resultar em alterações no sistema nervoso central (SNC) e neuroinflamação, caracterizada pela liberação de citocinas pró-inflamatórias, como interleucina 1 beta (IL-1β) e fator de necrose tumoral α (TNF-α) e pelo aumento do tamanho mitocondrial. Além disso, sabe-se que a asma está frequentemente associada com ansiedade. Para minimizar esses danos são necessários mecanismos que regulem a resposta imune. Nesse sentido, Tracey e colaboradores, descreveram a via colinérgica anti-inflamatória, a qual regula a inflamação por meio do nervo vago e da ligação da acetilcolina (ACh) ao receptor nicotínico de acetilcolina alpha7 (α7nAChR). Desde a descoberta da via em questão, diversos estudos têm demonstrado seu potencial terapêutico em diversas patologias. OBJETIVO: Os artigos científicos que compõe essa dissertação tiveram como objetivo identificar as alterações neuroinflamatórias que podem levar a ansiedade em animais submetidos a um modelo experimental de asma (artigo 1). Avaliar os efeitos da modulação da via colinérgica anti-inflamatória através do tratamento com neostigmina sobre o estresse oxidativo e inflamação das vias aéreas em um modelo experimental de asma (artigo 2). Avaliar os efeitos da modulação da via colinérgica anti-inflamatória através do tratamento com neostigmina sobre o estresse oxidativo no córtex cerebral de animais submetidos a um modelo experimental de asma (artigo 3). METODOLOGIA: Para indução de um modelo experimental de asma, camundongos BALB/cJ foram sensibilizados com injeção subcutânea de ovalbumina (OVA) nos dias 0 e 7 do protocolo, seguido por três desafios intranasais com OVA nos dias 14, 15 e 16. O grupo controle recebeu apenas solução salina tamponada com fosfato de Dulbecco (DPBS). Nos artigos 2 e 3 para avaliar os efeitos da via colinérgica anti-inflamatória, os animais foram tratados com um inibidor da acetilcolinesterase - Neostigmina (Normastig) (80 μg/Kg) por via intraperitoneal 30 minutos depois de cada um dos 3 desafios com OVA. No 17º dia de protocolo os animais foram eutanasiados para obtenção das amostras e desenvolvimento das técnicas descritas, conforme os objetivos de cada um dos artigos científicos. RESULTADOS: No artigo científico 1, observamos que a inflamação das vias aéreas promoveu importantes alterações no encéfalo dos animais, verificamos formação de estresse oxidativo e presença de disfunção mitocondrial, resultando na alteração da atividade de importantes enzimas, como a Na+,K+-ATPase e acetilcolinesterase (AChE). Além disso, demonstramos aumento de citocinas pró- inflamatórias (IL-1β, IL-9, IL-13 e eotaxina). Em resposta a esses danos, demonstramos através de técnica de microPET utilizando o 18F- fluorodesoxiglicose (18F-FDG) que ocorre aumento no metabolismo de glicose em estruturas do eixo hipotálamo-pituitária-adrenal (HPA), levando a hiperatividade do eixo através da deficiência de feedback negativo, indicado pela diminuição dos receptores de glicocorticoide. Por fim, em resposta a esses danos também demonstramos que ocorre um aumento no imunoconteúdo de de BDNF no encéfalo. Por fim, verificamos que os animais submetidos a um modelo experimental de asma apresentam um aumento do comportamento de ansiedade. Assim, propomos, pela primeira vez, que a inflamação no tecido pulmonar medeia alterações neuroquímicas, neurometabólicas e neuroinflamatórias dentro do cérebro, que levam ao fenótipo de ansiedade na asma. No artigo cientifico 2, demonstramos que a ativação farmacológica da via colinérgica anti-inflamatória com neostigmina diminuiu significativamente a liberação de citocinas pró-inflamatórias e atenuou o estresse oxidativo e, consequentemente diminuiu o recrutamento eosinofílico e a hipersecreção de muco, levando a uma melhora nos parâmetros de mecânica ventilatória. Por fim, no artigo 3, observou-se que o tratamento com neostigmina foi capaz de reduzir o recrutamento eosinofílico nas vias aéreas e preveniu a formação de estresse oxidativo no córtex cerebral dos animais submetidos a um modelo experimental de asma. CONCLUSÃO: Os resultados encontrados nesta dissertação demonstram que a inflamação nas vias aéreas em animais submetidos a um modelo experimental de asma promove diversas alterações neuroquímicas, neurometabólicas e neuroinflamatórias que levam ao fenótipo de ansiedade. Uma dessas importantes alterações encontradas é a alteração na atividade da AChE, descrita como um importante componente da via colinérgica anti-inflamatória que regula continuamente os níveis de ACh. Nesse sentido, utilizando a neostigmina, a qual inibe a ação da AChE nas junções neuromusculares e não tem efeito direto sobre a AChE no SNC, visto que a mesma não ultrapassa a barreira hematoencefálica (BHE), demonstramos que o tratamento com neostigmina além de controlar a resposta inflamatória no pulmão também foi capaz de atenuar o estresse oxidativo no córtex cerebral de animais submetidos a um modelo de asma. Acreditamos, que esses resultados possam ser explicados pela redução da inflamação nas vias aéreas, que diminui o subsequente sinal do nervo vago ao SNC e desta forma, reduz as alterações neuroquímicas e neuroinflamatórias. Assim, acreditamos que nossos resultados possam contribuir para essa imensa lacuna que existe entre asma e transtornos emocionais, como a ansiedade e propomos que a asma deve ser olhada não apenas como uma inflamação pulmonar localizada.
Abstract (english): INTRODUCTION: Asthma results from the continuous allergens inhalation, leading to airways inflammation. Immunoglobulin E (IgE) synthesis, eosinophilic recruitment, mucus overproduction and muscle cell hyperreactivity are typically driven by interleukins (IL) IL-4, IL-5, and IL-13, secreted by Th2 lymphocytes, resulting in airways obstruction. Asthma is often associated with anxiety. In fact, asthma not only induced lung inflammation but also results in neuroinflammation, characterized by the release of proinflammatory cytokines, such as IL-1β and tumor necrosis factor α (TNF-α) and an increase in mitochondrial size. To minimize these damages are required mechanisms that regulate the immune response. In this sense, Tracey and colleagues described the cholinergic anti- inflammatory pathway (CAP), that regulates the inflammation through of the vagus nerve and binding of acetylcholine (ACh) to α7 nicotinic acetylcholine receptor (α7nAChR). Diverse studies have demonstrated its therapeutic potential in diverse pathologies. OBJECTIVE: The scientific articles that compose this dissertation had as objective to identify the neuroinflammatory changes that can lead to anxiety in animals submitted to an experimental asthma model (article 1). To evaluate the modulation effects of cholinergic anti-inflammatory pathway with neostigmine over oxidative stress and airway inflammation in an experimental model of asthma (article 2). To evaluate the modulation effects of cholinergic anti- inflammatory pathway with neostigmine over oxidative stress in the cerebral cortex in an experimental model of asthma (article 3). METHODS: For experimental asthma model induction, the animals were sensitized by subcutaneous injections of ovalbumin (OVA), on days 0 and 7, followed by three intranasal challenges with OVA on days 14, 15, and 16 of the protocol. The animals of the control group received only DPBS in the sensitization and intranasal challenges. In articles 2 and 3 to evaluate the CAP effects, on days 14, 15, and 16 after 30 minutes of OVA challenge, mice received 80 μg/kg of neostigmine intraperitoneally. On 17º day mice were euthanized for sample obtain and development the described techniques, according to the objectives for each of the scientific articles. RESULTS: In the scientific article 1, we observed that the airways inflammation promoted important alterations in mice brain, we verified the oxidative stress formation and presence of mitochondrial energy dysfunction, resulting in activity alteration of the important enzymes, such as Na+,K+-ATPase and acetylcholinesterase (AChE). In addition, we also demonstrated increased proinflammatory cytokines (IL-9, IL-13, eotaxina, and IL-1β,). In response to these damages we demonstrate through microPET technique using 18F- fluorodeoxyglucose (18F-FDG) that increase glucose metabolism occurs in in structures of the hypothalamic-pituitary-adrenal (HPA) axis, leading to axis hyperactivity through the negative feedback deficiency, indicated by a decrease in glucocorticoid receptors. Finally, in response to these damages we also demonstrate that upregulation occurs at BDNF levels. In addition, we demonstrated that animals submitted to an experimental model of asthma present an increase in anxiety behavior. Thus, we propose, for the first time, that airway inflammation mediates critical neuroinflammatory changes within the brain, which lead to the anxiety phenotype in asthma. In the scientific article 2, we demonstrated that the CAP pharmacological activation with neostigmine significantly decreased the release of proinflammatory cytokines and attenuated oxidative stress and consequently decreased eosinophilic recruitment and mucus hypersecretion, leading to improved parameters of ventilatory mechanics. Finally, in article 3, it was observed that treatment with neostigmine was able to reduce eosinophilic recruitment in the airways and decreased the formation of oxidative stress in the cerebral cortex of animals submitted to an experimental model of asthma. CONCLUSION: The results found in this dissertation demonstrate that the inflammation in the airways in animals submitted to an experimental model of asthma promotes several neuroinflammatory changes that lead to the anxiety phenotype. One of these important alterations is the change in AChE activity, described as an important component of the cholinergic anti-inflammatory pathway that continuously regulates ACh levels. In this sense, using neostigmine, which inhibits the action of AChE in the neuromuscular junctions and does not have a direct effect on AChE in the CNS, since it does not exceed the blood brain barrier (BBB), we demonstrated that neostigmine treatment besides controlling the inflammatory response in the lung was also able to attenuate the oxidative stress in the cerebral cortex of animals submitted to an asthma model. We believe that these results can be explained by the reduction of inflammation in the airways, which decreases the subsequent signal from the vagus nerve to the CNS and thereby reduces neuroinflammation. Thus, we believe that our results may contribute to this huge gap between asthma and emotional disorders such as anxiety and we propose that asthma should be looked at not just as localized lung inflammation.
Keywords: Asma
Via Colinérgica Anti-Inflamatória
Neostigmina
Neuroinflamação
Estresse Oxidativo
Asthma
Cholinergic Anti-Inflammatory Pathway
Neostigmine
Neuroinflammation
Oxidative Stress
CNPQ Knowledge Areas: CIENCIAS DA SAUDE::MEDICINA
MEDICINA::SAUDE MATERNO-INFANTIL
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul
Institution Acronym: PUCRS
Department: Escola de Medicina
Program: Programa de Pós-Graduação em Medicina/Pediatria e Saúde da Criança
Access type: Acesso Aberto
Fulltext access restriction: Trabalho será publicado como artigo ou livro
Time to release fulltext: 60 meses
Date to release fulltext: 14/03/2024
URI: http://tede2.pucrs.br/tede2/handle/tede/8476
Issue Date: 30-Nov-2018
Appears in Collections:Programa de Pós-Graduação em Pediatria e Saúde da Criança

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