Estudo do efeito neuroprotetor da atorvastatina sobre toxicidade glutamatérgica

Abstract

Os inibidores da enzima 3-hidróxi-3-metilglutaril-Coenzima A redutase, chamados clinicamente de estatinas, são potentes redutores dos níveis séricos de colesterol através da inibição da síntese de mevalonato. Além dos efeitos protetores sobre doenças cardiovasculares, o tratamento com estatinas tem demonstrado efeito neuroprotetor em diversos modelos de doenças neurológicas. Nesse estudo, demonstramos que o tratamento com atorvastatina apresentou efeitos neuroprotetores em modelos de excitotoxicidade in vivo e in vitro. O tratamento de camundongos por 7 dias com atorvastatina 10 mg/kg/dia promoveu uma diminuição de 30% na incidência de convulsões induzidas pelo ácido quinolínico (AQ) e preveniu a morte celular no hipocampo induzida pelo AQ. Além disso, o tratamento com atorvastatina preveniu a diminuição na recaptação de glutamato, no entanto, sem efeito sobre o aumento na liberação de glutamato ou a diminuição na expressão de GLT-1 induzida pelo AQ. Esse efeito neuroprotetor da atorvastatina foi associado a um aumento nos níveis de fosforilação da Akt e ERK1/2, sem efeito sobre os níveis de fosforilação das proteínas JNK e p38MAPK. A inibição da via MEK/ERK, mas não da via da PI3K/Akt, aboliu o efeito protetor da atorvastatina sobre a diminuição da recaptação de glutamato induzida pelo AQ. Também demonstramos que o tratamento in vivo com atorvastatina preveniu a diminuição na viabilidade celular induzida pela privação de glicose e oxigênio (PGO) em fatias de hipocampo através da diminuição da produção de espécies reativas de oxigênio, aumento nos níveis de tióis não-protéicos e aumento da captação de glutamato e da atividade da glutamina sintetase (GS). Esse efeito neuroprotetor sobre a viabilidade celular, captação de glutamato e atividade da GS foi abolido quando colesterol (50µM) foi adicionado às fatias previamente à indução da PGO. Adicionalmente, demonstramos que o tratamento com atorvastatina 1 e 10 mg/kg/dia aumentou a performance cognitiva dos animais no teste de realocação de objetos, sem alterações locomotoras avaliadas no teste do campo aberto ou alterações de comportamento tipo ansioso avaliadas no teste do labirinto em cruz elevado. Dessa forma, demonstramos que a atorvastatina apresenta efeitos comportamentais per se, através da melhora de performance dos camundongos em um modelo de memória espacial. Além disto, estendemos as observações de efeitos neuroprotetores para a atorvastatina, demonstrando proteção contra a excitotoxicidade glutamatérgica in vivo e in vitro, através da modulação do transporte e metabolização do glutamato. A modulação da captação de glutamato é dependente da sinalização de MAPK/ERK1/2 e a modulação da captação e atividade da glutamina sintetase envolvem o papel da atorvastatina de inibir a biossíntese do colesterol e derivados. Portanto, os efeitos terapêuticos da atorvastatina, associados à neuroproteção, envolvem a modulação da transmissão glutamatérgica.

The inhibitors of the enzyme 3-hydroxy-3-methylglutaryl-coenzyme A (HMG-CoA) reductase, named statins, are potent reductors of serum cholesterol levels through inhibition of mevalonate synthesis. Beyond the protective effects on cardiovascular diseases, the treatment with statins has been shown to present neuroprotective effects in a wide range of neurological disorders. In this study, we demonstrated that atorvastatin treatment presented protective effects on in vivo and in vitro models of excitotoxicity. The treatment with atorvastatin 10mg/kg/day during 7 days promoted a reduction of 30% in the incidence of seizures induced by quinolinic acid (QA) infusion. Furthermore, atorvastatin treatment prevented hippocampal cell death induced by QA. Atorvastatin treatment prevented the decrease in glutamate uptake, however, with no effect on the increase in glutamate release or the decrease in GLT-1 expression induced by QA. This protective effect of atorvastatin was associated with increased phosphorylation levels of Akt and ERK1, with no effect on the phosphorylation levels of JNK e p38MAPK. Inhibition of MEK/ERK signaling, but not PI3K/Akt signaling, abolished the protective effect of atorvastatin treatment on the reduction of glutamate uptake induced by QA. We further demonstrated that in vivo treatment with atorvastatin prevented the reduction in cell viability induced by oxygen and glucose deprivation (OGD) in hippocampal slices through reduction in oxidative stress damage, increase in glutamate uptake and glutamine synthetase activity (GS). These effects on cell viability, glutamate uptake and GS activity were abolished when slices were pre-incubated with cholesterol (50ìM) before OGD induction. Additionally, we demonstrated that atorvastatin treatment (1 or 10mg/kg/day) during 7 days improved the cognitive performance of mice in the object recognition test, with no alterations in the locomotor activity evaluated in the open field test and with no alteration in the anxiety-like behavior evaluated in the elevated plus maze test. In this way, we demonstrated that atorvastatin presents behavioral effects per se and neuroprotective effects against glutamatergic excitotoxicity in vivo and in vitro through modulation of glutamate transport and metabolization. These effects were, at least partially, related to Akt and ERK signaling and inhibition of cholesterol synthesis pathway. The modulation of glutamate uptake is dependent of MAPK/ERK1/2 signaling and the modulation of glutamine synthetase activity and glutamate uptake are related to inhibition of cholesterol and derivatives synthesis by atorvastatin. In this way, the therapeutic effects of atorvastatin, related to neuroprotection, involve the modulation of glutamatergic transmission.