Avaliação de alterações hipocampais e de memória na progressão do diabetes mellitus tipo 2 não associado à obesidade em ratos Wistar

Abstract

O diabetes mellitus tipo 2 (DM2) é caracterizado por uma hiperglicemia crônica, em resposta a uma resistência tecidual à insulina com posterior prejuízo na sua secreção ao longo da progressão da doença. O DM2 é um fator de risco para diversas alterações centrais e periféricas, entre elas, prejuízos cognitivos e neuroinflamação. A leptina tem apresentado papel importante no funcionamento cerebral, inclusive nos processos de memória e aprendizagem, porém, uma associação direta do DM2 com essa adipocina ainda não está clara, uma vez que seus níveis podem variar de acordo com o peso corporal e grande parte dos indivíduos e modelos animais de DM2 apresentam obesidade. Com isso, o objetivo do presente estudo foi investigar alterações de memória, hipocampais e periféricas durante a progressão do diabetes mellitus tipo 2 e na neuroinflamação aguda em ratos Wistar adultos machos. Para isso, utilizamos um modelo de DM2 em ratos Wistar adultos sem a presença de obesidade, induzido com estreptozotocina (STZ) e nicotinamida (NA), avaliamos alterações de memória, hipocampais e séricas em dois estágios de progressão da doença, um estágio inicial, após 4 semanas, e um estágio avançado, após 16 semanas. Além disso, utilizamos um modelo de neuroinflamação aguda com lipopolissacarídeo (LPS), avaliando os parâmetros após 48 h. Encontramos alterações de memória nos dois modelos utilizados, tanto ao longo do DM2 quanto em resposta a neuroinflamação aguda. Porém, relacionando-se essas alterações à sinalização de leptina os resultados foram diferentes. Nos animais com DM2 induzida, pode-se observar uma redução nos níveis séricos de leptina nos animais com um estágio de doença avançada, porém não há diferença significativa no estágio inicial. Além disso, não houve alteração na sinalização de leptina no hipocampo desses animais. Em contrapartida, 48 h após a indução de neuroinflamação os níveis séricos de leptina se mostraram reduzidos e a concentração de seu receptor foi maior em comparação ao grupo sham. Investigamos, também, a atividade astrocítica no hipocampo dos ratos após a indução de DM2 e de neuroinflamação. A concentração de GFAP no hipocampo dos animais com DM2 se mostrou aumentada apenas no estágio inicial da doença, assim como em resposta a neuroinflamção aguda. Além disso, a proteína S100B no líquor dos animais com DM2 foi reduzida em comparação ao grupo sham, também, apenas no estágio inicial da doença. Por outro lado, a S100B sérica foi reduzida após a indução de neuroinflamação aguda, porém não houve alteração em resposta ao DM2. A concentração de β-amiloide e de proteína tau fosforilada se mostrou aumentada no hipocampo dos ratos com DM2 após 16 semanas, demonstrando uma alteração similar à doença de Alzheimer no estágio avançado da doença. Com isso, concluímos que, o DM2 leva a prejuízos cognitivos mesmo em um estágio inicial da doença e estes estão relacionados com alterações astrocíticas. Já em um estágio avançado, os parâmetros neuronais é que estão alterados. Assim como no modelo de DM2, o modelo agudo de neuroinflamação também ocasionou um prejuízo de memória, o que pode ou não estar relacionados à resposta por leptina em ambos os modelos.

Type 2 diabetes mellitus (T2DM) is characterized by chronic hyperglycemia, in response to tissue resistance to insulin with subsequent impairment of insulin secretion over the course of disease. T2DM is a risk factor for several central and peripheral changes, including cognitive impairment and neuroinflammation. Leptin has played an important role in brain functioning, including memory and learning processes, however, a direct association of T2DM with this adipokine is still unclear, since its levels may vary according to body weight and most of the individuals and animal models of T2DM have obesity. Therefore, the aim of the present study was to investigate memory, hippocampal and peripheral alterations during the progression of type 2 diabetes mellitus and in acute neuroinflammation in adult male Wistar rats. For this, we used a T2DM model in adult Wistar rats without the presence of obesity, induced by streptozotocin (STZ) and nicotinamide(NA), we evaluated memory, hippocampal and serum alterations in two stages of diabetes progression, an initial stage, after 4 weeks, and an advanced stage after 16 weeks. Furthermore, we used a model of acute neuroinflammation with lipopolysaccharide (LPS), evaluating the parameters after 48 h. We found memory alterations in two models, during T2DM progression and in response to acute neuroinflammation. However, these results were not related to leptin signalling. In animals with induced T2DM, a reduction in serum leptin levels can be observed in animals with an advanced disease stage, but there is no significant difference in the initial stage. Furthermore, there was no change in leptin signaling in the hippocampus of these animals. On the other hand, 48 h after neuroinflammation induction, serum leptin levels were reduced and the concentration of it receptor was higher compared to the sham group. We also investigated the astrocytic activity in the hippocampus of rats after induction of T2DM and neuroinflammation. The concentration of GFAP in hippocampus of animals with T2DM was increased only in the initial stage of the disease, as well as in response to acute neuroinflammation. Furthermore, the S100B protein in the CSF of animals with T2DM was reduced compared to the sham group, also only in the initial stage of the disease. On the other hand, serum S100B was reduced after the induction of acute neuroinflammation, but there was no change in response to T2DM. The concentration of β- amyloid and phosphorylated tau protein was increased in the hippocampus of rats with DM2 after 16 weeks, demonstrating an alteration similar to Alzheimer's disease in the advanced stage of the disease. Thus, we conclude that T2DM leads to cognitive impairments even an early stage of disease and these are related to astrocytic changes. Already in an advanced stage, neuronal parameters are altered. As in T2DM model, the acute model of neuroinflammation also caused memory impairment, which may or may not be related to the leptin response in both models.