Diabetes materno severo e diabetes mellitus tipo 1 : uma perspectiva neuroinflamatória em modelos animais

Abstract

O diabetes durante a gravidez constitui um ambiente intrauterino desfavorável para o desenvolvimento da prole. Apesar de já descritos na literatura mecanismos candidatos pelos quais o diabetes materno severo predispõe os filhos a alterações cerebrais e distúrbios do neurodesenvolvimento, os seus efeitos a curto e longo prazo sobre o sistema imunológico e as células nervosas, conjuntamente ao comportamento e aos parâmetros físicos da prole ainda não foram estudados. Da mesma forma, o Diabetes Mellitus Tipo 1 (DMT1) tem sido associado a complicações a longo prazo no sistema nervoso central induzidas pela hiperglicemia crônica, causando inflamação, disfunções microvasculares, celulares e moleculares, levando a comprometimento da neurogênese no giro denteado (GD) do hipocampo e déficits cognitivos e psicomotores. No entanto, o papel das respostas microgliais e astrocíticas e a modulação específica de proteínas regulatórias imunes sobre os diferentes estágios da neurogênese hipocampal na progressão da encefalopatia diabética ainda não foram satisfatoriamente elucidadas. No primeiro estudo, investigamos os efeitos a curto e longo prazo dos desfechos desenvolvimentais causados pela hiperglicemia materna severa não controlada sobre a sobrevivência celular no GD, a expressão de proteínas reguladoras de apoptose, o BDNF e a resposta neuroinflamatória no hipocampo de neonatos e ratos jovens nascidos de mães diabéticas. A curto prazo (no dia pós-natal 1), o modelo de diabetes materno severo proposto causou microssomia, atraso no neurodesenvolvimento dos filhotes e diminuição de Bcl-2, procaspase 3 e caspase 3. A longo prazo (no dia pós-natal 40), aumentou os níveis de TNF-α e diminuiu os de procaspase 3, caspase 3, MHC-I, IL-1β e BDNF, bem como prejudicou a sobrevivência celular no GD do hipocampo da prole. No segundo estudo, analisamos os efeitos agudo e crônico do DMT1 não controlado sobre a resposta das células e moléculas reguladoras imunes e a modulação das diferentes fases da neurogênese e apoptose no hipocampo de ratos jovens. Agudamente, o grupo diabético apresentou uma diminuição na proliferação de células marcadas com BrdU no GD, na expressão de Bcl-2 e BDNF, além de um aumento nos níveis de IL-6. Por outro lado, cronicamente, o DMT1 causou uma diminuição nos níveis de IL-1β e IL-10, acompanhado por um aumento na expressão de células microgliais Iba-1+ e uma diminuição não significativa na sobrevivência celular no GD do hipocampo. Os dados reforçam que a ativação da neuroinflamação, a desregulação dos níveis de apoptose, o prejuízo na sinalização de MHC-I e da sobrevivência celular no GD do hipocampo podem estar implicados nos distúrbios neurodesenvolvimentais e neurocognitivos vistos na prole de mães diabéticas. Ainda, que no modelo experimental proposto de DMT1 há um papel importante da neuroinflamação e um desequilíbrio de interleucinas específicas mediadas principalmente pela resposta de células microgliais, durante a janela temporal analisada, contribuindo para o comprometimento das diferentes fases da neurogênese hipocampal subjacente à encefalopatia diabética com a progressão da doença. Desse modo, a presente tese reforça o envolvimento da neuroinflamação como mecanismo neurobiológico presente em ambos os modelos de diabetes estudados.

Maternal diabetes constitutes an unfavorable intrauterine environment for offspring development. Although isolated data reveal candidate mechanisms by which severe maternal hyperglycemia predisposes the offspring to neurodevelopmental disorders, their short- and long-term effects on offspring’s immune system, nerve cells, behavior and physical parameters remain poorly understood. Moreover, Type 1 Diabetes Mellitus (T1DM) has been associated with long-term complications in the central nervous system induced by chronic hyperglycemia, causing brain inflammation, microvascular, cellular and molecular dysfunctions, leading to neurogenesis impairment in the dentate gyrus (DG) of hippocampus and cognitive deficits. However, the role of microglial and astrocytic responses and the specific modulation of immune regulatory proteins on the different stages of hippocampal neurogenesis in the progression of diabetic encephalopathy have not yet been satisfactorily elucidated. In our first study, we investigated the short- and long-term effects of developmental outcomes caused by uncontrolled severe maternal hyperglycemia on cell survival in the DG, expression of apoptosis regulatory proteins, BDNF, and the neuroinflammatory response in the hippocampus of neonates and rats young born to diabetic mothers. Severe maternal diabetes caused microsomia and neurodevelopmental delay in pups and decrease of Bcl-2, procaspase 3 and caspase 3 in the hippocampus. In a later stage of development it was found an increase of TNF-α and a decrease of procaspase 3, caspase 3, MHC-I, IL-1β and BDNF in the hippocampus, as well as impairment in cellular survival in the DG. In our second study, we analyzed the acute and chronic effects of uncontrolled T1DM on the response of immune regulatory cells and molecules and the modulation of the different phases of neurogenesis and apoptosis in the hippocampus of young rats. Acutely, diabetic group presented a decrease in proliferation of BrdU-labeled cells, in Bcl-2 expression and BDNF, as well as an increase in IL-6 levels. On the other hand, chronically, T1DM caused a decrease in IL-1β and IL-10 levels, accompanied by an increase in microglial Iba-1 expression and a non-significant decrease in cell survival in the DG of hippocampus. Our data reinforce that activation of neuroinflammation, dysregulation of apoptosis levels, impairment in MHC-I signaling and cell survival in the hippocampus may be implicated in the neurodevelopmental and neurocognitive disorders observed in the offspring of diabetic mothers. In addition, in the proposed experimental model of T1DM there is an important role of neuroinflammation and a specific imbalance of interleukins mediate mainly by the microglia response, until the time-pointed investigated, contributing to the compromise of the different phases of hippocampal neurogenesis underlying the diabetic encephalopathy with disease progression. Thus, this thesis reinforces the involvement of neuroinflammation as a neurobiological mechanism present in both diabetes models studied.