Relação do cortisol central e periférico com a neuropatologia de pacientes do continuum da Doença de Alzheimer

Abstract

Níveis aumentados de cortisol são associados as principais características neuropatológicas da doença de Alzheimer (DA), como o acúmulo da proteína beta-amiloide (Aβ), hiperfosforilação da proteína tau e atrofia de regiões tipicamente atingidas na DA. Interessantemente, a atrofia dessas regiões parece ser o ponto desencadeador da hipercortisolemia, e por isso, pode ser a conexão entre essa condição e a DA. No entanto, com exceção do hipocampo, a atrofia cerebral relacionada a hipercortisolemia foi pouquíssimo explorada em pacientes do continuum da DA. Dessa forma, o objetivo desta dissertação foi investigar a associação entre níveis de cortisol central e periférico com a espessura cortical cerebral de pacientes do continuum biológico e clínico da DA. Para isso, pacientes que possuíam os dados das concentrações de cortisol plasmático ou do líquido cefalorraquidiano (LCR), imagens de ressonância magnética (RM) cerebral e concentração de Aβ42 e p-tau181 no LCR, na primeira coleta, foram selecionados do banco de dados do Alzheimer’s Disease Neuroimaging Initiative (ADNI). Os pacientes foram divididos de acordo com: o diagnóstico clínico, nos grupos CN (participantes cognitivamente normais) e CP (participantes cognitivamente prejudicados, diagnosticados com comprometimento cognitivo leve ou DA); diagnóstico biológico em A-T- (concentrações no LCR de Aβ42 ≥976,6pg/ml e p-tau181 <24pg/ml) e A+T+ (concentrações no LCR de Aβ42 <976,6pg/ml e p-tau181 ≥24pg/ml). As imagens de RM cerebral foram processadas através do protocolo de parcelação e segmentação volumétrica do software FreeSurfer (versão 7.1.1) para a obtenção de mapas estatísticos da espessura cortical cerebral. Foram realizadas análises vertex-wise dos mapas de espessura cortical através de três modelos lineares gerais: (1) cortisol como variável independente, sem divisão de grupo; (2) cortisol, diagnóstico e interação, dividido em CN e CP; (3) cortisol, patologia e interação, dividido em A-T- e A+T+. Essas análises foram corrigidas para múltiplas comparações através da formação de clusters (p<0,01) e permutação (simulação de Monte Carlo de 10.000 iterações). A amostra de cortisol do LCR foi composta por 300 pacientes com média de cortisol de 8,42ng/ml. Os grupos CN (n=89) e CP (n=211) não diferiram quanto aos níveis de cortisol (p=0,138), enquanto os grupos A-T- (n=62) e A+T+ (n=148), diferiram (p=0,0338), com o segundo grupo apresentando maiores concentrações (16,2ng/ml). Já a amostra de cortisol plasmático foi composta por 544 pacientes com média de cortisol de 2,11ng/ml. E nesse caso, tanto os grupos CN (n=54) e CP (n=490), quanto os grupos A-T- (n=76) e A+T+ (n=167), não diferiram quanto aos níveis de cortisol (p=0,647; p=0,846). Interessantemente, nas duas amostras, as interações entre cortisol e classificação clínica e neuropatologia da DA se mostraram não significativas. Porém, foi verificada uma correlação negativa entre as concentrações de cortisol dos dois compartimentos com a espessura cortical de diversas regiões cerebrais, tipicamente afetadas pela DA. A partir disso, propõe-se um mecanismo de vulnerabilidade dos altos níveis de cortisol em regiões afetadas pela DA, podendo acelerar a progressão da doença.

Elevated levels of cortisol have been associated with the main neuropathological characteristics of Alzheimer's disease (AD), such as the accumulation of beta-amyloid protein (Aβ), hyperphosphorylation of tau protein, and atrophy of regions typically affected in AD. It is noteworthy that the atrophy of these regions appears to trigger hypercortisolemia, which may be a connection between this condition and AD. However, with the exception of the hippocampus, brain atrophy related to hypercortisolemia has been relatively under-explored in patients within the spectrum of AD. Thus, the aim of this dissertation was to investigate the association between central and peripheral cortisol levels and the brain cortical thickness of patients in the biological and clinical continuum of AD. This was achieved by selecting patients from the Alzheimer's Disease Neuroimaging Initiative (ADNI) database who had data on plasma or cerebrospinal fluid (CSF) cortisol concentrations, brain magnetic resonance imaging (MRI) scans, and Aβ42 and p-tau181 concentrations in the CSF at the baseline. The patients were divided according to: clinical diagnosis, in the CN (cognitively normal) and CI (cognitively impaired, diagnosed with mild cognitive impairment or AD) groups; biological diagnosis in A-T- (CSF concentrations of Aβ42 ≥976.6pg/ml and p-tau181 <24pg/ml) and A+T+ (CSF concentrations of Aβ42 <976.6pg/ml and p-tau181 ≥24pg/ml). Brain MRI scans were processed using FreeSurfer software's volumetric parcellation and segmentation protocol (version 7.1.1) to obtain statistical maps of cortical thickness. Vertex-wise analyses of the cortical thickness maps were performed using three general linear models: (1) cortisol as an independent variable, without group division; (2) cortisol, diagnosis, and interaction, divided into CN and CI; (3) cortisol, pathology, and interaction, divided into A-T- and A+T+. These analyses were corrected for multiple comparisons through cluster formation (p<0.01) and permutation (Monte Carlo simulation of 10,000 iterations). The CSF cortisol sample was composed of 300 patients with a mean cortisol level of 8.42 ng/ml. The CN (n=89) and CI groups (n=211) did not differ in cortisol levels (p=0.138), while the A-T- (n=62) and A+T+ (n=148) groups did differ (p=0.0338), with the latter group having higher concentrations (16.2 ng/ml). The plasma cortisol sample was composed of 544 patients with a mean cortisol level of 2.11 ng/ml. In this case, neither the CN (n=54) and CI (n=490) groups nor the A-T- (n=76) and A+T+ (n=167) groups differed in cortisol levels (p=0.647; p=0.846). Interestingly, it was observed that, in both samples analyzed, there were no significant interactions between cortisol levels and clinical classification or neuropathology of AD. However, a negative correlation was identified between cortisol concentrations of both compartments with the cortical thickness of various brain regions commonly affected by AD. Based on these findings, it is proposed that high cortisol levels may contribute to vulnerability in regions affected by AD, potentially accelerating the progression of the disease.