Efeitos tóxicos do ácido 3-hidróxi-3-metilglutárico sobre as defesas antioxidantes, metabolismo energético e neurodesenvolvimento em ratos neonatos

Abstract

A deficiência da 3-hidróxi-3-metilglutaril-CoA liase (HL), também chamada de acidemia 3-hidróxi-3-metilglutárica, é uma doença neurometabólica que afeta o catabolismo da leucina e a cetogênese. Os pacientes apresentam elevados níveis urinários predominantemente do ácido 3-hidróxi-3-metilglutárico (HMG). Os sintomas incluem principalmente achados neurológicos como déficit cognitivo, hipotonia, macrocefalia e convulsões. Esse quadro neurológico piora em situações de descompensação metabólica, quando ocorrem elevações drásticas nas concentrações do HMG. Apesar da gravidade dos achados clínicos na deficiência da HL, podendo levar o paciente até mesmo ao óbito, os mecanismos responsáveis pela neurofisiopatologia não estão totalmente elucidados. Estudos anteriores mostraram que o HMG induz estresse oxidativo e disfunção bioenergética in vitro e in vivo em cérebro de ratos jovens. Dessa forma, o objetivo do presente estudo foi de investigar os efeitos da administração intracerebroventricular do HMG (1 μmol/g) sobre parâmetros de estresse oxidativo e bioenergética em córtex cerebral e estriado de ratos neonatos, 6 horas após injeção. Também foram avaliados marcadores de neurodesenvolvimento no dia pós-natal 9. Vimos que o HMG diminuiu a atividade das enzimas antioxidantes superóxido dismutase, catalase (CAT), glutationa peroxidase (GPx), glutationa S-transferase, glicose-6-fosfato desidrogenase e glutationa redutase (GR) no estriado. Já em córtex cerebral, observamos uma diminuição apenas da atividade de GPx e GR, e um aumento na atividade da CAT causados pelo HMG. No entanto, em ambas as estruturas não foram encontradas alterações nos níveis de glutationa reduzida. Já nos parâmetros de metabolismo energético, o HMG diminuiu a atividade enzimática da citrato sintase e da malato desidrogenase, além dos complexos II, II-III e IV da cadeia respiratória em estriado. Ainda vimos que o HMG diminuiu apenas a atividade enzimática da succinato desidrogenase, bem como dos complexos II, II-III e IV da cadeia respiratória em córtex cerebral. Finalmente, observamos que o HMG alterou os testes de geotaxia negativa, reflexo de endireitamento postural, marcha, testes de suspensão dos membros posteriores, aversão à queda e preensão dos membros anteriores. Nossos achados sugerem que o HMG causa estresse oxidativo, disfunção bioenergética e alterações no neurodesenvolvimento que podem explicar a neurofisiopatologia da deficiência da HL.

3-Hydroxy-3-methylglutaryl-CoA lyase (HL) deficiency, also called 3-hydroxy-3-methylglutaric acidemia, is a neurometabolic disease that affects leucine catabolism and ketogenesis. Patients present with high urinary levels of predominantly 3-hydroxy-3-methylglutaric acid (HMG). Symptoms include mainly neurological findings such as cognitive impairment, hypotonia, macrocephaly, and seizures. This neurological condition worsens in situations of metabolic decompensation, which is characterized by a dramatic increase in HMG concentrations. Despite the severity of the clinical findings in HL deficiency, which can even lead the patient to death, the mechanisms responsible for the neuropathophysiology are not fully elucidated. Previous studies have shown that HMG induces oxidative stress and bioenergetic dysfunction in vitro and in vivo in the brain of young rats. Therefore, the objective of the present study was to investigate the effects of intracerebroventricular administration of HMG (1 μmol/g) on parameters of oxidative stress and bioenergetics in the cerebral cortex and striatum of neonatal rats. Neurodevelopment parameters were also evaluated. We found that HMG decreased the activity of the antioxidant enzymes superoxide dismutase, catalase (CAT), glutathione peroxidase (GPx), glutathione S-transferase, glucose-6-phosphate dehydrogenase and glutathione reductase (GR) in the striatum. In the cerebral cortex, we observed a decrease only in GPx and GR activities and an increase in CAT activity caused by HMG. However, in both brain structures, no changes in reduced glutathione levels were found. Regarding energy metabolism parameters, HMG decreased the enzymatic activity of citrate synthase and malate dehydrogenase, in addition to the complexes II, II-III and IV of the respiratory chain in the striatum. We also observed that HMG decreased the enzymatic activity of succinate dehydrogenase, as well as of the complexes II, II-III and IV of the respiratory chain in the cerebral cortex. Finally, we observed that HMG altered negative geotaxis, righting, gait, hindlimb suspension, cliff avoidance, and forelimb grasping. Our findings suggest that HMG causes oxidative stress, bioenergetic dysfunction, and neurodevelopmental changes that may explain the neurophysiology of HL deficiency.