O ibuprofeno previne alterações na homeostase redox, bioenergética e neurodesenvolvimento na prole de ratas submetidas a um modelo materno de hiperleucinemia e inflamação induzida por lipopolissacarídeo

Abstract

A doença da urina do xarope do bordo (DXB) é um erro inato do metabolismo dos aminoácidos de cadeia ramificada leucina (Leu), isoleucina e valina, causado pela deficiência no complexo enzimático da desidrogenase dos α-cetoácidos de cadeia ramificada, levando ao acúmulo desses aminoácidos e seus α-cetoácidos nos tecidos e líquidos biológicos dos pacientes. A DXB apresenta, predominantemente, sintomas neurológicos. Neste trabalho, investigamos os efeitos da hiperleucinemia materna e de um processo inflamatório induzido pela administração de lipopolissacarídeo (LPS) sobre a prole de ratas Wistar. Também avaliamos o potencial efeito neuroprotetor do ibuprofeno (Ibu), um anti-inflamatório não esteroide. As ratas receberam durante toda a gestação e lactação (21 dias de gestação e 21 dias de lactação) a administração subcutânea de Leu duas vezes ao dia. No 15° e 16° dia de gestação (DG), as ratas receberam administração intraperitoneal de LPS. Uma hora após a injeção de LPS, as ratas ainda receberam a administração subcutânea de Ibu durante 3 dias (8h/8h; DG15-DG17). Os principais achados demonstraram que a hiperleucinemia materna e a inflamação induzida por LPS atrasaram parâmetros de desenvolvimento físico e reflexos neuromotores na prole e que o tratamento com Ibu preveniu alguns desses efeitos. Adicionalmente, a hiperleucinemia materna elevou os níveis de espécies reativas e a formação de carbonilas proteicas (indicador de dano oxidativo) no cérebro dos filhotes, enquanto o Ibu mitigou esses efeitos. hiperleucinemia materna também reduziu o conteúdo de sulfidrilas e a razão GSH/GSSG, indicando depleção de antioxidantes não enzimáticos, efeitos que foram parcialmente prevenidos pelo Ibu. Em relação às enzimas antioxidantes, a hiperleucinemia reduziu as atividades da SOD e CAT, enquanto o LPS também diminuiu a atividade da CAT. Já a GPx foi aumentada pela Leu, o que foi prevenido pelo Ibu. No que concerne ao metabolismo energético, a hiperleucinemia materna reduziu a atividade da maioria das enzimas chave da rede de transferência de fosforil (creatina cinase mitocondrial e citosólica, hexocinase e piruvato cinase) no cérebro da prole, e o Ibu preveniu ou mitigou muitos desses efeitos. Por outro lado, a Leu aumentou as atividades das enzimas adenilato cinase e gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase. Esses efeitos também foram mitigados pelo Ibu. Portanto, o Ibu ofereceu proteção significativa contra o estresse oxidativo e alterações na atividade das enzimas da rede de transferência de fosforil induzidas por Leu e LPS em ratas prenhes, além de prevenir algumas alterações no desenvolvimento físico e neuromotor da prole. Os resultados sugerem o potencial do Ibu como uma promissora intervenção terapêutica para mitigar complicações neurológicas em recém-nascidos expostos à hiperleucinemia e inflamação maternas.

Maple syrup urine disease (MSUD) is an inborn error of the metabolism of the branched-chain amino acids leucine (Leu), isoleucine, and valine, caused by deficiency in the branched-chain α-ketoacid dehydrogenase enzyme complex, leading to the accumulation of these amino acids and their α-ketoacids in the tissues and biological fluids of patients. Patients with MSUD predominantly present with neurological symptoms. In this study, we investigated the effects of maternal hyperleucinemia and an inflammatory process induced by the administration of lipopolysaccharide (LPS) on the offspring of Wistar rats. We also evaluated the potential neuroprotective effect of ibuprofen (Ibu), a nonsteroidal anti-inflammatory drug. The rats received subcutaneous administration of Leu twice a day throughout pregnancy and lactation (21 days of gestation and 21 days of lactation). On gestational day (GD)15 and GD16, rats received the intraperitoneal administration of LPS. One hour after LPS injection, rats further received subcutaneous administration of Ibu for 3 days (8h/8h; GD15-GD17). The main findings demonstrated that maternal hyperleucinemia and LPS-induced inflammation delayed physical development parameters and neuromotor reflexes in the offspring and that Ibu treatment prevented some of these effects. Additionally, maternal hyperleucinemia increased the levels of reactive species and the formation of protein carbonyls (indicator of oxidative damage) in the brain of the pups, whereas Ibu mitigated these effects. Maternal hyperleucinemia also reduced sulfhydryl content and GSH/GSSG ratio, indicating depletion of non-enzymatic antioxidants, effects that were partially prevented by Ibu. Regarding antioxidant enzymes, hyperleucinemia reduced SOD and CAT activities, whereas LPS also decreased CAT activity. GPx was increased by Leu, which was prevented by Ibu. Regarding energy metabolism, maternal hyperleucinemia reduced the activity of most key enzymes of the phosphoryl transfer network (mitochondrial and cytosolic creatine kinase, hexokinase and pyruvate kinase) in the brain of the offspring, and Ibu prevented or mitigated many of these effects. On the other hand, Leu increased the activities of adenylate kinase and glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase enzymes. Ibu also mitigated these effects. Therefore, Ibu offered significant protection against oxidative stress and changes in the activity of phosphoryl transfer network enzymes induced by Leu and LPS in pregnant rats, besides preventing some alterations in the physical and neuromotor development of the offspring. The results suggest the potential of Ibu as a promising therapeutic intervention to mitigate neurological complications in newborns exposed to maternal hyperleucinemia and inflammation.