Insuficiência hepática aguda induz reatividade astrocitária, alterações bioenergéticas cerebrais e permeabilidade da barreira hematoencefálica em ratos : avaliação dos efeitos neuroprotetores da guanosina

Abstract

Introdução: Insuficiência Hepática Aguda (IHA) é uma síndrome rara, porém potencialmente fatal e que ocorre em pacientes vítimas de uma perda rápida e extensa da função hepática. Além diminuição da capacidade de síntese (clinicamente expressa como INR > 1.5), a IHA leva ao surgimento de Encefalopatia Hepática (EH). A EH consiste no surgimento de distúrbios neurológicos secundários ao acúmulo de toxinas no sangue e cérebro de pacientes com doença hepática. A fisiopatologia da EH é multifatorial, envolvendo o acúmulo de amônia, a excitotoxicidade glutamatérgica, as alterações de bioenergética cerebral, dano à barreira hematoencefálica (BHE), entre outros. A modulação do sistema glutamatérgico vem sendo testada com sucesso para o controle dos sintomas da EH, em especial com o uso da Guanosina (GUO). Objetivos: i) estudar os efeitos da EH no metabolismo energético cerebral e na BHE, com foco no metabolismo de aminoácidos e ii) testar os efeitos neuroprotetores da GUO em um modelo animal de IHA. Métodos: utilizou-se modelo animal de IHA induzida por hepatectomia subtotal (remoção de 92% da massa hepática). Em uma coorte de animais, amostras de líquido cefalorraquidiano (LCR) e córtex cerebral foram colhidos 24 horas após a cirurgia para ensaios bioquímicos. Em um segundo grupo, a administração de guanosina foi testada por via intraperitoneal (i.p.) por 60 horas após a cirurgia para avaliar o desempenho neurológico e, sobretudo, a mortalidade dos animais hepatectomizados. Resultados: animais com EH apresentaram diversas alterações bioenergéticas como i) aumento do consumo de oxigênio mitocondrial; ii) aumento da atividade enzimática do ciclo de Krebs e produção de ATP; iii) aumento da oxidação de glutamato; e iv) diminuição da oxidação de glicose e lactato. Paralelamente, aumento de parâmetros de estresse oxidativo e reação astrocitária difusa em imagens de imuno-histoquímica foram encontrados no córtex parietal de animais com IHA. Em relação à BHE, animais com EH apresentaram níveis elevados de albumina e de amino ácidos no LCR. O aumento de amino ácidos no LCR foi relacionado ao grau de declínio neurológico e se apresentou como um biomarcador para identificar animais com prognóstico desfavorável. A administração de GUO foi capaz reduzir a mortalidade e melhorar parâmetros neurológicos e comportamentais. A GUO também reduziu os níveis de albumina no LCR, aumentou a captação de glutamato pelos astrócitos e reverteu as alterações histológicas provocadas pela reatividade astrocitária. Discussão: animais com IHA apresentaram intensa resposta celular astrocitária com aumento de volume celular, alterações no metabolismo energético cerebral, aumento de estresse oxidativo e aumento de albumina e amino ácidos no LCR, sugestivos de danos à BHE. O uso de GUO foi capaz de reverter muitos dos parâmetros avaliados, além de trazer claro benefício na mortalidade dos animais tratados. Os resultados apresentados nesta tese esclarecem aspectos da fisiopatologia da EH e reforçam os potenciais efeitos neuroprotetores do uso da GUO no contexto da IHA.

Introduction: Acute Liver Failure (ALF) is a rare medical condition that occurs in patients with rapid and extensive loss of hepatic function, presenting high mortality rates. It is characterized by the reduction of the liver’s synthetic capacity and the development of Hepatic Encephalopathy (HE). HE consists of a spectrum of neurological symptoms caused by the accumulation of toxins in blood and brain of patients with liver disease. HE’s physiopathology is complex, multifactorial and involves ammonia accumulation, glutamatergic excitotoxicity, brain bioenergetic alterations and increased blood brain barrier (BBB) permeability. Modulation of the glutamatergic system is being tested with success to treat this condition, especially using the nucleoside Guanosine (GUO). Objectives: i) to study the effects of HE on brain bioenergetics and BBB permeability, with emphasis in amino acid metabolism; ii) to test the neuroprotective effects of GUO. Methods: the studies were performed using an animal model of ALF induced by subtotal hepatectomy (removal of 92% of the hepatic mass). Samples of cerebrospinal fluid (CSF) and cerebral cortex were harvested 24 hours after surgery for biochemical essays. A second cohort of animal had GUO administered via intraperitoneal (i.p.) injection for 60 hours after surgery to study the neurological performance and mortality of the animals. Results: animals with HE presented several bioenergetic alterations such as i) increased mitochondrial oxygen consumption; ii) increased TCA enzyme activity and ATP production; iii) increased glutamate oxidation; iv) decreased glucose and lactate oxidation. HE also increased free reactive oxygen species, which were associated with a diffuse astrocytic reactivity evidenced by immunohistochemical images of parietal cortex. Regarding BBB permeability, animals with HE presented increased levels of albumin and amino acids in the CSF, which were associated to the severity of encephalopathy. Elevated CSF amino acids also accurately predicted the mortality prognosis. The administration of GUO was able to reduce ALF’s mortality and to improve neurological and behavioral function. GUO also improved biochemical parameters, as it normalized albumin levels in the CSF, increased glutamate uptake and prevented glial reactivity. Discussion: ALF induced a significant astrocytic reactivity with cellular expansion, which was associated with alterations in brain energy metabolism, increased oxidative stress and increased levels of albumin and amino acids in the CSF (suggesting increased BBB permeability). The administration of GUO prevented most of the evaluated biochemical parameters and presented a clear benefit by reducing mortality and improving neurological function of treated animals. The results of these studies bring new evidence for the understanding of HE’s physiopathology and strengthen the potential neuroprotective effects of GUO under ALF.