Investigação do papel dos astrócitos nas fases iniciais da doença de Alzheimer : curcumina como estratégia protetora e avaliação dos seus mecanismos moleculares

Abstract

As doenças neurodegenerativas são condições complexas e multifatoriais, frequentemente diagnosticadas em estágios avançados, quando os sintomas já são graves. Entretanto, anos antes do aparecimento dos sintomas, o sistema nervoso central apresenta condições como prejuízo na sinalização de insulina, disfunções no metabolismo de glicose, neuroinflamação e aumento da deposição de proteínas, como o peptídeo β-amiloide na doença de Alzheimer (DA). A DA é a forma mais comum de neurodegeneração, mas, apesar do extensivo conhecimento sobre suas características fisiopatológicas e sintomas clínicos, os mecanismos iniciais de seu desenvolvimento ainda não são completamente compreendidos. Os astrócitos, células importantes para a manutenção da homeostase cerebral, têm se destacado no contexto do estudo das doenças neurodegenerativas, exercendo um papel crucial desde suas fases iniciais. Dado o desafio do diagnóstico precoce e a importância de compreender as alterações iniciais na DA, a identificação de novos alvos terapêuticos que intervenham nesses estágios é fundamental. Nesse contexto, a curcumina, um polifenol presente na Curcuma longa, emerge como uma molécula promissora, devido a sua capacidade de atuar em múltiplos alvos e potenciais efeitos contra amiloidogênese, inflamação e estresse oxidativo no cérebro. Por este motivo, este trabalho teve como objetivo avaliar as alterações iniciais da DA in vivo e in vitro, bem como o potencial papel preventivo da curcumina nesses estágios. Inicialmente, buscando entender o papel dos astrócitos nos mecanismos iniciais associados à neurodegeneração, induzimos algumas dessas alterações em culturas de astrócitos, como o prejuízo do metabolismo energético, utilizando metilglioxal (MG), que induz a um aumento de reações de glicação ou fluorocitrato (FC), um inibidor da produção de ATP em astrócitos; a neuroinflamação, utilizando lipopolissacarídeo (LPS); e também utilizamos a estreptozotocina (STZ), uma indutorade modelo animal da DA. Nossos resultados mostraram que nessas condições os astrócitos têm suas funções alteradas, contribuindo para a progressão de distúrbios cerebrais como os observados na DA. Além disso, os resultados da STZ in vitro sugerem que ela é um modelo adequado para o estudo do papel dos astrócitos na DA. Ao explorar as fases iniciais do modelo animal da DA induzido por STZ e utilizando a curcumina como estratégia preventiva para alterações iniciais, observamos que, após uma semana da injeção de STZ não houve déficit cognitivo, mas foram observadas alterações em funções características de astrócitos, bem como alterações na via do PPARγ, quando comparados com 4 semanas após a administração de STZ. A curcumina, por sua vez, desempenhou um papel protetor majoritariamente nas fases iniciais do modelo, após 1 semana da indução, via um mecanismo que envolve, ao menos em parte, a regulação de PPARγ. Por fim, utilizando o modelo in vitro da STZ, confirmamos a importante ação da curcumina na via do PPARγ nas células astrocíticas no contexto inicial da DA. Nossos resultados evidenciam a importância dos astrócitos e da via do PPARγ nas fases iniciais da DA, além de sugerir a curcumina como uma candidata potencial para estratégias preventivas e para o desenvolvimento de novos fármacos baseados em sua estrutura para o tratamento da DA.

Neurodegenerative diseases are complex and multifactorial conditions, diagnosed mostly in advanced stages when symptoms become severe. However, years before symptoms manifest, conditions such as impaired insulin signaling, disruptions in glucose metabolism, neuroinflammation, and increased protein deposition can be found in the central nervous system such as β-amyloid in Alzheimer’s disease (AD). AD is the most common form of neurodegeneration, but the initial mechanisms of its development remain incompletely understood, despite extensive knowledge of its pathophysiological characteristics and clinical symptoms. Astrocytes, essential cells for maintaining cerebral homeostasis, have been pivotal in neurodegenerative disease research, playing a crucial role from the early stages of AD. With the challenge of early diagnoses, it is imperative to understand the initial changes in AD, identifying new therapeutic targets. In this context, curcumin, a polyphenol found in Curcuma longa, emerges as a promising molecule due to its ability to act on multiple targets and potential effects against amyloidogenesis, inflammation, and oxidative stress in the brain. For this reason, this study aimed to evaluate early AD changes in vivo and in vitro and the potential preventive role of curcumin in these stages. First, to understand the role of astrocytes in the initial mechanisms associated with the neurodegeneration processes we induced some of these alterations in cultured astrocytes, such as energy metabolism, using methylglyoxal (MG) which induces increased glycation reactions, or fluorocitrate (FC), an inhibitor of ATP production in astrocytes; neuroinflammation using lipopolysaccharide (LPS); and streptozotocin (STZ), which induces an animal model of AD. Our findings indicate that these conditions alter astrocyte functions, contributing to the progression of brain disorders like AD. Additionally, results from the STZ in vitro model suggest its suitability for studying the role of astrocytes in AD. After that, exploring the early stages of the STZ-induced AD animal model and using curcumin as a preventive strategy for these initial changes, we did not observe cognitive deficits one week post-STZ injection, but animals showed changes in astrocyte functions and the PPARγ pathway. In this condition, curcumin demonstrated a protective role in the early stages of the model, possibly through PPARγ regulation. Finally, using the in vitro STZ model, we confirmed the significant action of curcumin on the PPARγ pathway in astrocytic cells in the early AD context. These results highlight the importance of astrocytes and the PPARγ pathway in the early stages of AD, while suggesting curcumin as a potential candidate for preventive strategies and in the development of new drugs for treating AD.