Relação entre a hipóxia-isquemia perinatal e o papel da dopamina no desenvolvimento de características relacionadas ao transtorno de deficit de atenção/hiperatividade : uma abordagem translacional

Abstract

O Transtorno de deficit de atenção/hiperatividade (TDAH) é uma desordem do neurodesenvolvimento ocasionada por fatores genéticos, ambientais ou pela interação entre esses fatores. A exposição a condições hipóxico-isquêmicas perinatais (HICs) é constantemente associada ao TDAH, mas pouco se sabe sobre os mecanismos envolvidos nessa relação e o efeito da interação entre esses fatores com o perfil genético dos indivíduos para o desenvolvimento do transtorno. Dessa forma, propusemos validar o uso do modelo de hipóxia-isquemia (HI) neonatal de Rice-Vannucci em ratos para o estudo do TDAH experimental, avaliando as validades aparente, de construto e preditiva (utilizando o fármaco metilfenidato, MFD). Em um estudo clínico, investigamos se o perfil genético funcionalmente associado a menor transmissão dopaminérgica no córtex préfrontal (CPF) de crianças interage com a exposição a HICs alterando a flexibilidade cognitiva e a densidade da substância cinzenta cerebral. A validade aparente do modelo de HI para o estudo do TDAH foi confirmada pelos seguintes resultados: inflexibilidade cognitiva, deficit de memória de curta e longa duração em ratos jovens e comportamento alimentar desregulado e aumento no consumo do álcool na fase adulta. Alterações nos parâmetros da sinalização dopaminérgico no CPF dos ratos HI apoiaram a validade de construto desse modelo. O tratamento com MFD melhorou os deficit de flexibilidade cognitiva, de memória de longa duração, o comportamento alimentar desregulado e também diminuiu o consumo de álcool em ratos HI – embasando a validade preditiva deste modelo. Um aumento na expressão da enzima pTH (envolvida na síntese de dopamina) no CPF e dos níveis de BDNF maduro no hipocampo de ratos HI tratados com MFD podem ter colaborado para estas melhorias funcionais. Na pesquisa clínica, demonstramos que a exposição a HICs prejudicou a flexibilidade cognitiva apenas de crianças que apresentavam o perfil genético funcionalmente associado a maior recaptação dopaminérgica no CPF (relacionada à rede genética do gene DAT1). Ainda, a exposição a HICs alterou a relação entre os polimorfismos genéticos relacionados à rede do DAT1 e a densidade de substância cinzenta em áreas envolvidas em funções executivas e integrativas. Dessa forma, os resultados pré-clínicos desta tese demonstraram que o modelo de HI de Rice-Vannucci apresenta validades aparente, de construto e preditiva para o estudo do TDAH, contribuindo para a área dos estudos experimentais, mas também confirmando os estudos clínicos que apontam a relação entre a HI perinatal e o desenvolvimento do TDAH. No estudo com crianças, reportamos que o perfil genético associado com a recaptação dopaminérgica no CPF é um importante moderador dos efeitos das HICs nos deficit de função executiva e desenvolvimento encefálico. Assim, nossos resultados demonstraram que variações nos níveis de oxigenação perinatais podem contribuir para o desenvolvimento de características relacionadas ao TDAH, alertando sobre a importância de medidas preventivas que melhorem as condições intrauterinas e periparto para evitar distúrbios no neurodesenvolvimento.

Attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD) is a neurodevelopmental disorder caused by genetic or environmental factors or by the interaction between these factors. Exposure to perinatal hypoxic-ischemic conditions (HICs) is constantly associated with ADHD in the literature but little is known about the mechanisms involved in this relationship and the effect of the interaction between these factors and the individual genetic profile for the development of the disorder. Thus, we proposed to validate the use of the Rice-Vannucci neonatal model of hypoxia-ischemia (HI) in rats as an alternative model for the preclinical ADHD study, evaluating the face validity, construct validity and predictive validity (using the drug methylphenidate, MPH) of this model. Additionally, in a clinical study we investigated whether the genetic profile functionally associated with lower dopaminergic transmission in the prefrontal cortex (PFC) of children interacts with exposure to HICs influencing cognitive flexibility and brain gray matter density. The face validity of the HI model for the ADHD study was confirmed by the following results: cognitive inflexibility, short- and long-term memory deficit in young rats and dysregulated eating behavior and increase in alcohol consumption in adult rats. Alterations in the dopaminergic signaling parameters in the PFC of HI rats supported the construct validity of this model. MPH treatment improved cognitive flexibility, long-term memory deficit, dysregulated eating behavior and also decreased alcohol consumption in HI rats – demonstrating the predictive validity of this model. An increase in the expression of the phosphorylated tyrosine hydroxylase enzyme (pTH; involved in dopamine synthesis) in the PFC and in mature BDNF levels in the hippocampus of HI rats treated with MPH may have contributed to these functional improvements. In the clinical study, we demonstrated that exposure to HICs impaired cognitive flexibility only in children with the genetic background functionally associated with increased dopamine reuptake in the PFC (related to the DAT1 gene network). Furthermore, exposure to HICs altered the relationship between the genetic polymorphisms related to the DAT1 network and gray matter density in areas involved in executive and integrative functions. Therefore, the preclinical results of this thesis have demonstrated that the Rice-Vannucci HI model presents face, construct and predictive validities for the ADHD study, contributing to the preclinical ADHD field, but also confirming the clinical studies that indicate the relationship between perinatal HI and the development of ADHD. In the clinical study, we reported that the genetic profile associated with dopaminergic reuptake in the PFC is an important moderator of the effects of HICs on executive function deficit and brain development. In this way, our results indicated that variations in perinatal oxygenation levels may contribute to the development of ADHD-related characteristics, highlighting the significance of preventive measures to improve intrauterine and intrapartum health, avoiding disturbances in the neurodevelopment.