Enriquecimento ambiental como uma possível estratégia no tratamento da hiperhomocisteinemia crônica severa em roedores

Abstract

A Homocistinúria clássica é uma doença genética causada pela deficiência parcial ou total da atividade da enzima cistationina-β sintase (CβS). Bioquimicamente, ela é caracterizada por distúrbios no metabolismo dos aminoácidos sulfurados, com elevação plasmática de homocisteína e metionina e redução de cistationina e cisteína. Esse distúrbio metabólico afeta principalmente os sistemas cardiovascular, muscular e nervoso central. Retardo mental, deficiência cognitiva, prejuízos na memória, crises convulsivas, atrofia cerebral e doença aterosclerótica precoce são as manifestações clínicas mais comuns em pacientes homocistinúricos. A prevalência da homocistinúria é de cerca de 1/300.000 nascimentos em todo o mundo. Atualmente o tratamento consiste na redução dos níveis de homocisteína através de dietas pobres em metionina e suplementação com piridoxina (cofator da CβS), betaína, ácido fólico e vitamina B12, mas nem todos os pacientes respondem ao tratamento. Diversos estudos têm sugerido o enriquecimento ambiental como alternativa não farmacológica à terapêutica dos prejuízos cognitivos e neuromotores causados pelos processos neurodegenerativos. Desta forma, o objetivo principal desse trabalho foi investigar os possíveis efeitos benéficos causados pela exposição ao ambiente enriquecido sobre as alterações do comportamento e da motricidade (spatial memory) causados pela hiperhomocisteinemia induzida quimicamente em roedores. Utilizamos um modelo experimental de hiper-homocisteinemia severa crônica em ratos Wistar desenvolvido em nosso laboratório. Nesse modelo, os animais foram submetidos ao tratamento com homocisteína administrada por via subcutânea com intervalos de 12 horas entre cada administração, do 6º ao 28º dia de vida, após esse período, os animais foram expostos ao ambiente enriquecido por 30 dias, posteriormente foi avaliado a performance dos animais em testes de comportamento. Os animais do grupo hiper-homocisteinemia apresentaram prejuízo no aprendizado na tarefa do labirinto aquático de Morris. A hiper-homocisteinemia não alterou a locomoção no campo aberto nem na tarefa da escada horizontal e a tarefa de reconhecimento de novo objeto. O enriquecimento ambiental foi capaz de reverter os danos observados na memória espacial, avaliada pelo labirinto aquático de Morris, e de melhorar o desempenho dos animais no teste da caminhada sobre a escada horizontal, melhorando qualidade de passo e reduzindo os erros de travessia e melhorando a memória de reconhecimento. Considerando que o enriquecimento ambiental é um tratamento não invasivo, nossos achados sugerem que o enriquecimento ambiental possa ser utilizado como uma terapia alternativa para tratar os prejuízos de memória e motricidade encontrados em pacientes homocistinúricos.

Classical homocystinuria is a genetic disease caused by partial or total deficiency of cystathionine-β synthase (CβS) enzyme activity. Biochemically, it is characterized by disturbances in the metabolism of sulfur amino acids, with plasma elevation of homocysteine and methionine and reduction of cystathionine and cysteine. This metabolic disorder primarily affects the cardiovascular, muscular, and central nervous systems. Mental retardation, cognitive impairment, memory impairment, seizures, brain atrophy and early atherosclerotic disease are the most common clinical manifestations in homocystinuric patients. The prevalence of homocystinuria is about 1/300,000 births worldwide. Currently, treatment consists of reducing homocysteine levels through diets low in methionine and supplementation with pyridoxine (CβS cofactor), betaine, folic acid and vitamin B12, but not all patients respond to treatment. Several studies have suggested environmental enrichment as a non-pharmacological alternative to the treatment of cognitive and neuromotor impairments caused by neurodegenerative processes. Thus, the main objective of this work was to investigate the possible beneficial effects caused by exposure to the enriched environment on behavioral and motor changes (spatial memory) caused by chemically induced hyperhomocysteinemia in rodents. We used an experimental model of chronic severe hyperhomocysteinemia in Wistar rats developed in our laboratory. In this model, the animals were subjected to treatment with homocysteine administered subcutaneously with intervals of 12 hours between each administration, from the 6th to the 28th day of life, after this period, the animals were exposed to the enriched environment for 30 days, later it was evaluated the performance of animals in behavior tests. The animals in the hyperhomocysteinemia group showed impaired learning in the Morris water maze task. Hyperhomocysteinemia did not change locomotion in the open field or the horizontal ladder task and the new object recognition task. Environmental enrichment was able to reverse the damage in spatial memory, evaluated by the Morris water maze, and to improve the performance of animals in the horizontal ladder walking tes, improving step quality and reducing crossing errors and improving memory of recognition. Considering that environmental enrichment is a non-invasive treatment, our findings suggest that environmental enrichment may be used as an alternative therapy to improve memory and motricity impairments found in homocystinuric patients.