Investigação do papel da curcumina na neuroinflamação induzida por lipopolissacarídeo

Abstract

A neuroinflamação é uma característica central de doenças neurodegenerativas, como as doenças de Alzheimer e Parkinson. No sistema nervoso central (SNC), a resposta inflamatória é realizada por células da glia, com destaque aos astrócitos e a microglia. Os astrócitos, além de responsáveis pela manutenção da barreira hematoencefálica (BHE), homeostase iônica, metabolismo energético, metabolismo glutamatérgico e proteção antioxidante em condições fisiológicas, atuam como protagonistas na resposta inflamatória. Durante a neuroinflamação, os astrócitos, modulam o fluxo sanguíneo, diminuem o suporte trófico aos neurônios, aumentam a infiltração de células imunes e amplificam as respostas inflamatórias por meio da regulação positiva da produção de citocinas. Diversas moléculas têm sido propostas para atenuar a resposta inflamatória no contexto de doenças cerebrais, com destaque aos compostos bioativos. Na busca por compostos bioativos candidatos a exercer um papel anti-inflamatório que poderiam agir tanto de uma forma protetora, ou seja, em conjunto com hábitos de vida saudáveis para reduzir riscos de saúde futuros, quanto como alvo da tecnologia farmacêutica para dar origem a novos medicamentos, se destaca a curcumina. A curcumina é um polifenol presente na Curcuma longa, com capacidade anti-inflamatória e antioxidante bem descrita em tecidos periféricos, mas pouco explorada em células do SNC. Apesar de sua baixa biodisponibilidade, a curcumina é capaz de atravessar a BHE. Por esse motivo, o primeiro objetivo desta tese foi caracterizar os efeitos da curcumina e da piperina, uma molécula presente na pimenta preta, com possível efeito sinérgico à curcumina, em culturas primárias de astrócitos em condições basais e inflamatórias. O segundo objetivo foi investigar os efeitos da administração oral de curcumina em um modelo de neuroinflamação em ratos, induzido por uma injeção de lipopolissacarídeo (LPS) intracerebroventricular, para avaliar se os efeitos encontrados em astrócitos seriam reprodutíveis em modelo animal. Nossos resultados mostraram que a curcumina foi capaz de modular funções de astrócitos mesmo em condições basais, aumentando o conteúdo de GSH e GFAP, além de reduzir a secreção de S100B. Em condições inflamatórias provocadas por LPS, tanto a curcumina quanto a piperina reduziram a secreção de TNF-α, mostrando um importante efeito anti-inflamatório. Apenas a piperina reverteu o aumento de GFAP causado pelo LPS, enquanto a curcumina potencializou o efeito do LPS no que diz respeito à secreção de S100B. Nossos resultados em um modelo animal de neuroinflamação demonstraram que a curcumina foi capaz de atenuar o déficit locomotor causado pelo LPS, mesmo não reduzindo a perda de peso, redução do consumo hídrico e anedonia observados no modelo. Além disso, a curcumina reduziu a sinalização inflamatória através da redução do conteúdo de IL-1β e imunoconteúdo de COX-2 e Iba-1 no tecido hipocampal, reforçando o efeito anti-inflamatório observado no modelo in vitro. Por fim, a curcumina administrada via oral foi capaz de reduzir o conteúdo de S100B no líquido cefalorraquidiano e reestabelecer a proteção antioxidante através do aumento do conteúdo de GSH, ambos parâmetros afetados pela administração central de LPS. Nossos resultados reforçam o efeito anti-inflamatório da curcumina e o potencial terapêutico desta molécula. Além disso, destacamos que os astrócitos são parte importante da ação da curcumina, portanto, novos estudos investigando alvos moleculares da curcumina em astrócitos devem ser realizados, especialmente no que diz respeito à sinalização da proteína S100B.

Neuroinflammation is a central feature of neurodegenerative diseases such as Alzheimer’s and Parkinson's disease. In the central nervous system (CNS), the inflammatory response is carried out by glial cells, especially astrocytes and microglia. Astrocytes are not only responsible for maintaining the blood-brain barrier integrity (BBB), ionic homeostasis, energy metabolism, glutamatergic metabolism, and antioxidant protection under physiological conditions but act as protagonists in the inflammatory response. During neuroinflammation, astrocytes modulate blood flow, decrease trophic support to neurons, increase immune cell infiltration, and amplify responses through upregulation of cytokine production. Several molecules have been proposed to attenuate inflammation in the context of brain disease, such as bioactive compounds. In the search for candidate bioactive compounds to exert anti-inflammatory protection that could act both in a preventive way, that is, in conjunction with healthy living habits to reduce future health risks, and as a target of pharmaceutical technology to develop new medicines, curcumin stands out. Curcumin is a polyphenol present in Curcuma longa, with well described anti-inflammatory and antioxidant capacity in peripheral tissues. Despite its low bioavailability, curcumin is able to cross the BBB. For this reason, the first objective of this thesis was to characterize the effects of curcumin and piperine, a molecule found in black pepper with possible synergistic effects with curcumin, in primary cultures of astrocytes under basal and inflammatory conditions. The second objective was to investigate the effects of oral administration of curcumin in an animal model of neuroinflammation, induced by an intracerebroventricular injection of lipopolysaccharide (LPS), to assess whether the effects found in astrocytes would be reproducible in an animal model. Our results demonstrated that curcumin was able to modulate astrocyte functions under basal conditions, increasing the content of GSH and GFAP, in addition to reducing the secretion of S100B. In inflammatory conditions provoked by LPS, both curcumin and piperine reduced the secretion of TNF-α, showing an important anti-inflammatory effect. Only piperine reversed the increase in GFAP caused by LPS, while curcumin potentiated the effect of LPS with regard to the secretion of S100B. In our animal model of neuroinflammation, curcumin was able to attenuate the locomotor deficit caused by LPS, even though it did not attenuate weight loss, reduced water consumption, and anhedonia. Furthermore, curcumin reduced inflammatory signaling by reducing the content of IL-1β and the immunocontent of COX-2 and Iba-1 in the hippocampus, reinforcing the anti-inflammatory effect observed in the in vitro model. Finally, orally administered curcumin was able to reduce the content of S100B in the cerebrospinal fluid and restore antioxidant protection by increasing the content of GSH, both parameters affected by the central administration of LPS. Our results reinforce the anti-inflammatory effect of curcumin and the therapeutic potential of this molecule. Furthermore, we emphasize that astrocytes play an important role in the activity of curcumin, therefore, further studies investigating molecular targets of curcumin in astrocytes should be carried out, especially regarding S100B protein signaling.