Papel da micróglia nas disfunções cognitivas relacionadas às alterações no metabolismo do colesterol : evidências experimentais

Abstract

O colesterol é um álcool não saturado pertencente à classe dos compostos esteroides que desempenham inúmeras funções biológicas. No entanto, em torno de 40% dos adultos têm níveis plasmáticos altos de colesterol, tornando a hipercolesterolemia um problema de saúde pública. A hipercolesterolemia pode ser adquirida ou de origem genética. Evidências clínicas e experimentais mostram que a hipercolesterolemia contribui para o desenvolvimento de neuropatologias, como a doença de Alzheimer (DA). Mecanismos como a disfunção da barreira hematoencefálica (BHE) e o aumento da reatividade microglial parecem conectar as alterações na homeostase do colesterol com as disfunções cerebrais características das doenças neurodegenerativas. As micróglias são as células imunes inatas cerebrais e o aumento de sua reatividade desempenha um papel crucial no desenvolvimento da neuroinflamação, e posteriormente da morte neuronal característica dos processos neurodegenerativos. Por este fato, a modulação das micróglias se mostrou benéfica nas neuropatologias, incluindo a DA. De particular importância, a hipercolesterolemia parece exercer efeito direto sobre as células microgliais. Sendo assim, a presente tese teve como principal objetivo estudar o papel das micróglias nos danos cognitivos relacionados à hipercolesterolemia adquirida e genética. Para isso, em um primeiro momento estudou-se o papel da micróglia nos danos de memória em camundongos nocautes para o receptor da lipoproteína de baixa densidade (LDLr-/-) adultos jovens e de meia-idade. Posteriormente, administramos a minociclina, um potencial modulador farmacológico das micróglias, em camundongos LDLr-/- adultos. Por fim, camundongos CF-1 adultos jovens expostos à dieta rica em colesterol, foram tratados durante 4 semanas com a minociclina. Parâmetros metabólicos, bioquímicos, e comportamentais foram avaliados para melhor investigar o envolvimento das micróglias nos efeitos deletérios da hipercolesterolemia, seja ela de origem genética ou adquirida, no sistema nervoso central (SNC). Camundongos LDLr-/- adultos jovens e de meia-idade apresentaram aumento da microgliose e alterações morfológicas nas micróglias, compatíveis com fenótipos mais reativos em estruturas cerebrais importantes para o processo de memória. Além disso, foi observado um aumento da presença das micróglias na região perivascular hipocampal nos camundongos LDLr-/-. Este processo esteve associado a alterações no imunoconteudo de proteínas sinápticas e de integridade da BHE. Ainda, a intervenção farmacológica com a minociclina melhorou a memória dependente do hipocampo dos animais LDLr-/- adultos, e reduziu a presença da micróglia na região perivascular. Efeitos benéficos do tratamento com a minociclina também puderam ser observados nos camundongos CF-1 com hipercolesterolemia induzida por dieta, onde observamos melhora na memória, em marcadores de integridade da BHE e na neuroinflamação, mas não na densidade, morfologia e atividade microglial. Portanto, nossos resultados sugerem que as micróglias contribuem para os déficits de memória relacionados aos distúrbios do metabolismo do colesterol, principalmente nos camundongos LDLr-/-.

Cholesterol is an unsaturated alcohol belonging to the class of steroid compounds that play numerous biological roles. However, around 40% of adults have high plasma cholesterol levels, making hypercholesterolemia a public health issue. Hypercholesterolemia can be acquired or of genetic origin. Clinical and experimental evidence indicates that hypercholesterolemia contributes to the development of neuropathologies, such as Alzheimer's disease (AD) and Parkinson's disease (PD). Mechanisms such as blood-brain barrier (BBB) dysfunction and increased microglial reactivity appear to link changes in cholesterol homeostasis with the cerebral dysfunctions’ characteristic of neurodegenerative diseases. Specifically, microglia are innate immune cells in the brain, and their reactivity plays a crucial role in the development of neuroinflammation, followed by the characteristic neuronal death in neurodegenerative processes. Because of this, modulating microglial reactivity has proven beneficial in neuropathologies, including AD. Of particular importance, hypercholesterolemia seems to directly affect microglial cells. Therefore, the main objective of this thesis was to study the role of microglial reactivity in cognitive impairments related to acquired and genetic hypercholesterolemia. To achieve this, we initially investigated the role of microglia in memory impairments in young and middle-aged adult mice with a knockout of the low-density lipoprotein receptor (LDLr-/-). Subsequently, we administered minocycline, a pharmacological modulator of microglial reactivity, to adult LDLr-/- mice. Finally, young adult CF-1 mice exposed to a high-cholesterol diet were treated with minocycline for 4 weeks. Metabolic, biochemical, and behavioral parameters were assessed to further investigate the involvement of microglia in the detrimental effects of hypercholesterolemia, whether of genetic or acquired origin, on the central nervous system (CNS). Young and middle-aged adult LDLr-/- mice exhibited increased microgliosis and morphological changes in microglia, consistent with more reactive phenotypes, in brain structures important for memory processes. Furthermore, adult LDLr-/- presented increased presence of microglia in the hippocampal perivascular area. This process was associated with alterations in the immunocontent of synaptic proteins and claudin-5, a tight-junction protein. Furthermore, pharmacological intervention with minocycline improved hippocampal-dependent memory performance in adult LDLr-/- mice and reduced microglial presence in the perivascular region. Beneficial effects of minocycline treatment were also observed in CF-1 mice with diet-induced hypercholesterolemia, where improvements in memory, BBB integrity markers, and neuroinflammation were observed. Thus, our findings suggest that microglial reactivity contributes to the progression and establishment of memory deficits related to cholesterol metabolism disorders.