Efeitos da desnutrição protéica sobre alguns parâmetros bioquímicos gliais e de estresse oxidativo no desenvolvimento do sistema nervoso central de ratos

Abstract

Etapas do desenvolvimento ontogenético cerebral, incluindo proliferação e migração, etapas de crescimento cerebral e mielinização, astrocitogênese e morte celular programada são alteradas pela desnutrição protéica. O SNC (Sistema Nervoso Central) é particularmente suscetível aos insultos oxidativos. As defesas antioxidantes são dependentes do conteúdo de glutationa e as vias metabólicas envolvidas nesta manutenção contam com o suporte dos astrócitos (principalmente a captação de glutamato e a síntese de glutamina), especialmente durante o desenvolvimento. O presente trabalho avaliou marcadores gliais, por meio do imunoconteúdo da GFAP (proteína glial fibrilar acídica) e S100B em córtex cerebral, hipocampo, cerebelo e líquor, bem como o conteúdo de glutationa, atividade da glutamina sintetase e captação de glutamato de ratos expostos à desnutrição protéica pré e pós-natal (grupo controle: 25% caseína e grupo desnutrido: 7% de caseína) aos 2, 15 e 60 dias pós-natal. Foram avaliados também alguns parâmetros de estresse oxidativo. Em ratos desnutridos foi encontrado aumento do imunoconteúdo da GFAP todas as regiões estudadas aos 2 dias, mas houve significativa redução de GFAP em hipocampo e cerebelo aos 15 dias. O aumento de S100B foi também observado em todas as regiões aos 2 dias pós-natal. Não foram encontradas mudanças no conteúdo de GFAP e S100B em ratos desnutridos aos 60 dias. Entretanto, no líquor, os níveis de S100B, permaneceram elevados aos 60 dias. Os resultados deste trabalho indicam precoce astrogliogênese ao nascimento e um atraso da astrogliogênse pós-natal induzida pela restrição protéica. Alterações astrocíticas específicas em hipocampo e cerebelo enfatizam a vulnerabilidade das regiões do SNC ao insulto nutricional. Estas alterações foram transitórias, mas o elevado nível extracelular de S100B em animais adultos sugerem a suscetibilidade ao dano. Embora o perfil ontogenético de glutationa do grupo desnutrido tenha sido similar ao grupo controle, os desnutridos apresentaram níveis significativamente mais baixos aos 2 e 15 dias. Além disso, a atividade da glutationa peroxidase e reatividade antioxidante total foram reduzidas em ratos desnutridos aos 2 dias. O aumento da atividade da glutamina sintetase e a redução na captação de glutamato foram também encontrados nos ratos desnutridos. Estas alterações indicam mudanças no metabolismo dos astrócitos, sugerindo aumento da vulnerabilidade a excitotoxicidade e/ou dano oxidativo. Em animais de 60 dias, a desnutrição alterou alguns parâmetros de estresse oxidativo, como o aumento da lipoperoxidação em cerebelo e córtex cerebral e uma redução dos conteúdos tirosina e triptofano em todas as estruturas estudadas, indicando dano em macromoléculas. Assim, a recuperação de alterações nos parâmetros metabólicos, observadas na vida adulta, apesar da continuidade do insulto nutricional, não exclui o aumento do dano oxidativo em lipídios e proteínas.

Several ontogenetic stages of brain development, including proliferation and migration, brain growth spurt and myelination, astrocytogenesis and programmed cell death, are altered by protein malnutrition. The brain is particularly susceptible to oxidative insults, and its antioxidant defense is dependent on its glutathione content and related metabolic pathways predominantly played by astrocytes (particularly glutamate uptake and glutamine synthesis), especially during development. This work evaluated specific glial commitment of rats exposed to pre and postnatal protein malnutrition (control: 25% casein and protein malnutrition: 7% casein) based on glial fibrillary acid protein (GFAP) and S100B immunocontents in cerebral cortex, hippocampus, cerebellum and cerebrospinal fluid, on 2nd, 15th and 60th postnatal days, as well, glutathione content, glutamine synthetase activity, glutamate uptake activity and parameters of oxidative status. We found an increase of GFAP in all these regions on 2nd postnatal day, but a significant decrease of GFAP in hippocampus and cerebellum on 15th postnatal day. An increment of S100B also was observed in all regions only on 2nd postnatal. No changes in the brain contents of GFAP and S100B were found for these proteins on 60th postnatal day in malnourished rats. However, cerebrospinal fluid S100B levels, which was early elevated, remains elevated on 60th postnatal day. Our data support the concept of precocious astrogliogenesis at birth and delayed postnatal astrocytogenesis induced by protein malnutrition. Specific astrocytic alterations in hippocampus and cerebellum emphasize the regional brain vulnerability to malnutrition, possibly associated to intense postnatal neurogenesis and synaptogenesis of these regions. These alterations are transitory, but the persistent elevated extracellular S100B levels in adult rats suggest somehow brain damage or risk to brain diseases. Although malnourished rats exhibited a similar ontogenetic profile of glutathione levels in brain tissue, they had lower levels on the 2nd and 15th postnatal days. In addition, we found other changes such as reduced TAR and glutathione peroxidase activity on the 2nd postnatal day. Moreover, elevated activity of glutamine synthetase and reduced glutamate uptake activity were also found in malnourished rats. Taken together, these alterations indicate specific changes in astrocyte metabolism, possibly responsible for a higher vulnerability to excitotoxic/oxidative damage in malnourished animals. On 60th postnatal day protein malnutrition altered various parameters of oxidative stress, specially damage to macromolecules. There was an increase in TBARS levels, the index of lipid peroxidation, in cerebellum and cerebral cortex from protein malnourished rats. Moreover, a significant reduction on both amino acids levels (tryptophan and tyrosine) in all tested brain structures was observed. The lower antioxidant defense appears to be the main alteration that causes oxidative imbalance rather than an increase of reactive oxygen species. Moreover, a recovery of altered metabolic parameters observed during adulthood, despite the persistent protein malnutrition insult, not excluded enhanced the oxidative damage to lipids and proteins from studied brain areas.