Efeitos da melatonina sobre as alterações comportamentais e bioquímicas induzidas pela administração intranasal de dimetilditiocarbamato de sódio em camundongos

Abstract

A doença de Parkinson (DP) é a segunda doença neurodegenerativa mais comum em humanos, sendo classicamente caracterizada por sintomas motores que estão relacionados à degeneração de neurônios dopaminérgicos da via nigroestriatal. A etiologia da DP ainda não é completamente compreendida, mas acredita-se que se trata de uma doença multifatorial, onde fatores genéticos e ambientais influenciam no seu desenvolvimento. Entre os fatores ambientais, a exposição a pesticidas, como o ziram (dimetilditiocarbamato de zinco), vem ganhando destaque. A exposição ocupacional e residencial ao ziram foi recentemente relacionada ao aumento do risco do desenvolvimento da DP. Diferentes sais de dimetilditiocarbamato são amplamente utilizados na agricultura e indústria, expondo a população em geral aos seus efeitos tóxicos. Estes contaminantes ambientais podem atingir estruturas encefálicas através do sistema olfatório, via nervos olfatório e trigêmeo, ou mesmo pela passagem transcelular a partir da mucosa nasal. Neste sentido, este estudo teve como objetivo avaliar os efeitos da administração intranasal (i.n.) de dimetilditiocarbamato de sódio (NaDMDC), um sal mais solúvel de dimetilditiocarbamato, sobre os comportamentos motores e as alterações bioquímicas relacionadas ao estresse oxidativo/nitrosativo, inflamação e sistema dopaminérgico de camundongos. Além disso, avaliou-se possíveis alterações no sistema melatoninérgico (níveis de melatonina e seus receptores MT1 e MT2) no sistema nervoso central (SNC) de camundongos após a administração i.n. de NaDMDC e o efeito do tratamento com a melatonina sobre as alterações comportamentais e bioquímicas induzidas pelo NaDMDC. A administração de NaDMDC (1 mg/narina/dia) por quatro dias consecutivos induziu déficits motores avaliados no teste do campo aberto, escore neurológico de severidade (ENS) e rotarod até o dia 7 após a última administração da toxina. Os déficits comportamentais no teste do rotarod assim como a redução da massa corporal induzida pelo NaDMDC foram observados até o 35o dia após o término da administração. O tratamento com os fármacos usados no tratamento da DP L-DOPA e apomorfina atenuaram os déficits locomotores induzidos pelo NaDMDC. As alterações comportamentais foram relacionadas ao aumento inicial dos níveis de espécies reativas de oxigênio (EROs) no bulbo olfatório (BO) e estriado, 2 horas e 24 horas após a última administração, além de dano a membrana celular no estriado, a qual demonstrou ser mais susceptível a toxicidade exercida pelo NaDMDC. A administração de NaDMDC também provocou o aumento de metabólitos do estresse oxidativo/nitrosativo no BO, estriado, córtex pré-frontal e hipocampo, assim como o aumento nos níveis do fator de necrose tumoral-a (TNF-a) no BO e estriado, 24 horas após a última administração de NaDMDC. Com relação ao sistema dopaminérgico, a administração de NaDMDC provocou um aumento no imunoconteúdo de tirosina hidroxilase (TH) no estriado, no 1o e 7o dia após a última administração de NaDMDC, e a sua redução no 35o dia. No dia 1 após o tratamento com NaDMDC observou-se uma redução nos níveis de dopamina e o aumento no seu turnover no estriado. Com relação ao sistema melatoninérgico, a administração de NaDMDC aumentou os níveis de melatonina no BO, nos dias 1 e 7, e no hipocampo no dia 1. Além disso, observou-se um aumento no dia 1 após o término do tratamento com NaDMDC no imunoconteúdo do receptor melatoninérgico MT2 no BO. O tratamento com melatonina (30 mg/kg, via intraperitoneal), 1 h antes de cada administração de NaDMDC, preveniu o aparecimento de déficits motores, perda de massa corporal, alterações do sistema dopaminérgico, assim como, inibiu o aumento de metabólitos do estresse oxidativo/nitrosativo no BO, estriado e córtex pré-frontal dos animais. Em conjunto, estes resultados demonstram que a administração i.n. de NaDMDC provoca alterações comportamentais e bioquímicas em camundongos relacionadas à DP. O presente estudo demonstra de maneira pioneira que o tratamento com a melatonina possui efeitos neuroprotetores frente à toxicidade exercida pelo NaDMDC, o que destaca o potencial terapêutico deste neuro-hormônio em condições de dano neuronal.

Abstract : Parkinson's disease (PD) is the second most common neurodegenerative disease in humans, being classically characterized by motor symptoms, which are related to the dopaminergic neuronal loss in the nigrostriatal pathway. The primary PD etiology remais unclear, but it is believed to be a multifactorial disease, where the combination of genetic and environmental factors influence its development. Among environmental factors, exposure to pesticides, such as ziram (zinc dimethyldithiocarbamate), has been highlighted. Occupational and residential exposure to ziram has recently been linked to increased risk of PD developing. Different dimethyldithiocarbamate salts are widely used in agriculture and industry, exposing the general population to their toxic effects. These environmental contaminants can target encephalic structures to exert their toxic effects via the olfactory pathway, through olfactory and trigeminal nerves, or even through transcellular passage from nasal mucosa. Therefore, this study aimed to evaluate the effects of intranasal (i.n.) administration of sodium dimethyldithiocarbamate (NaDMDC), a more soluble salt of dimethyldithiocarbamate, on motor function and biochemical changes related to oxidative/nitrosative stress, inflammation and dopaminergic system of mice. In addition, putative NaDMDC-induced alterations on the melatoninergic system in the central nervous system (CNS) and the effects of melatonin treatment on changes caused by NaDMDC were also evaluated. I.n. administration of NaDMDC (1 mg/nostril/day) for four consecutive days induced motor deficits addressed in the open field, neurological severity score (NSS) and rotarod tests up to day 7 after the last administration. Behavioral deficits in the rotarod test as well as the reduction of body mass induced by NaDMDC were found to remain significant up to 35th day after the end of its administration. Pharmacological treatment with the anti-parkinsonian drugs L-DOPA and apomorphine improved the locomotor deficits induced by NaDMDC. Behavioral changes were related to the initial increase of reactive oxygen species (ROS) levels in the olfactory bulb (OB) and striatum, 2 hours and 24 hours after the last administration, besides cell membrane damage in the striatum, which proved to be more susceptible to NaDMDC toxicity. The administration of NaDMDC also increased oxidative/nitrosative stress metabolites in OB, striatum, prefrontal cortex and hippocampus, as well as increased tumor necrosis factor-a (TNF-a) levels in the BO and striatum, 24 hours after the last NaDMDC administration. Regarding the dopaminergic system, administration of NaDMDC increased striatal tyrosine hydroxylase (TH) immunocontent on the 1st and 7th day after the last administration of NaDMDC, and decreased TH levels in the 35th day. On day 1, there was a reduction in dopamine levels and an increase in dopamine turnover in the striatum. Regarding the melatoninerg system, the administration of NaDMDC increased the OB melatonin levels on days 1 and 7, whereas in the hippocampus only on day 1. In addition, on day 1 after the end of NaDMDC treatment, the immunocontent of melatonin MT2 receptor was increased in the OB. Treatment with melatonin (30 mg/kg intraperitoneally), 1 h before each administration of NaDMDC, prevented the onset of motor deficits, loss of body mass, changes in the dopaminergic system, as well as inhibited the increase of stress oxidative/nitrosative metabolites in OB, striatum and prefrontal cortex in animals. Taken together, these results demonstrate that i.n. NaDMDC administration promotes behavioral and biochemical changes in mice, related to PD in humans. These findings reinforce the relationship of dimethyldithiocarbamate exposure with increased PD development risk, as well as highlight the importance of olfactory vectoring of environmental toxins as a possible access route to the CNS. Finally, we demonstrated for the first time that treatment with melatonin exerts neuroprotective effects against the NaDMDC toxicity, reinforcing the therapeutic potential of this neurohormone in neuronal damage conditions including PD.