Μελέτη του ρόλου των οιστρογόνων σε γνωστικές διαταραχές και σε διαταραχές διάθεσης: πειραματικές προσεγγίσεις σε θηλυκούς και αρσενικούς επίμυες

Abstract

Aromatase inhibitors, which are widely used in the clinic for the treatment of estrogen-dependent cancers, have been associated with psychiatric effects ranging from mania to depression. Aromatase is the rate-limiting enzyme that catalyzes the conversion of androgens to estrogens. It is mainly located in the ovaries in women, in the testes in men, as well as in the placenta and adrenals. However, it has been shown that other organs, such as the liver, bones, and importantly the brain can produce estrogens locally. Emerging evidence suggests that brain-derived estrogens are responsible for the fine-tuning of neuronal circuits in males and females. However, preclinical studies investigating the role of estrogens in depression and especially the role of brain-derived estrogens in males and females were missing from the scientific literature. Therefore, the aim of the present study was to investigate whether decreased estrogen synthesis following aromatase inhibition influences depressive symptomatology and underlying brain and hormonal mechanisms in rats. In the first experiment, we investigated whether treatment with the aromatase inhibitor letrozole leads to a depressive-like behavioral response in cycling female rats. Using the Forced Swim Test (FST) of antidepressant activity we estimated the effect of acute (1 mg/kg, i.p., 3 injections in 24 hours) and sustained (7 days) letrozole administration. The antidepressant fluoxetine was also administered, as a positive control. Testosterone and progesterone levels were assayed in the serum of all animals. Surprisingly, acute aromatase inhibition decreased immobility duration in the FST, indicating its antidepressant potential. Instead, sustained aromatase inhibition did not show such antidepressant potential. Testosterone elevation associated with the decreased depressive behavior in the FST following acute letrozole treatment, but interestingly progesterone explained the increased swimming behavior in cycling female rats. In a second experiment, we followed up the effects of chronic letrozole treatment on female animals and investigated whether such effects would be differentiated in ovariectomized female rats that lack gonadal-derived hormones. Furthermore, we performed all experiments at the same time in male rats, in order to investigate sex differences. In particular, we investigated the behavioral and neurochemical effects of aromatase inhibition on male and female sham-operated or gonadectomized adult rats. Three weeks later, rats received a chronic treatment of the aromatase inhibitor letrozole (1 mg/kg, i.p., once daily for one week) or vehicle and they were subjected to the open field and forced swim test (FST). Aromatase activity was determined in the hypothalamus and testosterone and corticosterone were assayed in the blood serum of all rats. The hippocampus and prefrontal cortex were analyzed for monoamine (noradrenaline, dopamine, serotonin and metabolites) and amino acids (GABA, glutamate, glycine, taurine alanine and histidine) levels. Letrozole treatment inhibited the aromatase enzyme in the brain, since aromatase activity in the hypothalamus was decreased in letrozole-treated rats. Also, testosterone levels were markedly enhanced in letrozole-treated, sham-operated females. FST exposure enhanced corticosterone levels in all groups. In the open field test, females were overall more active and explorative than males, whereas gonadectomy eliminated this sex difference. Aromatase inhibition had no effect in the open field test. In the FST, females exhibited overall higher immobility and lower swimming duration than males. Aromatase inhibition decreased noradrenaline levels and dopaminergic ratios in the hippocampus and PFC of male and female rats, irrespectively of gonadectomy. Other sex differences, as well as stress effects, due to FST exposure, were also apparent in the hippocampus and the prefrontal cortex. Regarding amino acids levels, letrozole had no major effects, but interesting sex differences were observed in the prefrontal cortex. The present findings mainly show that behavioral effects of aromatase inhibitors in the FST are heavily dependent on the duration of treatment. Behavioral findings could be further associated with serotonergic and dopaminergic changes in brain regions involved in depression. Importantly, the present data could be linked with the development of affective disorders in post-menopausal women treated with aromatase inhibitors and may have implications for women treated with aromatase inhibitors before menopause. Finally, they contribute to the elucidation of the role of gonadal hormones in the expression of depressive symptoms and antidepressant response.

Οι αναστολείς της αρωματάσης, οι οποίοι χρησιμοποιούνται ευρύτατα στην κλινική πράξη για την αντιμετώπιση των οιστρογονοεξαρτώμενων καρκίνων, έχουν συσχετιστεί με ψυχικές διαταραχές, που ποικίλουν από τη μανία έως την κατάθλιψη. Η αρωματάση είναι το ρυθμιστικό ένζυμο, το οποίο καταλύει τη μετατροπή των ανδρογόνων σε οιστρογόνα. Εντοπίζεται κυρίως στις ωοθήκες των γυναικών, στους όρχεις των ανδρών, όπως επίσης και στον πλακούντα και στα επινεφρίδια. Ωστόσο, έχει βρεθεί ότι άλλα όργανα, όπως το ήπαρ, τα οστά και ο εγκέφαλος μπορούν να παράγουν τοπικά οιστρογόνα. Νεότερα ερευνητικά δεδομένα συνιστούν ότι τα προερχόμενα από τον εγκέφαλο οιστρογόνα είναι υπεύθυνα για τη ρύθμιση των νευρικών κυκλωμάτων στο θηλυκό και αρσενικό εγκέφαλο. Παρόλα αυτά, οι προκλινικές έρευνες πάνω στο ρόλο των οιστρογόνων στην κατάθλιψη και, ειδικότερα, στο ρόλο των παραγόμενων από τον εγκέφαλο οιστρογόνων στα θηλυκά και στα αρσενικά, απουσιάζουν από την επιστημονική βιβλιογραφία. Συνεπώς, ο σκοπός της παρούσας μελέτης ήταν να διερευνηθεί αν η μείωση της σύνθεσης οιστρογόνων μετά από αναστολή της αρωματάσης επηρεάζει την εκδήλωση της καταθλιπτικής συμπτωματολογίας και τους υποκείμενους εγκεφαλικούς και ορμονικούς μηχανισμούς στους επίμυες.Στην πρώτη πειραματική διαδικασία μελετήθηκε αν η αγωγή με τον αναστολέα της αρωματάσης λετροζόλη, επηρεάζει την καταθλιπτικόμορφη συμπεριφορά σε θηλυκούς επίμυες με φυσιολογική ορμονική λειτουργία. Χρησιμοποιώντας τη δοκιμασία της εξαναγκασμένης κολύμβησης (FST) μελετήθηκε η επίδραση της οξείας (1 mg/kg, τρεις ενδοπεριτοναϊκές ενέσεις σε 24 ώρες) και της χρόνιας (για 7 ημέρες) χορήγησης λετροζόλης. Χορηγήθηκε επίσης η αντικαταθλιπτική ουσία φλουοξετίνη ως φάρμακο αναφοράς. Επιπροσθέτως αναλύθηκαν τα επίπεδα τεστοστερόνης και προγεστερόνης στον ορό του αίματος των πειραματόζωων. Είναι αξιοσημείωτο ότι η οξεία αναστολή της αρωματάσης προκάλεσε μείωση της διάρκειας ακινησίας στη δοκιμασία της εξαναγκασμένης κολύμβησης (FST), υποδηλώνοντας την αντικαταθλιπτική της δράση. Αντιθέτως, η χρόνια αναστολή της αρωματάσης δεν είχε αντικαταθλιπτική δράση. Η άνοδος των επιπέδων τεστοστερόνης συσχετίστηκε με τη μείωση της καταθλιπτικόμορφης συμπεριφοράς στη δοκιμασία της εξαναγκασμένης κολύμβησης (FST) μετά την οξεία αγωγή με λετροζόλη, ενώ είναι αξιοσημείωτο ότι η προγεστερόνη ήταν η αιτία της αύξησης της συμπεριφοράς κολύμβησης στους θηλυκούς επίμυες με φυσιολογική ορμονική λειτουργία. Στη δεύτερη πειραματική διαδικασία εκτιμήθηκαν τα αποτελέσματα της χρόνιας αγωγής με λετροζόλη σε θηλυκούς επίμυες και μελετήθηκε το ενδεχόμενο της διαφοροποίησης της δράσης της λετροζόλης σε ωοθηκεκτομηθέντες θηλυκούς επίμυες. Ταυτόχρονα, πραγματοποιήθηκαν όλες οι πειραματικές διαδικασίες σε αρσενικούς επίμυες, έτσι ώστε να εκτιμηθούν οι διαφυλικές διφορές. Ειδικότερα, διερευνήθηκαν οι συμπεριφορικές και νευροχημικές επιδράσεις της αναστολής της αρωματάσης σε αρσενικούς και θηλυκούς επίμυες εικονικώς χειρουργημένους ή γοναδεκτομηθέντες. Τρεις εβδομάδες αργότερα, οι επίμυες έλαβαν χρόνια αγωγή με τον αναστολέα της αρωματάσης, λετροζόλη (1 mg/kg, μία φορά ενδοπεριτοναϊκά, καθημερινά για μία εβδομάδα) ή με έκδοχο και υποβλήθησαν στη δοκιμασία του ανοιχτού πεδίου και στη δοκιμασία της εξαναγκασμένης κολύμβησης (FST). Η δραστηριότητα της αρωματάσης υπολογίστηκε στον υποθάλαμο, ενώ η τεστοστερόνη και η κορτικοστερόνη στον ορό του αίματος όλων των επίμυων. Επίσης, αναλύθηκαν τα επίπεδα των μονοαμινών (νοραδρεναλίνη, ντοπαμίνη σεροτονίνη και των μεταβολιτών τους) και των αμινοξέων (GABA, γλουταμίνη, ταυρίνη, αλανίνη και ιστιδίνη) στον ιππόκαμπο και στον προμετωπιαίο φλοιό. Η χορήγηση λετροζόλης προκάλεσε αναστολή του ενζύμου της αρωματάσης στον εγκέφαλο, εφόσον η δραστηριότητα της αρωματάσης στον υποθάλαμο μειώθηκε στους επίμυες, οι οποίοι υποβλήθησαν σε αγωγή με λετροζόλη. Επίσης, τα επίπεδα τεστοστερόνης αυξήθηκαν σημαντικά στους επίμυες, οι οποίοι υποβλήθησαν σε αγωγή με λετροζόλη και σε εικονική γοναδεκτομή (μάρτυρες). Η υποβολή στη στρεσσογόνο διαδικασία της εξαναγκασμένης κολύμβησης προκάλεσε αύξηση των επιπέδων κορτικοστερόνης σε όλες τις ομάδες. Στη δοκιμασία του ανοιχτού πεδίου, τα θηλυκά ήταν συνολικά πιο δραστήρια και εξερευνητικά από τα αρσενικά, η γοναδεκτομή, όμως, εξομάλυνε αυτή τη διαφορά του φύλου. Η αναστολή της αρωματάσης δεν είχε καμία επίδραση στη δοκιμασία του ανοιχτού πεδίου. Στη δοκιμασία της εξαναγκασμένης κολύμβησης (FST), τα θηλυκά εκδήλωσαν συνολικά υψηλότερη διάρκεια ακινησίας και χαμηλότερη διάρκεια κολύμβησης σε σχέση με τα αρσενικά. Η αναστολή της αρωματάσης προκάλεσε μείωση των επιπέδων νοραδρεναλίνης και των ρυθμών ανακύκλησης της ντοπαμίνης στον ιππόκαμπο και στον προμετωπιαίο φλοιό σε αρσενικούς και θηλυκούς επίμυες, ανεξάρτητα από την γοναδεκτομή. Άλλες διαφυλικές διαφορές, όπως επίσης και αλλαγές λόγω στρες εξαιτίας της υποβολής στη δοκιμασία της εξαναγκασμένης κολύμβησης (FST), ήταν επίσης εμφανείς στον ιππόκαμπο και τον προμετωπιαίο φλοιό. Σχετικά με τα επίπεδα αμινοξέων, η λετροζόλη δεν είχε σημαντικές δράσεις, ενώ ενδιαφέρουσες διαφυλικές διαφορές παρατηρήθηκαν στον προμετωπιαίο φλοιό.Τα ευρήματα της παρούσας μελέτης δείχνουν κυρίως ότι οι αλλαγές της συμπεριφοράς στη δοκιμασία της εξαναγκασμένης κολύμβησης (FST), που επιφέρουν οι αναστολείς της αρωματάσης εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από τη διάρκεια χορήγησης. Τα συμπεριφορικά ευρήματα μπορούν περαιτέρω να συσχετιστούν με σεροτονινεργικές και ντοπαμινεργικές αλλαγές σε περιοχές του εγκεφάλου που εμπλέκονται στην κατάθλιψη. Είναι σημαντικό πως τα ευρήματα της παρούσας μελέτης θα μπορούσαν να συσχετιστούν με την ανάπτυξη συναισθηματικών διαταραχών σε γυναίκες μετά την εμμηνόπαυση οι οποίες λαμβάνουν αγωγή με αναστολείς της αρωματάσης, καθώς και σε αυτές οι οποίες λαμβάνουν αγωγή με αναστολείς της αρωματάσης προ εμμηνόπαυσης. Τέλος, η παρούσα διατριβή συμβάλλει στην ερμηνεία του ρόλου των ορμονών των γονάδων στην εκδήλωση συμπτωμάτων κατάθλιψης και στην αντικαταθλιπτική δράση.