Ιστοχημική διερεύνηση των κατεχολαμινικών συστημάτων του ανθρωπίνου εγκεφάλου στη περιγεννητική υποξία: συμβολή στην αιτιοπαθογένεια νευρολογικών και ψυχιατρικών νοσημάτων

Abstract

The recently emerging theory of the “fetal basis of adult disease” (FeBAD hypothesis) supported that early environmental stressors, in utero or perinatally, by interacting with genetic vulnerability can establish sensitivity to certain diseases later in life. Epidemiological studies showed that hypoxia during labor, birth or neonatal period is a major risk factor for the later development of learning, language and memory impairments, developmental forms of parkinsonism, attention deficit hyperactivity disorder and schizophrenia. Experimental evidence showed that perinatal hypoxia causes selective long-standing disturbances of the central monoaminergic systems that persist into adulthood. The purpose of this PhD thesis was to immunohistochemically and morphometrically investigate the expression of tyrosine hydroxylase (TH, the first and limiting enzyme and marker of catecholamine synthesis) in the catecholaminergic neurons of the human neonate in relation to the severity/ duration of perinatal hypoxia, as estimated by neuropathological criteria. Our material included brain tissues from 21 full-term autopsied infants diagnosed with neonatal hypoxic/ ischemic encephalopathy and prospectively collected from the Greek Brain Bank. Autopsy was performed after obtaining parental written consent for diagnostic and research purposes. Our results showed that perinatal hypoxia differentially affected the expression of TH in the different parts of the brain. In cases that suffered abrupt/severe hypoxic lesions, intense TH-immunoreactivity was found in the substantia nigra (SN), ventral tegmental area (VTA), locus coeruleus (LC) and surprisingly, also in urocortin1-positive centrally projecting neurons of the Edinger-Westphal nucleus (EWcp), an area involved in stress reaction. In neonates with lesions of prolonged perinatal hypoxia, a dramatic reduction or absence of TH-immunoreactivity was found in the dopaminergic neurons of SN and VTA, while a massive induction of TH was observed in the neurosecretory neurons of the supraoptic nucleus. In the same group, however, interindividual differences in TH staining were revealed in noradrenergic neurons of LC. Since experimental studies indicate that early disturbances of TH expression and consequently, of the catecholamine neurotransmission, caused by prolonged perinatal hypoxic events, persist in adulthood, they could predispose –in combination with genetic vulnerability- the survivors of perinatal hypoxia in catecholamine-related neurological and/or neurodevelopmental psychiatric disorders later in life (FeBAD hypothesis).

Η θεωρία της «εμβρυακής προέλευσης ασθενειών που εμφανίζονται κατά την ενηλικίωση» (“fetal basis of adult disease”, FeBAD hypothesis) υποστηρίζει ότι οι πρώιμοι περιβαλλοντικοί στρεσογόνοι παράγοντες, που δρουν κατά τη διάρκεια της κύησης ή περιγεννητικά, σε συνδυασμό με το γενετικό υπόβαθρο, μπορεί να προκαλέσουν ευαλωτότητα του ατόμου σε ορισμένες ασθένειες αργότερα στη ζωή. Επιδημιολογικές μελέτες έδειξαν ότι υποξία κατά τη διάρκεια της κύησης, του τοκετού ή της νεογνικής περιόδου αποτελεί ένα σημαντικό παράγοντα κινδύνου για την μετέπειτα εμφάνιση διαταραχών μνήμης και μάθησης, αναπτυξιακών μορφών παρκινσονισμού, της διαταραχής ελλειμματικής προσοχής και υπερκινητικότητας και της σχιζοφρένειας. Πειραματικές μελέτες έδειξαν ότι η περιγεννητική υποξία προκαλεί εκλεκτικά μακροχρόνιες διαταραχές στα κεντρικά μονοαμινεργικά συστήματα που παραμένουν μέχρι την ενήλικη ζωή. Σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής ήταν να διερευνηθεί ανοσοϊστοχημικά και μορφομετρικά η έκφραση της υδροξυλάσης της τυροσίνης (ΤΗ, το πρώτο και καθοριστικό ένζυμο στη σύνθεση κατεχολαμινών- δείκτης κατεχολαμινικής δραστηριότητας) στους κατεχολαμινικούς νευρώνες του ανθρώπινου νεογνού σε σχέση με τη σοβαρότητα/ διάρκεια της περιγεννητικής υποξίας, όπως εκτιμήθηκε με νευροπαθολογικά. κριτήρια. Το υλικό μας αποτέλεσαν εγκέφαλοι από 21 νεογνά με διάγνωση νεογνικής υποξικής/ ισχαιμικής εγκεφαλοπάθειας που συλλέχθηκαν από την Ελληνική Τράπεζα Εγκεφαλικού Ιστού (Greek Brain Bank). Η νεκροψία έγινε κατόπιν γραπτής συγκατάθεσης των γονέων τους για χρήση του εγκεφαλικού ιστού για διαγνωστικούς και ερευνητικούς σκοπούς. Τα αποτελέσματά μας έδειξαν ότι η περιγεννητική υποξία επιδρά διαφορετικά στην έκφραση της ΤΗ στις διαφορετικές περιοχές του εγκεφάλου. Στα νεογνά με αλλοιώσεις μικρής διάρκειας/ σοβαρής υποξίας, παρατηρήθηκε έντονη ΤΗ-ανοσοθετικότητα στη μέλαινα ουσία (SN), τη κοιλιακή καλυπτρική περιοχή (VTA), τον υπομέλανα τόπο (LC) και προς έκπληξή μας, και στους κεντρικά προβάλλοντες νευρώνες του πυρήνα Edinger-Westphal (EWcp), οι οποίοι είναι ανοσοθετικοί για την urocortin-1 και εμπλέκονται στην αντίδραση στο στρες. Στα νεογνά με αλλοιώσεις παρατεταμένης περιγεννητικής υποξίας, βρέθηκε δραματική μείωση ή και απώλεια της ΤΗ-ανοσοθετικότητας στους ντοπαμινεργικούς νευρώνες της SN και VTA, ενώ παρατηρήθηκε μαζική επαγωγή της ΤΗ στους νευροεκκριτικούς νευρώνες του υπεροπτικού πυρήνα. Στην ίδια ομάδα, βρέθηκαν ατομικές διαφορές ως προς τη χρώση για ΤΗ στους νοραδρενεργικούς νευρώνες του LC. Επειδή πειραματικές μελέτες υποδεικνύουν ότι οι πρώιμες διαταραχές της έκφρασης της ΤΗ και κατά συνέπεια, της κατεχολαμινικής νευροδιαβίβασης, που προκαλούνται από τα παρατεταμένης διάρκειας περιγεννητικά υποξικά επεισόδια, παραμένουν μέχρι την ενήλικη ζωή, μπορεί να προδιαθέτουν –σε αλληλεπίδραση με τη γενετική ευαλωτότητα- τους επιζώντες της περιγεννητικής υποξίας σε νευρολογικές ή/ και νευροαναπτυξιακές ψυχικές νόσους που σχετίζονται με τις κατεχολαμίνες αργότερα στη ζωή του ατόμου (FeBAD hypothesis).