Methylenedioxypyrovalerone (MDPV) and methamphetamine (METH) play with central innate immune system: focusing on RAGE and glial cells

Abstract

A imunidade inata é a primeira linha de defesa efectiva de todos os organismos,englobando mecanismos moleculares e celulares com vista a uma acção imediata, reconhecendopadrões moleculares associados a patogénios de origem externa (PAMPs), bem como, padrõesmoleculares associados a uma ameaça de origem interna (DAMPs). Esse reconhecimento épossível através de diversos receptors de reconhecimento padrão (PRRs), orquestrando, assim, aactivação de respostas imunes. Um destes receptores é o receptor dos produtos de glicaçãoavançada (RAGE, também conhecido por AGER), que é um receptor, localizado à superfície dascélulas, pertencendo à superfamília de proteinas imunoglobulinas, tendo um papel central naresposta inflamatória, mediando acções na imunidade inata. Para além do mais, o receptor RAGEtem sido implicado na neurotoxicidade e activação das células da glia. É de salientar que esterecptor é expresso em muitos tipos de células incluíndo as células do sistema nervoso central(CNS) como os neurónios, microglia, astrócitos. De notar também que, sendo um receptor queinterage com multiplos ligandos, RAGE é capaz de reconhecer um largo espectro de diferentesfamílias de ligandos estruturalmente diversos, incluíndo o ligando S100β, pertencente à famíliade proteínas S100.Nos dias de hoje, o consumo inadequado e a adição de drogas de abuso, incluíndo a diçãodos estimulantes do tipo das anfetaminas (ATS), é um problema sério e verificado em todo omundo, com inegável impacto na saúde pública, direitos humanos e na segurança. A par destesaspectos, a rápida difusão e abuso de novas substâncias psicoactivas (new psychoactivesubstances, NPS), também conhecidas como “substâncias químicas de pesquisa” ou “drogasdesenhadas”, engloba a catinonas sintética, Methylenedioxypyrovalerone (MDPV), designadapor “sais de banho”, claramente parece piorar a actual situação, já que é usada como um substitutode estimulantes ilegais, como a cocaína. O acesso incrivelmente facilitado a estas catinonas, comoo MDPV, no mercado de drogas global, através das “smart shops”, internet (“darknet”), e oaspecto da “falsa legalidade” destas substâncias, assim como, o relativo baixo custo e a suaqualidade, comparativamente a outras drogas tradicionais, são factores que têm contribuído paraa sua crescente popularidade.Ultimamente, têm sido investigados novos aspectos dentro do tema das drogas de abuso.A título de exemplo, existem cada vez mais evidências no que diz respeito à methanphetamina naimunidade inata central e periférica. Contudo, os efeitos de catinonas (como o MDPV) naimunidade inata central ainda estão por investigar. Neste sentido, este trabalho tem como principalfoco, caraterizar, pela primeira vez o impacto do MDPV nas células da glia, no cortéx frontal enos intervenientes da imunidade inata, incluíndo o receptor dos productos de glicação avançada(RAGE) e o sei ligando S100 β, 24 houras após a um regime binge de MDPV.Para além disso, o perfil comportamental dos roedores após a administração do MDPVestá pouco documentado, em comparação com a METH. Assim sendo, o nosso objectivo comeste trabalho foi caraterizar, pela primeira vez, o impacto do MDPV no cortéx frontal,nomeadamente nas células da glia e nos intervenientes da imunidade inata, incluíndo o receptordos produtos de glicação avançada (RAGE) e o seu ligando S100β, nas 24 horas após um regimede “binging”. Em paralelo à administração de MDPV, também foi administrada uma dosagemigualmente aguda de METH, no sentido de aumentar os actuais conhecimentos sobre aneurotoxicidade da METH.Assim, em primeiro lugar, e no que diz respeito ao perfil comportamental, o nosso estudooferece a primeira evidência de que um episódio de administração aguda de MDPV não acarretouperturbações emocionais nem locomoras, aumentando, no entanto, e curiosamente, a actividadeexploratória nos ratinhos. Em segundo lugar, ficou demonstrado que nem o MDPV nem a METHinfluenciaram os parametros de neurotoxicidade relacionados com as células da microglia, célulasastrocíticas, fibras de mielina, bem como, com marcadores dopaminergicos. Tal foi comprovadopelos níveis inalterados de Iba-1, GFAP, S100β, MBP e TH, respectivamente. Para além do mais,concluímos que nenhuma droga influenciou marcadamente os níveis de expressão ou os níveis deproteína total correspondentes ao receptor RAGE.Finalmente, não podemos descartar a hipótese de esta janela temporal de 24 horascorresponder a uma fase prematura para observar quaisquer alterações moleculares e celularessignificativas, induzidas por ambos os psicoestimulantes, no cortéx frontal. Neste contexto,estudos posteriores serão necessários para caraterizar os efeitos, neuronais e ao nível das célulasda glia, do MDPV, que podem passar, quer pela adopção de outras janelas temporais, quer poroutros regimes de administração, ou ainda quer pela avaliação numa outra área cerebral.

Innate immunity is the first effective line of defense of all organisms, comprising cellularand molecular mechanisms for immediate action, recognizing exogenous pathogen associatedmolecular patterns (PAMPs), as well as, endogenous danger associated molecular patterns(DAMPs). Such detection is possible through diverse pattern recognition receptors (PRRs),thereby orchestrating the activation of innate responses. One of these receptors is the receptor foradvanced glycation end-products (RAGE, also known as AGER), which is a cell-surface receptorbelonging to the superfamily of immunoglobulin proteins, thus playing a central role in theinflammatory response mediating events of innate immunity. Moreover, RAGE has beenimplicated in the sustainment of glial activation and neurotoxicity. Noteworthy, RAGE receptorexhibits broad expression on many different cells including CNS cells, such as neurons, microgliaand astrocytes. Also, as a multiligand receptor, RAGE recognizes a broad repertoire ofstructurally different ligand families, including S100β, belonging to the S100 protein family.Nowadays, drug misuse, including amphetamine-type stimulants (ATS) addiction, is amajor worldwide issue with an undeniable impact on public health, human rights and security. Inparallel, the rapid emergence and abuse of new psychoactive substances (NPS), also termed as“research chemicals” or “design drugs”, including the synthetic cathinone,Methylenedioxypyrovalerone (MDPV), known as "bath salt", clearly seems to worsen thisscenario, as it acts as a substitute for illegal stimulant drugs such as cocaine. The incredibly easyaccess to these cathinones, including the newly synthesized MDPV, in the global drug market,through smart shops, internet (“darknet”), and the aspect of“fake legallyness” of such substances,as well as the relative affordability and better quality compared with traditional drugs, are on thebasis of some of the reasons underlying their increasing popularity.In the last decades, a great deal of attention has been drawn to the aspects underlyingmethamphetamine (METH; an ATS)-induced neurotoxicity, in many brain regions. Nevertheless,little is known regarding MDPV neurotoxicity, including in frontal cortex, which is known to beaffected by drugs of abuse. Additionally, the behavioral profile of rodents after drugadministration is poorly documented for MDPV, in comparison with METH.Additionally, novel avenues in drug addiction sciences are being explored. As anexample, there is a growing body of evidence regarding the impact of drugs of abuse includingMETH to both peripheral and central innate immunity. However, the effects of new cathinones(including MDPV) in the central innate immunity remain unknown. Therefore, this thesis aimedto characterize, for the first time, the impact of MDPV on frontal cortex glial cells and innateimmune players including receptor for advanced glycation end-products (RAGE) and its ligand S100β, within first 24 hours following a binge MDPV regimen. In addition, emotional behaviorwas assessed. A binge neurotoxic regimen of METH was also employed to deepen currentknowledge on METH neurotoxicity.Concerning the behavioral profile, we offer a first evidence that a single binge MDPVregimen did not come with any changes in both emotional and locomotor parameters, butcuriously enhanced exploratory activity in mice. Secondly, we concluded that neither drugimpose any changes in innate immunity as well as in neurotoxicity parameters includingmicroglial, astrocytic, myelin and dopaminergic markers, as seen by the unaltered levels ofRAGE, S100β, Iba-1, GFAP and, MBP and TH, respectively.One cannot exclude the hypothesis whereby this is a premature time-window to observesignificative molecular changes in frontal cortices following both stimulants. In this context,future studies are required to further characterize neuronal and glial effects of MDPV by usingother time-points, dosing regimens and brain regions.