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Estudos traducionais de neuropsiquiatria e esquizofrenia: modelos animais genéticos e de neurodesenvolvimento

Resumos

Sintomas psiquiátricos são subjetivos por natureza e tendem a se sobrepor entre diferentes desordens. Sendo assim, a criação de modelos de uma desordem neuropsiquiátrica encontra desafios pela falta de conhecimento dos fundamentos da fisiopatologia e diagnósticos precisos. Modelos animais são usados para testar hipóteses de etiologia e para representar a condição humana tão próximo quanto possível para aumentar nosso entendimento da doença e avaliar novos alvos para a descoberta de drogas. Nesta revisão, modelos animais genéticos e de neurodesenvolvimento de esquizofrenia são discutidos com respeito a achados comportamentais e neurofisiológicos e sua associação com a condição clínica. Somente modelos animais específicos de esquizofrenia podem, em último caso, levar a novas abordagens diagnósticas e descoberta de drogas. Argumentamos que biomarcadores moleculares são importantes para aumentar a tradução de animais a humanos, já que faltam a especificidade e a fidelidade necessárias às leituras comportamentais para avaliar sintomas psiquiátricos humanos.

Pesquisa traducional; neuropsiquiatria; genética; neurodesenvolvimento; modelo animal; esquizofrenia


Psychiatric symptoms are subjective by nature and tend to overlap between different disorders. The modelling of a neuropsychiatric disorder therefore faces challenges because of missing knowledge of the fundamental pathophysiology and a lack of accurate diagnostics. Animal models are used to test hypotheses of aetiology and to represent the human condition as close as possible to increase our understanding of the disease and to evaluate new targets for drug discovery. In this review, genetic and neurodevelopmental animal models of schizophrenia are discussed with respect to behavioural and neurophysiological findings and their association with the clinical condition. Only specific animal models of schizophrenia may ultimately lead to novel diagnostic approaches and drug discovery. We argue that molecular biomarkers are important to improve animal to human translation since behavioural readouts lack the necessary specificity and reliability to assess human psychiatric symptoms.

Translational research; neuropsychiatry; genetic; neurodevelopment; animal model; schizophrenia


Estudos traducionais de neuropsiquiatria e esquizofrenia: modelos animais genéticos e de neurodesenvolvimento

Michael G. GottschalkI; Zóltan SarnyaiII,III; Paul C. GuestI; Laura W. HarrisI; Sabine BahnI,IV

IDepartamento de Engenharia Química e Biotecnologia, Universidade de Cambridge, Cambridge, Reino Unido

IIDepartamento de Farmacologia, Universidade de Cambridge, Cambridge, Reino Unido

IIIDisciplina de Fisiologia e Farmacologia, Universidade James Cook, Townsville, Austrália

IVDepartamento de Neurociências, Centro Médico Erasmus, Rotterdam, Holanda

Endereço para correspondência Endereço para correspondência: Sabine Bahn University of Cambridge Tennis Court Road, Cambridge. CB2 1QT, UK Telephone: +44 1223 334 151 Fax: +44 1223 334 162 Email: sb209@cam.ac.uk

RESUMO

Sintomas psiquiátricos são subjetivos por natureza e tendem a se sobrepor entre diferentes desordens. Sendo assim, a criação de modelos de uma desordem neuropsiquiátrica encontra desafios pela falta de conhecimento dos fundamentos da fisiopatologia e diagnósticos precisos. Modelos animais são usados para testar hipóteses de etiologia e para representar a condição humana tão próximo quanto possível para aumentar nosso entendimento da doença e avaliar novos alvos para a descoberta de drogas. Nesta revisão, modelos animais genéticos e de neurodesenvolvimento de esquizofrenia são discutidos com respeito a achados comportamentais e neurofisiológicos e sua associação com a condição clínica. Somente modelos animais específicos de esquizofrenia podem, em último caso, levar a novas abordagens diagnósticas e descoberta de drogas. Argumentamos que biomarcadores moleculares são importantes para aumentar a tradução de animais a humanos, já que faltam a especificidade e a fidelidade necessárias às leituras comportamentais para avaliar sintomas psiquiátricos humanos.

Palavras-chave: Pesquisa traducional, neuropsiquiatria, genética, neurodesenvolvimento, modelo animal, esquizofrenia.

Introdução

De acordo com a previsão da Organização Mundial de Saúde (OMS), desordens neuropsiquiátricas incluindo esquizofrenia, depressão, desordem bipolar e demência serão, em torno do ano de 2030, os fatores principais comprometedores da produtividade profissional e social da população1. Estudos epidemiológicos calcularam um risco de morbidade para a esquizofrenia ao longo da vida de aproximadamente 1%2. Pesquisa básica na psicopatologia dessa desordem e desenvolvimento de drogas durante os últimos anos renderam poucas respostas e mais questões. Uma das principais razões para essa falta de progresso resulta aparentemente da diversidade de desordens psiquiátricas, as quais frequentemente sobrepõem sintomas subjetivamente avaliados.

A pesquisa clínica pede modelos animais como um primeiro passo necessário diante de um entendimento mais profundo da psicopatologia e para prover ferramentas para o sucesso na descoberta de drogas. Entretanto, os atuais modelos são apenas capazes de mimetizar certos sintomas psiquiátricos, e é questionável se seremos capazes de refletir sobre uma desordem multifacetada como a esquizofrenia usando modelos animais e de avaliá-la. Para esse fim, três categorias são agora avaliadas para os modelos animais: validade de construção, representação e previsão3.

Validade de construção

O grau que modelos animais incorporam e são similares a aspectos etiológicos da doença é chamado de validade de construção. Uma dificuldade com o estudo da esquizofrenia é que não se pode simplesmente eliminar um gene de risco de forma a gerar sintomas. Isso ocorre porque a esquizofrenia, como a maioria das desordens neuropsiquiátricas, é uma desordem multilócus e multifatorial. Também, os fatores ambientais acarretadores ou não são conhecidos ou causam diversas outras síndromes psiquiátricas. Essa falta de certeza impede a criação de modelos animais com características específicas para uma desordem psiquiátrica, com alta validade de construção.

Validade de representação

Validade de representação é a extensão na qual os modelos animais refletem as principais características ou sintomas associados à desordem psiquiátrica. Isso tem sido mais frequentemente avaliado usando teste comportamental. Uma principal barreira ao desenvolvimento de modelos animais com alta validade de representação é que os sintomas primários da esquizofrenia, como alucinações, delírios, anormalidades de fala e comportamento inapropriado, são impossíveis de serem modelados em outras espécies. Entretanto, diversos paradigmas comportamentais têm sido desenvolvidos e possuem alguma relevância na esquizofrenia, incluindo hiperlocomoção, déficit de interação social, efeitos na inibição pré-pulso (PPI) e mudança intra e extradimensional (ID/ED). A controversa associação de hiperlocomoção com sintomas positivos da esquizofrenia está baseada no seu início pós-puberdade e na exacerbação com antagonistas de receptor de N-metil-D-aspartato (NMDA), indicando excesso de dopamina subcortical4. Déficits de interação social estão associados aos sintomas negativos da retração social de pacientes que têm sido mostrados ter poder de previsão para o desenvolvimento de esquizofrenia em crianças5-7.

A Pesquisa de Tratamento e Medições para Melhorar a Cognição em Esquizofrenia (Measurement and Treatment Research to Improve Cognition in Schizophrenia – MATRICS) identificou sete domínios de disfunções cognitivas em pacientes esquizofrênicos, incluindo testes específicos de medida deles: memória de trabalho, memória verbal, aprendizado visual, atenção/vigilância, lógica abstrata, cognição social e velocidade de processamento8-10. Diferente da mudança de intensidade de psicose, sintomas cognitivos tendem a acumular-se, e o tratamento deles tem sido um melhor previsor de eficiência terapêutica e êxito de pacientes do que o tratamento de sintomas positivos e negativos11. Aprendizado e tarefas de memória são traduzíveis a roedores, e numerosos paradigmas comportamentais estão disponíveis. Déficits de controle sensório-motor são considerados endofenótipos de esquizofrenia, pertencendo à classe de danos cognitivos. Tais déficits estão relacionados à inabilidade de pacientes esquizofrênicos ignorarem estímulos irrelevantes, e acredita-se que reflitam os sintomas positivos causando déficits de aprendizado e fragmentação cognitiva na esquizofrenia12-14. Defeitos de controle em humanos incluem supressão reduzida do potencial evocado auditivo P50 e inibição do reflexo de alarme (ambos medidas do PPI) e anormal movimento de perseguição visual suave, que podem refletir causas básicas para a expressão clínica da esquizofrenia15,16. Uma vantagem de tais testes é a homologia entre as condições de testes para humanos e animais17. Mais recentemente, um teste análogo ao teste Wisconsin de classificação de cartas (tarefa de mudança de atenção) foi desenvolvido para roedores18. A performance nessa tarefa mede a função pré-frontal, a qual é prejudicada em pacientes esquizofrênicos.

Embora todas essas características comportamentais tenham atributos traducionais, eles provavelmente não são específicos à doença19-21. Além disso, todos os modelos animais existentes representam somente atributos distintos da doença. Considerando a complexidade da desordem, permanece questionável se alcançaremos a criação de um modelo ideal. Sendo assim, há necessidade urgente de identificação de marcadores moleculares traduzíveis, de forma a aumentar a confiança na validade dos modelos animais disponíveis.

Validade de previsão

A utilidade de um modelo na previsão da eficácia clínica de uma droga é chamada validade de previsão. A avaliação desse aspecto está comprometida pelo limitado conhecimento de efeitos das drogas. Já que as primeiras drogas antipsicóticas foram descobertas, inesperadamente, com base no bloqueio de receptores de dopamina, todas as novas drogas foram desenvolvidas em modelos escolhidos por sua validade de previsão como antagonistas de dopamina. Entretanto, estudos recentes têm demonstrado a influência de antipsicóticos em sistemas de múltiplos neurotransmissores e cascatas de sinalização, e progresso tem sido feito em mover o desenvolvimento de modelos fora das vias de dopamina.

Objetivo desta revisão

Esta revisão foca em relevantes achados comportamentais e neurofisiológicos, sob a perspectiva da neuropsiquiatria traducional, nos modelos animais de esquizofrenia atualmente usados. Nosso objetivo não é listar todos os modelos, mas focar em diferentes teorias etiológicas de esquizofrenia e nos modelos que visam a essas vias. Seguindo as suposições do projeto Research Domain Criteria (RDoC) lançado pela NIMH, a pesquisa clínica em neurociências fornecerá biomarcadores para estender a visão dos sintomas psiquiátricos e melhorar o manejo de pacientes22. Acreditamos que a correlação de pacientes esquizofrênicos e modelos animais resultará em maior conhecimento a respeito da psicopatologia e proverá ferramentas de pesquisa essenciais para novas estratégias de descoberta de drogas.

Reciprocidade da pesquisa: encontrando a "correta" etiologia

Muitas diferentes visões a respeito da etiologia da esquizofrenia emergiram e acredita-se que a patogênese resulte de uma interação de fatores de risco genéticos e ambientais3. As características da desordem incluem desregulação de sistemas de neurotransmissores (primariamente dopamina e glutamato)23,24 e déficits sinápticos hipofrontalmente25 e no hipocampo26. Todos esses têm sido seguidos pela construção de modelos animais relevantes, resultando em amplos achados. A validade etiológica de um modelo animal pode somente ser considerada como uma medida da precisão de nosso conhecimento da patogênese humana27,28. Apesar da grande diversidade dos achados etiológicos na pesquisa de esquizofrenia, alguns aspectos foram mais reprodutíveis em estudos epidemiológicos. Isso inclui a herdabilidade genética e a vulnerabilidade durante o neurodesenvolvimento, as quais formam o principal foco desta revisão (Figura 1)29-31.


Presentes de nossos ancestrais: genes

Roedores geneticamente modificados têm se tornado importantes modelos de pesquisa nas ciências médicas nos recentes anos. Métodos moleculares permitem abordagens direcionadas a genes e podem ajudar na descoberta de efeitos neurobiológicos de genes e sua ação no comportamento. Estudos de associação genômica (GWAS) facilitaram a identificação de fatores de risco, incluindo polimorfismos simples de nucleotídeos, variações de números de cópias e variações alélicas ou estruturais, e estes podem ser refletidos em modelos animais. A herdabilidade de esquizofrenia tem sido estimada em torno de 73% a 90%, com base em estudos de gêmeos, e atualmente 30 alelos de risco foram identificados32-34. Entre os modelos em camundongo de esquizofrenia baseados em polimorfismos e fenótipos bem caracterizados, estão os mutantes disrupted in schizophrenia 1 (DISC1), neuregulina 1 (NRG1), prolina desidrogenase (PRODH) e 22q11 mutants35. Posteriores modelos são representados pelos knockouts disbindina (DTNBP1) e reelina (RELN)36,37. Como em todos os modelos genéticos, os achados experimentais resultantes devem ser considerados com cuidado, já que aparentemente a esquizofrenia é uma doença oligogenética com pequenos múltiplos genes de risco acumulados a um dado particular fenótipo38-40.

DISC1

DISC1 foi primeiramente descoberto devido à sua cossegregação com desordens psiquiátricas em uma família escocesa e foi considerado ser um importante fator de vulnerabilidade para esquizofrenia e outras desordens mentais em diversas populações41,42. DISC1 tem mostrado desempenhar papel essencial em neurodesenvolvimento pré e pós-natal, particularmente na sinaptogênese, plasticidade sináptica e migração neuronal43. A linhagem de camundongo comumente utilizada 129S6 Sv/Ev mostrou portar uma deleção de 25bp no éxon 6 desse gene, a qual pode resultar em um déficit de memória de trabalho42. Desorganização e plasticidade de neurônios prejudicada podem ser a causa de déficits cognitivos em camundongos DISC126. O composto N-etil-N-nitrosoureia (ENU) induziu mutação missense Disc1, L100P, produzindo danos comportamentais tipo esquizofrenia em PPI, inibição latente e hiperlocomoção, os quais puderam ser bloqueados pela administração de antipsicóticos típicos e atípicos44. Déficits de memória de trabalho foram também relatados para um modelo em camundongo com completa deleção de DISC145. A mutação missense de Q31L resultou na geração de camundongos com déficits de memória de trabalho e diminuída interação social, e isso poderia ser bloqueado com clozapina44. Ambas as linhagens de mutantes mostraram volumes reduzidos de diferentes estruturas cerebrais38,46,47. Consistente com esses achados, DISC1 foi mostrado estar desenvolvimentalmente regulado48,47. Em nível molecular, reduzida ligação de DISC1 à fosfodiesterase 4B específica, a cAMP 3',5'-cíclico (PDE4B), foi demonstrada. PDE4B é uma fosfodiesterase que foi implicada em modelos animais com prejuízos de aprendizado e memória44,49,50. Polimorfismos de PDE4B foram relatados estar associados com esquizofrenia em GWAS em humanos51. Abordagens com DISC1 humano mutado em camundongos resultaram em relatos de hiperlocomoção, diminuído aprendizado de recompensa, prejuízos na interação social e memória declarativa e aumento de agressividade52-54. Foram relatadas anormalidades estruturais nesse modelo, tais como alargamento de ventrículos e diminuída arborização dendrítica, com diminuída expressão de lissencefalia 1 (LIS1) e proteína associada sinaptossomal 25 (SNAP-25)53. LIS1, DISC1 e a proteína de distribuição nuclear nudE tipo 1 (NDEL1) mostraram-se ser parte de uma complexa interação molecular relevante no neurodesenvolvimento55-58. Foram observadas mudanças morfológicas em camundongos DISC1, incluindo reduzido volume do córtex pré-frontal e prejudicado crescimento e orientação dendrítica no giro dentado, correlacionando com achados em estudos de esquizofrenia em humanos59-61.

NRG1

NRG1 foi implicado por GWAS como um fator de risco de esquizofrenia62. Os papéis de NRG1 e suas várias isoformas incluem sinaptogênese, mielinação, interações glia-neurônio, formação de células gliais, migração neuronal regulada por receptor de NMDA e sinalização glutamatérgica em diversos estágios do neurodesenvolvimento63-65. Anormalidades comportamentais foram observadas em camundongos sem uma das isoformas de NRG1, incluindo reduzido medo e atividade locomotora reduzida66,67. Mostrou-se que alguns desses efeitos foram revertidos pela administração de antipsicóticos atípicos68. Análises comportamentais de camundongos knockout para NRG mostraram reduzidos controle sensório-motor e interação social, com aumento de agressividade69-72. Análises moleculares do receptor de NMDA em camundongos knockout para NRG1 revelaram um decréscimo geral e hipofosforilação, os quais puderam ser revertidos por tratamento com clozapina62,73.

22q11

Em pesquisa de esquizofrenia, diversos estudos foram realizados na microdeleção cromossomal no 22q11.2 (22q11DS), a qual resulta em síndrome velocardiofacial (VCFS), com anormalidades palatais, defeitos cardíacos, microcefalia e deformação de timo ou glândulas paratireoides. Pensa-se que algumas das anormalidades cognitivas observadas em pacientes com 22q11DS são originadas no córtex pré-frontal e hipocampo, incluindo déficits de atenção, memória de trabalho, função executiva e memória verbal de curta-duração74-76. Aproximadamente, 25% de pacientes 22q11DS sofrem de esquizofrenia ou desordem esquizoafetiva77-79. Também, 6% dos pacientes com início precoce de esquizofrenia têm a mesma microdeleção80,81. Diversos genes nessa região cromossomal foram associados à esquizofrenia, incluindo prolina desidrogenase (PRODH), catecol O-metil transferase (COMT) e proteína ligante de nucleotídeo guanina subunidade tipo beta proteína 1 (GNB1L)82-84. A enzima COMT foi relatada como sendo responsável por modular a degradação de dopamina no cérebro e, dessa forma, sua ausência poderia ser responsável por déficits na memória de trabalho75. Mutações de PRODH mostraram produzir anormalidades de neurotransmissores nas vias glutamatérgica e dopaminérgica de camundongos geneticamente modificados75. Deleção seletiva de PRODH em camundongos mostrou levar a déficits no controle sensório-motor, com diminuição dos níveis de glutamato, aspartato e GABA no córtex frontal85. Prolina foi implicada na modulação da neurotransmissão, especialmente no sistema glutamatérgico, o que poderia levar a sintomas psicóticos observados em pacientes86-88. Modelos em camundongo 22q11DS apresentam-se com perda de sinapses glutamatérgicas, diminuída densidade espinhal, diminuída complexidade neuronal piramidal CA1 e reduzida neurogênese na zona subventricular. Os mesmos camundongos mostram anormalidades comportamentais em PPI, hiperlocomoção, medo condicionado e memória de trabalho89-94. 22q11DS é a única mutação estrutural recorrente associada com esquizofrenia até a data95.

Mutações em vias de transmissão de sinal neuronal

Déficits de neurotransmissores têm sido modelados usando métodos genéticos. Altas concentrações de dopamina na fenda sináptica podem ser estimuladas por knockout do transportador de dopamina (DAT). Tais camundongos foram classificados como modelos de esquizofrenia, já que são hiperativos em novos ambientes, expressam excessivo comportamento estereotipado, reduzido aprendizado de recompensa, déficits no controle sensório-motor, em memórias de trabalho e declarativa e mostram danos no ritmo circadiano96-99. As modificadas propriedades neurônio-oscilatórias causadas pelo knockout de DAT também mostraram influenciar o sistema serotonérgico, possivelmente como compensação para a hiperdopaminergia100,101. O eixo hipotalâmico-pituitário-adrenal nesses camundongos é desregulado, resultando em hipoplasia pituitária anterior102, similar a efeitos vistos em pacientes esquizofrênicos103. Também, concentrações 50% menores de RNAm dos receptores pós-sinápticos D1 e D2 foram descritas no estriato desses animais, bem como diminuída expressão de preproencefalina A (PENK) e aumentada expressão de dinorfina (PDYN)96,97. Seguindo a hipótese do glutamato, uma linhagem mutante de camundongo foi criada com redução de 90% na expressão de receptor de NMDA 1(NR1), resultando em déficits sexuais e comportamentais e sintomas similares ao do camundongo knockout DAT. Estes incluem dano no ritmo circadiano, déficits de memória e controle, diminuído aprendizado de recompensa e aumentada locomoção104-107. Esses sintomas poderiam ser reduzidos com tratamento com haloperidol e clozapina104. Reduzida sinalização de NMDA induzida por knockdown gênico resultou em prejuízo na habituação da resposta de alarme auditivo, similar àquela induzida pela administração de fenilciclidina (PCP), mimetizando a sobrecarga sensória creditada ser experimentada por muitos pacientes esquizofrênicos106,108. A perda de neurônios parvalbumina-positivos observada em camundongos NMDA deficientes foi também ligada a sintomas do tipo esquizofrenia e foi relatada em interneurônios hipocampais21,109,110.

Vulnerabilidade de nossa juventude: neurodesenvolvimento

A existência de um componente ambiental da esquizofrenia foi demonstrada pelo achado de que gêmeos idênticos mostram concordância de 50%111. A característica neurodesenvolvimental da esquizofrenia foi postulada com base em estudos epidemiológicos, de imagem e em tecido post-mortem112. Modelos animais de neurodesenvolvimento incluem ativação imune maternal, malnutrição pré-natal, interrupção da neurogênese por metilazoximetanol (MAM) e lesão neonatal do hipocampo ventral com ácido ibotênico113,114. Modelos adicionais são representados pela exposição de camundongos prenhes a estresse imprevisível, separação maternal ou complicações no nascimento115-117. Todos esses modelos revelaram déficits comportamentais associados com sintomas positivos, cognitivos ou negativos de esquizofrenia e alterações nos sistemas dopaminérgico, glutamatérgico, GABAérgico e serotonérgico118-124.

Ativação imune maternal

Ativação imune maternal é considerada ser um fator etiológico em esquizofrenia baseado em estudos epidemiológicos de infecção por influenza em mães de pacientes esquizofrênicos e aumentada incidência de esquizofrenia entre os nascidos no inverno125-127. Isso foi modelado em roedores pela infecção de animais prenhes com vírus ou pela administração de endotoxina lipopolissacarídeo de bactéria (LPS). Controle sensório-motor foi relatado estar prejudicado em machos e fêmeas de ninhadas de mães tratadas com LPS entre os dias 15 e 19 da gestação, apesar de os efeitos em machos serem mais severos128. Uma redução do RNAm de glicogênio sintase quinase 3 β (GSK3B) no córtex pré-frontal foi consistente com os achados de análises em tecido post-mortem de humanos128-131. Ninhadas de machos de ativação imune maternal mostraram aumento no fator de necrose tumoral alfa (TNF-α) ao longo de toda sua vida, como visto em esquizofrenia128,132,133. Antipsicóticos mostraram reverter os efeitos da ativação imune maternal aos níveis comportamental e de citocinas séricas134,135. Infecção materna em roedores com vírus influenza levou a déficits na interação social e PPI acústico na prole136. Infecção pré-natal por influenza foi associada com corticogênese prejudicada e rompimentos em camadas celulares no hipocampo, juntamente com expressão alterada de marcadores sinápticos118,137. Isso é semelhante ao achado do desarranjo celular piramidal do hipocampo relatado em estudos post-mortem em humanos esquizofrênicos138-140. Porque o vírus influenza ou os anticorpos contra o vírus influenza não foram detectados no cérebro de fetos, tem sido hipotetizado que a resposta imune maternal sozinha é suficiente para gerar achados comportamentais do tipo esquizofrenia na prole136,141-145. Relativamente aos neurotransmissores, disfunções nos sistemas dopaminérgico e glutamatérgico foram relatadas, especialmente no córtex medial pré-frontal e no núcleo accumbens na prole de mães submetidas ao desafio imune123.

Malnutrição proteica materna

Malnutrição pré-natal foi mostrada ser um fator de risco para a esquizofrenia146-148. Malnutrição materna em ratos foi seguida por déficits de atenção e controle comportamental, mas apenas nas fêmeas das ninhadas149. Essa foi associada com aumentada ligação de 3H-haloperidol no estriato, como achado em estudos com ratos machos seguindo malnutrição materna121,149, embora haja relatos conflitantes sobre isso150. Aumentada ligação de 3H-MK-801 no estriato e no hipocampo foi descrita no modelo de malnutrição materna e pode refletir uma hipofunção do receptor de NMDA e subsequente aumento de expressão, como postulado pela hipótese do glutamato da esquizofrenia121,151. Déficits de memória nesse modelo foram descritos em termos de suscetibilidade à interferência e à extinção, suportando ainda mais teorias de psicopatologia pré-frontal e hipocampal152. Prole de mães desnutridas mostraram reduzida interação social e comportamento altamente agressivo, similar a achados em crianças desnutridas153,154. Aumentadas concentrações de noradrenalina e dopamina foram relatadas seguindo malnutrição, resultando mais provavelmente de hiperatividade de tirosina hidroxilase, e isso correlacionou com tamanho reduzido geral do cérebro e hipocampo155. Adicionalmente, receptores GABAA (GABAAR) foram relatados estarem diminuídos no hipocampo de ninhada adulta sujeitada à malnutrição maternal119.

Interrupção da neurogênese

Administração de mitotoxina metilazoximetanol acetato (MAM) a ratas fêmeas no dia embriônico 17 (E17) interfere no desenvolvimento de regiões cerebrais esquizofrenia-relevantes na ninhada114,120,156,157. Diversos mecanismos de ação foram propostos para explicar a ação do tratamento com MAM-E17, incluindo um decréscimo nos níveis de reelina e a forma de 67 kDa da ácido glutâmico descarboxilase (GAD67), como relatado em pacientes esquizofrênicos, ou pela metilação de genes críticos para o neurodesenvolvimento e plasticidade neuronal158-160. Achados neuroanatômicos relatados em paralelo para o modelo MAM-E17 e pacientes esquizofrênicos incluem mudanças morfológicas no córtex pré-frontal, córtex para-hipocampal e hipocampo, reduzido tamanho do tálamo médio-dorsal e aumentado empacotamento de neurônios no lobo frontal114,161-165. Uma diminuição no volume total do cérebro de ratos MAM-E17 foi principalmente focada no córtex pré-frontal, hipocampo e núcleo accumbens120. Desarranjo celular na região CA1 do hipocampo também foi descrito e pensa-se que seja análogo ao desarranjo do hipocampo visto em pacientes esquizofrênicos120,166. Recentemente, realizamos investigações proteômicas e metabolômicas que mostraram que ratos MAM-E17 têm primariamente déficits na neurotransmissão glutamatérgica hipocampal, como visto em alguns pacientes esquizofrênicos167. O mais importante é que esses resultados foram consistentes com nossos achados de déficits funcionais na neurotransmissão glutamatérgica, como identificado pelo uso de gravações eletrofisiológicas. No aspecto comportamental, disfunções no controle sensório-motor em ratos MAM-E17 foram descritas em linha com achados em pacientes esquizofrênicos, implicando disfunções frontais e entrada dopaminérgica no estriato114,168. Como descrito, déficits de interação social ocorrem antes e depois da puberdade em ratos MAM-E17, embora atividade hipermotora e déficits em memória espacial e de trabalho e PPI ocorram apenas após a puberdade169. Além disso, a ninhada de ratos MAM-E17 mostrou déficits na memória de trabalho no reconhecimento de objetos, como pacientes esquizofrênicos, implicando déficits no córtex pré-frontal120,170,171. Evidência adicional de anormalidades pré-frontais foi relatada por danos na inibição latente120,172-174. Neurônios piramidais corticais de ninhadas MAM-E17 falharam em reduzir sua frequência de disparo, assim como neurônios de controle se dopamina fosse artificialmente injetada175. Esse achado possui relevância para o aprendizado condicional associativo, que foi descrito como afetado em pacientes esquizofrênicos176.

Lesão neonatal do hipocampo

O modelo em rato de lesão neonatal do hipocampo foi desenvolvido após relatos de que essa região afetava a transmissão mesolímbica de dopamina e o turnover cortical de dopamina em esquizofrenia113. Ácido ibotênico foi administrado no dia pós-natal 7 para danificar o hipocampo ventral, que se conecta ao córtex pré-frontal, análogo ao hipocampo anterior humano. Esses animais mostraram atividade hipermotora e hiper-responsividade ao estresse e aparecimento na vida adulta (dia 56). Também, o efeito pode ser bloqueado por tratamento com haloperidol113. Conversivelmente, déficits de controle sensório-motor nesse modelo têm se mostrado capazes de serem tratados com os antipsicóticos atípicos clozapina, olanzapina e risperidona, mas não com o antipsicótico típico haloperidol177. Esse pode ser um modelo útil para a esquizofrenia por causa do aparecimento pós-puberdade de déficits em PPI, como visto na doença humana, os quais, como se pensa, resultam de danos no córtex pré-frontal17,178,179. Posteriores testes comportamentais revelaram déficits no aprendizado espacial e memória, iniciando no período juvenil180. Reduzida interação social foi relatada nesse modelo antes e após a puberdade, embora esse efeito aparentemente não responda ao tratamento com clozapina181. Isso pode ser relevante, tendo em vista os estudos mostrando que indivíduos prodromais demonstram dificuldades em estabelecer amizades e laços emocionais5,182-184. Estudos moleculares mostraram aumentados níveis de receptor AMPA (GRIA3) no córtex pré-frontal de ratos com lesão hipocampal ventral, os quais podem ser a causa da hiperativação dopaminérgica estriatal185,186. Finalmente, estudos de circuitos neuronais no córtex pré-frontal nesse modelo mostraram resposta sináptica anormal à entrada excitatória, o que é de interesse considerando o déficit inibitório em interneurônios achados no córtex pré-frontal de tecido post-mortem de esquizofrênico124,187,188.

Traduzir achados em animais para humanos e de volta aos animais

Atualmente, comportamentos animais que correspondem a características específicas de desordens psiquiátricas como esquizofrenia são usados no desenvolvimento de drogas como indicadores precoces de potencial eficácia de tratamento. Entretanto, o uso de respostas comportamentais é limitado pela especificidade da doença, e isso tem sido reconhecido como uma das maiores desvantagens dessas abordagens189. Em particular, o estudo de similaridades do comportamento animal e características de pacientes pode ser subjetivo, levando a problemas de tendências e irreprodutibilidade. Por causa de tais dificuldades, a relevância da doença em muitos modelos animais para a esquizofrenia permanece duvidosa.

Um meio de contornar esses problemas é a demonstração de que dados acumulados de estudos relevantes de modelos animais são representativos da esquizofrenia humana190. Uma abordagem simples seria considerar mudanças moleculares no soro sanguíneo ou plasma que tem sido associadas consistentemente com esquizofrenia e tentar correlacionar esses achados com aqueles em modelos animais de esquizofrenia que visam a esses aspectos particulares da doença. Por exemplo, mudanças similares foram identificadas entre modelos animais específicos de esquizofrenia e esquizofrenia humana no caso de moléculas como hormônio adrenocorticotrófico191, hormônios corticosteroides192, fator neurotrófico derivado do cérebro192, interleucina 2193, interleucina 6193, ácido cinurênico194 e glutamato195. Tais correspondentes em mudanças moleculares podem levar ao estabelecimento da validade de construção de um dado modelo animal.

O uso eficiente de pesquisa traducional reversa parece provavelmente guiar ao caminho para a caracterização de mecanismos da doença e identificação de novos alvos para drogas. Isso é crítico, já que necessidade clínica futura no campo da neuropsiquiatria pede a identificação de classes de biomarcadores ou mesmo biomarcadores específicos a drogas pareados com novas abordagens terapêuticas. Isso poderia ser feito por análise estatística dos dados complexos gerados em abordagens proteômicas em animais e humanos similares. Uma vez descobertos e pareados, novos biomarcadores poderiam ser usados para avaliar a comparação de modelos animais e o status da doença em humanos, e efeitos de tratamento poderiam ser validados mais eficientemente do que com testes comportamentais. O objetivo dessas abordagens de identificação de perfil molecular é a identificação de assinaturas comuns nas diferentes espécies de uma dada doença humana. Dessa forma, os melhores modelos animais para desenvolvimento e teste de novas estratégias terapêuticas podem ser identificados.

Conclusões

Esta revisão resume achados comportamentais e características-chave em níveis morfológico, celular e molecular em modelos animais comumente usados de esquizofrenia gerados com abordagens genéticas e de neurodesenvolvimento. Não deve ser surpresa que nenhum dos modelos animais listados foi estabelecido como o "melhor" para uso na descoberta de drogas, pois nenhum deles é capaz de mimetizar o estado da doença humana em todas as suas variáveis mensuráveis. Pacientes psiquiátricos apresentam-se com múltiplos sintomas sutis, os quais não podem ser medidos de maneira reprodutível por meio das técnicas existentes. Sendo assim, não é provável que tais sintomas possam ser recapitulados em modelos animais. De fato, foram feitas diversas observações que impactam negativamente na validade de representação, como a aparente atividade locomotora ampliada em alguns modelos, a qual não tem um correspondente distinto em pacientes esquizofrênicos196. A necessidade dessa mudança de paradigma é refletida no debate existente a respeito da introdução do Manual Estatístico e Diagnóstico V (DSM-V). A atual prática psiquiátrica inclui a avaliação de sintomas de pacientes usando entrevistas clinicamente aprovadas, as quais não são baseadas nos fundamentos da fisiopatologia. Não deve ser surpresa que as síndromes clínicas baseadas em sintomas subjetivos são fontes de diagnósticos errôneos e, assim, de tratamentos inadequados.

Para resolver esses problemas de combinar regras de diagnóstico de nova geração com os achados da neurociência moderna, o Instituto Nacional de Saúde Mental iniciou o estabelecimento de um guia de classificação de pacientes psiquiátricos para propósitos de pesquisa e para uma melhor incorporação do conhecimento científico moderno no campo da neuropsiquiatria22. O RDoC provê uma visão multidimensional de "construções" como déficits cognitivos avaliados comportamentalmente e alterações neurobiológicas moleculares. A principal vantagem dessa abordagem é a liberdade de diagnóstico para certas síndromes, contornando o problema de categorias de doenças. O RDoC representa um sistema dimensional englobando da normalidade à anormalidade. Com a exploração de medidas fisiológicas e biomarcadores moleculares, isso permitirá uma melhor integração de modelos animais em pesquisa pré-clínica e aumentará seu potencial em gerar resultados que migrem da bancada laboratorial para a clínica. Recentemente, novas abordagens emergiram para integrar novos parâmetros nesse processo, tais como mudanças moleculares em amostras periféricas de fácil acesso (por exemplo, saliva) e medidas eletrocardiográficas para detecção precoce e diagnóstico de psicopatogênese em humanos relacionada a estresse e para a verificação de modelos animais com desordens psiquiátricas197.

Esta revisão foi focada em modelos genéticos e de neurodesenvolvimento de esquizofrenia. Apesar do fato de esses terem sido criados para modelar esquizofrenia, eles representam grande variabilidade em seus achados comportamentais, sendo difícil avaliá-los no que diz respeito a dados sintomas. No caso de desordens psiquiátricas humanas, os sintomas frequentemente se sobrepõem entre diferentes desordens, e os psiquiatras se deparam com uma diversidade de possíveis diagnósticos diferentes (Figura 1). Disfunções de PPI, por exemplo, foram relatadas em diversas desordens neuropsiquiátricas e até mesmo em algumas desordens não neuropsiquiátricas198.

Achados moleculares têm sido usados para mostrar similaridades entre humanos e roedores, suportando o ponto de vista de que alterações comportamentais são ligadas a mudanças moleculares190,199. Dado o conjunto de achados, parece improvável que uma diferença única em qualquer molécula seria suficiente para assinalar um dado modelo animal para uma distinta desordem psiquiátrica. Isso está de acordo com achados a respeito de biomarcadores, os quais focam mais em padrões alterados do que em proteínas únicas200. Por exemplo, foi mostrado que uma combinação de 51 biomarcadores séricos pode ser usada em humanos para auxiliar no diagnóstico de esquizofrenia201. Posteriores análises moleculares em modelos animais psiquiátricos precisam ser correlacionadas com estudos em humanos para identificar assinaturas associadas com alterações específicas em nível genético ou com consequências de insultos ambientais. O uso de biomarcadores específicos para diferentes sintomas poderia ajudar em novas abordagens farmacológicas. Por exemplo, atuais drogas típicas e atípicas falham principalmente em atingir sintomas negativos e cognitivos de esquizofrenia11,182,202. O estudo de modelos genéticos e de neurodesenvolvimento poderia nos habilitar a melhor identificar biomarcadores de risco e auxiliar a iniciar programas para descoberta de novos tratamentos que visem a aspectos fundamentais da patogênese em vez da atual abordagem de redução do sintoma. A relação entre impacto genético e ambiental provavelmente permanecerá o foco da pesquisa neuropsiquiátrica ao longo da próxima década, e o aumentado uso de modelos animais relevantes à doença poderia levar a novas perspectivas. A adicional aplicação do sistema RDoC em abordagens modernas com modelos animais psiquiátricos poderia aumentar o intercâmbio entre estágios pré-clínico e clínico e auxiliar a contornar a atual estagnação na pesquisa traducional.

Agradecimentos

Esta pesquisa foi suportada pelo Instituto de Pesquisa Médica Stanley (SMRI), o programa de pesquisa da União Europeia FP7 SchizDX (referência do projeto 223427) e o NEWMEDS Iniciativa de Medicamentos Inovadores.

Recebido: 23/9/2012

Aceito: 7/11/2012

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  • Datas de Publicação

    • Publicação nesta coleção
      14 Dez 2012
    • Data do Fascículo
      2013

    Histórico

    • Recebido
      23 Set 2012
    • Aceito
      07 Nov 2012
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