Efeitos do Sildenafil na Recuperação da Função Cognitiva e Proteção contra Morte Celular Neuronal após Isquemia Cerebral Global Transitória em Gerbilos

O Acidente Vascular Cerebral (AVC) é uma das principais causas de morbidade e mortalidade em todo o mundo (1). De acordo com a OMS, a prevalência global de AVC é de aproximadamente 0,08%, com 15 milhões de pessoas sofrendo de AVC em todo o mundo, das quais cerca de 5 milhões apresentam incapacidades permanentes (2,3). Os AVCs são classificados em dois tipos: isquêmico e hemorrágico, com o AVC isquêmico respondendo por 50–85% dos casos (2,3). O AVC isquêmico, resultante da interrupção do fluxo sanguíneo para o cérebro, provoca a morte de células cerebrais e diversos comprometimentos físicos, cognitivos e emocionais, podendo levar à morte em casos graves (4,5,6,7,8,9,10,11). Embora diversos métodos de tratamento para AVC tenham sido propostos, eles não apresentam muita eficácia na prática clínica real, ao contrário dos resultados promissores encontrados em estudos pré-clínicos (7,12,13,14). Portanto, o tratamento disponível para AVC isquêmico visa apenas restaurar o fluxo sanguíneo normal e envolve a administração de agentes trombolíticos (15). No entanto, esse tratamento é limitado, devendo ser administrado dentro de 4,5 horas após o início da isquemia cerebral (16).

O Sildenafil, um tipo de inibidor da fosfodiesterase-5 (PDE5), foi inicialmente desenvolvido e aprovado como um medicamento para o tratamento da disfunção erétil em homens. A inibição da PDE5 pelo sildenafil aumenta o nível intracelular de monofosfato de guanosina cíclico (cGMP), levando à vasodilatação e aumento do fluxo sanguíneo (17,18,19). O aumento do fluxo sanguíneo causado pelo sildenafil é eficaz para melhorar sintomas como hipertensão pulmonar, insuficiência cardíaca, resposta inflamatória e deposição de fibrina (19,20,21). Especificamente, o sildenafil tem sido eficaz em diversos modelos animais de distúrbios cerebrais, oferecendo neuroproteção, restaurando o desenvolvimento neuronal, melhorando a lesão cerebral e aumentando a função cognitiva (22,23,24). No entanto, os efeitos do sildenafil na morte celular neuronal tardia e no comprometimento cognitivo após a isquemia global, bem como seus mecanismos terapêuticos, ainda são desconhecidos.

Neste estudo, confirmamos a eficácia benéfica do tratamento com sildenafil na melhora dos sintomas pós-AVC. O sildenafil desempenha um papel crucial na estabilização do cGMP, atuando como um importante regulador da sinalização do óxido nítrico (NO), o que aumenta o fluxo sanguíneo cerebral e melhora os efeitos neuroprotetores (40). O edema cerebral é uma complicação séria do AVC, e estudos anteriores relataram que o edema celular na isquemia afeta principalmente a astroglia, aumentando a captação de K glia⁺ (41). A indução da potenciação de longo prazo (LTP), associada à excitação neuronal, também é afetada por alterações no potássio extracelular (42). Pesquisas anteriores descobriram que em camundongos deficientes em AQP4, a recaptação de K⁺ é retardada. Essa redução na recaptação de potássio resulta em um aumento do potássio extracelular, levando à despolarização de neurônios e células gliais (43,44). Em nossos resultados atuais, a redução na formação de edema devido à atenuação da reatividade dos astrócitos após o tratamento com sildenafil em gerbilos com isquemia pode aumentar o potássio extracelular, causando despolarização tônica dos neurônios. Isso pode levar a uma maior despolarização pós-sináptica, melhorando assim a LTP (44). Além disso, os camundongos AQP4-knockout exibiram neuroproteção e inflamação reduzida devido a diminuições no edema cerebral na isquemia cerebral transitória (41,45). O sildenafil inibe a ativação da microglia e a morte de oligodendrócitos por meio da via de sinalização da proteína quinase ativada por mitógeno (MAPK), enquanto o aumento na produção de citocinas pró-inflamatórias por meio da sinalização da proteína quinase G (PKG) afeta a ativação dos astrócitos e microglia (23,46,47,48). A análise de dupla imunofluorescência da coexpressão de GFAP e AQP-4 fornece evidências de ativação astrocítica e mecanismos reguladores de água em resposta a insultos isquêmicos globais. Nossas descobertas de pesquisa sugerem que a regulação negativa da coexpressão de GFAP e AQP-4 após a administração de sildenafil potencialmente atenua a reatividade astrocítica e reduz a formação de edema, apoiando estudos anteriores que demonstram as propriedades anti-inflamatórias e neuroprotetoras do sildenafil (24). Essas descobertas contribuem para nossa compreensão das complexas interações celulares envolvidas em eventos isquêmicos e destacam o potencial terapêutico do sildenafil na mitigação de danos mediados por astrócitos.

Pesquisas anteriores relataram que os gerbilos exibiram hiperatividade nos estágios iniciais após a isquemia (27,49,50) e sugeriram que a perda de células induzida pela isquemia global, juntamente com a consequente perda da função de mapeamento espacial, contribui para a hiperlocomoção no OFT (27). Melhorias na morte neuronal tardia do hipocampo por agentes neuroprotetores foram reivindicadas para melhorar a hiperatividade, sugerindo uma associação próxima entre a hiperlocomoção e a morte neuronal tardia do hipocampo (27). Consistente com essas descobertas, nossos resultados também observaram uma redução na morte celular por meio da coloração de cresil e diminuição da hiperatividade no OFT após o tratamento com sildenafil. Mais investigações são necessárias para esclarecer a relação causal dessas mudanças.

Utilizamos o teste NOR, labirinto de Barnes, labirinto em Y com uma sugestão especial e o teste de evitação passiva para avaliar a memória dependente do hipocampo (33,37,51,52,53,54,55). O teste do labirinto de Barnes serve como um teste baseado em terra firme para aprendizado e memória espacial (53,54). Ele representa uma tarefa dependente do hipocampo, onde os animais aprendem a relação entre sugestões distais no ambiente ao redor e um local de fuga fixo (54). O comportamento de alternância espontânea no teste do labirinto em Y é comumente interpretado como uma tarefa que avalia a memória de trabalho em um ambiente novo (51,52). Conduzimos testes de labirinto em Y usando sugestões espaciais para avaliar a memória de trabalho espacial dependente do hipocampo (37). O teste de evitação passiva foi empregado como uma medida de memória aversiva (45). Ele é reconhecido por sua capacidade de avaliar a capacidade de um animal de lembrar e evitar estímulos desagradáveis ​​(56,57). Em nosso estudo, os gerbilos isquêmicos exibiram deficiências no aprendizado espacial e na função cognitiva semelhantes a descobertas de pesquisas anteriores, alinhando-se com o conhecimento existente que destaca a vulnerabilidade de tarefas dependentes do hipocampo a danos isquêmicos (33,58,59). Em nossos resultados atuais, o comprometimento cognitivo de novos objetos no grupo de isquemia aumentou para o nível do grupo de controle, independentemente da dose e do momento da administração de sildenafil (Figura 4). O grupo tratado com sildenafil mostrou melhora significativa no aprendizado espacial, memória espacial, memória de trabalho e memória aversiva, indicando um potencial efeito de melhoria do sildenafil não apenas no aprendizado e memória espacial, mas também na memória de trabalho e aversiva após um insulto isquêmico. No entanto, os resultados atuais mostram que a melhora na memória aversiva não se recuperou para os níveis de controle em comparação com outras análises de função cognitiva. Isso indica a necessidade de estudos mais detalhados sobre o circuito neural da amígdala para entender o efeito do sildenafil na melhora da memória aversiva (60). A inibição do efeito PDE5 pelo sildenafil aumenta os níveis intracelulares de cGMP ao quebrar a ligação fosfodiéster do cGMP e inibir a hidrólise do cGMP em GMP (23). Estudos anteriores propuseram que o sildenafil ativa a via PI3K/Akt por meio da via de sinalização NO-cGMP-PKG, aumentando a neurogênese e a plasticidade sináptica (61,62). Consequentemente, o sildenafil reduz a perda neuronal e protege a estrutura das sinapses, defendendo efetivamente a rede neural (63,64). Os processos astrocíticos entram em contato com múltiplas membranas neuronais, formando sinapses tripartidas que envolvem elementos pré e pós-sinápticos, estabelecendo assim contatos próximos entre os neurônios (65,66). Durante esse processo, os astrócitos secretam gliotransmissores como glutamato, ATP e D-serina, influenciando diretamente as funções neuronais e desempenhando um papel crucial na plasticidade sináptica (66,67,68,69). Em camundongos deficientes em AQP4, níveis reduzidos do transportador de glutamato-1 levam ao acúmulo excessivo de glutamato, o que aumenta significativamente as correntes mediadas pelo receptor N-metil-D-aspartato (NMDAR) (42,70,71). Como a ativação pós-sináptica dos NMDARs é essencial para a indução de LTP, a plasticidade sináptica, o aprendizado e a memória parecem ser parcialmente regulados por AQP4 (44). Em nossos resultados atuais, a redução na razão AQP4/GFAP após o tratamento com sildenafil em gerbilos isquêmicos pode fornecer pistas para a melhora do efeito LTP devido à regulação do glutamato extracelular pelas células gliais (72,73). No entanto, o mecanismo claro de como a redução na formação de edema devido à atenuação da reatividade dos astrócitos afeta a função cognitiva requer mais pesquisas.

Nossos resultados mostraram diferenças na melhora da morte celular neuronal tardia no hipocampo dependendo da dosagem de sildenafil. No entanto, o efeito protetor do sildenafil na estrutura sináptica não parece ser dependente da dose, mas é eficaz na melhora do comportamento cognitivo. Portanto, nossos resultados sugerem que a administração de sildenafil após isquemia global transitória pode aumentar a plasticidade sináptica, contribuindo potencialmente para a melhora de vários comprometimentos de memória dependentes do hipocampo. Investigações adicionais sobre as mudanças na plasticidade sináptica são necessárias para esclarecer esses efeitos. Em particular, o teste NOR envolve várias regiões do cérebro que influenciam a memória, o aprendizado, a preferência por novidades e os processos de reconhecimento associados ao hipocampo e ao córtex perirrinal (74,75). O aprendizado emocional aversivo é regulado por neurotransmissores, como acetilcolina, noradrenalina e dopamina, em regiões do cérebro, incluindo a amígdala, o córtex, o hipocampo, o estriado e o córtex pré-frontal medial (54). Estudos clínicos revelaram que as oscilações theta originárias da amígdala modulam temporariamente a coerência de potência gama amígdala-hipocampo, facilitando a codificação de memórias aversivas (76). Portanto, as descobertas do nosso estudo sugerem que o sildenafil pode afetar positivamente outras regiões do cérebro além do hipocampo, garantindo uma investigação mais aprofundada.