Efeito da N-acetilcisteína sobre proteínas de sinalização e parâmetros oxidativos em medula espinal de ratos com dor neuropática

Abstract

Introdução: A dor neuropática (dor originada como consequência direta de uma lesão ou doença afetando o sistema somatossensorial, em seus elementos periféricos ou no sistema nervoso central - SNC) possui uma alta incidência na população mundial e afeta a qualidade da vida dos pacientes acometidos por ela. O tratamento dessa condição dolorosa é ainda um desafio aos profissionais da saúde, pois os fármacos usados possuem ação limitada e diversos efeitos colaterais. Assim, há um grande interesse na busca por novos fármacos para tratar dor neuropática. Os estudos mostram o envolvimento das espécies reativas de oxigênio (EROs) nos distintos tipos de dor, incluindo a neuropática. Dado ao envolvimento dessas espécies, moléculas com ação antioxidante são fortes candidatas como coadjuvantes no tratamento de condições dolorosas. Diversos estudos mostraram que a administração de N-acetilcisteína (NAC), uma molécula com ações complexas, dentre elas a de antioxidante, produz antinocicepção em animais com constrição crônica no nervo isquiático (CCI, do inglês chronic constriction injury), um modelo de dor neuropática. Contudo, ainda são pouco conhecidos os mecanismos envolvidos no efeito antinociceptivo da NAC. Dessa forma, o presente estudo teve como objetivo avaliar os efeitos temporais da administração intraperitoneal de solução salina e NAC, na dose de 150 mg/kg/dia, dado por 1, 3 ou 7 dias, sobre indicadores de comportamento nociceptivo e de recuperação de função locomotora, e moléculas de sinalização celular e parâmetros de estresse oxidativo em medula espinal lombossacral de ratos sem e com CCI. Esse segmento da medula espinal foi escolhido por ser a região de entrada das informações aferentes do nervo isquiático. O projeto que antecedeu o presente estudo foi aprovado pela Comissão de Ética no uso de animais da UFRGS (número de protocolo: 23407). Metodologia: Foram utilizados 180 ratos Wistar machos, pesando 200-300g, divididos em 3 grupos experimentais: controle (animais que não sofreram nenhuma intervenção cirúrgica), sham (animais que tiveram o nervo isquiático direito apenas exposto) e CCI (animais que tiveram o nervo isquiático direito exposto e recebeu 4 amarraduras em seu terço inicial). Estes grupos experimentais foram subdivididos em subgrupos que receberam administração X intraperitoneal de solução salina ou NAC, na dose de 150 mg/kg/dia, por período de 1, 3 ou 7 dias. Os testes de von Frey eletrônico e do índice funcional do isquiático (IFI) avaliaram a sensibilidade mecânica e a recuperação funcional do nervo, respectivamente, nos períodos antes da lesão e 1, 3 e 7 dias após a lesão nervosa. Ao final dos períodos de 1, 3 e 7 dias, os animais foram mortos por decapitação e a medula espinal lombossacral retirada e usada para as determinações: formação do ânion superóxido, hidroperóxidos lipídicos, capacidade antioxidante total (TAC, do inglês total antioxidante capacity), ácido ascórbico, expressão da proteína p-38 fosforilada, e quantificação do RNA mensageiro (mRNA) do NFкB. Outros grupos de animais foram perfundindos com paraformoldeído 4% preparado em tampão fosfato salino, 0,2 M, pH 7,4. Após a coleta e a crioproteção em solução de sacarose 15 e 30%, a medula espinal e os gânglios da raiz dorsal do nervo isquiático ipsilateral à lesão foram submetidos às técnicas de imunohistoquímica à proteína p-38 e histoquímica a NADPH-diaforase, essa última para marcação de células com atividade da óxido nítrico sintase (NOS), a enzima envolvida na síntese de NO. Os resultados de sensibilidade foram analisados por ANOVA de medidas repetidas; os demais resultados por ANOVA de três vias (fatores: lesão, tratamento e tempo), exceto os do NFκB, que foram por ANOVA de duas vias. O pós-teste usado foi o de Tukey. O P foi considerado significativo quando > 0,05. Resultados: A sensibilidade mecânica aumentou no dia 1 pós-lesão em todos os grupos CCI, e permaneceu elevada nos demais períodos analisados nos ratos com CCI tratados com solução salina. No grupo de ratos com CCI que recebeu tratamento com NAC, o valor da sensibilidade mecânica foi similar ao encontrado na pré-lesão, tanto aos 3 como aos 7 dias. No grupo sham que recebeu salina houve aumento na sensibilidade mecânica no dia 1, estando esse parâmetro com valor similar ao encontrado nos ratos controle nos demais períodos analisados. O aumento na sensibilidade mecânica não foi observado nos ratos sham que receberam NAC. O IFI melhorou nos ratos com CCI que receberam salina e NAC por 7 dias. Porém, enquanto o percentual de recuperação desse índice foi 28% nos ratos tratados com salina, a administração de NAC provocou recuperação de 44%. Paralelamente a essas mudanças, houve aumento estatisticamente significativo na geração de ânion superóxido na medula espinal de todos os ratos com CCI, independente do tratamento e do período de tempo analisado. Os hidroperóxidos lipídicos aumentaram (823%) na medula espinal de ratos com CCI tratados com salina no dia 1, mas o acréscimo foi de apenas 142% nos ratos com CCI que receberam NAC. Aos 3 e 7 dias, os hidroperóxidos lipídicos estavam ainda aumentados na medula espinal de ratos sham e com CCI, mas o aumento foi de 180%. A TAC teve redução apenas nos animais CCI tratados com salina, no dia 7. Os valores de ácido ascórbico aumentaram significativamente na medula espinal de ratos com CCI que receberam salina, nos dias 1 e 3. Apesar de elevado, o valor de ácido ascórbico na medula espinal desses ratos aos 7 dias não foi estatisticamente significativo quando comparado ao encontrado nos ratos controle. Nos ratos com CCI tratados com NAC não houve diferença significativa nos valores de ácido ascórbico da medula espinal comparados àqueles dos ratos controle. Quanto às moléculas de sinalização intracelular, observou-se aumento na expressão da p-38 fosforilada nos ratos sham e com CCI tratados com salina, nos dias 1, 3 e 7, comparados aos controles. O tratamento com NAC provocou o retorno da expressão dessa proteína nos ratos sham nesses dias, e uma redução de aproximadamente 187% nos ratos com CCI nos dias 3 e 7, sendo no dia 1 o valor similar ao do grupo controle. NAC também reduziu o aumento na imunorreatividade a p-38 em neurônios do gânglio da raiz dorsal e neurônios e células semelhantes à glia da medula espinal, aumentos esses induzidos pela CCI nos dias 1, 3 e 7. NAC também XI reduziu o aumento induzido pela CCI no número de neurônios reativos a NADPH-diaforase nas lâminas superficiais do corno dorsal e substância cinzenta localizada em volta do canal central da medula espinal. O tratamento com NAC ainda reduziu o mRNA do NFкB aumentado pela CCI e cirurgia sham. Conclusão: Estes resultados mostram que a administração intraperitoneal de NAC, na dose de 150 mg/kg/dia, reproduziu o efeito antinociceptivo dessa molécula e promoveu melhora no IFI. Paralelamente, o tratamento modificou parâmetros de estresse oxidativo e sinalização intracelular na medula espinal, os quais possivelmente se relacionam com as melhoras na sensibilidade mecânica e recuperação funcional do nervo isquiático nos ratos com CCI. A partir desses resultados, pode-se dizer que o efeito antinociceptivo da NAC em ratos com dor neuropática por CCI envolve não apenas sua ação antioxidante, mas também seu efeito em vias de sinalização intracelular.

Introduction: Neuropathic pain (pain arising as a direct result of an injury or disease affecting the somatosensory system in their peripheral elements or the central nervous system - CNS) has a high incidence in the world population and affects the quality of life of patients affected by it. The treatment of this painful condition is still a challenge for health professionals, since the drugs used have limited action and cause side effects. Thus, there is great interest in the search for new pharmaceuticals to treat neuropathic pain. Research shows the involvement of reactive oxygen species (ROS) in different types of pain, including neuropathic pain. Given the involvement of these species, molecules with antioxidant action are strong candidates as adjuvants in the treatment of painful conditions. Several studies have shown that N-acetylcysteine (NAC), a molecule with complex actions, including an antioxidant one, produces antinociception in animals with chronic constriction of the sciatic nerve (CCI, chronic constriction injury), a neuropathic pain model. However, the mechanisms involved in the antinociceptive effect of NAC are still poorly understood. Thus, this study aimed to evaluate the temporal effects of intraperitoneal administration of saline and NAC at a dose of 150 mg/kg/day, given for 1, 3 or 7 days, on nociceptive behavior and recovery of locomotor function, and cell signaling molecules and oxidative stress parameters in lumbosacral spinal cord of rats with and without CCI. This segment of the spinal cord was chosen because it is the entry region of the sciatic nerve afferent information. The project that preceded this study was approved by the Ethics Committee of UFRGS on the use of animals (protocol number: 23407). Methods: We used 180 male Wistar rats, weighing 200-300g, divided in 3 groups: control (animals which underwent no surgery), sham (animals which had only the right sciatic nerve exposed) and CCI (animals that had the right sciatic nerve exposed and received 4 ligatures in its initial third). These experimental groups were subdivided into subgroups receiving intraperitoneal administration of saline or NAC at a dose of 150 mg/kg/day for a period of 1, 3 or 7 days. Electronic von Frey tests and the sciatic functional index (SFI) evaluated the mechanical sensitivity and functional recovery of the nerve, respectively, in the periods before the injury and 1, 3 and 7 days after the nerve injury. At the end of these periods, the animals were killed by decapitation and the lumbosacral spinal cord was removed and used to determine the formation of superoxide, lipid hydroperoxide, total antioxidant capacity (TAC), ascorbic acid, expression of phosphorylated p-38 protein, and quantification of messenger RNA (mRNA) of NFκB. Other animal groups were perfused with 4% paraformaldehyde prepared in 0.2 M phosphate buffered saline, pH 7.4. After collection and cryoprotection in 15% and 30% sucrose solution, the spinal cord and dorsal root ganglia of the sciatic nerve ipsilateral to the lesion were subjected to immunohistochemistry of protein p-38 and histochemistry of NADPH-diaphorase, the latter for labeling the activity of nitric oxide (NO) synthase, the enzyme involved in the synthesis of NO. The results of sensitivity were analyzed by ANOVA of repeated measures; the other results by three-way ANOVA (factors: injury, treatment, and time), except those of NFκB, which were analyzed by two-way ANOVA. The post-test used was Tukey’s. P was considered significant when <0.05. Results: Mechanical sensitivity increased on day 1 post-injury in all CCI groups, and remained elevated in the other period analyzed in saline-treated CCI rats. In the group of NAC-treated CCI rats, the value of mechanical sensitivity was close to the pre-injury one, both at 3 and 7 days. In the sham group receiving saline, there was an increase in mechanical sensitivity on day 1, whose value was close to those of control rats in the other periods analyzed. Increased mechanical sensitivity was not observed in sham rats receiving NAC. The SFI improved in CCI rats receiving saline and NAC for 7 days. However, while the recovery rate of this index was 28% in the saline-treated rats, NAC administration caused a recovery of 44%. Alongside these changes, there was a statistically significant increase in the generation of superoxide anion in the spinal cord of all CCI rats, regardless of treatment and time period analyzed. Lipid hydroperoxides increased (823%) in the spinal cord of saline-treated CCI rats on day 1, but the increment was only 142% in CCI rats receiving NAC. At 3 and 7 days, lipid hydroperoxides were further increased in the spinal cord of sham and CCI rats, but the increment was 180%. TAC was reduced only in saline-treated CCI animals, on day 7. Ascorbic acid values increased significantly in the spinal cord of CCI rats receiving saline on days 1 and 3. Although high, ascorbic acid in the spinal cord of these rats on day 7 was not statistically significant as compared to control rats. In NAC-treated CCI rats, there was no significant difference in ascorbic acid values of the spinal cord as compared to control rats. As regards intracellular signaling molecules, increased expression of phosphorylated p-38 was observed in saline-treated CCI and sham rats on days 1, 3 and 7 compared to controls. NAC treatment caused a return of expression of this protein in sham rats on these days, and a reduction of approximately 187% in CCI rats on days 3 and 7, with the value of day 1 close to that of the control group. NAC also reduced the increase in p-38 immunoreactivity in dorsal root ganglion neurons and neurons and cells similar to spinal cord glia, such increases induced by CCI on days 1, 3 and 7. NAC also reduced the CCI-induced increase in the number of NADPH diaphorase reactive neurons in the superficial lamina of the dorsal horn and gray matter located around the central canal of the spinal cord. NAC treatment also reduced the mRNA of NFкB increased by CCI and sham surgery. Conclusion: These results show that intraperitoneal administration of NAC at 150 mg/kg/day reproduced the antinociceptive effect of this molecule and promoted improvement in SFI. In addition, the treatment changed oxidative stress parameters and intracellular signaling in the spinal cord, which are possibly related to improvements in mechanical sensitivity and functional recovery of the sciatic nerve in rats with CCI. From these results, one can say that the antinociceptive effect of NAC in rats with neuropathic pain from CCI involves not only its antioxidant action, but also its effect on intracellular signaling pathways.