Modulação glutamatérgica, controle da neuroinflamação e indução da sinaptogênese como mecanismos centrais no efeito antidepressivo rápido da (R)-cetamina : foco sobre novos alvos terapêuticos

Abstract

A Depressão Maior (DM) é uma doença crônica e incapacitante, que apresenta elevadas taxas de resistência ao tratamento. Sua neurobiologia é complexa, e a exposição ao estresse sustentado representa um fator de risco importante na manifestação da doença. A cetamina, uma mistura racêmica de dois enantiômeros, (R)-cetamina e (S)-cetamina, é um antagonista do receptor N-metil-D-aspartato (NMDAR) que manifesta propriedades antidepressivas em pacientes com Depressão Resistente ao Tratamento (DRT), apesar dos efeitos adversos inerentes ao seu uso. Em contrapartida, evidências pré-clínicas indicam que, dentre esses compostos, a (R)-cetamina exerce um efeito antidepressivo mais potente e duradouro, além de apresentar um perfil de segurança encorajador. Assim, os estudos desta tese tiveram como objetivo estudar os mecanismos subjacentes ao efeito antidepressivo rápido da cetamina racêmica e de seus enantiômeros, além de investigar os alvos moleculares associados à resposta ao tratamento com (R)-cetamina em ratos Wistar suscetíveis ao protocolo de estresse crônico variável (CVS). No primeiro capítulo conduzimos uma revisão narrativa, compilando os principais mecanismos da cetamina racêmica e de seus enantiômeros envolvendo o bloqueio dos NMDARs, subsequente ativação dos receptores alfa-amino-3-hidroxi-metil-5-4-isoxazol propiônico (AMPARs) e de vias de sinalização intracelular que promovem a sinaptogênese, bem como discutimos os efeitos adversos destes fármacos, enfatizando o potencial terapêutico e melhor perfil de segurança da (R)-cetamina no manejo da DRT. No segundo capítulo, realizamos uma análise in silico, demonstrando que a (R)-cetamina regula diferencialmente alvos envolvidos na modulação microglial (receptores do fator de crescimento transformante beta tipo 1 (TGF-β1) e ligante do receptor ativador do fator nuclear-kappa B (RANKL)), e na sinaptogênese (cinase regulada por sinais extracelulares (ERK)). Por fim, no terceiro capítulo, o comportamento tipo-anedônico foi induzido em animais suscetíveis ao protocolo de CVS, os quais apresentaram expressão diminuída de galectina 1 (Gal-1) e do receptor neuronal de pentraxina (Nptxr), apontando para um possível prejuízo em processos biológicos modulados pela (R)-cetamina no capítulo 2. Por fim, identificamos uma assinatura molecular subjacente à resposta ao tratamento com (R)-cetamina. Os animais respondedores apresentaram nove proteínas diferencialmente expressas (DEPs), envolvidas na modulação de processos como estresse oxidativo, metabolismo energético, sinaptogênese, arborização dendrítica, neuroinflamação, expressão gênica e comprimento dos telômeros, convergindo para temas biológicos amplamente documentados na fisiopatologia da DM. Dentre as DEPs, foram identificadas a anexina 5 (Anxa5) e o regulador da via de sinalização TOR (Tiprl), alvo de rapamicina, reafirmando, respectivamente, o papel central da modulação da neuroinflamação e da sinaptogênese para a ocorrência da resposta antidepressiva à (R)-cetamina, em conformidade com evidências previamente discutidas nos capítulos anteriores. Ao nosso conhecimento, este é o primeiro trabalho a aplicar uma abordagem semântica associada à biologia de sistemas para identificação de biomoléculas envolvidas nos efeitos antidepressivos da cetamina e de seus enantiômeros, bem como é o primeiro a avaliar a resposta ao tratamento com (R)-cetamina apontando alvos subjacentes ao seu efeito antidepressivo rápido. Em suma, considerando o potencial terapêutico e perfil de segurança promissor da (R)-cetamina, nossos estudos evidenciam singularidades desse composto em relação à cetamina e à (S)-cetamina, lançando luz sobre novos possíveis alvos terapêuticos para o manejo da DRT.

Major Depressive Disorder (MDD) is a chronic and disabling disease that presents high rates of treatment resistance. Its neurobiology is complex, and exposure to sustained stress represents a significant risk factor in the manifestation of the illness. Ketamine, a racemic mixture of two enantiomers, (R)-ketamine and (S)-ketamine, is an N-methyl-D-aspartate receptor (NMDAR) antagonist that manifests antidepressant properties in patients with Treatment-Resistant Depression (TRD), despite the adverse effects inherent to its use. On the other hand, preclinical evidence indicates that among these compounds, (R)-ketamine exerts a more potent and longlasting antidepressant effect and presents an encouraging safety profile. Thus, the papers comprised in this thesis aimed to study the mechanisms underlying the rapid antidepressant effect of racemic ketamine and its enantiomers, in addition to investigating the molecular targets associated with the treatment response to (R)-ketamine in Wistar rats susceptible to the chronic variable stress protocol (CVS). In the first chapter, we conducted a narrative review, compiling the main mechanisms of racemic ketamine and its enantiomers involving the blockade of NMDAR, subsequent activation of alpha-amino-3-hydroxy-methyl-5-4-isoxazole propionic receptors (AMPAR) and intracellular signaling pathways promoting synaptogenesis, as well as discuss the adverse effects of these drugs, emphasizing the therapeutic potential and better safety profile of (R)-ketamine in the management of TRD. In the second chapter, we performed an in silico analysis, demonstrating that (R)-ketamine differentially regulates targets involved in microglial modulation (transforming growth factor beta type 1 (TGF-β1) receptors and receptor activator of nuclear factor-kappa B (RANKL)), and in synaptogenesis (extracellular signal-regulated kinase (ERK)). Finally, in the third chapter, anhedonic-like behavior was induced in animals susceptible to the CVS protocol, which showed decreased expression of galectin 1 (Gal-1) and the neuronal pentraxin receptor (Nptxr), pointing to a possible impairment of biological processes modulated by (R)-ketamine in chapter two. Finally, we identified a molecular signature underlying the response to (R)-ketamine treatment. The responding animals presented nine differentially expressed proteins (DEPs) involved in the modulation of processes such as oxidative stress, energy metabolism, synaptogenesis, dendritic arborization, neuroinflammation, gene expression, and telomere length, converging on biological themes widely documented in the pathophysiology of DM. Among the DEPs, annexin 5 (Anxa5) and the regulator of the rapamycin target signaling pathway (Tiprl) were identified, reaffirming, respectively, the central role of modulating neuroinflammation and synaptogenesis for the occurrence of the antidepressant response to (R)-ketamine, by evidence previously discussed in previous chapters. To our knowledge, this is the first work applying a semantic approach associated with systems biology to identify biomolecules involved in the antidepressant effects of ketamine and its enantiomers, as well as being the first to evaluate the response to treatment with (R)-ketamine first to assess the response to (R)-ketamine treatment, proposing targets underlying its rapid antidepressant effect. In sum, considering the therapeutic potential and promising safety profile of (R)-ketamine, our studies highlight unique features of this compound concerning ketamine and (S)-ketamine, shedding light on new possible therapeutic targets for managing TRD.