Implicación de los receptores dopaminérgicos D1 y D2 en la neurotoxicidad inducida por metanfetamina

Resumen

La metanfetamina es un psicoestimulante muy adictivo y la segunda droga de abuso más consumida a nivel mundial, sólo superada por el cannabis. Estudios epidemiológicos recientes han demostrado que el consumo de metanfetamina aumenta el riesgo de desarrollar enfermedad de Parkinson, lo que coincide con estudios en animales de experimentación que muestran que esta droga produce neurotoxicidad sobre los terminales dopaminérgicos de la vía nigroestriatal, que se acompaña de gliosis. Los efectos neurotóxicos de la metanfetamina implican una liberación excesiva de dopamina, por lo que es probable que los receptores dopaminérgicos D1 y D2, los más abundantes en el estriado, estén implicados en la neurotoxicidad. Algunos estudios farmacológicos han mostrado previamente evidencias avalando esta idea, pero dado que los antagonistas farmacológicos existentes ejercen sus efectos sobre varios subtipos de receptores dopaminérgicos a la vez, aún no se ha determinado específicamente la implicación de los subtipos de receptores dopaminérgicos D1 y D2. Además, la metanfetamina induce estrés oxidativo, que se correlaciona con los efectos neurotóxicos de la droga sobre los terminales dopaminérgicos en el estriado. Por ello el factor de trascripción Nrf2, el guardián de la homeostasis redox, podría tener un papel importante en la protección contra la neurotoxicidad de la metanfetamina. En el presente trabajo hemos examinado el efecto de la administración de dosis bajas repetidas (que modelizan el consumo tipo compulsivo o ¿binge¿) y de una única dosis alta (que modeliza un consumo esporádico de una dosis alta) en la vía dopaminérgica nigroestriatal de ratones WT (C57BL/6). Evaluamos la integridad de las neuronas presinápticas en estriado y sustancia negra pars compacta (SNpc), y de las neuronas postsinápticas en el estriado, a diferentes tiempos tras la administración de metanfetamina mediante inmunohistoquímica para los marcadores dopaminérgicos tirosina hidroxilasa (TH) y transportador de dopamina (DAT) y tinción de plata (técnica de Olmos). Además, queríamos conocer el curso temporal de la degeneración en estriado y sustancia negra (SN), y si los efectos neurotóxicos en la vía nigroestriatal se correlacionaban con deficiencias funcionales de tipo motor, para lo que evaluamos la actividad locomotora y la coordinación motora de los animales a diferentes tiempos tras el consumo de metanfetamina. Para definir el papel de los receptores dopaminérgicos D1 y D2, administramos un régimen neurotóxico de metanfetamina a ratones knockout del receptor D1 (D1¿/¿) ó del D2 (D2¿/¿) y a ratones WT de su camada. Finalmente, evaluamos el papel del factor de trascripción Nrf2 en la neurotoxicidad de la metanfetamina mediante la administración de un régimen neurotóxico de esta droga a ratones knockout de Nrf2 (Nrf2¿/¿). La administración de dosis bajas repetidas de metanfetamina produce más pérdida de terminales dopaminérgicos en el estriado que la de una única dosis alta. Además, se pueden apreciar algunos axones degenerando entre el estriado y la SNpc. Todos los protocolos inducen una degeneración similar de neuronas dopaminérgicas en la SNpc, evidenciada por la presencia de neuronas TH+ marcadas con plata. Estas neuronas mueren por necrosis o apoptosis. La metanfetamina también mata neuronas en el estriado. Empleando ratones transgénicos BAC D1-Tmt/D2-GFP, hemos observado que las neuronas que degeneran en el estriado se distribuyen por igual entre las neuronas de proyección de la vía directa, de la vía indirecta y el resto de las neuronas estriatales, probablemente interneuronas que serían especialmente vulnerables a la metanfetamina. Pese a que el número de neuronas dopaminérgicas en la SNpc se mantiene reducido incluso a los 60 días del tratamiento con la droga, hay una recuperación parcial de terminales dopaminérgicos del estriado a medida que pasa el tiempo tras la administración de metanfetamina. La inactivación de los receptores dopaminérgicos D1 ó D2 previene la pérdida de terminales dopaminérgicos, la hipertermia y los aumentos en gliosis y de la expresión de la enzima óxido nítrico sintasa inducible (iNOS) en el estriado. Además, la inactivación de cualquiera de estos receptores, D1 ó D2, evita la pérdida de neuronas dopaminérgicas en la SNpc. Para explorar la relación entre la hipertermia y la neurotoxicidad inducidas por la metanfetamina, se les administró a los ratones D1¿/¿ y D2¿/¿ un régimen de dosis bajas repetidas de metanfetamina en una sala a alta temperatura ambiente (29-30ºC). En estas condiciones, los animales D1¿/¿ sí desarrollaron hipertermia tras el tratamiento con la droga y presentaron la misma pérdida de terminales dopaminérgicos en el estriado que los ratones WT tratados a 23ºC. Sin embargo, los animales D2¿/¿ no presentaron hipertermia inducida por metanfetamina, ni tampoco efectos neurotóxicos, ni siquiera en estas condiciones. Aún así, estos efectos neuroprotectores no pueden explicarse sólo por el bloqueo de la hipertermia, ya que el pretratamiento con reserpina, que vacía las vesículas de dopamina liberándola al citosol, bloquea la hipertermia en todos los genotipos (WT, D1¿/¿, D2¿/¿) y potencia la pérdida de terminales dopaminérgicos en el estriado en los ratones WT y D1¿/¿, pero no en los D2¿/¿. Además, la liberación de dopamina estriatal medida por voltametría cíclica (FSCV) en presencia de metanfetamina fue significativamente mayor en los animales D1¿/¿ que en los WT, pero significativamente menor en los animales D2¿/¿, lo que sugiere que los animales D1¿/¿ tienen un mayor contenido de dopamina vesicular que los WT, mientras que el de los D2¿/¿ es menor que el de los WT. Por otra parte, la falta de Nrf2 impide la activación de las enzimas antioxidantes de fase 2 y aumenta el daño a los terminales dopaminérgicos, la degeneración de neuronas, la gliosis y la expresión del factor de necrosis tumoral alfa (TNF-¿) y de interleuquina 15 (IL-15) en el estriado, pero no en la SN. Estos datos muestran evidencias sólidas de que la metanfetamina produce una pérdida de larga duración/degeneración de cuerpos celulares de neuronas dopaminérgicas en la SNpc, junto con destrucción de terminales dopaminérgicos en el estriado. Tanto el receptor dopaminérgico D1 como el D2 están involucrados en los efectos neurotóxicos de la metanfetamina aunque de forma diferente. La protección conferida por la inactivación del receptor dopaminérgico D1 se debe en parte al bloqueo de la hipertermia inducida por la droga, pero también al menor contenido y reciclaje de dopamina y a la mayor acumulación de dopamina en vesículas que se da en los animales D1¿/¿. Sin embargo, el efecto neuroprotector de la inactivación del receptor D2 depende en parte de su efecto sobre la temperatura corporal, pero también del bloqueo de la recaptación de dopamina por la menor actividad del DAT que se da cuando el receptor D2 no está activo, que resulta en menores niveles de dopamina citosólica en los animales D2¿/¿. Además nuestros resultados confirman que el estrés oxidativo favorece la degeneración de terminales en el estriado y que el factor de transcripción Nrf2 tiene un papel importante en la protección frente al estrés oxidativo, la degeneración y la inflamación inducidos por la metanfetamina en el estriado.