The programming effects of antenatal exposure to corticosteroids in the brain

Tese de doutoramento em Medicina (ramo de conhecimento em Medicina)Up to 7-10% of the pregnant women receive at least one dose of synthetic glucocorticoids (GC) in order to promote fetal lung maturation and, despite animal and human data suggesting growth restriction and other deleterious effects on the developing brain and other organs, the use of repeated doses still occurs in clinical practice. Moreover, it is established that early life adverse events can shape physical and mental health in adulthood. In fact, there is accumulating evidence that exposure to stress or elevated levels of GC during crucial stages of development contributes for the appearance of neurospyschiatric conditions, such as anxiety and depression. In the present work, we assessed the impact of exposure to dexamethasone (DEX), a synthetic GC widely used in clinics, during gestational days 18-19 on the adult progeny. Following an initial endocrine and behavioral characterization, a neuroanatomical assessment of brain areas implicated in anxiety and fear conditioning, the bed nucleus of stria terminalis (BNST) and amygdala, respectively, was carried out; in these brain regions molecular and neurochemical assessments were also performed. In parallel, and since brain sexual differentiation begins during late gestation, we also aimed to evaluate the implications of antenatal DEX exposure on adult male sexual behavior and to establish possible molecular and neurochemical correlates, namely on the nucleus accumbens (NAcc) and the hypothalamus. To assess the differential the impact of the activation of glucocorticoid or mineralocorticoid receptors, whenever possible, we also included an additional group exposed to a natural GC at the same gestational period. Our data showed that prenatal DEX triggers a hyperanxious phenotype and alters fear behavior in adulthood. These behavioral traits correlated with hypothalamus-pituitary-adrenal (HPA) axis hyperresponsiveness and increased volume of the BNST, particularly the anteromedial subdivision, whose bipolar neurons displayed increased dendritic length; in addition, we also found increased expression of the synaptic plasticity-related genes synapsin and NCAM in this brain region. Notably, the effects of antenatal DEX exposure were opposite in the amygdala, which displayed reduced volume due to dendritic atrophy. Despite the absence of differences in dopamine (DA) and its metabolite levels in the BNST, the levels of this neurotransmitter were substantially reduced in the amygdala, where an up-regulation of the DA receptor 2 was also found. Regarding the impact of prenatal DEX on adult male sexual behavior, decreased number and increased mounts and intromissions latencies were observed. Reduced serum testosterone and increased hypothalamic expression of the androgen receptor (AR) correlated with these changes; additionally, reduced DA levels and increased dopamine receptors expression were observed in both hypothalamus and NAcc. Interestingly, exposure to equipotent doses of corticosterone, a natural corticosteroid, resulted in milder phenotypical changes. In summary, our data support that in utero DEX exposure differentially modulates anxiety and fear behavior through distinct morphological, neurochemical and molecular changes. Moreover, adult male sexual behavior is also affected through modification of specific neuronal and endocrine mediators. Importantly, a less detrimental phenotype seems to result from exposure to equipotent doses of natural GC, which points to the mediating role of mineralocorticoid and glucocorticoid receptors in these processes and calls for a reappraisal and judicious use of these drugs in the clinics.Cerca de 7-10% das mulheres grávidas recebem, pelo menos, uma dose de glucocorticóides (GC) sintéticos para acelerar a maturação pulmonar fetal e, apesar de estudos em animais e humanos apontarem para atraso de crescimento e outros efeitos nefastos no cérebro e outros órgãos em desenvolvimento, o recurso a várias doses persiste na clínica. É reconhecido que eventos adversos durante fases precoces da vida podem moldar a saúde física e mental do adulto. De facto, existe evidência crescente de que a exposição a stress ou níveis elevados de GC durante etapas cruciais do desenvolvimento contribuem para o aparecimento de distúrbios neuropsiquiátricos, como ansiedade e depressão. No presente trabalho, avaliámos o impacto da exposição a dexametasona (DEX), um GC sintético amplamente utilizado na prática clínica, durante os dias de gestação 18-19, na descendência adulta. Após caracterização endócrina e comportamental, procedeu-se à avaliação neuroanatómica de áreas cerebrais implicadas na ansiedade e medo condicionado, o núcleo da estria terminal (NET) e a amígdala, respectivamente; também se efectuaram análises moleculares e neuroquímicas nestas regiões. Paralelamente, e uma vez que a diferenciação sexual cerebral se inicia durante a fase final da gravidez, quisemos também avaliar as consequências da exposição pré-natal a DEX no comportamento sexual masculino e estabelecer possíveis correlações moleculares e neuroquímicas, nomeadamente no núcleo accumbens (NAcc) e hipotálamo. De modo a avaliar o diferente impacto decorrente da activação do receptores glucocorticóides ou mineralocorticóides, incluímos, quando possível, um grupo experimental adicional exposto a GC naturais durante o mesmo período. Os nossos dados revelaram que a DEX pré-natal desencadeia um fenótipo de hiperansiedade e altera o comportamento relacionado com o medo na idade adulta. Estes traços comportamentais correlacionaram-se com uma resposta exacerbada do eixo hipotálamopituitária- suprarrenal (HPS) e um aumento do volume do NET, particularmente da divisão anteromedial, cujos neurónios bipolares exibiam um aumento do comprimento dendrítico; nesta região cerebral também se observou aumento da expressão dos genes relacionados com a plasticidade sináptica, sinapsina e molécula de adesão celular neuronal (MACN). De destacar que os efeitos da exposição pré-natal a DEX foram opostos a nível da amígdala, com redução de volume devido a atrofia dendrítica. Apesar de não se terem encontrado diferenças nos níveis de dopamina (DA) e respectivos metabolitos no NET, os níveis deste neurotransmissor encontravam-se consideravelmente reduzidos na amígdala, onde se observou um aumento do receptor 2 da DA. Relativamente ao impacto da DEX pré-natal no comportamento sexual masculino do adulto, observou-se uma redução do número e aumento da latência para cópula com ou sem penetração. Estas alterações correlacionaram-se com diminuição da testosterona sérica e aumento da expressão hipotalámica do receptor dos androgénios (RA); observouse ainda redução dos níveis de DA e aumento da expressão dos receptores da dopamina no hipotálamo e no NAcc. De realçar que a exposição a doses equipotentes de corticosterona, um corticosteróide natural, originou alterações fenotípicas mais ténues. Em resumo, os nossos dados sugerem que a exposição intra-uterina a DEX modula de forma diferente a ansiedade e o medo através de distintas alterações morfológicas, neuroquímicas e moleculares. Também o comportamento sexual masculino do adulto é afectado através da modificação de mediadores neuronais e endócrinos específicos. De destacar que, da exposição a doses equipotentes de GC naturais, parece resultar um fenótipo menos afectado, o que aponta para o papel mediador dos receptores mineralocorticóides e glucocorticóides nestes processos e reclama para a necessidade de uma reavaliação e uso sensato destas substâncias na prática clínica