Frontiers in Pharmacology

FIGURA 1

În timpul AW, rezultatele ANOVA nu au arătat modificări semnificative (efectul tratamentului: F3,20 = 1,917, p = 0,1594; interacțiunea tratament x frecvență: F81,540 = 1,218, p = 0,1081; Figura 1A). Cu toate acestea, în timpul PW, a fost observată o linie de putere moderat crescută în grupurile SB, iar la frecvențele mai mari, de asemenea, în grupul ESC+veh (efectul tratamentului: F3,20 = 2,217, p = 0,1176; interacțiune semnificativă tratament x frecvență: F81,540 = 2,519, p < 0,001; Figura 1B).

Efectele cele mai proeminente au fost observate în timpul etapelor de somn cu unde lente, unde tratamentul acut cu SB-242084, cel cronic cu escitalopram și, de asemenea, tratamentul combinat au provocat o creștere a puterii. Acest lucru a fost susținut de rezultatele semnificative ale ANOVA în SWS-1 (efectul tratamentului: F3,20 = 3,692, p = 0,0290; interacțiune semnificativă tratament x frecvență: F81,540 = 2,693, p < 0,001; Figura 1C), și în SWS-2 (efect semnificativ al tratamentului: F3,20 = 4,787, p = 0,0113; interacțiune semnificativă tratament x frecvență: F81,540 = 1,911, p < 0,001; Figura 1D).

Creșterea puterii gamma nu a fost semnificativă în timpul IS (efectul tratamentului: F3,20 = 2.349, p = 0.1031, interacțiunea tratament x frecvență: F81,540 = 1,241, p = 0,0878; Figura 1E). În cele din urmă, în timpul REMS, nici SB-242084 acut, nici escitalopramul cronic nu au afectat puterea EEG în acest interval de frecvență (efectul tratamentului: F3,19 = 2.515, p = 0.0891; interacțiunea tratament x frecvență: F81,513 = 1,226, p = 0,1014; Figura 1F). Menționăm că au fost utilizate datele doar de la n = 5 animale în grupul ESC+SB, deoarece un animal nu a petrecut niciun timp în REMS în acest interval de timp.

Pentru diferențele semnificative Bonferroni post-hoc în urma rezultatelor semnificative ale ANOVA cu două căi descrise mai sus, consultați Figura 1 pentru fiecare etapă de vigilență. Nu au fost observate diferențe semnificative post hoc în niciunul dintre stadii în ceea ce privește comparațiile dintre VEH+SB vs. ESC+veh, VEH+SB vs. ESC+SB și, respectiv, ESC+veh vs. ESC+SB.

Efectele dependente de stadiul de somn și de veghe ale medicamentelor asupra puterii gamma totale au fost analizate în fiecare oră. One-way ANOVA a arătat că, deși în prima h de SWS-1, efectul tratamentului nu a fost încă semnificativ (F3,20 = 2.544, p = 0.0851), în a doua (F3,20 = 3.331, p = 0.0403) și a treia h (F3,20 = 4.607, p = 0.0131), creșterile de putere au fost semnificative. În SWS-2, ANOVA a arătat efecte semnificative ale tratamentului în fiecare h (F3,18 = 4.062, p = 0.0228; F3,20 = 5.348, p = 0,0072; F3,20 = 4.910, p = 0.0102, respectiv). De asemenea, un efect semnificativ a fost găsit în a doua h de IS (F3,20 = 3,452, p = 0,0360), dar nu și în prima sau a treia h. În cele din urmă, nu a fost găsit niciun efect semnificativ al tratamentului în aceste ore în AW, PW și REMS. Pentru rezultate semnificative post hoc, a se vedea Figura 2 pentru fiecare etapă de vigilență.

Discuție

Este primul studiu care investighează efectele acute ale antagonistului selectiv 5-HT2CR-antagonist SB-242084 asupra benzii de frecvență gamma a spectrelor EEG în diferite stadii de vigilență. În plus, acesta a fost testat cu sau fără pretratarea cronică cu SSRI. Aici raportăm o putere sporită a benzii gamma în timpul SWS-2, SWS-1 și PW după administrarea acută a SB-242084, (1 mg / kg, ip.), la șobolani. Constatările noastre cu privire la pretratamentul suplimentar de 21 zile cu escitalopram (10 mg/kg/zi, minipompe osmotice) demonstrează că SB-242084 nu a modificat în continuare puterea gamma alterată de tratamentul antidepresiv cronic. Mai mult, efectele acute ale SB-242084 și efectele cronice ale escitalopramului asupra puterii gamma au părut foarte asemănătoare în majoritatea stadiilor de vigilență. Cu toate acestea, efectele combinației acestor două tratamente nu au fost considerate ca fiind aditive.

Funcțiile cerebrale legate de activitatea gamma au fost discutate în secțiunea de introducere. Oscilațiile gamma au fost descrise în mai multe zone ale creierului, cum ar fi neocortexul, cortexul entorinal, hipocampul, talamusul, amigdala, bulbul olfactiv și striatum. Generarea lor este legată de inhibiția perisomatică; cel mai mult, de activitatea interneuronilor pozitivi la parvalbumină prin sinapsele de acid gama-aminobutiric (GABA)A (Buzsaki și Wang, 2012). Se crede că oscilațiile gamma joacă un rol important în depresie, lucru susținut atât de constatările umane, cât și de cele animale. Și anume, anomaliile gamma au fost măsurate la pacienții depresivi, dar și la modelele animale de depresie, unde modificările gamma au fost asociate cu recuperarea terapeutică (Khalid et al., 2016; Noda et al., 2017; Fitzgerald și Watson, 2018).

Diverse tratamente farmacologice (care vizează sistemele de serotonină, noradrenalină, dopamină și glutamat) și non-farmacologice ale depresiei au demonstrat că modifică activitatea gamma (Fitzgerald și Watson, 2018). De exemplu, s-a demonstrat că escitalopramul, antidepresivul SSRI utilizat pe scară largă, care acționează asupra sistemului serotoninergic, reduce puterea gamma în timpul REMS prin tratament acut, în timp ce administrarea sa cronică a crescut puterea gamma în etapele de somn cu unde lente, la șobolani (Papp et al., 2018). Este important faptul că antidepresivele care acționează asupra sistemului noradrenergic, cum ar fi reboxetina și desipramină, au crescut puterea gamma (precum și theta) în sistemul septo-hipocampal în urma unui tratament acut, în timp ce SSRI fluvoxamina nu a reușit să producă un astfel de efect în același studiu (Hajos et al., 2003a). S-a demonstrat că antidepresivele presupuse de generație următoare, cum ar fi ketamina și metabolitul său (2R,6R)-hidroxynorketamina, stimulează în mod proeminent puterea gamma atunci când sunt aplicate în doze relevante pentru antidepresie. Aceste efecte și, de asemenea, acțiunile lor asemănătoare antidepresivelor au fost prevenite prin pretratarea cu un inhibitor al receptorului α-amino-3-hidroxi-5-metil-4-isoxazol al acidului propionic (AMPAR) (Zanos et al., 2016). În cele din urmă, Fitzgerald și Watson au propus recent că semnalizarea gamma poate oferi un biomarker al efectelor antidepresive ale tuturor claselor de antidepresive, deoarece, conform ipotezei lor, toate clasele de antidepresive pot avea efecte finale comune asupra circuitelor limbice (Fitzgerald și Watson, 2019).

În acest studiu, am examinat medicamente care acționează asupra sistemului 5-HT, și anume, un antagonist al 5-HT2CR și un SSRI cu acțiunea principală de creștere a nivelului extracelular de 5-HT prin inhibarea recaptării sinaptice a acestuia prin intermediul transportatorului 5-HT. Un număr tot mai mare de dovezi sugerează că antagonismul 5-HT2CR ar putea avea efecte benefice în terapia depresiei și a anxietății, deși aceste efecte ale antagoniștilor selectivi ai 5-HT2CR nu au fost încă testate în studii clinice. În sprijinul relevanței combinării antagoniștilor 5-HT2CR cu ISRS, administrarea concomitentă acută a antagoniștilor selectivi 5-HT2CR SB-242084 sau RS-102221 cu ISRS citalopram a sporit creșterile induse de citalopram ale nivelurilor de 5-HT în regiunile implicate în fiziopatologia tulburărilor depresive, într-un studiu de microdializă la șobolani (Cremers et al., 2004). Pretratamentul cu SB-242084 a inversat, de asemenea, intensificarea acută a expresiei fricii induse de citalopram la șobolani (Burghardt et al., 2007). Mai mult, o lucrare recentă a arătat că tratamentul acut cu SB-242084 după un tratament cronic (21 de zile) cu fluoxetină a redus comportamentele asemănătoare anxietății și depresiei și a ameliorat efectele secundare induse de SSRI la șoareci (Demireva et al., 2018).

În studiul de față, a fost aleasă doza de 1 mg/kg de SB-242084, pe baza studiilor anterioare privind comportamentul (Kennett et al., 1997; Martin et al., 2002; Opal et al., 2014) și somnul și / sau EEG (Popa et al., 2005; Sorman et al., 2011; Bogathy et al., 2019) la rozătoare. Este important faptul că Kantor și colab. au demonstrat că, deși dozele de 0,3 și 1,0 mg/kg de medicament au produs efecte anxiolitice similare, numai doza mai mare a afectat în mod proeminent arhitectura somn-veghe (efect de promovare a trezirii cu reducerea SWS-2), la șobolanii Sprague-Dawley (Kantor și colab., 2005). Un efect de reducere a REMS a fost constatat la doza de 1 mg/kg la șobolanii Wistar, iar creșteri ale puterii theta în timpul AW și REMS au fost, de asemenea, observate în urma acestui tratament (Kostyalik et al., 2014).

Efectul SB-242084 și al escitalopramului asupra activității gamma a fost analizat separat în stadiile de vigilență, deoarece funcțiile cerebrale și activitatea oscilatorie asociată, precum și nivelurile de neurotransmițători prezintă diferențe caracteristice între stadii. Rolul oscilațiilor gamma în funcțiile legate de starea de veghe, cum ar fi atenția concentrată, cogniția și procesarea senzorială, este bine documentat (Cardin, 2016), cu toate acestea, importanța lor funcțională în timpul somnului este mai puțin înțeleasă. În timpul REMS, a fost sugerat un rol al oscilațiilor gamma (dincolo de theta) în consolidarea memoriei (Montgomery et al., 2008). O lucrare recentă a propus că puterea gamma crescută în microstatele REMS fazice în anumite zone este asociată cu procesarea emoțională, la om (Simor et al., 2019). În timpul non-REMS, oscilațiile gamma ar putea fi asociate cu creșteri fazice ale activității neuronale în timpul oscilațiilor lente (Valderrama et al., 2012). Un studiu cu microelectrozi la maimuțe și oameni a subliniat și mai mult rolul oscilațiilor gamma (și beta) în timpul non-REMS, și anume, o coerență ridicată a oscilațiilor sugerează o contribuție o contribuție a gamma la consolidarea memoriei la consolidarea memoriei în timpul non-REMS (Quyen et al, 2016).

Am constatat că o singură doză de SB-242084 a ridicat puterea gamma în timpul SWS-2, SWS-1 și – într-o măsură mai mică – PW, dar nu și în timpul REMS, IS și AW.

Neuronii 5-HT trag cel mai activ în timpul stării de veghe, activitatea lor scade în timpul somnului cu unde lente și tace în timpul REMS. Astfel, sistemul 5-HT a fost considerat un modulator cheie al comportamentului somn-veghe (Monti, 2011) și al oscilațiilor cerebrale, deși mecanismele celulare și receptorii implicați în aceste procese sunt complexe și slab cunoscute (Puig și Gener, 2015). S-a constatat că 5-HT în sine afectează activitatea gamma în cortexul prefrontal de șobolan prin intermediul 5-HT1ARs și 5-HT2ARs, dar nu și 5-HT2CRs, ceea ce duce la o scădere generală a amplitudinii la șobolanii anesteziați (Puig et al., 2010). Mai mult, există tot mai multe dovezi care susțin importanța sistemului DA în sincronizarea interneuronilor cu spike rapid, generând/reglementând astfel oscilațiile gamma (Furth et al., 2013).

5-HT2CR este probabil subtipul de receptor 5-HT cu cea mai răspândită distribuție în creier. Acesta a fost descris pe interneuronii GABAergici în numeroase regiuni și este exprimat și de neuronii DA. Cu toate acestea, acest subtip de receptor nu este exprimat de neuronii 5-HT și noradrenergici (NA). Rolul 5-HT2CRs în modularea sistemelor monoaminergice și, în mod intrigant, a sistemelor DA a fost subliniat de mai multe studii preclinice (Di Giovanni și De De Deurwaerdere, 2016; De De Deurwaerdere și Di Giovanni, 2017). Stimularea locală a 5-HT2CR în zone specifice ale creierului a produs anxietate într-o manieră dependentă de regiune și, la rândul său, antagoniștii 5-HT2CR subtip selectivi, cum ar fi SB-242084, au exercitat acțiuni anxiolitice marcate (Bagdy și colab., 2001; Di Giovanni și De De Deurwaerdere, 2016). Mai multe anxiolitice și antidepresive posedă proprietăți antagoniste 5-HT2CR, de exemplu, numeroase antidepresive triciclice, mianserina, mirtazapina, trazodona, nefazodona, fluoxetina și agomelatina (Martin et al., 2014). Pe de altă parte, antagoniștii selectivi 5-HT2CR au fost sugerați ca antidepresive cu debut rapid putative pe baza studiilor preclinice (Opal et al., 2014).

S-au publicat câteva studii privind efectele calitative (care afectează arhitectura somn-veghe) și cantitative (care afectează spectrele de putere, adică oscilațiile) ale antagoniștilor 5-HT2CR, și în special ale SB-242084, asupra somnului-veghe. Kantor și colab. au investigat efectele dependente de doză ale SB-242084 asupra anxietății, vigilenței și spectrelor EEG sub 30 Hz la șobolani. Aceștia au constatat o creștere a puterii theta în stare de veghe (care sugerează un posibil efect de ameliorare cognitivă, deoarece activitatea theta este asociată cu procesele de învățare și memorie) chiar și la o doză de 0,1 mg/kg. În schimb, medicamentul a crescut trezirea și a suprimat SWS-2 în prima h a fazei pasive doar la doza de 1 mg/kg. În ceea ce privește benzile de frecvență delta, alfa sau beta în timpul stării de veghe, REMS, SWS-1 sau SWS-2, nu a fost raportată nicio alterare semnificativă în această lucrare (Kantor et al., 2005). Kostyalik și colab. au descris faptul că SB-242084 a ridicat durata PW și a suprimat REMS, efect care a fost atenuat prin pretratarea cronică cu CES, la șobolani. În ceea ce privește qEEG, aceștia au constatat o putere theta crescută în timpul AW și, de asemenea, în timpul REMS, care nu a fost modificată în continuare prin pretratarea cronică cu escitalopram (Kostyalik et al., 2014). Efectul de intensificare a activității theta al antagonistului 5-HT2CR și, prin urmare, rolul 5-HT2CR în reglarea activității theta au fost susținute de Hajos et al. (2003b).

Efectele escitalopramului și ale altor SSRI asupra arhitecturii somn-veghe și a parametrilor EEG la oameni și rozătoare sunt studiate mai pe larg (Wilson și Argyropoulos, 2005; Vas et al., 2013; Fitzgerald și Watson, 2019). Recent, am raportat modificări ale puterii gamma în urma administrării acute (reducere în timpul REMS) și cronice (creștere în timpul SWS-1 și SWS-2) la șobolani (Papp și colab., 2018).

În mod interesant, efectele acute ale SB-242084 au fost similare cu cele cauzate de escitalopramul cronic, cu alte cuvinte, antagonismul selectiv asupra 5-HT2CR a produs efecte similare asupra activității gamma ca blocarea cronică a transportorului 5-HT și efectele suplimentare pe care le exercită escitalopramul. În acest caz, presupunem că efectele 5-HT, și anume, desensibilizarea 5-HT1AR (și posibil și 5-HT2AR) pot explica creșterea puterii gamma în acele etape, așa cum am propus în lucrarea noastră anterioară (Papp și colab., 2018).

Pentru a explica constatările noastre, trebuie să luăm în considerare faptul că 5-HT2CR poate modula activitatea neuronală 5-HT, NA și, în mod important, DA (Di Giovanni și De Deurwaerderedere, 2016). Activitatea constitutivă a 5-HT2CRs a fost raportată pentru a exercita un control inhibitor asupra activității neuronilor DA, care a fost inversată prin administrarea sistemică a antagoniștilor 5-HT2CR. SB-242084 și SB-206553 au sporit semnificativ eliberarea DA bazală în zonele inervate de DA din creierul de șobolan. Cu toate acestea, eliberarea DA provocată de SB-242084 a fost mică și a atins un maxim în comparație cu SB-206553 (De De Deurwaerdere și colab., 2004). În mod interesant, SSRI-urile au fost, de asemenea, implicate în reglarea semnalizării DAergice (care ar putea indica o posibilă caracteristică comună a celor două medicamente investigate), deși datele disponibile în literatura de specialitate sunt ambigue. În timp ce s-a raportat că escitalopramul acut crește rata de declanșare și explozia neuronilor din zona tegmentală ventrală (Schilstrom et al., 2011), un alt studiu a demonstrat că o administrare de escitalopram timp de 2 săptămâni a scăzut rata de declanșare și explozia acestor neuroni, la șobolani anesteziați (Dremencov et al., 2009).

Constatările acestui studiu trebuie interpretate în contextul unor limitări. SB-242084 a fost administrat într-o singură doză și nu am testat dacă efectul de amplificare gamma al medicamentului este dependent de doză. În plus, analiza noastră a fost limitată la un maxim de 60 Hz din cauza limitei Nyquist determinată de rata nominală de eșantionare, astfel încât sunt necesare lucrări suplimentare pentru a investiga frecvențele gamma mai rapide, precum și oscilațiile de înaltă frecvență (HFO) și ondulațiile.

Consumate, constatările noastre arată efecte similare între SB-242084 acut și escitalopramul cronic asupra activității gamma, care susțin dovezile preclinice (și clinice indirecte) că tratamentul acut sau pe termen scurt cu 5-HT2CR-antagoniști poate avea efecte antidepresive. Astfel, lucrarea noastră ar putea oferi dovezi suplimentare că antagoniștii 5-HT2CR-antagoniști pot fi benefici în tratamentul depresiei și/sau al anxietății. Dacă modificările activității gamma sunt markeri ai acțiunii terapeutice a medicamentelor sau mediatori ai efectului terapeutic, rămâne o întrebare nerezolvată care necesită studii suplimentare.

Declarație privind disponibilitatea datelor

Seturile de date generate și analizate în timpul studiului actual nu sunt disponibile publicului din cauza analizei în curs de desfășurare pentru o viitoare publicare, dar sunt disponibile de la autorul corespondent la o cerere rezonabilă.

Declarație etică

Toate condițiile de adăpostire și experimentele pe animale au fost efectuate în conformitate cu Directiva UE 2010/63/UE și cu „Principiile de îngrijire a animalelor de laborator” ale Institutelor Naționale de Sănătate (NIH Publications nr. 85-23, revizuite în 1985), precum și cu legile naționale specifice (Regulamentul guvernamental maghiar privind studiile pe animale 40/2013). Experimentele au fost aprobate de către Comitetul științific național de etică pentru experimente pe animale și au fost permise de către guvern (Direcția pentru siguranța lanțului alimentar și sănătatea animală a Oficiului Central Agricol, Autorizația nr. 22.1/1375/7/2010).

Contribuții ale autorilor

GB și TK au conceput experimentele. DK, SV și PP au efectuat procedurile experimentale. GB, DK, DK, SV și NP au contribuit la analiza datelor. NP, SK, SV și GB au interpretat rezultatele. NP, SK și GB au redactat prima versiune a manuscrisului. Toți autorii au citit și aprobat manuscrisul final.

Finanțare

Această lucrare a fost susținută de Agenția Națională de Dezvoltare (KTIA_NAP_13-1-2013-0001) Programul maghiar de cercetare a creierului (Grant nr. KTIA_13_NAP-A-II/14), NAP 2.0 (Grant nr. 2017-1.2.1-NKP-2017-00002); Programul tematic de excelență ITM/NKFIH, Universitatea Semmelweis; și grantul SE-Neurologie FIKP al EMMI.

Conflict de interese

Autorii declară că cercetarea a fost efectuată în absența oricăror relații comerciale sau financiare care ar putea fi interpretate ca un potențial conflict de interese.

Recunoștințe

Le mulțumim lui Zita Kátai și Emese Bogáthy pentru asistența lor în experimentele și/sau analiza datelor.

Materiale suplimentare

Materialul suplimentar pentru acest articol poate fi găsit online la:

Supplementary Material

The Supplementary Material for this article can be found online at: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fphar.2019.01636/full#supplementary-material

.