Παρότι πληθώρα επιδημιολογικών μελετών συνδέουν την καρδιαγγειακή νόσο με υψηλά επίπεδα κατάθλιψης και νοητικών ελλειμμάτων, οι αιτίες και οι μοριακοί μηχανισμοί αυτής της σχέσης παραμένουν ακόμα αδιευκρίνιστοι. Σε ασθενείς με καρδιακή ανεπάρκεια, παρατηρούνται σημαντικές αλλαγές στη συμπεριφορά και στη μνήμη, ενώ ταυτόχρονα εμφανίζονται συμπτώματα κατάθλιψης. Είναι επίσης γνωστό πως οι φαρμακολογικοί παράγοντες για την αντιμετώπιση της κατάθλιψης (TCAs, SSRIs, SNRIs) μπορούν να έχουν ανεπιθύμητες ενέργειες στο καρδιαγγειακό σύστημα, με τις πρόσφατες οδηγίες της Ευρωπαϊκής Καρδιολογικής Εταιρίας να απαγορεύουν τη χρήση αυτών των φαρμάκων σε ασθενείς με καρδιακή ανεπάρκεια και σοβαρή κατάθλιψη. Το γεγονός αυτό ενισχύει την ανάγκη για διερεύνηση της αλληλεπίδρασης των νόσων και εύρεση νέων μοριακών φαρμακολογικών στόχων στον άξονα καρδιά-εγκέφαλος. Προκαταρκτικά αποτελέσματα του εργαστηρίου μας αποδεικνύουν την επίδραση του χρόνιου στρες (Chronic Unpredictable Stress-CUS) στο μέγεθος του εμφράγματος του μυοκαρδίου σε in vivo πειραματικό ζωικό πρότυπο μυοκαρδιακής ισχαιμίας/ επαναιμάτωσης σε αρσενικούς και θηλυκούς μύες.
Στόχος: i) Η διερεύνηση των μοριακών μονοπατιών μεταγωγής σήματος που μεταβάλλονται λόγω CUS, μυοκαρδιακής ισχαιμίας/ επαναιμάτωσης και οι διαφυλικές διαφορές ii) η αξιολόγηση της επίδρασης του CUS στην καρδιακή λειτουργία, και iii) η μελέτη του προτεινόμενου επιβαρυντικού ρόλου της καρδιακής ανεπάρκειας, στην επαγόμενη από το στρες κατάθλιψη και τις σχετιζόμενες γνωσιακές διαταραχές
Μέθοδοι: Σε 1η σειρά πειραμάτων, αρσενικοί και θηλυκοί μύες C57BL/6J τυχαιοποιήθηκαν σε τέσσερις ομάδες (n=5/ομάδα): CON (ελέγχου + εικονική χειρουργική), iCON (ελέγχου + μυοκαρδιακή ισχαιμία / επαναιμάτωση), STR (στρες + εικονική χειρουργική), iSTR (στρες + μυοκαρδιακή ισχαιμία / επαναιμάτωση). Οι ομάδες STR και iSTR υποβλήθηκαν σε πρωτόκολλο 6 εβδομάδων CUS με 4 στρεσσογόνους παράγοντες. Μετά την ολοκλήρωση του CUS, πραγματοποιήθηκαν συμπεριφορικές δοκιμασίες αξιολόγησης της κινητικότητας, της αγχώδους διάθεσης, της κατάθλιψης και της μνήμης. Οι ομάδες iCON και iSTR υποβλήθηκαν σε 30 λεπτά μυοκαρδιακής ισχαιμίας (I) και 24 ώρες επαναιμάτωσης (R), ενώ οι ομάδες CON και STR υποβλήθηκαν σε εικονική χειρουργική επέμβαση-Sham. Μετά την επαναιμάτωση, τα πειραματόζωα ευθανατώθηκαν για την ανάλυση του ισχαιμικού τμήματος του μυοκαρδίου με πρωτεομικές μεθόδους. Σε 2η σειρά πειραμάτων 56 αρσενικοί μύες C57BL/6J υποβλήθηκαν είτε σε επέμβαση Sham (n=28), είτε σε I/R, (n=28). 2 εβδομάδες μετά την επέμβαση πραγματοποιήθηκε υπερηχοκαρδιογραφική αξιολόγηση της καρδιακής λειτουργίας και με βάση τις παραμέτρους κλάσμα εξώθησης (LVEF%) και κλασματική βράχυνση (LVFS%) της αριστερής κοιλίας οι μύες τυχαιοποιήθηκαν σε 4 ομάδες: CON (Sham χωρίς CUS), HF-CON (IR χωρίς CUS), STR (Sham και CUS) και HF-STR (IR και CUS). Ακολούθησε το πρωτόκολλο CUS για 6 εβδομάδες και ακολούθως ξεκίνησαν οι συμπεριφορικές δοκιμασίες, όπως και στην 1η σειρά πειραμάτων. Μετά την ολοκλήρωσή τους πραγματοποιήθηκε η τελική υπερηχογραφική αξιολόγηση.
Αποτελέσματα: Τα αποτελέσματα της πρωτεομικής ανάλυσης της 1ης σειράς πειραμάτων κατέδειξαν πως το CUS οδηγεί σε μεταβολές του καρδιακού πρωτεόματος και στα δύο φύλα. Επίσης, τα αποτελέσματά μας έδειξαν ότι η συνύπαρξη CUS και ισχαιμίας / επαναιμάτωσης στους αρσενικούς μύες μεταβάλλει σημαντικά πολύ μεγαλύτερο αριθμό γονιδίων, και πιο συγκεκριμένα 292 γονίδια (FDR<0.05), συγκριτικά με 102 γονίδια στους θηλυκούς μύες. Στη 2η σειρά πειραμάτων η έκθεση σε χρόνιο στρες- CUS οδήγησε σε στατιστικώς σημαντική μείωση του βάρους των πειραματόζωων των ομάδων STR και HF-STR σε σύγκριση με την ομάδα ελέγχου CON και HF-CON μετά από 6 εβδομάδες (*p<0.05, STR vs CON, ****p<0.0001, HF-STR vs HF-CON). Η υπερηχοκαρδιογραφική αξιολόγηση κατέδειξε ότι στο τελικό καταληκτικό σημείο, το CUS επέφερε μείωση της συσταλτικότητας του μυοκαρδίου στην ομάδα STR συγκριτικά με την ομάδα ελέγχου CON, αφού μειώνονται το κλάσμα εξώθησης, η κλασματική βράχυνση και το πάχος του τοιχώματος της αριστερής κοιλίας και η καρδιακή παροχή, (%LVEF, ****p<0.0001%, LVFS, ****p<0.0001, STR vs. CON, καρδιακή παροχή, *p<0.05, LVPW;s, *p< 0.05, STR vs. CON). Η συμπεριφορική αξιολόγηση έδειξε ότι το CUS (ομάδες STR και HF-STR) προκάλεσε αυξημένο άγχος, μειωμένη μακροπρόθεσμη μνήμη, μειωμένη κινητικότητα και εμφανή καταθλιπτική συμπεριφορά σε σχέση με τις ομάδες ελέγχου CON και HF-CON (EPM, *p<0,05, NOR *p<0,05, OF,*p<0,05, TST ****p<0,0001, STR vs CON, HF-STR vs CON). Η ομάδα HF-CON παρουσίασε παρόμοιες συμπεριφορικές μεταβολές με τις ομάδες που υπέστησαν στρες STR και HF-STR, υποδεικνύοντας τη σχέση μεταξύ καρδιακής ανεπάρκειας, αυξημένου άγχους και κατάθλιψης (EPM,*p<0.05, OF, *p<0.05, TST, ****p<0.0001).
Συμπεράσματα: Η χρόνια έκθεση σε στρες μεταβάλει το μυοκαρδιακό πρωτέομα μετά από οξύ έμφραγμα του μυοκαρδίου και η μεταβολή αυτή είναι πιο εμφανής στα αρσενικά πειραματόζωα σε σχέση με τα θηλυκά. Επιπλέον, η καρδιακή ανεπάρκεια επιφέρει μεταβολές στη συμπεριφορά που προσομοιάζουν το άγχος και την κατάθλιψη σε in vivo πειραματικό ζωικό πρότυπο αρσενικών μυών. Η χρόνια έκθεση σε στρες μειώνει τη συσταλτικότητα του μυοκαρδίου και την καρδιακή παροχή υποδεικνύοντας τη σημαντική επίπτωση του στρες στην καρδιακή λειτουργία.
(EL)
Although numerous epidemiological studies link cardiovascular disease with high levels of depression and cognitive deficits, the causes and molecular mechanisms of this relationship remain unclear. In patients with heart failure, significant changes in behavior and memory are observed, while at the same time symptoms of depression appear. It is also known that pharmacological agents for the treatment of depression (TCAs, SSRIs, SNRIs) can have adverse effects on the cardiovascular system, with the recent guidelines of the European Society of Cardiology prohibiting the use of these drugs in patients with heart failure and severe depression. This fact reinforces the need to investigate the interaction of diseases and find new molecular pharmacological targets in the heart-brain axis. Preliminary results from our laboratory demonstrate the effect of chronic stress (Chronic Unpredictable Stress-CUS) on myocardial infarct size in an in vivo experimental animal model of myocardial ischemia/reperfusion in male and female muscles.
Objective: i) To investigate the molecular signal transduction pathways altered by CUS, myocardial ischemia/reperfusion and gender differences ii) to evaluate the effect of CUS on cardiac function, and iii) to study the proposed aggravating role of heart failure, in stress-induced depression and related cognitive disorders
Methods: In a 1st set of experiments, male and female C57BL/6J mice were randomized into four groups (n=5/group): CON (control + sham surgery), iCON (control + myocardial ischemia/reperfusion), STR (stress + sham surgery ), iSTR (stress + myocardial ischemia/reperfusion). The STR and iSTR groups underwent a 6-week CUS protocol with 4 stressors. After completion of the CUS, behavioral tests assessing mobility, anxious mood, depression, and memory were performed. The iCON and iSTR groups underwent 30 min of myocardial ischemia (I) and 24 h of reperfusion (R), while the CON and STR groups underwent sham-Sham surgery. After reperfusion, the experimental animals were euthanized for analysis of the ischemic portion of the myocardium by proteomic methods. In a 2nd series of experiments 56 male C57BL/6J mice were subjected to either Sham (n=28) or I/R (n=28) surgery. 2 weeks after the operation, an echocardiographic assessment of cardiac function was performed and based on the left ventricular ejection fraction (LVEF%) and fractional shortening (LVFS%) parameters, the muscles were randomized into 4 groups: CON (Sham without CUS), HF-CON (IR without CUS), STR (Sham and CUS) and HF-STR (IR and CUS). He followed the CUS protocol for 6 weeks and then the behavioral tests began, as in the 1st series of experiments. After their completion, the final ultrasound evaluation was performed.
Results: The results of the proteomic analysis of the 1st set of experiments demonstrated that CUS leads to cardiac proteome changes in both sexes. Also, our results showed that the coexistence of CUS and ischemia/reperfusion in male muscles significantly alters a much larger number of genes, more specifically 292 genes (FDR<0.05), compared to 102 genes in female muscles. In the 2nd series of experiments exposure to chronic stress-CUS led to a statistically significant decrease in the weight of the experimental animals of the STR and HF-STR groups compared to the CON and HF-CON control group after 6 weeks (*p<0.05, STR vs CON, ****p<0.0001, HF-STR vs HF-CON). Echocardiographic evaluation demonstrated that at the final endpoint, CUS produced a reduction in myocardial contractility in the STR group compared to the CON control group, since ejection fraction, fractional shortening and left ventricular wall thickness and cardiac output decrease, (%LVEF, ****p<0.0001%, LVFS, ****p<0.0001, STR vs. CON, cardiac output, *p<0.05, LVPW;s, *p< 0.05, STR vs. CON). Behavioral assessment showed that CUS (STR and HF-STR groups) induced increased anxiety, reduced long-term memory, reduced mobility, and overt depressive-like behavior relative to CON and HF-CON control groups (EPM, *p<0.05, NOR *p<0.05, OF,*p<0.05, TST ****p<0.0001, STR vs CON, HF-STR vs CON). The HF-CON group showed similar behavioral changes to the STR and HF-STR stressed groups, indicating the relationship between heart failure, increased anxiety and depression (EPM,*p<0.05, OF, *p<0.05, TST, * ***p<0.0001).
Conclusions: Chronic exposure to stress alters the myocardial proteome after acute myocardial infarction and this alteration is more evident in male experimental animals than in females. Furthermore, heart failure induces behavioral changes that mimic anxiety and depression in an in vivo experimental animal model of male muscle. Chronic exposure to stress reduces myocardial contractility and cardiac output indicating the significant impact of stress on cardiac function.
(EN)
Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών
